CN107181250B - 并联型直流电源系统和故障隔离方法 - Google Patents

并联型直流电源系统和故障隔离方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了并联型直流电源系统和故障隔离方法，并联型直流电源系统包括直流母线和多个并联模块，多个并联模块分别与直流母线以并联形式相连接，其中，并联模块包括交流转直流AC/DC变换器、双向直流转直流DC/DC变换器和直流转直流DC/DC变换器；故障隔离方法包括：在预设条件下，并联型直流电源系统的并联模块输出限流特性曲线；当限流特性曲线满足微型断路器的脱扣要求时，获取并联模块的输出过载特性曲线，从而在直流母线不需要并载储能电容的情况下，解决系统馈线支路故障隔离的问题。

Description

并联型直流电源系统和故障隔离方法
技术领域
本发明涉及变电站直流电源技术领域，尤其是涉及并联型直流电源系统和故障隔离方法。
背景技术
直流电源系统包括并联型直流电源系统，并联型直流电源系统采用分段母线的方式给相应负荷供电。由于各段母线孤立输出电流能力有限，当直流馈线发生过载或短路故障时，直流母线无法提供足够大电流放电能力使直流馈线支路上的微型断路器发生保护脱扣进而隔离故障。
针对上述问题，在各分段直流母线上增加储能电容，当直流馈线发生过载或短路故障时电容通过母线放电，当故障电流达到微型断路器的瞬时脱扣区域时开关便自动断开切断故障；但若使故障电流达到微断开关的过载热脱扣区域，则需要配置很多个并联模块，从而导致成本太高，占用安装空间。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供并联型直流电源系统和故障隔离方法，从而在直流母线不需要并载储能电容的情况下，解决系统馈线支路故障隔离的问题。
第一方面，本发明实施例提供了并联型直流电源系统，包括：直流母线和多个并联模块，多个所述并联模块分别与所述直流母线以并联形式相连接，其中，所述并联模块包括交流转直流AC/DC变换器、双向直流转直流DC/DC变换器和直流转直流DC/DC变换器；
所述AC/DC变换器的输入端输入交流电，所述AC/DC变换器的输出端分别与所述双向DC/DC变换器的输入端和所述DC/DC变换器的输入端相连接，所述双向DC/DC变换器的输出端与电池相连接，所述DC/DC变换器的输出端与所述直流母线相连接；
所述AC/DC变换器将所述交流电转化为直流电，并将所述直流电分别输出给所述双向DC/DC变换器和所述DC/DC变换器，所述双向DC/DC变换器利用所述直流电对所述电池进行充电，所述DC/DC变换器利用所述直流电对所述直流母线进行充电。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，当所述交流电不进行供电时，所述电池将所述直流电依次通过所述双向DC/DC变换器和所述DC/DC变换器对所述直流母线进行供电。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，DC/DC变换器的输出端包括DC/DC变换器的正极输出端和DC/DC变换器的负极输出端，DC/DC变换器的正极输出端与所述直流母线的正极相连接，所述DC/DC变换器的负极输出端与所述直流母线的负极输出端相连接。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括微型断路器，所述直流母线通过所述微型断路器与负荷相连接。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述直流电的电压为380V至400V。
第二方面，本发明实施例还提供并联型直流电源系统的故障隔离方法，所述并联型直流电源系统为如上所述的并联型直流电源系统，所述方法包括：
在预设条件下，所述并联型直流电源系统的并联模块输出限流特性曲线；
当所述限流特性曲线满足微型断路器的脱扣要求时，获取所述并联模块的输出过载特性曲线。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述预设条件包括交流电供电条件和/或电池供电条件。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：
在过载倍率相同的情况下，根据曲线查找不同的微型断路器对应的脱扣时间；
从所述对应的脱扣时间中获取最大脱扣时间；
将所述最大脱扣时间作为标准，并获取所述微型断路器的脱扣曲线；
将所述微型断路器的所述脱扣曲线作为所述微型断路器的所述脱扣要求。
结合第二方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述过载倍率为过载电流与额定电流的比值。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，所述并联模块的额定功率为440W。
本发明实施例提供了并联型直流电源系统和故障隔离方法，并联型直流电源系统包括直流母线和多个并联模块，多个并联模块分别与直流母线以并联形式相连接，其中，并联模块包括交流转直流AC/DC变换器、双向直流转直流DC/DC变换器和直流转直流DC/DC变换器；故障隔离方法包括：在预设条件下，并联型直流电源系统的并联模块输出限流特性曲线；当限流特性曲线满足微型断路器的脱扣要求时，获取并联模块的输出过载特性曲线，从而在直流母线不需要并载储能电容的情况下，解决系统馈线支路故障隔离的问题。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的并联模块示意图；
图2为本发明实施例二提供的并联型直流电源系统示意图；
图3为本发明实施例三提供的并联型直流电源系统的故障隔离方法流程图；
图4为本发明实施例三提供的电力直流系统的直流微断脱扣曲线图。
图标：
10-并联模块；11-AC/DC变换器；12-DC/DC变换器；13-双向DC/DC变换器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为便于对本实施例进行理解，下面对本发明实施例进行详细介绍。
实施例一：
图1为本发明实施例提供的并联模块示意图。
参照图1，并联模块10包括AC/DC(交流转直流)变换器11、双向DC/DC(直流转直流)变换器13和DC/DC(直流转直流)变换器12。
并联模块10与直流母线相连接。
实施例二：
图2为本发明实施例二提供的并联型直流电源系统示意图。
参照图2，并联型直流电源系统包括：直流母线和多个并联模块10，多个并联模块10分别与直流母线以并联形式相连接，其中，并联模块10包括AC/DC变换器11、双向DC/DC变换器13和DC/DC变换器12；
AC/DC变换器11的输入端输入交流电，所述AC/DC变换器11的输出端分别与所述双向DC/DC变换器13的输入端和所述DC/DC变换器12的输入端相连接，所述双向DC/DC变换器13的输出端与电池相连接，所述DC/DC变换器12的输出端与直流母线相连接；
AC/DC变换器11将交流电转化为直流电，并将所述直流电分别输出给所述双向DC/DC变换器13和所述DC/DC变换器12，所述双向DC/DC变换器13利用所述直流电对所述电池进行充电，DC/DC变换器12利用所述直流电对直流母线进行充电。
这里，直流电的电压为380V至400V。AC/DC变换器11将交流电转化为直流电后，AC/DC变换器11有两个输出端，一个输出端与双向DC/DC变换器13相连接，另一个输出端与DC/DC变换器12相连接，分别向它们输出直流电。
进一步的，当所述交流电不进行供电时，所述电池将所述直流电依次通过所述双向DC/DC变换器13和所述DC/DC变换器12对所述直流母线进行供电。
这里，上述供电可采取三种方式，第一种方式是交流电进行供电；第二种方式是电池进行供电；第三种方式是交流电和电池同时进行供电。当交流电不进行供电时，由电池为直流母线提供电量。
进一步的，DC/DC变换器12的输出端包括DC/DC变换器12的正极输出端和DC/DC变换器12的负极输出端，DC/DC变换器12的正极输出端与所述直流母线的正极相连接，所述DC/DC变换器12的负极输出端与所述直流母线的负极输出端相连接。
进一步的，还包括微型断路器，所述直流母线通过所述微型断路器与负荷相连接。
实施例三：
图3为本发明实施例三提供的并联型直流电源系统的故障隔离方法流程图。
参照图3，该方法包括以下步骤：
步骤S101，在预设条件下，并联型直流电源系统的并联模块输出限流特性曲线；
具体的，预设条件包括交流电供电条件和/或电池供电条件。即为交流电单独供电；交流电和电池同时供电；电池单独供电。
并联模块具有过载特性，并联模块的额定功率为440W，8倍额定电流输出为3s，瞬时输出功率仅3.52kW，属于常规中小功率等级，并联模块短时能够承受。
在交流电单独供电条件下，最大能提供4倍的额定电流；在交流电和电池同时供电条件下，最大可提供12倍额定电流，并联模块输出限流特性曲线，使限流特性曲线满足微型断路器的脱扣的电流及时间要求。
110KV变电站，110V直流系统和220V直流系统典型负荷及模块配置如表1所示：
Figure BDA0001361264210000071
由表1可知，110V直流系统配置24个额定电流为4A的模块，直流母线冲击电流可达720A/3s，可使63A微型断路器瞬时脱扣。
步骤S102，当限流特性曲线满足微型断路器的脱扣要求时，获取并联模块的输出过载特性曲线。
进一步的，所述方法还包括：
在过载倍率相同的情况下，根据曲线查找不同的微型断路器对应的脱扣时间；
从所述对应的脱扣时间中获取最大脱扣时间；
将所述最大脱扣时间作为标准，并获取所述微型断路器的脱扣曲线；
将所述微型断路器的所述脱扣曲线作为所述微型断路器的所述脱扣要求。
具体地，参照如图4所示的电力直流系统的直流微断脱扣曲线图，图(a)为GM32系列C型、图(b)为施耐德电气C65H-DC系列，图(c)为西门子5SY5系列C型，图(d)为ABBS200MDC系列，其中，上述图中的横坐标表示过载倍率，纵坐标表示时间。过载倍率为过载电流与额定电流的比值。
由上述图可知，不同品牌规格的微型断路器其脱扣曲线存在差异，不同的过载倍率下微型断路器的脱扣时间各不相同。
因此，为了绘制一条能涵盖上述几种微型断路器的脱扣曲线，在过载倍率相同的情况下，根据曲线查找不同的微型断路器对应的脱扣时间；从对应的脱扣时间中获取最大脱扣时间；将最大脱扣时间作为标准，并获取微型断路器的脱扣曲线，以这条曲线作为系统输出过载电流能力需求，再设计并联模块的输出过载特性曲线，可有效解决并联型直流电源系统馈线支路故障隔离问题，即支路过载或短路故障的隔离问题，另外，无额外成本增加，经济性好，可靠性高。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例提供的并联型直流电源系统的故障隔离方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述实施例的并联型直流电源系统的故障隔离方法的步骤。
本发明实施例所提供的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种并联型直流电源系统的故障隔离方法，其特征在于，所述并联型直流电源系统包括：直流母线和多个并联模块，多个所述并联模块分别与所述直流母线以并联形式相连接，其中，所述并联模块包括交流转直流AC/DC变换器、双向直流转直流DC/DC变换器和直流转直流DC/DC变换器；
所述AC/DC变换器的输入端输入交流电，所述AC/DC变换器的输出端分别与所述双向DC/DC变换器的输入端和所述DC/DC变换器的输入端相连接，所述双向DC/DC变换器的输出端与电池相连接，所述DC/DC变换器的输出端与所述直流母线相连接；
所述AC/DC变换器将所述交流电转化为直流电，并将所述直流电分别输出给所述双向DC/DC变换器和所述DC/DC变换器，所述双向DC/DC变换器利用所述直流电对所述电池进行充电，所述DC/DC变换器利用所述直流电对所述直流母线进行充电；
所述DC/DC变换器的输出端包括DC/DC变换器的正极输出端和DC/DC变换器的负极输出端，DC/DC变换器的正极输出端与所述直流母线的正极相连接，所述DC/DC变换器的负极输出端与所述直流母线的负极输出端相连接；所述直流电的电压为380V至400V；
所述方法包括：
在预设条件下，所述并联型直流电源系统的并联模块输出限流特性曲线；
当所述限流特性曲线满足微型断路器的脱扣要求时，获取所述并联模块的输出过载特性曲线。
2.根据权利要求1所述的并联型直流电源系统的故障隔离方法，其特征在于，所述预设条件包括交流电供电条件和/或电池供电条件。
3.根据权利要求1所述的并联型直流电源系统的故障隔离方法，其特征在于，所述方法还包括：
在过载倍率相同的情况下，根据曲线查找不同的微型断路器对应的脱扣时间；
从所述对应的脱扣时间中获取最大脱扣时间；
将所述最大脱扣时间作为标准，并获取所述微型断路器的脱扣曲线；
将所述微型断路器的所述脱扣曲线作为所述微型断路器的所述脱扣要求。
4.根据权利要求3所述的并联型直流电源系统的故障隔离方法，其特征在于，所述过载倍率为过载电流与额定电流的比值。
5.根据权利要求1所述的并联型直流电源系统的故障隔离方法，其特征在于，所述并联模块的额定功率为440W。
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