CN107346884B - 一种两段直流母线隔离转换供电系统 - Google Patents

一种两段直流母线隔离转换供电系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种两段直流母线隔离转换供电系统，通过两个电控开关和隔离装置的设计，使得在两段直流母线供电系统中两段直流母线达到电气隔离从而能够独立运行，同时当一段直流母线故障异常时能够转换到另一段直流母线供电，并在转换过程中由隔离装置给负载供电，解决了两段直流母线供电转换过程中负载失电的问题，同时软起动电路和滤波电路的设计，增加了系统防电流冲击和抗干扰的能力，使系统运行更加安全可靠。

Description

一种两段直流母线隔离转换供电系统
技术领域
本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种两段直流母线隔离转换供电系统。
背景技术
为提高控制保护系统的可靠性和冗余性，直流系统的设计是采用两段母线运行，重要负荷可以从两段直流母线上取电，但是直流系统的设计原则是两段直流母线独立运行，因此要设置两路隔离的供电电源进行转换，同时为了保证转换过程中负荷不失电，需要使转换时间几乎为零或者转换过程中由其它设备进行供电，以增加系统的安全性和可靠性。
中国专利CN205791786U《一种直流双电源自动切换装置》提供了一种用于直流双电源供电过程中能够自动切换两段母线的装置，通过设置两个隔离DC/DC变换器，能够较好的实现两段直流母线同时在线，同时可以实现母线间的电气隔离和快速切换，以及在切换过程中保证负荷不失电，其不足之处在于：该发明在设计两个隔离DC/DC变换器时未配置相关保护电路，这就导致隔离DC/DC变换器抗干扰能力不足，容易导致其输入输出信号不稳定，而不稳定的电流容易导致在切换过程中出现电流冲击，从而破坏电路。
发明内容
本发明的目的是提供一种两段直流母线隔离转换供电系统，用以解决两段直流母线供电转换过程中存在负荷失电以及控制不稳定的问题。
为实现上述目的，本发明的方案提供了一种两段直流母线隔离转换供电系统，包括控制单元、第一段直流母线(I)、第一电控开关(K1)、第二段直流母线(II)、第二电控开关(K2)、输出母线(III)和隔离装置，所述第一段直流母线(I)通过所述第一电控开关(K1)连接所述输出母线(III)，所述第二段直流母线(II)通过所述第二电控开关(K2)连接所述输出母线(III)，所述输出母线(III)上引出用于连接负载的输出端子；所述隔离装置包括第一隔离DC/DC变换器和第二隔离DC/DC变换器，所述第一段直流母线(I)通过依次连接第一滤波电路和第一软起动电路从而连接所述第一隔离DC/DC变换器的输入端，所述第一隔离DC/DC变换器的输出端通过第二滤波电路连接所述用于连接负载的输出端子；所述第二段直流母线(II)通过依次连接第三滤波电路和第二软起动电路从而连接所述第二隔离DC/DC变换器的输入端，所述第二隔离DC/DC变换器的输出端通过第四滤波电路连接所述用于连接负载的输出端子。
进一步的，所述第一隔离DC/DC变换器还包括第一控制/隔离驱动单元，所述第一控制/隔离驱动单元用于采集所述第一隔离DC/DC变换器的输入输出量，并对所述第一隔离DC/DC变换器进行控制；所述第二隔离DC/DC变换器还包括第二控制/隔离驱动单元，所述第二控制/隔离驱动单元用于采集所述第二隔离DC/DC变换器的输入输出量，并对所述第二隔离DC/DC变换器进行控制。
进一步的，当所述第一隔离DC/DC变换器和第二隔离DC/DC变换器不投入使用时，处于悬浮空载运行状态，所述悬浮空载运行状态是指输出带载为零，即输出电流为零。
进一步的，所述第一电控开关(K1)和所述第二电控开关(K2)为直流接触器。
本发明的有益效果为：通过两个电控开关和隔离装置的设计，使得在两段直流母线供电系统中两段直流母线达到电气隔离从而能够独立运行，同时当一段直流母线故障异常时能够转换到另一段直流母线供电，并在转换过程中由隔离装置给负载供电，解决了两段直流母线供电转换过程中负载失电的问题，同时不会出现母线互联现象。软起动电路和滤波电路的设计，增加了系统防电流冲击和抗干扰的能力，使系统运行更加安全可靠。
附图说明
图1是本发明一种两段直流母线隔离转换供电系统的原理图；
图2是本发明一种两段直流母线隔离转换供电系统隔离装置的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1所示为一种两段直流母线隔离转换供电系统的原理图，包括控制单元、第一段直流母线I、直流接触器K1、第二段直流母线II、直流接触器K2、输出母线III和隔离装置；第一段直流母线I通过直流接触器K1连接输出母线III，第二段直流母线II通过直流接触器K2连接输出母线III，输出母线III上引出用于连接负载的输出端子。
当第一段直流母线I和第二段直流母线II的电压正常时，即第一段直流母线I和第二段直流母线II的电压范围为标称电压的±10％时，直流接触器K1处于闭合状态，第一段直流母线I对负载提供直流电源；直流接触器K2处于断开状态，隔离装置的输出为标称电压的85～90％。
当I段直流母线的电压处于欠压或者失压状态时，例如是标称电压的75～80％时，控制单元判断第一段直流母线I出现异常故障，并发出第一段直流母线I异常告警信号并将信息上送到上位机，同时控制直流接触器K1断开，直流接触器K2闭合，将输出电压转换为第二段直流母线II供电，但是直流接触器的转换是需要时间的，因此在整个转换过程中，隔离装置输出端由悬浮空载运行状态切换到输出状态并维持输出电压为标称电压的85～90％，保证负载正常供电。在转换结束后，第二段直流母线II对负载提供直流电源，并且隔离装置输出端处于悬浮空载运行状态。
当第一段直流母线I异常故障排除后，即第一段直流母线I电压恢复正常，控制单元将第一段直流母线I异常告警信息解除并上送到上位机，同时系统维持当前的工作状态，直到第二段直流母线II电压出现欠压或者失压状况时，才会发出下一次转换命令，并进行转换过程，其转换过程原理和第一段直流母线I故障时系统运行原理相同。
在上述过程中隔离装置输出端的状态切换使得两段直流母线转换供电的过程中负载不失电，隔离装置的电路图如图2所示。
如图2，隔离装置包括第一隔离DC/DC变换器A和第二隔离DC/DC变换器B，第一段直流母线I通过依次连接第一滤波电路和第一软起动电路连接第一隔离DC/DC变换器A，第一隔离DC/DC变换器A通过连接第二滤波电路从而连接隔离装置的输出端；第二段直流母线II通过依次连接第三滤波电路和第二软起动电路连接第二隔离DC/DC变换器B，第二隔离DC/DC变换器B通过连接第四滤波电路从而连接隔离装置的输出端；隔离装置的输出端连接所述用于连接负载的输出端子。
所述第一隔离DC/DC变换器A包括DC/AC转换电路、隔离变压器电路T1和AC/DC转换电路。所述DC/AC转换电路包括第一IGBT(Q1)和第二IGBT(Q2)，第一IGBT的集电极连接第一软起动电路的正极，且通过连接一个电感Lr连接隔离变压器T1一次侧的正极；第二IGBT的发射极连接第一软起动电路的负极，且通过连接一个电容Cr连接隔离变压器T1一次侧的负极；第一IGBT的发射极连接第二IGBT的集电极；第一IGBT和第二IGBT的发射极和集电极之间各自并联一个电容(C1和C2)；AC/DC转换电路包括由四个二极管(D1、D2、D3和D4)构成的全桥电路，所述全桥电路的两个输入端分别连接隔离变压器T1的二次侧；所述全桥电路通过并联一个电容E0连接所述第二滤波电路。
所述第二隔离DC/DC变换器B的电路结构和所述第一隔离DC/DC变换器的电路结构一样。
同时所述第一隔离DC/DC变换器A还包括第一控制/隔离驱动单元，所述第一控制/隔离驱动单元用于采集所述第一隔离DC/DC变换器A的输入输出量(u1、uf1和if1)，并通过发送脉冲信号(DRVQ1和DRVQ2)对所述第一隔离DC/DC变换器A进行控制；所述第二隔离DC/DC变换器B还包括第二控制/隔离驱动单元，所述第二控制/隔离驱动单元用于采集所述第二隔离DC/DC变换器B的输入输出量(u2、uf2和if2)，并通过发送脉冲信号(DRVQ3和DRVQ4)对所述第二隔离DC/DC变换器B进行控制。
当任意一段直流母线正常供电时，第一隔离DC/DC变换器A和第二隔离DC/DC变换器B都处于悬浮空载运行状态；当任意一段正常供电的直流母线发生故障时，连接另一段直流母线的隔离DC/DC变换器由悬浮空载运行状态切换到输出状态，开始给负载供电；当另一段直流母线开始给负载供电时，连接另一段直流母线的隔离DC/DC变换器由输出状态切换到悬浮空载运行状态。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，通过操控两个直流接触器和隔离装置，实现了两段直流母线隔离供电以及供电转换过程中维持负载供电，不会出现母线互联现象。
但本发明不局限于所描述的实施方式，例如直流接触器可以换为其他类型的直流电控开关，或者改变隔离装置的数量、类型或者位置，或者改变隔离装置中滤波电路、软起动电路的连接顺序，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，实现的发明目的也基本相同，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种两段直流母线隔离转换供电系统，包括控制单元、第一段直流母线(I)、第一电控开关(K1)、第二段直流母线(II)、第二电控开关(K2)、输出母线(III)和隔离装置，所述第一段直流母线(I)通过所述第一电控开关(K1)连接所述输出母线(III)，所述第二段直流母线(II)通过所述第二电控开关(K2)连接所述输出母线(III)，所述输出母线(III)上引出用于连接负载的输出端子；所述隔离装置包括第一隔离DC/DC变换器和第二隔离DC/DC变换器，其特征在于：所述第一段直流母线(I)通过依次连接第一滤波电路和第一软起动电路从而连接所述第一隔离DC/DC变换器的输入端，所述第一隔离DC/DC变换器的输出端通过第二滤波电路连接所述用于连接负载的输出端子；所述第二段直流母线(II)通过依次连接第三滤波电路和第二软起动电路从而连接所述第二隔离DC/DC变换器的输入端，所述第二隔离DC/DC变换器的输出端通过第四滤波电路连接所述用于连接负载的输出端子；
当两段直流母线的电压均正常时，控制单元控制其中一个电控开关闭合、另一个电控开关断开，第一隔离DC/DC变换器和第二隔离DC/DC变换器均处于悬浮空载运行状态；当处于供电状态的直流母线的电压处于欠压或者失压状态时，控制单元控制处于供电状态的直流母线中的电控开关断开，并控制另一电压正常的直流母线中的电控开关闭合，在该电控开关闭合的转换过程中，电压正常的直流母线对应的隔离DC/DC变换器输出端由悬浮空载运行状态切换到输出状态，保证负载正常供电；在该电控开关闭合转换结束后，第一隔离DC/DC变换器和第二隔离DC/DC变换器均处于悬浮空载运行状态；当处于欠压或者失压状态的直流母线的电压恢复正常后，系统维持当前工作状态，直至处于供电状态的直流母线的电压处于欠压或者失压状态时，进行下一次转换；所述悬浮空载运行状态是指输出带载为零，即输出电流为零。
2.根据权利要求1所述一种两段直流母线隔离转换供电系统，其特征在于：所述第一隔离DC/DC变换器还包括第一控制/隔离驱动单元，所述第一控制/隔离驱动单元用于采集所述第一隔离DC/DC变换器的输入输出量，并对所述第一隔离DC/DC变换器进行控制；所述第二隔离DC/DC变换器还包括第二控制/隔离驱动单元，所述第二控制/隔离驱动单元用于采集所述第二隔离DC/DC变换器的输入输出量，并对所述第二隔离DC/DC变换器进行控制。
3.根据权利要求1或2所述一种两段直流母线隔离转换供电系统，其特征在于：所述第一电控开关(K1)和所述第二电控开关(K2)为直流接触器。
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