CN113054737A - 一种海底高压电源变换器模块冗余切换方法及系统 - Google Patents

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汤世娟
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Abstract

本发明公开了一种海底高压电源变换器模块冗余切换方法及切换系统，属于海底电源技术领域，用于解决目前海底电源冗余成本高且需要冗余的技术问题，此方法包括不停机切换方法和停机切换方法；不停机切换方法为：判断模块是否出现故障；当判断模块出现故障时，将出现故障而需要切除的模块进行放电，待放电至预设电压时，将出现故障的模块进行旁路，其它模块不停机正常工作；停机切换方法为：判断模块是否出现故障；当判断模块出现故障时，控制高压电源变换器停机，将出现故障的模块进行放电，待放电至预设电压时，将出现故障的模块进行旁路，然后再启动高压电源变换器。本发明具有成本更低、可不停机冗余切换且可靠性高等优点。

Description

一种海底高压电源变换器模块冗余切换方法及系统
技术领域
本发明主要涉及海底电源技术领域，具体涉及一种海底高压电源变换器模块冗余切换方法及系统。
背景技术
对于海洋等领域的远距离传输，传输电压非常高，在负载端需要有将高压转换为低压的电源转换设备，其中要求电源转换设备的安全性能非常高。一般需要对整个电源进行冗余备份(自动或者人工)；但现有技术中在进行冗余备份时，需要停机、断电进行操作，同时整个系统的体积和造价更高。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种成本低、可靠性高、不停机在线切除的海底高压电源变换器模块冗余切换方法及系统。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种海底高压电源变换器模块冗余切换方法，包括不停机切换方法和停机切换方法；
其中不停机切换方法为：
判断海底高压电源变换器模块是否出现故障；
当判断模块出现故障时，将出现故障而需要切除的模块进行放电，待放电至预设电压时，将出现故障的模块进行旁路，其它模块不停机正常工作；
其中停机切换方法为：
判断海底高压电源变换器模块是否出现故障；
当判断模块出现故障时，控制高压电源变换器停机，将出现故障的模块进行放电，待放电至预设电压时，将出现故障的模块进行旁路，然后再启动高压电源变换器。
作为上述技术方案的进一步改进：
在电源变换器无备份冗余模块的情况下，当切除故障的模块后，降低电源变换器的最大输入电压。
在电源变换器有备份冗余模块，且各备份冗余模块在正常时先切除不投入工作的情况下，当切除故障的模块后，投入相应数量的备份冗余模块。
在电源变换器有备份冗余模块，且各备份冗余模块在正常时均工作的情况下，直接切除故障的模块，其它各模块正常工作。
在电源变换器有备份冗余模块，且各备份冗余模块在正常时均工作的情况下，先检测各模块的输入电压是否在正常工作电压范围内，如是，则各备份冗余模块和其它各模块均正常工作；如否，则逐一切除各备份冗余模块，直至各模块的输入电压在正常工作电压范围内。
在有备份冗余模块切除的情况下，在直接切除故障的模块后，投入最先切除的备份冗余模块。
在各模块的输入端并联有第一电路和第二电路，其中第一电路中串联有电阻和第一开关；所述第二电路中串联有第二开关；通过接通第一开关而将第一电路接通，通过第一电阻对模块进行放电。
待放电至预设电压时，通过闭合第二开关而将故障的模块进行旁路。
本发明还公开了一种海底高压电源变换器模块冗余切换系统，包括
第一检测模块，用于判断海底高压电源变换器模块是否出现故障；
第一控制模块，用于当判断模块出现故障时，将出现故障而需要切除的模块进行放电，待放电至预设电压时，将出现故障的模块进行旁路，其它模块不停机正常工作。
本发明进一步公开了一种海底高压电源变换器模块冗余切换系统，包括
第二检测模块，用于判断海底高压电源变换器模块是否出现故障；
第二控制模块，用于当判断模块出现故障时，控制高压电源变换器停机，将出现故障的模块进行放电，待放电至预设电压时，将出现故障的模块进行旁路，然后再启动高压电源变换器。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的海底高压电源变换器模块冗余切换方法及系统，无需对整个电源变换器进行备份，只需要通过各模块进行冗余操作即可，极大节省成本和空间；同时上述冗余切换方法可以实现故障不停机的切换，达到了持续运行的要求，对需要实时性数据监控提供了可靠的电源供应保证；进一步地，在故障模块切除之前，对故障模块进行放电，串联电阻对放电电流进行限制，极大的减少了峰值放电电流，待检测到模块输入电压小于预制电压后另一开关管导通旁路，极大降低了另一路开关管的切除电流，保证了可靠的放电和切除旁路，同时使选型的开关管体积更小且成本低。
附图说明
图1为本发明的方法在实施例一的流程图。
图2为本发明的方法在实施例二的流程图。
图3为本发明的系统在具体应用时的实施例图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：
如图1所示，本实施例的海底高压电源变换器模块冗余切换方法，属于不停机切换方法，具体步骤为：
判断海底高压电源变换器模块(如DC-DC变换模块)是否出现故障；
当判断模块出现故障时，将出现故障而需要切除的模块进行放电，待放电至预设电压时，将出现故障的模块进行旁路而进行切除，其它模块不停机正常工作，保证电源变换器在模块故障下不停机而持续输出。
本发明的海底高压电源变换器模块冗余切换方法，无需对整个电源变换器进行备份，只需要通过各模块进行冗余操作即可，极大节省成本和空间；同时上述冗余切换方法可以实现故障不停机的切换，达到了持续运行的要求，对需要实时性数据监控提供了可靠的电源供应保证；进一步地，在故障模块切除之前，对故障模块进行放电，使其电压电流在较小范围内，不仅仅保证切换的安全性，更重要的是能够使得对应的切换开关的容量较小，体积小且成本低。
本实施例中，在电源变换器无备份冗余模块的情况下，当切除故障的模块后，降低电源变换器的最大输入电压，从而保证余下的各模块的输入电压均在正常工作范围，从而保证各各模块的正常工作。当然，在其它实施例中，在无备份冗余模块的情况下，也可以提高各模块本身的容量，这样即使在切除一个或少量模块的情况下，也能保证整个电源变换器的正常工作。
本实施例中，在电源变换器有备份冗余模块，且各备份冗余模块在正常时先切除而不投入工作的情况下，当切除故障的模块后，投入相应数量的备份冗余模块。也就是说，上述各备份冗余模块均与各模块是处于串联状态，但是均被旁路掉，在有故障模块切除的情况下，从而投入对应数量的备份冗余模块，保证整个变换器的正常工作。
本实施例中，在电源变换器有备份冗余模块，且各备份冗余模块在正常时均工作的情况下，直接切除故障的模块，其它各模块正常工作。在正常工作时，各模块均处于工作状态，各模块的输入电压且均在正常工作范围内，在切除故障模块后，其它各模块的电压会稍有提升，但均在正常工作电压范围内。
本实施例中，在初始状态下，在电源变换器有备份冗余模块，且各备份冗余模块在正常时均工作的情况下，先检测各模块的输入电压是否在正常工作电压范围内，如是，则各备份冗余模块和其它各模块均正常工作；如偏低而达不到每个模块的最低工作电压，则逐一切除各备份冗余模块，直至各模块的输入电压在正常工作电压范围内。其中切除的逻辑是：在有备份冗余模块切除的情况下，在直接切除故障的模块后，投入最先切除的备份冗余模块。
如图3所示，本实施例中，在各模块的输入端并联有第一电路和第二电路，其中第一电路中串联有电阻R和第一开关Q1A；第二电路中串联有第二开关Q1B；通过接通第一开关而将第一电路接通，通过第一电阻对模块进行放电；待放电至预设电压时，通过闭合第二开关而将故障的模块进行旁路。其中第一开关Q1A和第二开关Q1B均为开关管。
本发明还公开了一种海底高压电源变换器模块冗余切换系统，包括
第一检测模块，用于判断海底高压电源变换器模块是否出现故障；
第一控制模块，用于当判断模块出现故障时，将出现故障而需要切除的模块进行放电，待放电至预设电压时，将出现故障的模块进行旁路，其它模块不停机正常工作。
本发明的海底高压电源变换器模块冗余切换系统，用于执行如上所述的方法，同样具有如上方法所述的优点。
下面结合一个完整的实施例对上述冗余切换方法与系统的具体工作过程做如下说明：
海底高压电源变换器的输入电压为高压，其输出电压为中低压给负载供电。其中原边的各模块串联实现高压输入，各副边并联以实现更大功率输出。
如图1所示，电源变换器由多个模块(DC/DC变换模块)组成，各模块内部有模块控制器，模块控制器可以充当检测模块和控制模块，可检测模块内部电压、电流、温度等参数。当模块内部出现故障损坏时，模块控制器检测到故障，并将故障信号传输给主控制器，模块控制器可以通过控制器传输驱动信号给Q1A及Q1B开关管，实现故障模块切除，其切除的具体实现方法有两种：
(1)不停机实现切除：当模块控制器判断出现故障时，模块控制器先控制Q1A导通，通过电阻R放电到一定电压(安全电压)后控制Q1B导通，故障模块的输入端被开关管旁路，实现了故障模块不停机切除；
(2)停机实现切除：当模块控制器判断出现故障时，通过通讯传输给主控器，主控制停机，发送切除指令给故障模块控制器，模块控制器控制Q1A导通，通过电阻R放电到一定电压后控制Q1B导通，故障模块的输入端被开关管Q1B旁路，实现了故障模块切除。
其中在有冗余模块的情况，对应的切除有两种方式：
(1)其中电压变换器的输入电压Uinmax，每个模块的工作电压最大工作为Usmax电压，假设N-1<＝Uinmax/Usmax<＝N，如正常无备份情况下，模块数为N，当有故障时，如要进行切除工作，可降低电压变换器的最高输入电压实现故障模块切除，电源变换器同样能正常工作；
(2)对于输入电压不能降低的情况下，可以多增加M个备份的冗余备份模块，当有模块故障时切除故障模块，同时电源变换器还能正常工作，可切除的故障模块数最大为M。在串联M个冗余模块的情况下，每个模块的输入电压不可避免的下降，各模块的初始状态可以分为两种：
(2.1)增加M个备份的模块后，如果各模块的输入电压在正常工作电压范围内，这M个模块与其他的N个模块一样正常工作，待有模块故障时，切除故障模块后电源变换器还能持续工作，最大可切除的模块数M；
(2.2)增加M个备份的模块后，如果输入电压不在工作范围，可以先对增加的正常的模块M中的一个或者多个先进行切除，使各模块输入电压在正常工作电压范围内；待有故障模块时再投入之前切除的无故障的正常模块(即投入的模块控制器控制Q1A关闭、Q1B关闭)。
实施例二：
如图2所示，本实施例的海底高压电源变换器模块冗余切换方法，属于停机切换方法，应用于对电源要求不太高的具体场景下，具体步骤为：
判断海底高压电源变换器模块是否出现故障；
当判断模块出现故障时，控制高压电源变换器停机，将出现故障的模块进行放电，待放电至预设电压时，将出现故障的模块进行旁路，然后再启动高压电源变换器。
其它未述内容与实施例一相同，在此不再赘述。
本发明相应公开了一种海底高压电源变换器模块冗余切换系统，包括
第二检测模块，用于判断海底高压电源变换器模块是否出现故障；
第二控制模块，用于当判断模块出现故障时，控制高压电源变换器停机，将出现故障的模块进行放电，待放电至预设电压时，将出现故障的模块进行旁路，然后再启动高压电源变换器。
本发明的海底高压电源变换器模块冗余切换系统，用于执行如上所述的方法，同样具有如上方法所述的优点。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种海底高压电源变换器模块冗余切换方法，其特征在于，包括不停机切换方法和停机切换方法；
其中不停机切换方法为：
判断海底高压电源变换器模块是否出现故障；
当判断模块出现故障时，将出现故障而需要切除的模块进行放电，待放电至预设电压时，将出现故障的模块进行旁路，其它模块不停机正常工作；
其中停机切换方法为：
判断海底高压电源变换器模块是否出现故障；
当判断模块出现故障时，控制高压电源变换器停机，将出现故障的模块进行放电，待放电至预设电压时，将出现故障的模块进行旁路，然后再启动高压电源变换器。
2.根据权利要求1所述的海底高压电源变换器模块冗余切换方法，其特征在于，在电源变换器无备份冗余模块的情况下，当切除故障的模块后，降低电源变换器的最大输入电压。
3.根据权利要求1所述的海底高压电源变换器模块冗余切换方法，其特征在于，在电源变换器有备份冗余模块，且各备份冗余模块在正常时先切除不投入工作的情况下，当切除故障的模块后，投入相应数量的备份冗余模块。
4.根据权利要求1所述的海底高压电源变换器模块冗余切换方法，其特征在于，在电源变换器有备份冗余模块，且各备份冗余模块在正常时均工作的情况下，直接切除故障的模块，其它各模块正常工作。
5.根据权利要求4所述的海底高压电源变换器模块冗余切换方法，其特征在于，在电源变换器有备份冗余模块，且各备份冗余模块在正常时均工作的情况下，先检测各模块的输入电压是否在正常工作电压范围内，如是，则各备份冗余模块和其它各模块均正常工作；如否，则逐一切除各备份冗余模块，直至各模块的输入电压在正常工作电压范围内。
6.根据权利要求5所述的海底高压电源变换器模块冗余切换方法，其特征在于，在有备份冗余模块切除的情况下，在直接切除故障的模块后，投入最先切除的备份冗余模块。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的海底高压电源变换器模块冗余切换方法，其特征在于，在各模块的输入端并联有第一电路和第二电路，其中第一电路中串联有电阻和第一开关；所述第二电路中串联有第二开关；通过接通第一开关而将第一电路接通，通过第一电阻对模块进行放电。
8.根据权利要求7所述的海底高压电源变换器模块冗余切换方法，其特征在于，待放电至预设电压时，通过闭合第二开关而将故障的模块进行旁路。
9.一种海底高压电源变换器模块冗余切换系统，其特征在于，包括
第一检测模块，用于判断海底高压电源变换器模块是否出现故障；
第一控制模块，用于当判断模块出现故障时，将出现故障而需要切除的模块进行放电，待放电至预设电压时，将出现故障的模块进行旁路，其它模块不停机正常工作。
10.一种海底高压电源变换器模块冗余切换系统，其特征在于，包括
第二检测模块，用于判断海底高压电源变换器模块是否出现故障；
第二控制模块，用于当判断模块出现故障时，控制高压电源变换器停机，将出现故障的模块进行放电，待放电至预设电压时，将出现故障的模块进行旁路，然后再启动高压电源变换器。
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