CN110932254B - 一种多重冗余供电控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种多重冗余供电控制系统及控制方法，包括配电柜、空气开关、隔离变压器、整流桥、电源转换模块、电源冗余分选器、公共电源分配端子。所述配电柜包括交流配电柜、直流配电柜A、直流配电柜B，分别提供一路AC220和两路DC220V电源，所述空气开关用于单独控制每一路控制回路，所述隔离变压器只用于交流控制回路；所述电源转换模块用于输入的交直流220V电源转换为DC24V电源进行输出；所述电源冗余分选器是将输入的多路DC24V进行并联冗余后再进行输出DC24V电源。所述公共电源分配端子是将经过电源冗余分选器输出的DC24V电源接入到该端子上扩展接线端进行负荷分流。本发明能够达到对用电设备实现冗余供电的目的，使用电设备可靠稳定运行。

Description

一种多重冗余供电控制系统及方法

技术领域

本发明涉及电气自动控制技术领域，具体涉及一种多重冗余供电控制系统及控制方法。

背景技术

水轮机调速器控制系统在水电厂电力生产中起着非常重要的作用，由于现场设备都是通过监控系统远方操作，对设备的电源可靠性和稳定性要求极高，而其控制电源的安全配置存在的问题已成为重大安全隐患。原控制系统采用一路供电电源，且该电源在厂用电配电室也仅从一段母线电源引出，所有负载均接在这一路上，由于进线电源来源单一，一旦出现进线电源失电将导致整个系统失电引起系统失电的严重事故。当电气设备停一段电源检修时，会影响到整个系统的稳定运行，这种方案供电可靠性很低。当系统中的电源转换模块或电源冗余分选器发生故障时，用电设备将会失去控制电源，整个系统控制作用完全消失，存在机组安全稳定运行的隐患。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种多重冗余供电控制系统及控制方法，本发明系统提供三套独立的进线电源，其每一个进线电源上端都由取自不同母线段的两段热备电源输入，然后进行多重并联冗余后输出两路冗余电源，将控制系统的所有负荷平均分配到两路公共DC24V电源上。这种方案从供电的可靠性和设备的安全运行角度均满足了电力生产控制系统的供电要求，消除了控制系统的供电隐患。

本发明采取的技术方案为：

一种多重冗余供电控制系统，包括配电柜、空气开关、隔离变压器、整流桥、电源转换模块、电源冗余分选器、公共电源分配端子；

所述配电柜包括交流配电柜、直流配电柜A、直流配电柜B，分别提供一路AC220和两路DC220V电源，其电源进线端都有两路冗余的热备电源供电，取自厂用电不同的两段母线。

所述交流配电柜分别连接第一空气开关一端、第四空气开关一端，直流配电柜A分别连接第二空气开关一端、第五空气开关一端，直流配电柜B分别连接第三空气开关一端、第六空气开关一端；

第一空气开关另一端连接第一隔离变压器一端，第一隔离变压器另一端连接第一整流桥一端，第二空气开关另一端连接第二整流桥一端，所述第一整流桥另一端、第二整流桥另一端均连接第一电源转换模块一端，第一电源转换模块另一端分别连接第一电源冗余分选器、第二电源冗余分选器；

第三空气开关另一端连接第二电源转换模块一端，第二电源转换模块另一端分别连接第一电源冗余分选器、第二电源冗余分选器；

第四空气开关另一端连接第二隔离变压器一端，第二隔离变压器另一端连接第三整流桥一端，第五空气开关另一端连接第四整流桥一端，所述第三整流桥另一端、第四整流桥另一端均连接第三电源转换模块一端，第三电源转换模块另一端分别连接第三电源冗余分选器、第四电源冗余分选器；

第六空气开关另一端连接第四电源转换模块一端，第四电源转换模块另一端分别连接第三电源冗余分选器、第四电源冗余分选器；

所述第一电源冗余分选器、第三电源冗余分选器均连接第五电源冗余分选器，第五电源冗余分选器连接第一公共电源分配端子，第一公共电源分配端子连接第一用电设备；

所述第二电源冗余分选器、第四电源冗余分选器均连接第六电源冗余分选器，第六电源冗余分选器连接第二公共电源分配端子，第二公共电源分配端子连接第二用电设备。 第一、二用电设备根据用户需求，自行取电确定供电对象。

所述第一空气开关~第六空气开关，用于单独控制每一路控制回路，当控制线路或电气设备及元器件故障时便于独立检修和维护。所述空气开关要满足负载第一用电设备和第二用电设备的电流容量，并且具有漏电保护功能和失电报警功能。

所述第一隔离变压器、第二隔离变压器，用于交流控制回路，启动大负荷设备时,减少对系统电压的影响，降低短路电流、抗干扰和防止系统接地的作用。

第一隔离变压器、第二隔离变压器优先采用NSD系列的SD001G0V001A3隔离变压器。

所述第一电源转换模块~第四电源转换模块，用于输入的交直流220V电源转换为DC24V电源进行输出，降低电压满足用电设备的需求。

所述电源转换模块，采用具有AC220V/DC220V转换为DC24V功能模块的开关电源，至少具有两路输入和两路输出端口，并且具有故障报警及电源指示功能。

电源转换模块优先采用POWER ONE 系列的LXN 2260隔离变压器。

所述第一电源冗余分选器~第六电源冗余分选器，是将输入的多路DC24V进行并联冗余后再进行输出DC24V电源。

所述电源冗余分选器，采用至少具有两路输入和一路输出的电源综合模块，并且具有电源故障报警和电源指示功能。

电源冗余分选器优先采用ABB系列SS832电源冗余分选器。

所述第一~第四整流桥采用日本三社系列DF60AA160整流桥。

所述第一、二公共电源分配端子，是将经过电源冗余分选器输出的DC24V电源，接入到该端子上扩展接线端进行负荷分流。

一种多重冗余高可靠性的供电控制方法，

S1：配电柜提供三路进线电源，分别各分两路进入控制系统独立的供电回路中，形成进线电源冗余供电；

S2：每一路交流电源经过空气开关、隔离变压器、整流桥进入电源转换模块，将其进线电源AC220V转换为DC24V，并与其它电源转换模块输出的DC24V进行两两冗余，通过电源冗余分选器输出后形成冗余电源RY1和RY3；

S3：每一路直流电源经过空气开关、整流桥进入电源转换模块，将其进线电源DC220V转换为DC24V，并与其它电源转换模块输出的DC24V进行两两冗余，通过电源冗余分选器输出后形成冗余电源RY2和RY4；

S4：将上述冗余电源RY1和RY3再次输入至第五冗余电源分选器，输出冗余电源RY5，最后送至第一公共电源端子，供第一用电设备；

S5：将上述冗余电源RY2和RY4再次输入至第六冗余电源分选器，输出冗余电源RY6，最后送至第二公共电源端子，供第二用电设备。

与现有技术相比，本发明一种多重冗余供电控制系统及控制方法的有益效果是：本发明通过交直流配电柜提供的三路市电进行冗余输入供电，并且每一路输入市电电源是由来自两段不同母线的市电电源进行热备输入，形成冗余供电进线电源系统，确保控制系统的供电可靠性，确保其负载可以正常供电。通过设置空气开关将输入的每一路市电进行单独控制，带电设备与故障设备分开，实现了系统不停电长期运行，实现了设备的独立检修和维护功能，保证系统的稳定运行。通过电源冗余分选器将输入的DC24V电源进行两两冗余后输出，有效提高系统供电电源的多重冗余度，实现了设备对电源可靠性的要求，增加了该系统输出电源的可靠性。本发明能够有效实现供电电源的冗余，并且能够在任何一路市电故障时或者电气元器件故障时，都能够保障系统可靠供电和正常运行，满足实际生产需求。

附图说明

图1为本发明供电控制系统的模块结构示意图。

图2为本发明第二实施例（一路电源供电）供电控制系统的结构示意图。

图3为本发明第三实施例（两路电源供电）供电控制系统的结构示意图。

具体实施方式

第一实施例：

如图1所示，一种多重冗余供电控制系统，包括交流配电柜1、直流配电柜1和直流配电柜2。所述的交流配电柜1提供一路AC220V进线电源，进线电源分一路交流电源1A套AC220V和一路交流电源1B套AC220V分别输入空气开关1和空气开关4，所述空气开关1的出线依次经过隔离变压器1和整流桥1形成AC220V电源11A ，后进入电源转换模块1；所述空气开关4的出线依次经过隔离变压器2和整流桥3形成AC220V电源11B，然后进入电源转换模块3。

所述直流配电柜1提供一路DC220V进线电源，其进行电源分一路直流电源DC220V2A和一路直流电源DC220V 2B套分别输入至空气开关2和空气开关5，所述空气开关2的出线经过整流桥2形成DC220V电源21A，然后进入电源转换模块2；所述空气开关5的出线经过整流桥4形成DC220V电源 21B，然后进入电源转换模块3。

所述直流配电柜2提供一路DC220V进行电源，其进行电源分一路直流电源DC220V3A和一路直流电源DC220V 3B套分别输入至空气开关3和空气开关6，所述空气开关3的出线形成DC220V电源31A直接进入电源转换模块2；所述空气开关6的出线形成DC220V电源31B直接进入电源转换模块4。

所述电源转换模块1将把上述输入的AC220V电源 11A和DC220V电源21A转换为DC24V，然后分一路DC24V ZH1A和一路DC24V ZH1B分别输入至电源冗余分选器1和电源冗余分选器2。

所述电源转换模块2将上述输入的DC220V电源31A转换为DC24V，然后分一路DC24V电源ZH2A和一路DC24V电源ZH2B分别输入至电源冗余分选器1和电源冗余分选器2。

所述电源转换模块3将上述输入的AC220V电源11B和DC220V电源21B转换为DC24V，然后分一路DC24V电源ZH3A和一路DC24V电源ZH3B分别输入至电源冗余分选器3和电源冗余分选器4。

所述电源转换模块4将上述输入的DC220V电源31B转换为DC24V，然后分一路DC24V电源ZH4A和一路DC24V电源ZH4B分别输入至电源冗余分选器3和电源冗余分选器4。

所述电源冗余分选器1将上述电源转换模块1输入的DC24V电源ZH1A和电源转换模块2 输入的DC24V电源ZH2A进行综合冗余后输出一路DC24V电源RY1至电源冗余分选器5。

所述电源冗余分选器2将上述电源转换模块1输入的DC24V电源ZH1B和电源转换模块2 输入的DC24V电源ZH2B进行综合冗余后输出一路DC24V电源RY2至电源冗余分选器6。

所述电源冗余分选器3将上述电源转换模块3输入的DC24V电源ZH3A和电源转换模块2 输入的DC24V电源ZH4A进行综合冗余后输出一路DC24V电源RY3至电源冗余分选器5。

所述电源冗余分选器4将上述电源转换模块3输入的DC24V电源ZH3B和电源转换模块4输入的DC24V电源ZH4B进行综合冗余后输出一路DC24V电源RY4至电源冗余分选器6。

所述电源冗余分选器5是将上述DC24V电源RY1和DC24V电源RY3进行冗余形成DC24V 电源RY5，然后输出至公共电源分配端子1，所述公共电源端子1引线引至用电设备1进行供电。

所述电源冗余分选器6是将上述DC24V电源RY2和DC24V电源RY4进行冗余形成DC24V电源RY6，然后输出至公共电源端子2，所述公共电源端子2引线引至用电设备2进行供电。

因此，通过上述实施例说明，该供电控制系统通过对进线电源220V的冗余设计和DC24V电源的冗余设计实现了对电源的多重冗余供电，对用电设备提供了可靠稳定的用电电源，实现供电控制系统的长期稳定运行。

第二实施例：

如图3所示，提供了第二实施例的一种多重冗余供电控制系统的结构示意图。为了便于说明仅提供了第二实施例相关的部分说明，详述如下：

本实施例所提供的多重冗余的供电控制系统是图1所示的供电控制系统在只有一路进线交流AC220V电源时实现对用电设备的冗余供电方式，包括交流配电柜1、电源转换模块1、电源转换模块2、电源冗余分选器1、电源冗余分选器2、电源冗余分选器3、电源冗余分选器4、电源冗余分选器5、电源冗余分选器6。

所述的交流配电柜1提供一路AC220V进线电源，进线电源分一路交流电源1A套AC220V和一路交流电源1B套AC220V分别输入空气开关1和空气开关4，所述空气开关1的出线依次经过隔离变压器1和整流桥1形成AC220V电源11A ，后进入电源转换模块1；所述空气开关4的出线依次经过隔离变压器2和整流桥3形成AC220V电源11B，然后进入电源转换模块3。

所述电源转换模块1将把上述输入的AC220V电源 11A转换为DC24V，然后分一路DC24V ZH1A和一路DC24V ZH1B分别输入至电源冗余分选器1和电源冗余分选器2。

所述电源转换模块3将上述输入的AC220V电源11B转换为DC24V，然后分一路DC24V电源ZH3A和一路DC24V电源ZH3B分别输入至电源冗余分选器3和电源冗余分选器4。

所述电源冗余分选器5是将上述DC24V电源RY1和DC24V电源RY3进行冗余形成DC24V 电源RY5，然后输出至公共电源分配端子1，所述公共电源端子1引线引至用电设备1进行供电。

所述电源冗余分选器6是将上述DC24V电源RY2和DC24V电源RY4进行冗余形成DC24V电源RY6，然后输出至公共电源端子2，所述公共电源端子2引线引至用电设备2进行供电。

因此，通过上述实施例可以实现对用电设备的冗余供电功能，该供电控制系统最终通过电源冗余分选器5和电源冗余分选器6对用电设备1和用电设备2进行供电，在只有一路进线电源供电时，依然能够对用电设备提供稳定可靠的DC24V电源，以保证用电设备1和用电设备2在稳定和持续的供电条件下进行正常运行，保证系统的可靠性。

综上所述，本发明实施例通过在冗余电源供电控制系统中采用三路进线电源保证供电可靠，通过电源转换模块1、电源转换模块2、电源冗余分选器1、电源冗余分选器2、电源冗余分选器3、电源冗余分选器4、电源冗余分选器5、电源冗余分选器6、隔离变压器1、隔离变压器2、整流桥1和整流桥2，既能在具备三路进线电源供电的情况下实现冗余供电，又能在只有一路进线电源供电时能够充分利用所述的电源转换模块和电源冗余分选器进线冗余电源混合配置，并同样能够达到对用电设备实现冗余供电的目的，使用电设备可靠稳定运行。

Claims (7)

1.一种多重冗余供电控制系统，包括配电柜、空气开关、隔离变压器、整流桥、电源转换模块、电源冗余分选器、公共电源分配端子；其特征在于：

所述配电柜包括交流配电柜、直流配电柜A、直流配电柜B，分别提供一路AC220和两路DC220V电源；

所述交流配电柜分别连接第一空气开关一端、第四空气开关一端，直流配电柜A分别连接第二空气开关一端、第五空气开关一端，直流配电柜B分别连接第三空气开关一端、第六空气开关一端；

第一空气开关另一端连接第一隔离变压器一端，第一隔离变压器另一端连接第一整流桥一端，第二空气开关另一端连接第二整流桥一端，所述第一整流桥另一端、第二整流桥另一端均连接第一电源转换模块一端，第一电源转换模块另一端分别连接第一电源冗余分选器、第二电源冗余分选器；

第三空气开关另一端连接第二电源转换模块一端，第二电源转换模块另一端分别连接第一电源冗余分选器、第二电源冗余分选器；

第四空气开关另一端连接第二隔离变压器一端，第二隔离变压器另一端连接第三整流桥一端，第五空气开关另一端连接第四整流桥一端，所述第三整流桥另一端、第四整流桥另一端均连接第三电源转换模块一端，第三电源转换模块另一端分别连接第三电源冗余分选器、第四电源冗余分选器；

第六空气开关另一端连接第四电源转换模块一端，第四电源转换模块另一端分别连接第三电源冗余分选器、第四电源冗余分选器；

所述第一电源冗余分选器、第三电源冗余分选器均连接第五电源冗余分选器，第五电源冗余分选器连接第一公共电源分配端子，第一公共电源分配端子连接第一用电设备；

所述第二电源冗余分选器、第四电源冗余分选器均连接第六电源冗余分选器，第六电源冗余分选器连接第二公共电源分配端子，第二公共电源分配端子连接第二用电设备；

所述第一电源转换模块～第四电源转换模块，用于输入的交直流220V电源转换为DC24V电源进行输出；

所述第一电源冗余分选器～第六电源冗余分选器，是将输入的多路DC24V进行并联冗余后再进行输出DC24V电源。

2.根据权利要求1所述一种多重冗余供电控制系统，其特征在于：所述第一空气开关～第六空气开关，用于单独控制每一路控制回路，当控制线路或电气设备及元器件故障时便于独立检修和维护。

3.根据权利要求1所述一种多重冗余供电控制系统，其特征在于：所述第一隔离变压器、第二隔离变压器，用于交流控制回路，启动大负荷设备时,减少对系统电压的影响，降低短路电流、抗干扰和防止系统接地的作用。

4.根据权利要求1所述一种多重冗余供电控制系统，其特征在于：所述电源转换模块，采用具有AC220V/DC220V转换为DC24V功能模块的开关电源，至少具有两路输入和两路输出端口，并且具有故障报警及电源指示功能。

5.根据权利要求1所述一种多重冗余供电控制系统，其特征在于：所述电源冗余分选器，采用至少具有两路输入和一路输出的电源综合模块，并且具有电源故障报警和电源指示功能。

6.根据权利要求1所述一种多重冗余供电控制系统，其特征在于：所述第一、二公共电源分配端子，将经过电源冗余分选器输出的DC24V电源，接入到该端子上扩展接线端进行负荷分流。

7.采用如权利要求1～6任意一种多重冗余供电控制系统的供电控制方法，其特征在于：

S1：配电柜提供三路进线电源，分别各分两路进入控制系统独立的供电回路中，形成进线电源冗余供电；

S2：每一路交流电源经过空气开关、隔离变压器、整流桥进入电源转换模块，将其进线电源AC220V转换为DC24V，并与其它电源转换模块输出的DC24V进行两两冗余，通过电源冗余分选器输出后形成冗余电源RY1和RY3；

S3：每一路直流电源经过空气开关、整流桥进入电源转换模块，将其进线电源DC220V转换为DC24V，并与其它电源转换模块输出的DC24V进行两两冗余，通过电源冗余分选器输出后形成冗余电源RY2和RY4；

S4：将上述冗余电源RY1和RY3再次输入至第五冗余电源分选器，输出冗余电源RY5，最后送至第一公共电源端子，供第一用电设备；

S5：将上述冗余电源RY2和RY4再次输入至第六冗余电源分选器，输出冗余电源RY6，最后送至第二公共电源端子，供第二用电设备。