CN104538948B - 高压直流供电系统及其供电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高压直流供电系统及其供电控制方法，将直流配电分为多组，使高压直流供电系统的输出母线分段，在负载存在正极对地短路或负极对地短路的情况下，这两种短路故障分别连接分段的母线，从而将两者进行分隔，降低了形成短路回路的可能性，且系统仍可正常工作，从而有效降低了输出回路跳闸的故障率。

Description

高压直流供电系统及其供电控制方法

技术领域

本发明涉及直流供电应用领域，尤其涉及一种高压直流供电系统及其供电控制方法。

背景技术

随着电源技术的不断发展，为了提高电源供电的可靠性，通信电源行业采用HVDC(High Voltage DC，高压直流)N+1整流器模块冗余技术，即高压直流供电系统，以逐步取代传统的UPS供电。另外，电力操作电源行业也广泛采用高压直流供电系统，只是供电电压等级不同而已。

一般来说，HVDC供电系统由交流配电、整流器模块、直流配电及监控模块等部分组成，其示意图如图1所示。多个整流器模块的直流输出采用并联后统一输出，即单母线直流输出结构。由于采用N+1整流器模块，即需要N个整流器模块时，还会额外添加一个热备份整流器模块，这样就可以保证当其中一个整流器模块出现故障时，热备份整流器模块立刻投入输出线路，从而保证供电的可靠性。

同时，直流输出方式采用“悬浮供电”，即系统输出与工作地、保护地隔离(正极、负极均不允许接地)。相较于交流系统，提高了维护人员的安全性。

将上述高压直流供电系统用于LED照明系统中，形成集中式直流供电LED照明系统。由于采用多模块并联集中供电方案，只需在每个供电区域安装一套电源装置，就可给所有LED灯具提供稳定的直流电压，在每盏灯具内也只需安装恒流电路即可，从而解决了传统LED驱动电源中电路复杂，元器件多，效率低，可靠性低等问题。

然而，现有技术中的高压直流供电系统同一个直流配电的母线上会连接多组供电回路，每组供电回路均设有开关模块，用于控制该组回路的通断。当直流配电的母线上其中一组供电回路出现对地正短路，而另一组供电回路出现对地负短路时，如图2中A点和B点所示，则会造成整个直流配电的短接，使输出回路出现跳闸。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压直流供电系统及其供电控制方法，能够对高压直流供电系统的输出母线进行分段，将存在正极对地短路或负极对地短路采用分段的母线进行分隔，降低了形成短路回路的可能性。

为了实现上述目的，本发明提出了一种高压直流供电系统，包括：交流配电、多个整流器模块、多组直流配电以及监控模块，其中，所述整流器模块之间相互并联并与所述交流配电电气连接，所述整流器模块分为多组整流器模块，每一组整流器模块分别电气连接一组直流配电，每一组整流器模块、交流配电及每一组直流配电均与所述监控模块通讯连接。

进一步的，在所述的高压直流供电系统中，所述直流配电为2组及以上，所述整流器模块组数与所述直流配电组数相同。

进一步的，在所述的高压直流供电系统中，还包括通讯转接模块，其中一组整流器模块与所述监控模块直接通讯连接，其余组整流器模块均通过所述通讯转接模块与所述监控模块通讯连接。

进一步的，在所述的高压直流供电系统中，所述通讯转接模块为微处理器MCU、CAN通讯驱动电路或信号处理电路。

进一步的，在所述的高压直流供电系统中，所述直流配电均配有开关模块，用于连接负载。

进一步的，在所述的高压直流供电系统中，所述整流器模块均采用N+1配置或冗余配置。

本发明还提出了一种高压直流供电系统的供电控制方法，采用如上文所述的高压直流供电系统，包括步骤：

根据实际负载回路绝缘情况，将负载分为正极对地短路回路以及负极对地短路回路；

监控模块发出多组控制信号使不同组直流配电分别与正极对地短路回路以及负极对地短路回路相连，通过交流配电、整流器模块为所述负载进行分路供电。

进一步的，在所述的高压直流供电系统的供电控制方法中，所述负载还分为绝缘回路，可视负载回路功率平衡情况，所述绝缘回路与任意一组直流配电相连。

进一步的，在所述的高压直流供电系统的供电控制方法中，所述直流配电配有开关模块与所述负载连接，所述监控模块发出多组控制信号控制所述开关模块以使不同组直流配电分别与所述绝缘回路、正极对地短路回路以及负极对地短路回路相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：将直流配电分为多组，使高压直流供电系统的输出母线分段，在负载存在正极对地短路或负极对地短路的情况下，这两种短路故障分别连接分段的母线，从而将两者进行分隔，降低了形成短路回路的可能性，且系统仍可正常工作，从而有效降低了输出回路跳闸的故障率。

附图说明

图1为现有技术中高压直流供电系统的结构框图；

图2为现有技术中高压直流供电系统存在短路的结构示意图；

图3为本发明实施例中高压直流供电系统的结构框图；

图4为本发明实施例中高压直流供电系统应用于LED灯系统的结构框图；

图5为本发明实施例中不同母线不同回路对地短接的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的高压直流供电系统及其供电控制方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图3和图4，在本实施例中，提出了一种高压直流供电系统，包括：交流配电1、多个整流器模块、多组直流配电以及监控模块4，其中，所述整流器模块之间相互并联并与所述交流配电1电气连接，所述整流器模块分为多组整流器模块，每一组整流器模块分别电气连接一组直流配电，每一组整流器模块、交流配电及每一组直流配电均与所述监控模块4通讯连接。

所述直流配线端具有至少两组相互电气隔离的直流配电母线，直流配线端可连接外部负载，如LED负载。所述整流器模块组数与所述直流配电组数相同，为了方便介绍，本实施例中以直流配电为2组作为介绍，分别为第一组直流配电5和第二组直流配电6，因此，所述整流器模块也分为第一组整流器模块2和第二组整流器模块3，其中，第一组整流器模块2中的多个整流器模块均与第一组直流配电5电气连接，第二组整流器模块3中的多个整流器模块均与第二组直流配电6电气连接，在本实施例中，还包括通讯转接模块7，其中第二组整流器模块3与所述监控模块4直接通讯连接，其余组整流器模块(即第一组整流器模块2)均通过所述通讯转接模块7与所述监控模块4通讯连接，在本实施例中，第一组整流器模块2通过所述通讯转接模块7与第二组整流器模块3的通讯总线一起与监控模块4通讯连接。

在本实施例中，所述通讯转接模块7可以为微处理器MCU、CAN通讯驱动电路或相应的信号处理电路，一方面进行通讯、采样等处理，另一方面还能够发送控制信号。

请参考图4和5，在本实施例中，高压直流供电系统用于对LED灯系统8进行供电，因此负载为LED灯。此外，所述直流配电均配有开关模块，用于连接负载。开关模块也成为分路开关，其可以根据需要来定义多组，例如图5中显示由分路开关1至分路开关7，具体个数在此不作限定。

在本实施例的另一方面还提出了一种高压直流供电系统的供电控制方法，采用如上文所述的高压直流供电系统，包括步骤：

根据实际负载回路绝缘情况，将负载分为正极对地短路回路、负极对地短路回路以及绝缘回路；

监控模块4发出多组控制信号使不同组直流配电分别与正极对地短路回路、负极对地短路回路以及绝缘回路相连，通过交流配电1、整流器模块为所述负载进行分路供电。

所述监控模块4发出多组控制信号控制所述开关模块以使不同组直流配电分别与所述绝缘回路、正极对地短路回路以及负极对地短路回路相连。

具体的，实际工作中，三相交流市电与交流配电1相连，交流配电1的输出端与各整流器模块的输入端相连，各整流器模块可根据输出功率进行N+1配置或冗余配置并分组后再相互并联，不同分组的输出端分别与不同的分段直流配电的母线相连，各个分段直流配电的母线间相互电气隔离。

其中，可设置第一组直流配电5的母线连接具有正极对地短路故障的负载回路，可设置第二组直流配电6的母线连接具有负极对地短路故障的负载回路；可根据负载针对其模块功率和负载均衡情况，设置对地绝缘情况良好的直流输出绝缘回路接入上述其中任意一段母线，若分为三组直流配电，则可以额外接入第三组直流配电的母线中，这可以根据情况来选择。

交流配电1可将三相交流市电接入每个整流器模块。整流器模块的主要作用是将交流电压变换为负载(如LED灯)所需的直流电压；直流配电通过各分路开关给各路负载供电；监控模块的主要作用是对交流配电1和直流配电以及各整流器模块进行监测和控制；通讯转接模块7的作用在于对分组的模块通讯进行隔离，防止通讯串扰。监控模块4和通讯转接模块7可构成控制模块，但本发明的控制模块的构成并不以此为限，能实现本发明所欲涵盖之功能即可。

在本实施例中，对高压直流供电系统的输出母线进行分段，每段母线仍可按输出功率进行整流器模块的N+1配置或容量冗余配置，保证供电的可靠性。这样，即使系统直流输出回路中存在单极(正极或负极)对地短路故障，由于母线分段后，正极对地短路故障和负极对地短路故障被分隔在两段母线上，未形成正负极短路回路，如图5中虚线箭头所示，例如第一组直流配电5的母线连接的负载回路出现对地正短路，第二组直流配电6的母线连接的负载回路出现对地负短路，第一组直流配电5和第二组直流配电6的母线之间也不会发生短路，因此不会引起回路跳闸，而且高压直流供电系统的输出为“悬浮供电”，单极对地短路故障后，系统仍可正常工作。

为了进一步阐明本发明，下面举例进行说明。该实例不是用来限定本发明，仅是本发明的一种应用情况。

该例为集中式直流供电LED照明系统，如图4和图5所示。该中的系统可最大配置7个整流器模块，共计120A额定输出能力，整流器模块输出额定电压270VDC，最大输出分路数为8路。交流配电1将三相交流市电380VAC分配至每个整流器模块中，整流器模块将交流电压变换为负载所需的直流稳定电压270VDC。

该例中，分段母线的长度和接线孔数可依据模块接线数和输出分路数最大值确定。对7个电源模块，考虑整流器模块配置的均衡性，一般可按4/3比例将整流器模块分别接入两段母线(第一组直流配电5和第二组直流配电6的母线)，又由于输出分路分组后所需的最大功率和电源模块冗余配置的需要，最大可按5/2比例将整流器模块分别接入两段母线。考虑输出分路为8路，为隔离正极对地漏电和负极对地漏电故障分路，将所有正对地漏电的分路1、分路2、……分路5接在第一组直流配电5的母线上，再将所有负对地漏电的分路7、分路8接在第二组直流配电6的母线上，绝缘良好的绝缘回路6可视模块功率和分路负载均衡情况放置到第二组直流配电6的母线上。若第一组直流配电5的母线分路1、分路2等正极对地漏电，第二组直流配电6的母线分路7、8负极对地漏电，由于未形成正负母线间漏电回路，因此系统仍可正常工作而不会造成回路跳闸，这样可有效降低跳闸故障率。

综上，在本发明实施例提供的高压直流供电系统及其供电控制方法中，将直流配电分为多组，使高压直流供电系统的输出母线分段，在负载存在正极对地短路或负极对地短路的情况下，这两种短路故障分别连接分段的母线，从而将两者进行分隔，降低了形成短路回路的可能性，且系统仍可正常工作，从而有效降低了输出回路跳闸的故障率。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高压直流供电系统，其特征在于，包括：交流配电、多个整流器模块、多组直流配电以及监控模块，其中，所述整流器模块之间相互并联并与所述交流配电电气连接，所述整流器模块分为多组整流器模块，每一组整流器模块分别电气连接一组直流配电，每一组整流器模块、交流配电及每一组直流配电均与所述监控模块通讯连接；所述直流配电为2组及以上，所述整流器模块组数与所述直流配电组数相同；不同分组的整流器模块的输出端分别与不同的直流配电的母线相连，各个直流配电的母线间相互电气隔离；

还包括通讯转接模块，其中一组整流器模块与所述监控模块直接通讯连接，其余组整流器模块均通过所述通讯转接模块与所述监控模块通讯连接。

2.如权利要求1所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述通讯转接模块为微处理器MCU或CAN通讯驱动电路或信号处理电路。

3.如权利要求1所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述直流配电均配有开关模块，用于连接负载。

4.如权利要求1所述的高压直流供电系统，其特征在于，所述整流器模块均采用N+1配置或冗余配置。

5.一种高压直流供电系统的供电控制方法，采用如权利要求1至4中任一项所述的高压直流供电系统，其特征在于，包括步骤：

根据实际负载回路绝缘情况，将负载分为正极对地短路回路、负极对地短路回路；

监控模块发出多组控制信号使不同组直流配电分别与正极对地短路回路以及负极对地短路回路相连，通过交流配电、整流器模块为所述负载进行分路供电。

6.如权利要求5所述的高压直流供电系统的供电控制方法，其特征在于，所述负载还分为绝缘回路，可视负载回路功率平衡情况，所述绝缘回路与任意一组直流配电相连。

7.如权利要求6所述的高压直流供电系统的供电控制方法，其特征在于，所述直流配电配有开关模块与所述负载连接，所述监控模块发出多组控制信号控制所述开关模块以使不同组直流配电分别与所述绝缘回路、正极对地短路回路以及负极对地短路回路相连。