CN111474977B - 一种高压直流断路器供能系统的功率自适应装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压直流断路器供能系统的功率自适应装置及方法，该装置包括：运行状态采样单元，用于获取供能系统的环路电流；通流支路由导线构成，用于在电力电子模块正常工作时，使功率自适应负载模块处于空载运行状态；补偿支路由负载元件构成，用于在电力电子模块异常工作时，根据环路电流使功率自适应负载模块处于补偿运行状态；逻辑控制单元，用于根据控制信号控制功率自适应负载模块选择通流支路或补偿支路作为导通支路。本发明在所有电力电子模块负载正常运行时保持空载运行状态，一旦有电力电子模块发生负载波动或故障丢失，则迅速由能量传输状态转化为能量补偿状态，保证对于供能电源来说负载无波动变化，维持供能系统正常运行。

Description

一种高压直流断路器供能系统的功率自适应装置及方法

技术领域

本发明涉及高电压输电技术领域，具体涉及一种高压直流断路器供能系统的功率自适应装置及方法。

背景技术

高压直流输电是实现大规模电能高效传输的先进技术，对支撑可再生能源大范围优化配置，促进我国能源结构转型意义重大，高压直流断路器是实现直流输电系统故障切除和隔离的核心设备，也是我国重点发展的战略性新型高端装备。

混合式直流断路器等无法从直流极线在线取能，需配置高电位供能系统作为二次板卡的电源。目前具有工程可用性的高电位供能系统主要基于工频磁耦合原理：隔离变压器输出端接供能电缆构成工频磁耦合供能系统的原边，磁环阵列穿过供能电缆构成工频磁耦合供能系统的副边；磁环输出端接电源模块板卡，将工频电源输出转化为负载适用的直流功率。工频磁耦合供能系统中，多级磁环阵列共用一根供能电缆，磁环阵列共用供能电缆的方式满足了分散负载分布式供能的功率平衡需求，但带来了运行异常时局部故障向整体故障发展的风险。当部分磁环负载出现大幅波动或丢失时，供能电缆中的电流会发生变化，则供能电缆环路上的所有供能磁环均会受到影响，若变化波动较大，则可能烧毁电源模块板卡，或导致电源板卡无法启动，造成直流断路器电力电子模块失去供能，无法正常工作。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种高压直流断路器供能系统的功率自适应装置及方法，解决现有技术中供能电缆中的电力电子模块发生负载波动或故障丢失后，造成直流断路器电力电子模块失去供能，无法正常工作的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种高压直流断路器供能系统的功率自适应装置，包括：所述装置通过供能系统电缆环路与电力电子模块连接，所述装置包括：运行状态采样单元，用于获取供能系统的环路电流；通流支路，所述通流支路由导线构成，用于在所述电力电子模块正常工作时，使功率自适应负载模块处于空载运行状态；补偿支路，所述补偿支路由负载元件构成，用于在所述电力电子模块异常工作时，根据所述环路电流使功率自适应负载模块处于补偿运行状态；逻辑控制单元，用于根据控制信号控制功率自适应负载模块选择通流支路或补偿支路作为导通支路。

在一实施例中，所述通流支路与所述补偿支路集成并联连接后与所述逻辑控制单元连接。

在一实施例中，所述负载元件为矩阵式投切阻抗。

在一实施例中，所述逻辑控制单元为工业计算机、PC机、PLC或单片机。

第二方面，本发明实施例提供一种高压直流断路器供能系统的功率自适应方法，包括如下步骤：获取供能系统回路的电流值；判断在预设时间内所述电流值是否在预设阈值范围内；当在预设时间内所述电流值在预设阈值范围内时，发出控制通流支路运行的控制信号，使得功率自适应负载模块处于空载运行状态，供能系统回路处于正常运行状态。

在一实施例中，本发明实施例提供一种高压直流断路器供能系统的功率自适应方法，还包括如下步骤：当在预设时间内所述电流值不在预设阈值范围内时，继续判断在预设时间内所述电流值是否大于预设阈值范围的最大值；当在预设时间内所述电流值大于预设阈值范围的最大值时，发出控制补偿支路运行的负向补偿控制信号，使得补偿支路的矩阵式投切负载消耗多余功率，直到获取到供能系统回路运行状态恢复正常；当在预设时间内所述电流值小于预设阈值范围的最小值时，发出控制补偿支路运行的正向补偿控制信号，使得补偿支路的矩阵式投切负载补偿欠缺功率，直到获取到供能系统回路运行状态恢复正常。

第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：至少一个处理器，以及与至少一个处理器通信连接的存储器，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器执行本发明实施例第二方面的高压直流断路器供能系统的功率自适应方法。

第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行本发明实施例第二方面的高压直流断路器供能系统的功率自适应方法。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的高压直流断路器供能系统的功率自适应装置及方法，在所有电力电子模块负载正常运行时保持空载运行状态，不消耗能量，一旦有电力电子模块发生负载波动或故障丢失，功率自适应装置则迅速由能量传输状态转化为能量补偿状态，作为补偿负载，保证对于供能电源来说负载无波动变化，维持供能电缆中的电流在允许范围，其他各级电力电子模块仍可正常运行；同时避免了单级或部分电力电子模块故障引发的磁环阵列整体供能故障，提高了总线型拓扑的工频磁耦合供能系统的运行稳定性与抗故障干扰性能，可通过对电缆环路电流的状态监测及反馈，实时控制通流支路和补偿支路的投切转换，维持供能电缆中的电流稳定，实现既保证稳态运行时电力电子模块间的功率平衡，又保证部分故障时其他各级可正常工作。

2.本发明提供的高压直流断路器供能系统的功率自适应装置及方法，通过对系统环路电流的判断，控制功率自适应模块选择通流之路运行或者补偿支路运行，通过补偿支路的矩阵式投切负载消耗多余功率或者补偿欠缺功率，直到获取到供能系统回路运行状态恢复正常，可根据电缆环路电流功率变化，自适应反馈调节，灵活投切，达到实时响应动态补偿的效果。

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为本发明实施例提供的总线型供能拓扑的示意图；

图2为本发明实施例提供的高压直流断路器供能系统的功率自适应装置示意图；

图3为本发明实施例提供的高压直流断路器供能系统的功率自适应方法的一个具体示例的流程图；

图4为本发明实施例提供的高压直流断路器供能系统的功率自适应方法的另一个具体示例的流程图；

图5为本发明实施例提供的电子设备一个具体示例的组成图。

具体实施方式

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。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，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，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。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。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本发明实施例提供一种本发明提供的高压直流断路器供能系统的功率自适应装置，应用于如图1所示的高压直流断路器供能系统拓扑中，通常情况下为了保证级联电力电子模块04的供能均衡性，工频磁耦合供能系统通常采用一根供能系统电缆环路02穿过多级磁环阵列的总线型供能拓扑01，但是总线型供能拓扑01往往会发生一级出现故障后整体功率波动较大的问题。本发明实施例提供的功率自适应装置05可以在所有电力电子模块04负载正常运行时保持空载运行状态，不消耗能量，一旦有电力电子模块04发生负载波动或故障丢失，功率自适应装置05则迅速由能量传输状态转化为能量补偿状态，作为补偿负载，保证对于供能电源来说负载无波动变化，维持供能电缆中的电流在允许范围，其他各级电力电子模块04仍可正常运行。

具体地，本发明实施例中的高压直流断路器供能系统的功率自适应装置05，通过供能系统电缆环路02与电力电子模块04连接形成总线型供能拓扑01，在总线型供能拓扑01工频磁耦合供能系统中，一个供能系统电缆环路02为多级负载提供能量，每一级负载由供能磁环03与电力电子模块04组成。在供能系统电缆环路02中加入一级功率自适应装置05，作为整体功率平衡的调节手段，进而避免了总线型供能拓扑01一级出现故障后整体功率波动较大的问题。

本发明实施例中，如图2所示，高压直流断路器供能系统的功率自适应装置05包括：运行状态采样单元11，用于获取供能系统的环路电流，由于多级负载处于同一供能系统电缆环路02，环路电流相等，因此运行状态采样单元11针对环路电流进行监测采集，可以通过串联分压电阻或互感器对系统环路电流进行采样，运行状态采样单元11将监测采集的环路电流发给逻辑控制单元06，逻辑控制单元06对接收的环路电流进行判断，一旦环路电流值超过预设阈值一段时间，触发逻辑控制单元06控制功率自适应负载模块10选择通流支路07切换为补偿支路08，对环路电流的异常进行动态补偿，其中，通流支路07由导线构成，用于在电力电子模块正常工作时，使功率自适应负载模块10处于空载运行状态，补偿支路08由负载元件09构成，用于在电力电子模块异常工作时，根据环路电流使功率自适应负载模块10处于补偿运行状态。

需要说明的是，本发明实施例举例说明运行状态采样单元11为串联分压电阻或互感器，在实际应用中还可以是霍尔传感器或放大器等，只要是能够满足系统需求的能够测量环路电流的电路或设备都可以，本发明实施例中的预设阈值是根据仿真数据进行设置的，也可以根据实际经验进行设置，在实际应用中还可以根据某些模块或系统的重要性增加权重，本发明并不以此为限。

具体地，在一实施例中，通流支路07与补偿支路08集成并联连接后与逻辑控制单元06连接，逻辑控制单元06与运行状态采样单元11连接，用于接收运行状态采样单元11监测采集的环路电流，并进行判断，根据判断结果发出控制信号给功率自适应负载模块10，解决当部分磁环负载出现大幅波动或丢失时，供能系统电缆环路02的电流会发生变化，则供能系统电缆环路02上的所有供能磁环03均会受到影响，若变化波动较大，则可能烧毁电源模块板卡，或导致电源板卡无法启动，造成直流断路器电力电子模块失去供能，无法正常工作的问题。需要说明的是，逻辑控制单元06可以为控制芯片、控制电路，也可以是逻辑控制单元06为工业计算机、PC机、PLC或单片机，可以根据系统的实际需要进行选择，本发明并不以此为限。

具体地，在一实施例中，功率自适应负载模块10中的负载元件09可以选择矩阵式投切阻抗，可以根据负载状态的反馈，实时动态调节，自适应分组精准投切补偿功率波动，其中矩阵式投切阻抗由阻抗元件、储能电容元件及电力电子组件构成，可实现负载的灵活调节可根据电缆环路电流功率变化，同时调节环路电流过小和过大两种情况，保证供能系统回路运行状态恢复正常。

通过上述各个组成部分的协同合作，本发明实施例提供的高压直流断路器供能系统的功率自适应装置，可以在所有电力电子模块负载正常运行时保持空载运行状态，不消耗能量，一旦有电力电子模块发生负载波动或故障丢失，功率自适应装置则迅速由能量传输状态转化为能量补偿状态，作为补偿负载，保证对于供能电源来说负载无波动变化，维持供能电缆中的电流在允许范围，其他各级电力电子模块仍可正常运行；同时避免了单级或部分电力电子模块故障引发的磁环阵列整体供能故障，提高了总线型拓扑的工频磁耦合供能系统的运行稳定性与抗故障干扰性能，可通过对电缆环路电流的状态监测及反馈，实时控制通流支路和补偿支路的投切转换，维持供能电缆中的电流稳定，实现既保证稳态运行时电力电子模块间的功率平衡，又保证部分故障时其他各级可正常工作。

实施例2

本发明实施例提供一种高压直流断路器供能系统的功率自适应方法，如图3所示，包括如下步骤：

步骤S1：获取供能系统环路的电流值。

本发明实施例中，通过运行状态采样单元中检测电流的设备或电路检测系统环路电流，得到高压直流断路器供能系统环路的电流值。需要说明的是，检测系统环路电流的设备采用现有的电流采集设备或电路即可，本发明并不以此为限。

步骤S2：判断在预设时间内电流值是否在预设阈值范围内。

本发明实施例中，在系统软件及硬件设施可以接受的时间范围内，如果持续时间过长，依旧有可能导致系统异常运行甚至损坏重要器件，因此在实际运行中，需要判断预设时间内环路电流值是否在维持系统稳定运行的电流的预设阈值范围内，其中，预设阈值范围可以是根据仿真结果进行设定的，也可以是根据实际经验进行设定的，本发明并不以此为限。

步骤S3：当在预设时间内电流值在预设阈值范围内时，发出控制通流支路运行的控制信号，使得功率自适应负载模块处于空载运行状态，供能系统回路处于正常运行状态。

本发明实施例中，当在预设时间内电流值在预设阈值范围内时，说明此时系统内各电力电子模块均正常运行，此时便会发出控制通流支路运行的控制信号，使得功率自适应负载模块处于空载运行状态，供能系统回路处于正常运行状态。

在一具体实施例中，如图4所示，高压直流断路器供能系统的功率自适应方法，还包括如下步骤：

步骤S4：当在预设时间内电流值不在预设阈值范围内时，继续判断在预设时间内电流值是否大于预设阈值范围的最大值。

本发明实施例中，当在预设时间内电流值不在预设阈值范围内时，说明此时系统中出现异常运行的电力电子模块，需要继续判断在预设时间内电流值是否大于预设阈值范围的最大值，预设阈值范围和预设时间都是根据实际经验进行设定的，在实际应用中还可以使结合实际经验及仿真数据进行设定，本发明并不以此为限。

步骤S5：当在预设时间内电流值大于预设阈值范围的最大值时，发出控制补偿支路运行的负向补偿控制信号，使得补偿支路的矩阵式投切负载消耗多余功率，直到获取到供能系统回路运行状态恢复正常。

本发明实施例中，当在预设时间内电流值大于预设阈值范围的最大值时，说明系统中有多余的功率，发出控制补偿支路运行的负向补偿控制信号，使得补偿支路的矩阵式投切负载消耗多余功率，直到获取到供能系统回路运行状态恢复正常。

步骤S6：当在预设时间内电流值小于预设阈值范围的最小值时，发出控制补偿支路运行的正向补偿控制信号，使得补偿支路的矩阵式投切负载补偿欠缺功率，直到获取到供能系统回路运行状态恢复正常。

本发明实施例中，当在预设时间内电流值小于预设阈值范围的最小值时，发出控制补偿支路运行的正向补偿控制信号，使得补偿支路的矩阵式投切负载补偿欠缺功率，由储能元件释放能量进行补偿，但是这种工况不能持续很长时间，因此根据实际经验设定一个较为合理的预设时间范围，直到获取到供能系统回路运行状态恢复正常。

本发明提供的高压直流断路器供能系统的功率自适应方法，通过对系统环路电流的判断，控制功率自适应模块选择通流之路运行或者补偿支路运行，通过补偿支路的矩阵式投切负载消耗多余功率或者补偿欠缺功率，直到获取到供能系统回路运行状态恢复正常，可根据电缆环路电流功率变化，自适应反馈调节，灵活投切，达到实时响应动态补偿的效果。

实施例3

本发明实施例提供一种电子设备，如图5所示，包括：至少一个处理器401，例如CPU（Central Processing Unit，中央处理器），至少一个通信接口403，存储器404，至少一个通信总线402。其中，通信总线402用于实现这些组件之间的连接通信。其中，通信接口403可以包括显示屏（Display）、键盘（Keyboard），可选通信接口403还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器404可以是高速RAM存储器（Ramdom Access Memory，易挥发性随机存取存储器），也可以是非不稳定的存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。存储器404可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器401的存储装置。其中处理器401可以执行实施例2的高压直流断路器供能系统的功率自适应方法。存储器404中存储一组程序代码，且处理器401调用存储器404中存储的程序代码，以用于执行实施例2的高压直流断路器供能系统的功率自适应方法。

其中，通信总线402可以是外设部件互连标准（peripheral componentinterconnect，简称PCI）总线或扩展工业标准结构（extended industry standardarchitecture，简称EISA）总线等。通信总线402可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一条线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器404可以包括易失性存储器（英文：volatile memory），例如随机存取存储器（英文：random-access memory，缩写：RAM）；存储器也可以包括非易失性存储器（英文：non-volatile memory），例如快闪存储器（英文：flash memory），硬盘（英文：hard diskdrive，缩写：HDD）或固降硬盘（英文：solid-state drive，缩写：SSD）；存储器404还可以包括上述种类的存储器的组合。

其中，处理器401可以是中央处理器（英文：central processing unit，缩写：CPU），网络处理器（英文：network processor，缩写：NP）或者CPU和NP的组合。

其中，处理器401还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路（英文：application-specific integrated circuit，缩写：ASIC），可编程逻辑器件（英文：programmable logic device，缩写：PLD）或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件（英文：complex programmable logic device，缩写：CPLD），现场可编程逻辑门阵列（英文：field-programmable gate array，缩写：FPGA），通用阵列逻辑（英文：generic arraylogic, 缩写：GAL）或其任意组合。

可选地，存储器404还用于存储程序指令。处理器401可以调用程序指令，实现如本申请执行实施例2中的高压直流断路器供能系统的功率自适应方法。

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可执行指令，该计算机可执行指令可执行实施例2的高压直流断路器供能系统的功率自适应方法。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）、随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）、快闪存储器（Flash Memory）、硬盘（HardDisk Drive，缩写：HDD）或固态硬盘（Solid-State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种高压直流断路器供能系统的功率自适应装置，其特征在于，所述装置通过供能系统电缆环路与电力电子模块连接，所述装置包括：

运行状态采样单元，用于获取供能系统的环路电流；

通流支路，所述通流支路由导线构成，用于在所述电力电子模块正常工作时，使功率自适应负载模块处于空载运行状态；

补偿支路，所述补偿支路由负载元件构成，用于在所述电力电子模块异常工作时，根据所述环路电流使功率自适应负载模块处于补偿运行状态；

逻辑控制单元，用于根据控制信号控制功率自适应负载模块选择通流支路或补偿支路作为导通支路。

2.根据权利要求1所述的高压直流断路器供能系统的功率自适应装置，其特征在于，所述通流支路与所述补偿支路集成并联连接后与所述逻辑控制单元连接。

3.根据权利要求1所述的高压直流断路器供能系统的功率自适应装置，其特征在于，所述负载元件为矩阵式投切阻抗。

4.根据权利要求1所述的高压直流断路器供能系统的功率自适应装置，其特征在于，所述逻辑控制单元为工业计算机、PC机、PLC或单片机。

5.一种高压直流断路器供能系统的功率自适应方法，其特征在于，基于所述权利要求1-4任一项所述的高压直流断路器供能系统的功率自适应装置，所述自适应方法包括：

获取供能系统环路的电流值；

判断在预设时间内所述电流值是否在预设阈值范围内；

当在预设时间内所述电流值在预设阈值范围内时，发出控制通流支路运行的控制信号，使得功率自适应负载模块处于空载运行状态，供能系统回路处于正常运行状态。

6.根据权利要求5所述的高压直流断路器供能系统的功率自适应方法，其特征在于，还包括：

当在预设时间内所述电流值不在预设阈值范围内时，继续判断在预设时间内所述电流值是否大于预设阈值范围的最大值；

当在预设时间内所述电流值大于预设阈值范围的最大值时，发出控制补偿支路运行的负向补偿控制信号，使得补偿支路的矩阵式投切负载消耗多余功率，直到获取到供能系统回路运行状态恢复正常；

当在预设时间内所述电流值小于预设阈值范围的最小值时，发出控制补偿支路运行的正向补偿控制信号，使得补偿支路的矩阵式投切负载补偿欠缺功率，直到获取到供能系统回路运行状态恢复正常。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现如权利要求5-6中任一项所述的高压直流断路器供能系统的功率自适应方法。

8.一种电子设备，其特征在于，包括：

存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如权利要求5-6中任一项所述的高压直流断路器供能系统的功率自适应方法。

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