一种用于高压设备油气试验车的大功率电源论文和设计

全文摘要

本实用新型公开了一种用于高压设备油气试验车的大功率电源，包括AC‑DC‑AC转换模块、充电回路、蓄电池组、第一DC‑AC转换模块、第二DC‑AC转换模块、切换模块及检测回路；AC‑DC‑AC转换模块连接外部交流电源与切换模块；充电回路连接切换模块及系统母线，输出端与蓄电池组连接；蓄电池组输出端与第一DC‑AC转换模块第一输入端连接；第一DC‑AC转换模块第二输入端连接切换模块；第二DC‑AC转换模块第一输入端用于连接油气试验车的发电机，第二输入端连接切换模块；AC‑DC‑AC转换模块、第一、第二DC‑AC转换模块的输出端均连接到系统母线，提供高压设备试验仪器的仪用电源；检测回路的输入与系统母线连接，输出端连接切换模块；实现了外部电源与本大功率电源间的供电不间断切换，以及不同发电机和蓄电池组间的并网。

主设计要求

1.一种用于高压设备油气试验车的大功率电源，其特征在于，包括AC-DC-AC转换模块、充电回路、蓄电池组、第一DC-AC转换模块、第二DC-AC转换模块、切换模块以及检测回路；所述AC-DC-AC转换模块的第一输入端用于接入外部220V交流电源，第二输入端连接切换模块；所述充电回路的第一输入端连接切换模块，第二输入端与系统母线连接，输出端与蓄电池组的输入端连接；蓄电池组的输出端与第一DC-AC转换模块的第一输入端相连接；第一DC-AC转换模块的第二输入端连接切换模块；第二DC-AC转换模块的第一输入端用于连接油气试验车发电机，第二输入端连接切换模块；所述AC-DC-AC转换模块的输出端、第一DC-AC转换模块的输出端、第二DC-AC转换模块的输出端均连接到系统母线，通过系统母线对外提供220V交流电源；检测回路的输入端与系统母线连接，输出端连接切换模块。

设计方案

1.一种用于高压设备油气试验车的大功率电源，其特征在于，包括AC-DC-AC转换模块、充电回路、蓄电池组、第一DC-AC转换模块、第二DC-AC转换模块、切换模块以及检测回路；

所述AC-DC-AC转换模块的第一输入端用于接入外部220V交流电源，第二输入端连接切换模块；

所述充电回路的第一输入端连接切换模块，第二输入端与系统母线连接，输出端与蓄电池组的输入端连接；蓄电池组的输出端与第一DC-AC转换模块的第一输入端相连接；第一DC-AC转换模块的第二输入端连接切换模块；第二DC-AC转换模块的第一输入端用于连接油气试验车发电机，第二输入端连接切换模块；

所述AC-DC-AC转换模块的输出端、第一DC-AC转换模块的输出端、第二DC-AC转换模块的输出端均连接到系统母线，通过系统母线对外提供220V交流电源；检测回路的输入端与系统母线连接，输出端连接切换模块。

2.如权利要求1所述的大功率电源，其特征在于，所述切换模块用于控制备用电源与外部电源之间的切换，在没有外部电源供电时，由蓄电池组和油气试验车发电机供电；在外部电源能供电时，由外部电源供电。

3.如权利要求1或2所述的大功率电源，其特征在于，所述AC-DC-AC转换模块包括整流器、逆变器以及隔离变压器；

所述整流器的输入端用于接入外部电源，所述逆变器与整流器之间串联有电阻、并联有电容；逆变器的输出通过隔离变压器送到系统母线上；逆变器与隔离变压器的连接处作为与切换模块连接点；切换模块输出的控制逻辑信号作用于逆变器。

4.如权利要求1或2所述的大功率电源，其特征在于，所述第一DC-AC转换模块包括依次连接的逆变器和升压变压器；所述逆变器的输入端作为第一DC-AC转换模块的第一输入端；切换模块输出的控制逻辑信号作用于逆变器，还作用于升压器的输出端。

5.如权利要求1或2所述的大功率电源，其特征在于，第二DC-AC转换模块包括依次连接的逆变器和升压变压器；所述逆变器的输入端作为第二DC-AC转换模块的第一输入端，用于连接油气试验车发电机；所述升压变压器的输出端作为第二DC-AC转换模块的输出端，连接系统母线；所述切换模块输出的控制逻辑信号作用于逆变器。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于电源技术领域，更具体地，涉及一种用于高压设备油气试验车的大功率电源。

背景技术

油气试验是检测高压设备故障与缺陷的重要手段，对于查找设备缺陷、分析设备故障类型、保证电网重要设备可靠运行具有至关重要的作用。传统的油气试验是将油、气试样取回试验室进行化验分析。为了适应电网发展的要求，弥补传统检修方式的不足，改装了一种油气试验车，将基本试验仪器装置集中在一辆汽车上构建成移动试验平台，主要用于高压设备现场抢修和现场状态检修。

检修现场有时候不便于连接外部电源，或者不能及时连接外部电源。配备合适的应急备用电源有利于缩短检修时间、提高检修效率。试验车做检修试验时，根据试验进程、仪器设备所需的用电量也不一样，有时需要较大的功率，单一采用油气试验车发电机作为车载仪器的备用电源在用电量较大时不能满足需求；而单一采用现有的UPS不间断电源所需要的蓄电池组的体积较大、成本较高。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种用于高压设备油气试验车的大功率电源，综合利用试验车发电机和大容量蓄电池组，在不便连接外部电源的检修现场为油气试验供电。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种用于高压设备油气试验车的大功率电源，包括AC-DC-AC转换模块、充电回路、蓄电池组、第一DC-AC转换模块、第二DC-AC转换模块、切换模块以及检测回路；

其中，AC-DC-AC转换模块的第一输入端用于接入外部220V交流电源，第二输入端连接切换模块；

充电回路的第一输入端连接切换模块，第二输入端与系统母线连接，输出端与蓄电池组的输入端连接；蓄电池组的输出端与第一DC-AC转换模块的第一输入端相连接；第一DC-AC转换模块的第二输入端连接切换模块；第二DC-AC转换模块的第一输入端用于连接油气试验车发电机，第二输入端连接切换模块；

AC-DC-AC转换模块的输出端、第一DC-AC转换模块的输出端、第二DC-AC转换模块的输出端均连接到系统母线，通过系统母线对外提供220V交流电源；检测回路的输入端与系统母线连接，输出端连接切换模块。

优选的，上述的大功率电源，其切换模块采用逻辑电路控制备用电源与外部电源之间的切换，在没有外部电源供电时，由蓄电池组和油气试验车发电机作为备用电源来供电；在外部电源能供电时，由外部电源供电。

优选的，上述的大功率电源，其AC-DC-AC转换模块包括整流器、逆变器以及隔离变压器；

其中，整流器的输入端用于接入外部电源，逆变器与整流器之间串联有电阻、并联有电容；逆变器的输出通过隔离变压器送到系统母线上；逆变器与隔离变压器的连接处作为与切换模块连接点；切换模块的控制逻辑信号作用于逆变器。

优选的，上述的大功率电源，其第一DC-AC转换模块包括依次连接的逆变器和升压变压器；逆变器的输入端作为第一DC-AC转换模块的第一DC-AC转换模块的第一输入端，用于与蓄电池组连接；切换模块输出的控制逻辑信号作用于逆变器，还作用于升压器的输出端。

优选的，上述的大功率电源，其第二DC-AC转换模块包括依次连接的逆变器和升压变压器；逆变器的输入端作为第二DC-AC转换模块的第一输入端，用于连接油气试验车发电机；升压变压器的输出端作为第二DC-AC转换模块的输出端，连接系统母线；切换模块输出的控制逻辑信号作用于逆变器。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本实用新型提供的用于高压设备油气试验车的大功率电源，通过电路拓扑结构设计，综合应用车载发电机和蓄电池组，将油气试验车发电机和蓄电池组输出的直流电源变换成220V交流电源；若用电量较小则由油气试验车发电机供电，若用电量较大则由油气试验车发电机和大容量的蓄电池组共同供电；并通过电路拓扑设计实现了外部电源与本大功率电源之间的供电不间断切换，以及油气试验车发电机和蓄电池组之间的并网。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的用于高压设备油气试验车的大功率电源的拓扑结构示意图；

图2是本实用新型实施例的外部电源供电回路原理示意图；

图3是本实用新型实施例的蓄电池供电回路原理示意图；

图4是本实用新型实施例的发电机供电回路原理示意图；

图5是本实用新型实施例的充电回路原理示意图；

图6是实施例的用于高压设备油气试验车的大功率电源的输出电压曲线示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1，实施例提供的用于高压设备油气试验车的大功率电源，包括AC-DC-AC转换模块、充电回路、蓄电池组、第一DC-AC转换模块、第二DC-AC转换模块、切换模块以及检测回路；

其中，AC-DC-AC转换模块的第一输入端用于接入外部220V交流电源，第二输入端连接切换模块；

当没有外部电源供电时，由蓄电池组和油气试验车发电机作为备用电源来供电；当外部电源能供电时，由外部电源供电。切换模块用于控制备用电源与外部电源之间的切换，可设置为“手动”或“自动”两种工作方式。无论是手动或自动方式切换电源，切换模块能保证不停电平稳衔接，同时控制不同电源之间的准同期并网操作；切换模块还能够根据电源的实际使用情况，控制外部电源或油气试验车发电机向蓄电池组充电。

通过AC-DC-AC转换模块将外部接入的220V交流电压进行整流，再逆变得到220V交流电压输出，即AC-DC-AC变换；参照图2，在一个实施例中，AC-DC-AC转换模块包括整流器、逆变器以及隔离变压器；其中，整流器的输入端用于接入外部电源，逆变器与整流器之间串联有电阻、并联有电容；逆变器的输出通过隔离变压器送到系统母线上；逆变器与隔离变压器的连接处作为与切换模块连接点；切换模块的控制逻辑信号作用于逆变器。通过AC-DC-AC转换模块一方面实现备用电源与外部电源的隔离，另一方面对外部电源的接入进行并网控制。

若备用电源工作过程中外部电源来电，切换模块逻辑信号先通过逆变器将外部电源并网，保持外部电源与备用电源同时工作一段时间后再退出备用电源，从而实现不停电切换电源。

蓄电池组供电回路的原理类似于UPS电源，第一DC-AC转换模块包括依次连接的逆变器和升压变压器；逆变器的输入端作为第一DC-AC转换模块的第一DC-AC转换模块的第一输入端，用于与蓄电池组连接；切换模块输出的控制逻辑信号作用于逆变器，还作用于升压器的输出端；所构成的蓄电池组供电回路的原理参照图3。为了综合应用车载发电机和蓄电池组，将蓄电池组输出的12V直流电源通过第一DC-AC转换模块变换成220V交流电源。

油气试验车发电机供电回路的原理参照图4。第二DC-AC转换模块包括依次连接的逆变器和升压变压器；逆变器的输入端作为第二DC-AC转换模块的第一输入端，用于连接油气试验车发电机；升压变压器的输出端作为第二DC-AC转换模块的输出端，连接系统母线；切换模块输出的控制逻辑作用于逆变器。通过第二DC-AC转换模块将油气试验车发电机供电回路输出的12V直流电源变换成220V交流电源。

发电机供电回路组为备用电源的补充部分，在油气试验车发电机能够出力时，增加备用电源的负载能力。当需要备用电源投入运行时，先投入蓄电池组供电，然后在发电机可以出力的情况下，将发电机供电回路并网供电。当油气试验车空调等大功率设备未使用时，将发电机并网供电；当油气试验车启动自身的大功率设备时，自动退出发电机供电。

参照图5，实施例提供的用于高压设备油气试验的大功率电源中，充电回路的基本功能与普通蓄电池充电器相同，但通过检测回路增加了充电控制检测功能；当蓄电池需要充电时，由检测回路检测电源系统是由外部电源供电还是由发电机供电，若由外部电源供电则自动进行充电；若由发电机供电，则在保证系统负荷需求的条件下才进行蓄电池充电。

检测回路保证电力供应稳定可靠且在电源切换过程中不间断供电地平稳过渡，并能够自动控制各功率回路的准同期并网操作；其功能包括：

开机后，检测外部电源是否有电，若有电，则利用外部电源供电；反之，则启动备用电源系统供电；

启动备用电源供电时，先启动蓄电池组供电，然后检测汽车空调等大功率用电设备的运行状况，确定发电机是否可以并网供电。若汽车空调正在运行，则发电机回路不并网，反之则发电机回路并网供电；

当备用电压正在供电时，外部电源来电，则先将外部电源并网，然后退出备用电源，以确保电源转换过程中不间断供电，同时控制外部电源给蓄电池组充电；当外部电源正在供电时发生停电，自动不间断地启动备用电源系统供电；

当外部电源停电时，自动检测发电机可供电量是否有裕度，若有富余则利用发电机回路给蓄电池组充电，反之则不充电，优先保证仪器用电。

在一个实施例中，进行高电压设备试验时测试仪器组需消耗的最大功率为3KW，试验的完成时间为1～4小时，将备用电源系统目标参数设置为功率3KW、连续工作3小时。考虑到蓄电池内阻、蓄电池老化、容量维持率等因素，蓄电池组容量取目标供电需求的75％，由此选定蓄电池组的容量为48V、250Ah。油气试验车发电机的功率为2KW，设定可用于备用电源的最大功率为1KW。由于蓄电池组容量有较大的裕度，当发电机不供电时，实际供电时间可以超过3小时，能够满足高电压设备试验仪器的供电需求；当发电机可以提供功率时，备用电源可以供电的时间更长。备用电源的设计参数如表1所示。

表1备用电源的参数

基于上述参数的大功率电源，分别进行电源切换性能、备用电源输出容量和主要技术指标实验，实验方法及结果如下。电源切换性能实验：针对电源的不同工作状态，按控制策略的要求进行不同供电方式之间的切换，每种方式切换操作重复100次，成功率为100％。

备用电源输出容量实验：对电源输出容量进行测试，分别在不同的负荷功率下，测量有、无发电机时，备用电源系统的最长供电时间。测试结果如下表2所示。

表2备用电源输出容量

设计图

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