CN106786488B - 一种冗余且平均分担功率的直流棒电源装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冗余且平均分担功率的直流棒电源装置，直流棒电源由两组互为冗余备用的电源组成，两组电源可独立工作，也可同时工作，同时工作时无需控制，可实现自动平均分担功率，平均分配负载，且其中一组电源出现故障时，故障电源自动退出，另外一组电源承担全部负载，实现对低频电源柜的集中冗余供电，提高了系统的可靠性。

Description

一种冗余且平均分担功率的直流棒电源装置

技术领域

本发明涉及核动力反应堆电源设计领域，具体地，涉及一种冗余且平均分担功率的直流棒电源装置。

背景技术

反应堆低频电源柜是反应堆仪控系统的重要组成部分，用于控制控制棒驱动机构，实现控制棒束的提升、插入和保持，完成反应堆的启堆、运行、正常停堆和紧急停堆。

在某研究堆工程棒控系统设计中，反应堆低频电源柜所需的AC380V动力电源来自工业电网，电网电压的波动、瞬间跌落、单路断电等会造成控制棒掉棒，引起停堆。

综上所述，本申请发明人在实现本申请发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

在现有技术中，现有的反应堆低频电源柜采用工业电网，存在工业电网不稳定造成控制棒掉棒的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种冗余且平均分担功率的直流棒电源装置，现有的反应堆低频电源柜采用工业电网，存在工业电网不稳定造成控制棒掉棒的技术问题，实现了装置设计合理，提高反应堆低频电源的可靠性的技术效果。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种冗余且平均分担功率的直流棒电源装置，所述装置包括：第一电源和第二电源，第一电源和第二电源结构相同，第一电源包括：变压器初级线圈绕组、第一组12脉波整流电路、第二组12脉波整流电路，其中，第一组和第二组12脉波整流电路中均设有与变压器初级线圈绕组配合使用的变压器次级线圈绕组，变压器初级线圈绕组与三相交流380V电源连接，第一组12脉波整流电路的输出直流电压为DC11，功率为P11，第二组12脉波整流电路的输出直流电压为DC12，功率为P12；第二电源中的第三组12脉波整流电路的输出直流电压为DC21，功率为P21，第二电源中的第四组12脉波整流电路的输出直流电压为DC22，功率为P22；将第一电源的DC11与第二电源的DC21分别用二级管隔离后并联组成第一并联电路，将第一电源的DC12与第二电源的DC22分别用二级管隔离后并联组成第二并联电路，将两组并联电路串联后组成整个电源装置的输出。

进一步的，DC11等于DC22，P11等于P22，DC12等于DC21,P12等于P21，且DC11/DC22大于DC12/DC21，P11/P22大于P12/P21。

进一步的，第一电源具体包括：变压器初级线圈绕组、4个变压器次级线圈绕组(绕组1-绕组4)、4个三相全波整流电路(RC1-RC4)、四个电感(L1-L4)、两个电容(C1与C2)及两个二极管(D1与D2)，其中，绕组1与绕组2、三相全波整流电路RC1与RC2、电感L1与L2、电容C1与二极管D1组成第一组12脉波整流电路，绕组3与绕组4、三相全波整流电路RC3与RC4、电感L3与L4、电容C2与二极管D2组成第二组12脉波整流电路。

进一步的，第二电源具体包括：变压器初级线圈绕组、4个变压器次级线圈绕组(绕组5-绕组8)、4个三相全波整流电路(RC5-RC8)、四个电感(L5-L8)、两个电容(C3与C4)及两个二极管(D3与D4)，其中，绕组5与绕组6、三相全波整流电路RC5与RC6、电感L5与L6、电容C3与二极管D3组成第三组12脉波整流电路，绕组7与绕组8、三相全波整流电路RC7与RC8、电感L7与L8、电容C4与二极管D4组成第四组12脉波整流电路。

进一步的，绕组1与三相全波整流电路RC1连接，绕组2与三相全波整流电路RC2连接，绕组1与三相全波整流电路RC1连接，绕组2与三相全波整流电路RC2连接，电感L1的一端与三相全波整流电路RC1的正输出端连接，电感L1的另一端与二极管D1的正极连接，电感L2的一端与三相全波整流电路RC2的正输出端连接，电感L2的另一端与二极管D1的正极连接，三相全波整流电路RC1的负输出端与三相全波整流电路RC2的负输出端、二极管D2的负极、、三相全波整流电路RC5的负输出端、三相全波整流电路RC6的负输出、二极管D4的负极均连接，电容C1的正极与二极管D1的正极连接，电容C1的负极与三相全波整流电路RC1的负输出端、三相全波整流电路RC2的负输出端均连接，二极管D1的负极连接电源装置正输出端。

进一步的，绕组3与三相全波整流电路RC3连接，绕组4与三相全波整流电路RC4连接，电感L3的一端与三相全波整流电路RC3的正输出端连接，电感L3的另一端与二极管D2的正极连接，电感L4的一端与三相全波整流电路RC4的正输出端连接，电感L4的另一端与二极管D2的正极连接，三相全波整流电路RC3的负输出端和三相全波整流电路RC4的负输出端均与电源装置的负输出端连接，电容C2的正极与二极管D2的正极连接，电容C2的负极与三相全波整流电路RC3的负输出端、三相全波整流电路RC4的负输出端均连接，二极管D2的负极与三相全波整流电路RC1的负输出端、三相全波整流电路RC2的负输出端、第二电源中的二极管D4的负极均连接。

进一步的，绕组5与三相全波整流电路RC5连接，绕组6与三相全波整流电路RC6连接，电感L5的一端与三相全波整流电路RC5的正输出端连接，电感L5的另一端与二极管D3的正极连接，电感L6的一端与三相全波整流电路RC6的正输出端连接，电感L6的另一端与二极管D3的正极连接，三相全波整流电路RC5的负输出端与三相全波整流电路RC6的负输出端、二极管D4的负极、三相全波整流电路RC1的负输出端、三相全波整流电路RC2的负输出、二极管D2的负极均连接，电容C3的正极与二极管D3的正极连接，电容C3的负极与三相全波整流电路RC5的负输出端、三相全波整流电路RC6的负输出端均连接，二极管D3的负极连接电源装置正输出端。

进一步的，绕组7与三相全波整流电路RC7连接，绕组8与三相全波整流电路RC8连接，电感L7的一端与三相全波整流电路RC7的正输出端连接，电感L7的另一端与二极管D4的正极连接，电感L8的一端与三相全波整流电路RC8的正输出端连接，电感L8的另一端与二极管D4的正极连接，三相全波整流电路RC7的负输出端和三相全波整流电路RC8的负输出端均与电源装置的负输出端连接，电容C4的正极与二极管D4的正极连接，电容C4的负极与三相全波整流电路RC7的负输出端、三相全波整流电路RC8的负输出端均连接，二极管D4的负极与三相全波整流电路RC5的负输出端、三相全波整流电路RC6的负输出端、第一电源中的二极管D2的负极均连接。

进一步的，第一电源与第二电源能够独立工作，也能够同时工作；当同时工作时，两组电源能够自动均流；当第一电源单独工作、第二电源不工作时，整个直流棒电源装置的输出由第一电源提供，其对外输出的直流电压Vo为DC11+DC12，输出功率Po为P11+P12；当第二电源单独工作、第一电源不工作时，整个直流棒电源装置的输出由第二电源提供，其对外输出的直流电压Vo为DC21+DC22，输出功率Po为P21+P22；当第一电源与第二电源同时工作时，整个直流棒电源装置对外的输出电压Vo为DC11+DC22，输出功率Po为P11+P22，且第一电源与第二电源所提供的电压与功率各占1/2，实现两组电源的自动均流。

进一步的，当第一电源与第二电源同时工作时，输出电压Vo为DC11+DC22，若第一电源发生故障，直流棒电源装置输出电压变为DC21+DC22，自动切换至第二电源工作模式；当第二电源发生故障时，直流棒电源装置输出电压变为DC11+DC12，自动切换至第一电源工作模式。

本发明了一种两路三相交流380V动力电源输入的冗余直流供电装置，确保反应堆低频电源柜的可靠供电，解决电压波动、电压瞬间跌落以及单路断电造成控制棒掉棒的问题，提高反应堆低频电源的可靠性，同时为低频电源柜动力电源提供一套集中供电装置。

两组电源自动均流：

本发明所发明的直流棒电源装置中，直流棒电源装置的电源1与电源2可独立工作，也可同时工作，同时工作时，两组电源可自动均流。当电源1单独工作、电源2不工作时，由二极管D3与D4的单向导通特性，电源2处于隔断状态，整个直流棒电源装置的输出由电源1提供，其对外输出的直流电压Vo为DC11+DC12，输出功率Po为P11+P12；同理，当电源2单独工作、电源1不工作时，由二极管D1与D2的单向导通特性，电源1处于隔断状态，整个直流棒电源装置的输出由电源2提供，其对外输出的直流电压Vo为DC21+DC22，输出功率Po为P21+P22；当电源1与电源2同时工作时，由于DC11大于DC21,DC11与DC21并联工作时，由二极管D1与D3的单向导通特性，负载由DC11承担，DC21几乎处于空载状态，同理，DC22大于DC12,DC22与DC12并联工作时，由二极管D2与D4的单向导通特性，负载由DC22承担，DC12几乎处于空载状态，此时，整个直流棒电源装置对外的输出电压由电源1的DC11与电源2的DC22共同提供，输出电压Vo为DC11+DC22，输出功率Po为P11+P22，且电源1与电源2所提供的电压与功率各占1/2，实现了两组电源的自动均流。

两组电源互为冗余备用：

本发明所发明的直流棒电源装置中，当电源1与电源2同时工作时，输出电压Vo为DC11+DC22。若电源1发生故障，DC11不能正常对外供电，因DC11与DC21通过二极管并联，此时DC11的供电由DC21提供，直流棒电源装置输出电压变为DC21+DC22，自动切换至电源2工作模式。同理，当电源2发生故障时，直流棒电源装置输出电压变为DC11+DC12，自动切换至电源1工作模式。由此实现两组电源互为冗余备用的功能。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

基于本发明设计的直流棒电源由两组互为冗余备用的电源组成，两组电源可独立工作，也可同时工作，同时工作时无需控制，可实现自动平均分担功率，平均分配负载，且其中一组电源出现故障时，故障电源自动退出，另外一组电源承担全部负载，实现对低频电源柜的集中冗余供电，提高了系统的可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是本申请中冗余且平均分担功率的直流棒电源装置的原理示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种冗余且平均分担功率的直流棒电源装置，现有的反应堆低频电源柜采用工业电网，存在工业电网不稳定造成控制棒掉棒的技术问题，实现了装置设计合理，提高反应堆低频电源的可靠性的技术效果。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

请参考图1，本发明所发明的直流棒电源装置中，直流棒电源由电源1与电源2两组电源组成，两组电源结构基本相同，现以电源1为例介绍电源结构。电源主要包含一个变压器初级线圈绕组、4个变压器次级线圈绕组(绕组1-绕组4)、4个三相全波整流电路(RC1-RC4)、四个电感(L1-L4)、两个电容(C1与C2)及两个二极管(D1与D2)。其中绕组1与绕组2、三相全波整流电路RC1与RC2、电感L1与L2、电容C1与二极管D1组成一组12脉波整流电路，该电路所得到的直流电压为DC11，功率为P11，绕组3与绕组、三相全波整流电路RC3与RC4、电感L3与L4、电容C2与二极管D2组成另外一组12脉波整流电路，该电路所得到的直流电压为DC12，功率为P12。相同地，电源2也包含两套12脉波整流电路，直流电压分别为DC21与DC22，功率分别为P21与P22。将电源1的DC11与电源2的DC21分别用二级管隔离后并联，将电源1的DC12与电源2的DC22分别用二级管隔离后并联，两组并联电路再串联后组成整个电源装置的输出。其中电源1与电源2各直流电压(功率)之间大小关系为DC11(P11)等于DC22(P22)，DC12(P12)等于DC21(P21),且DC11/DC22(P11/P22)大于DC12/DC21(P12/P21)。

两组电源自动均流：

本发明所发明的直流棒电源装置中，直流棒电源装置的电源1与电源2可独立工作，也可同时工作，同时工作时，两组电源可自动均流。当电源1单独工作、电源2不工作时，由二极管D3与D4的单向导通特性，电源2处于隔断状态，整个直流棒电源装置的输出由电源1提供，其对外输出的直流电压Vo为DC11+DC12，输出功率Po为P11+P12；同理，当电源2单独工作、电源1不工作时，由二极管D1与D2的单向导通特性，电源1处于隔断状态，整个直流棒电源装置的输出由电源2提供，其对外输出的直流电压Vo为DC21+DC22，输出功率Po为P21+P22；当电源1与电源2同时工作时，由于DC11大于DC21,DC11与DC21并联工作时，由二极管D1与D3的单向导通特性，负载由DC11承担，DC21几乎处于空载状态，同理，DC22大于DC12,DC22与DC12并联工作时，由二极管D2与D4的单向导通特性，负载由DC22承担，DC12几乎处于空载状态，此时，整个直流棒电源装置对外的输出电压由电源1的DC11与电源2的DC22共同提供，输出电压Vo为DC11+DC22，输出功率Po为P11+P22，且电源1与电源2所提供的电压与功率各占1/2，实现了两组电源的自动均流。

两组电源互为冗余备用：

本发明所发明的直流棒电源装置中，当电源1与电源2同时工作时，输出电压Vo为DC11+DC22。若电源1发生故障，DC11不能正常对外供电，因DC11与DC21通过二极管并联，此时DC11的供电由DC21提供，直流棒电源装置输出电压变为DC21+DC22，自动切换至电源2工作模式。同理，当电源2发生故障时，直流棒电源装置输出电压变为DC11+DC12，自动切换至电源1工作模式。由此实现两组电源互为冗余备用的功能。

保护、指示功能：

本发明所发明的直流棒电源装置中，直流棒电源对A、B两站电源设置独立的供电开关进行保护，对运行时的状态、过热、过流等故障进行检测，故障状态在前面板以指示灯显示，同时以硬接线方式将本机状态发送至外部系统。对两路输入电压、交流输入功率，直流输出总电压、输出总电流进行测量并在前面板显示。

本发明已应用于CENTER工程科研反应堆低频电源柜样机的集中供电中，已明确将应用于CENTER工程试验堆项目，并可推广应用于龙威、小堆等项目，或应用于有类似要求的直流供电领域。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

基于本发明设计的直流棒电源由两组互为冗余备用的电源组成，两组电源可独立工作，也可同时工作，同时工作时无需控制，可实现自动平均分担功率，平均分配负载，且其中一组电源出现故障时，故障电源自动退出，另外一组电源承担全部负载，实现对低频电源柜的集中冗余供电，提高了系统的可靠性。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种冗余且平均分担功率的直流棒电源装置，其特征在于，所述装置包括：第一电源和第二电源，第一电源和第二电源结构相同，第一电源包括：变压器初级线圈绕组、第一组12脉波整流电路、第二组12脉波整流电路，其中，第一组和第二组12脉波整流电路中均设有与变压器初级线圈绕组配合使用的变压器次级线圈绕组，变压器初级线圈绕组与三相交流380V电源连接，第一组12脉波整流电路的输出直流电压为DC11，功率为P11，第二组12脉波整流电路的输出直流电压为DC12，功率为P12；第二电源中的第三组12脉波整流电路的输出直流电压为DC21，功率为P21，第二电源中的第四组12脉波整流电路的输出直流电压为DC22，功率为P22；将第一电源的DC11与第二电源的DC21分别用二极管隔离后并联组成第一并联电路，将第一电源的DC12与第二电源的DC22分别用二极管隔离后并联组成第二并联电路，将两组并联电路串联后组成整个电源装置的输出。

2.根据权利要求1所述的冗余且平均分担功率的直流棒电源装置，其特征在于，DC11等于DC22， P11等于P22，DC12等于DC21, P12等于P21，且DC11/DC22大于DC12/DC21，P11/P22大于P12/P21。

3.根据权利要求1所述的冗余且平均分担功率的直流棒电源装置，其特征在于，第一电源具体包括：变压器初级线圈绕组、4个变压器次级线圈绕组：绕组1-绕组4、4个三相全波整流电路RC1-RC4、四个电感L1-L4、两个电容C1与C2及两个二极管D1与D2，其中，绕组1与绕组2、三相全波整流电路RC1与RC2、电感L1与L2、电容C1与二极管D1组成第一组12脉波整流电路，绕组3与绕组4、三相全波整流电路RC3与RC4、电感L3与L4、电容C2与二极管D2组成第二组12脉波整流电路。

4.根据权利要求3所述的冗余且平均分担功率的直流棒电源装置，其特征在于，第二电源具体包括：变压器初级线圈绕组、4个变压器次级线圈绕组：绕组5-绕组8、4个三相全波整流电路RC5-RC8、四个电感L5-L8、两个电容C3与C4及两个二极管D3与D4，其中，绕组5与绕组6、三相全波整流电路RC5与RC6、电感L5与L6、电容C3与二极管D3组成第三组12脉波整流电路，绕组7与绕组8、三相全波整流电路RC7与RC8、电感L7与L8、电容C4与二极管D4组成第四组12脉波整流电路。

5.根据权利要求4所述的冗余且平均分担功率的直流棒电源装置，其特征在于，绕组1与三相全波整流电路RC1连接，绕组2与三相全波整流电路RC2连接，电感L1的一端与三相全波整流电路RC1的正输出端连接，电感L1的另一端与二极管D1的正极连接，电感L2的一端与三相全波整流电路RC2的正输出端连接，电感L2的另一端与二极管D1的正极连接，三相全波整流电路RC1的负输出端与三相全波整流电路RC2的负输出端、二极管D2的负极、三相全波整流电路RC5的负输出端、三相全波整流电路RC6的负输出端、二极管D4的负极均连接，电容C1的正极与二极管D1的正极连接，电容C1的负极与三相全波整流电路RC1的负输出端、三相全波整流电路RC2的负输出端均连接，二极管D1的负极连接电源装置正输出端。

6.根据权利要求4所述的冗余且平均分担功率的直流棒电源装置，其特征在于，绕组3与三相全波整流电路RC3连接，绕组4与三相全波整流电路RC4连接，电感L3的一端与三相全波整流电路RC3的正输出端连接，电感L3的另一端与二极管D2的正极连接，电感L4的一端与三相全波整流电路RC4的正输出端连接，电感L4的另一端与二极管D2的正极连接，三相全波整流电路RC3的负输出端和三相全波整流电路RC4的负输出端均与电源装置的负输出端连接，电容C2的正极与二极管D2的正极连接，电容C2的负极与三相全波整流电路RC3的负输出端、三相全波整流电路RC4的负输出端均连接，二极管D2的负极与三相全波整流电路RC1的负输出端、三相全波整流电路RC2的负输出端、第二电源中的二极管D4的负极均连接。

7.根据权利要求4所述的冗余且平均分担功率的直流棒电源装置，其特征在于，绕组5与三相全波整流电路RC5连接，绕组6与三相全波整流电路RC6连接，电感L5的一端与三相全波整流电路RC5的正输出端连接，电感L5的另一端与二极管D3的正极连接，电感L6的一端与三相全波整流电路RC6的正输出端连接，电感L6的另一端与二极管D3的正极连接，三相全波整流电路RC5的负输出端与三相全波整流电路RC6的负输出端、二极管D4的负极、三相全波整流电路RC1的负输出端、三相全波整流电路RC2的负输出端、二极管D2的负极均连接，电容C3的正极与二极管D3的正极连接，电容C3的负极与三相全波整流电路RC5的负输出端、三相全波整流电路RC6的负输出端均连接，二极管D3的负极连接电源装置正输出端。

8.根据权利要求4所述的冗余且平均分担功率的直流棒电源装置，其特征在于，绕组7与三相全波整流电路RC7连接，绕组8与三相全波整流电路RC8连接，电感L7的一端与三相全波整流电路RC7的正输出端连接，电感L7的另一端与二极管D4的正极连接，电感L8的一端与三相全波整流电路RC8的正输出端连接，电感L8的另一端与二极管D4的正极连接，三相全波整流电路RC7的负输出端和三相全波整流电路RC8的负输出端均与电源装置的负输出端连接，电容C4的正极与二极管D4的正极连接，电容C4的负极与三相全波整流电路RC7的负输出端、三相全波整流电路RC8的负输出端均连接，二极管D4的负极与三相全波整流电路RC5的负输出端、三相全波整流电路RC6的负输出端、第一电源中的二极管D2的负极均连接。

9.根据权利要求4所述的冗余且平均分担功率的直流棒电源装置，其特征在于，第一电源与第二电源能够独立工作，也能够同时工作；当同时工作时，两组电源能够自动均流；当第一电源单独工作、第二电源不工作时，整个直流棒电源装置的输出由第一电源提供，其对外输出的直流电压Vo为DC11 + DC12，输出功率Po为P11 + P12；当第二电源单独工作、第一电源不工作时，整个直流棒电源装置的输出由第二电源提供，其对外输出的直流电压Vo为DC21 + DC22，输出功率Po为P21 + P22；当第一电源与第二电源同时工作时，整个直流棒电源装置对外的输出电压Vo为DC11 + DC22，输出功率Po为P11 + P22，且第一电源与第二电源所提供的电压与功率各占1/2，实现两组电源的自动均流。

10.根据权利要求4所述的冗余且平均分担功率的直流棒电源装置，其特征在于，当第一电源与第二电源同时工作时，输出电压Vo为DC11 + DC22，若第一电源发生故障，直流棒电源装置输出电压变为DC21 + DC22，自动切换至第二电源工作模式；当第二电源发生故障时，直流棒电源装置输出电压变为DC11 + DC12，自动切换至第一电源工作模式。