CN111064458B - 一种直流快切装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于电气开关技术领域的一种直流快切装置，旨在解决现有技术中的低压配电快切装置不适用于直流配电系统的技术问题。所述装置包括与电源负极电性连接的共负极输入端子、不少于两路且彼此并联的共负极切换电路，所述共负极切换电路的输入端与电源正极电性连接，共负极切换电路的输出端电性连接有正极输出端子，所述共负极输入端子电性连接有负极输出端子，所述共负极切换电路包括由不少于两个二极管串联而成的二极管簇。

Description

一种直流快切装置
技术领域
本发明涉及一种直流快切装置，属于电气开关技术领域。
背景技术
随着分布式新能源的大规模接入，传统配电系统的特性被逐步改变。分布式新能源由于需经过AC/DC变换接入交流配电网，因而极大地影响了分布式能源在传统交流配电网中的本地综合消纳效率。使用直流配电系统不但可以解决分布式能源的高效率接入，而且可以提升直流负荷的用电效率，进而提升配电系统的综合效率。为部分重要的直流负荷提供可靠的多路供电以保障其高供电可靠性，通常需要一种低压配电快切装置。由于现有的低压配电快切装置多为交流配电系统设计，因而不适用于直流配电系统。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种直流快切装置，以解决现有技术中的低压配电快切装置不适用于直流配电系统的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种直流快切装置，包括与电源负极电性连接的共负极输入端子、不少于两路且彼此并联的共负极切换电路，所述共负极切换电路的输入端与电源正极电性连接，共负极切换电路的输出端电性连接有正极输出端子，所述共负极输入端子电性连接有负极输出端子，所述共负极切换电路包括由不少于两个二极管串联而成的二极管簇。
进一步地，所述二极管簇的正向导通压降与其所处共负极切换电路所连接电源的供电优先级成反比。
进一步地，所述共负极切换电路还包括与所述二极管簇并联的晶闸管。
进一步地，正极输出端子与负极输出端子之间电性连接有输出稳压电容。
进一步地，所述共负极切换电路还包括与二极管簇电性连接的正极输入端子，共负极切换电路通过所述正极输入端子与电源正极电性连接。
进一步地，所述正极输出端子与负载正极电性连接，所述负极输出端子与负载负极电性连接。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：通过多路并联的二极管簇共正极设计，能够无延时地切换供电电源，保证负载的持续供电；通过二极管簇导通电压限定，能够防止因负载电压工作点变化而导致的误切换；通过多路二极管簇导通电压组合设计，能够区分各路电源的供电优先级；通过采用二极管簇并联晶闸管设计，能够实现多路供电可控，以利于降低二极管簇的导通损耗。
附图说明
图1是本发明装置的电气拓扑示意图；
图2是本发明实施例所述可接入三路共负极电源的直流快切装置的电气拓扑示意图；
图3是本发明实施例在场景1下的输出电流时域图；
图4是本发明实施例在场景1下第1路正极输入端子所连接电源的输出电流时域图；
图5是本发明实施例在场景1下第2路正极输入端子所连接电源的输出电流时域图；
图6是本发明实施例在场景1下第3路正极输入端子所连接电源的输出电流时域图；
图7是本发明实施例在场景2下的输出电流时域图；
图8是本发明实施例在场景2下第1路正极输入端子所连接电源的输出电流时域图；
图9是本发明实施例在场景2下第2路正极输入端子所连接电源的输出电流时域图；
图10是本发明实施例在场景2下第3路正极输入端子所连接电源的输出电流时域图。
图中：2111、第1路正极输入端子；2112、第2路正极输入端子；2113、第3路正极输入端子；211K、第K路正极输入端子；211N、第N路正极输入端子；2120、共负极输入端子；2210、正极输出端子；2220、负极输出端子；3110、输出稳压电容；1111、第1路晶闸管；1211、第2路晶闸管；1311、第3路晶闸管；1K11、第K路晶闸管；1N11、第N路晶闸管；1121、第1路二极管簇的第1个二极管；11218、第1路二极管簇的第18个二极管；112X1、第1路二极管簇的第X1个二极管；1221、第2路二极管簇的第1个二极管；12221、第2路二极管簇的第21个二极管；1321、第3路二极管簇的第1个二极管；13224、第3路二极管簇的第24个二极管；1K21、第K路二极管簇的第1个二极管；1K2XK、第K路二极管簇的第XK个二极管；1N21、第N路二极管簇的第1个二极管；1N2 XN、第N路二极管簇的第XN个二极管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供了一种直流快切装置，该装置适用于多路接地方式相同且共负极的直流电源间快速切换。如图1所示，是本发明装置的电气拓扑示意图，包括N路共负极切换电路、共负极输入端子2120、正极输出端子2210、负极输出端子2220、输出稳压电容3110。
所述N路共负极切换电路包括彼此并联的第1路共负极切换电路、第2路共负极切换电路、第3路共负极切换电路、……、第N路共负极切换电路。该N路共负极切换电路的输入端对应接入N路直流电源的正极，输出端与前述正极输出端子2210电性连接。以任意第K路共负极切换电路为例，包括与第K路电源正极电性连接的第K路正极输入端子211K、分别与第K路正极输入端子211K电性连接的第K路晶闸管1K11和第K路二极管簇，所述第K路晶闸管1K11与第K路二极管簇并联，所述第K路二极管簇由第K路二极管簇的第1个二极管1K21至第K路二极管簇的第XK个二极管1K2XK共计XK个二极管串联组成。
所述共负极输入端子2120接入前述N路电源的共负极；所述正极输出端子2210用于接入负载正极；所述负极输出端子2220与共负极输入端子2120电性连接并用于接入负载负极；所述输出稳压电容3110电性连接于正极输出端子2210与负极输出端子2220之间。
当第K路正极输入端子211K与正极输出端子2210之间的电势差高于第K路二极管簇的正向导通电压降时，第K路二极管簇导通，由第K路正极输入端子211K所接入的第K路电源对负载供电。由于N路共负极切换电路彼此并联，当任一路共负极切换电路所接入的电源出现故障导致正极输出端子2210处电势降低时，本发明装置能够无延时地切换至由另一路共负极切换电路所接入的电源对负载供电，从而确保了对负载的持续供电。
任意第K路二极管簇的正向导通电压降需要大于设定值U1，U1根据负载端的低压直流电能质量标准中正常运行下的电压范围进行设定，从而防止因负载电压工作点变化而导致的误切换。所述第K路二极管簇的正向导通电压降，即前述XK个二极管的导通压降之和。
同时，需要根据各路电源的供电优先级设定各路共负极切换电路中二极管簇中的二极管数量，二极管簇中的二极管数量与其所处共负极切换电路所连接电源的供电优先级成反比，所连接电源的供电优先级越高，二极管簇中的二极管数量越少，二极管簇的正向导通电压降越小。假设有相邻两个供电优先级的第M路电源和第L路电源，第M路电源相较于第L路电源大一个优先级，第M路电源接入第M路共负极切换电路，第L路电源接入第L路共负极切换电路，那么第L路共负极切换电路中二极管簇的正向导通压降需要比第M路共负极切换电路中二极管簇的正向导通压降高U2，所述电压差U2参考电源的电压波纹进行设定。
输出稳压电容3110的容值根据低压直流电能质量标准中电压暂降、U1及负荷最大功率进行设定，以保证在最大负荷功率下一旦出现电源电压暂将，在电源电压暂将时长内由输出稳压电容3110输出的电压不低于U1。
当任意第K路共负极切换电路检测到该路二极管簇电流I1K大于η×I2且持续一定时长T时，导通第K路晶闸管1K11且确保其它各路晶闸管处于关闭状态，从而实现多路供电可控，以利于降低第K路二极管簇的导通损耗。式中，I2为输出端电流，η为安全系数，η和T均参考系统运行参数进行设定。
本发明具体实施方式提供了一种可接入三路共负极电源的直流快切装置，如图2所示，是本发明实施例所述可接入三路共负极电源的直流快切装置的电气拓扑示意图。三路电源的额定电压为375V，电压工作范围为350～375V，电压纹波为额定电压的1%以内，要求快切能够躲避1ms的电压暂降不切换电源。
本实施例中，第1路正极输入端子2111、第2路正极输入端子2112、第3路正极输入端子2113与三路电源的正极对应连接，共负极输入端子2120与三路电源的负极连接，正极输出端子2210与阻性负载正极连接，负极输出端子2220与阻性负载负极连接，阻性负载阻值为0.28125ohm。
第1路二极管簇由18个正向导通压降为1.4V、额定电流为1500A的二极管串联而成，该18个二极管即第1路二极管簇的第1个二极管1121至第1路二极管簇的第18个二极管11218；
第2路二极管簇由21个正向导通压降为1.4V、额定电流为1500A的的二极管串联而成，该21个二极管即第2路二极管簇的第1个二极管1221至第2路二极管簇的第21个二极管12221；
第3路二极管簇由24个正向导通压降为1.4V、额定电流为1500A的的二极管串联而成，该24个二极管即第3路二极管簇的第1个二极管1321至第3路二极管簇的第24个二极管13224。
第1路晶闸管1111、第2路晶闸管1211、第3路晶闸管1311的额定电流为2000A；输出稳压电容3110的容值为0.03F；第1路正极输入端子2111处的电压为370V，第2路正极输入端子2112处的电压为368V，第3路正极输入端子2113处的电压为372V。三路电源的供电优先级由高到低依次为：第1路正极输入端子2111所接入的第1路电源、第2路正极输入端子2112所接入的第2路电源、第3路正极输入端子2113所接入的第3路电源。
场景1：第1路正极输入端子2111所接入的第1路电源在0.02s失电，按照前述三个电源的供电优先级，负荷由第2路正极输入端子2112所接入的第2路电源供电。如图3所示，本发明实施例在场景1下的输出电流时域图；如图4至图6所示，分别是本发明实施例在场景1下第1、2、3路正极输入端子所连接电源的输出电流时域图。
场景2：第1路正极输入端子2111所接入的第1路电源在0.02s发生1ms的电压暂降，负荷仍由第1路电源供电。如图7所示，是本发明实施例在场景2下的输出电流时域图；如图8至图10所示，分别是本发明实施例在场景2下第1、2、3路正极输入端子所连接电源的输出电流时域图。
可以看出，本发明装置能够实现既定设计要求，保证负载的持续稳定供电。
综上所述，本发明装置通过多路并联的二极管簇共正极设计，能够无延时地切换供电电源，保证负载的持续供电；通过二极管簇导通电压限定，能够防止因负载电压工作点变化而导致的误切换；通过多路二极管簇导通电压组合设计，能够区分各路电源的供电优先级；通过采用二极管簇并联晶闸管设计，能够实现多路供电可控，以利于降低二极管簇的导通损耗。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种直流快切装置，其特征是，包括与电源负极电性连接的共负极输入端子（2120）、不少于两路且彼此并联的共负极切换电路，所述共负极切换电路的输入端与电源正极电性连接，共负极切换电路的输出端电性连接有正极输出端子（2210），所述共负极输入端子（2120）电性连接有负极输出端子（2220），所述共负极切换电路包括不少于两个二极管串联而成的二极管簇；所述二极管簇的正向导通压降与其所处共负极切换电路所连接电源的供电优先级成反比；
所述共负极切换电路还包括与所述二极管簇正向并联的晶闸管；当任意第K路共负极切换电路检测到该路二极管簇电流I1K大于η×I2且持续一定时长T时，导通第K路晶闸管1K11且其它各路晶闸管处于关闭状态；I2为输出端电流，η为安全系数。
2.根据权利要求1所述的直流快切装置，其特征是，所述共负极切换电路还包括与二极管簇电性连接的正极输入端子，共负极切换电路通过所述正极输入端子与电源正极电性连接。
3.根据权利要求1或2所述的直流快切装置，其特征是，所述正极输出端子（2210）与负载正极电性连接，所述负极输出端子（2220）与负载负极电性连接。
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