CN114069593A - 一种直流电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直流电源系统，包括直流供电设备Ⅰ、直流供电设备Ⅱ、直流供电设备Ⅲ、第一双向DC/DC转换器、第二双向DC/DC转换器、第一直流母线以及第二直流母线，本发明多个直流供电设备之间相互物理隔离、互不干扰，在任何时候都不会出现并联导致的环流风险，极大的提高直流电源系统的安全性和可靠性；多个直流供电设备和双向DC/DC转换器可形成多个供电路径，从而为多个负载提供多个备用供电路径，从而降低了因故障产生的直接、间接费用损失，并且实现直流供电设备的共享和最大化利用；本发明可以实现远程控制，从而避免现有技术中需要人工现场操作而造成的工作量，进而减少人力成本的支出。

Description

一种直流电源系统
技术领域
本发明涉及直流供电设备领域，尤其涉及一种直流电源系统。
背景技术
变电站中的直流供电设备是一种能向各种设备提供直流电源的、可独立操作的电源设备，可为开关控制、事故照明、信号设备以及系统监控等提供一定保障，其通常不会受到系统运行方式的影响。如果系统的外部交流电出现忽然中断现象,可通过蓄电池向直流供电设备供电，从而使系统得以正常运行。由于蓄电池组采用串联的连接方法，其性能和寿命难以预测，出现一个蓄电池单体开路或失效，就能使整组蓄电池失去备用的能力，一旦蓄电池组失效或两个直流供电设备之间存在环流问题，直流供电设备出现故障，导致变电站失电，所有通信、调度、控制、保护、照明将停止工作，变电站将面临瘫痪，并可能发生重大事故，造成重大损失的风险。
另外，目前大部分变电站内的系统配置是操作电源与通信电源分别配置两套独立的直流供电设备，相互之间独立运行。两套直流供电设备之间通过母联开关连接，在必要的时候通过人工操作进行刀闸合闸互相备用，合闸过程中两组蓄电池会出现短时并联而造成环流风险，且需要人工现场操作，无法实现远程自动化操作及实时备用，有部分变电站试图用电控母联实现远程操控，但是一旦电控开关失效，两组电池的直接并联会增加上述风险的概率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种直流电源系统，能够实现直流电源共享和最大化利用，提高电网系统的安全和可靠性。
本发明的技术方案是这样实现的：一种直流电源系统，包括直流供电设备Ⅰ、直流供电设备Ⅱ、直流供电设备Ⅲ、第一双向DC/DC转换器、第二双向DC/DC转换器、第一直流母线以及第二直流母线；
所述直流供电设备Ⅰ通过所述第一直流母线与所述第一双向DC/DC转换器的一端连接；
所述直流供电设备Ⅱ通过所述第二直流母线与所述第一双向DC/DC转换器的另一端连接；
所述直流供电设备Ⅲ通过所述第二双向DC/DC转换器与所述第一直流母线连接；
其中所述第一双向DC/DC转换器和第二双向DC/DC转换器包括IGBT器件、控制器、PWM驱动电路和变压器，所述控制器通过控制信号来驱动所述PWM驱动电路的运行，实现所述IGBT器件的通断控制；
当所述直流供电设备Ⅰ开路时，所述直流供电设备Ⅱ与所述第一双向DC/DC转换器形成第一供电路径；所述直流供电设备Ⅲ与所述第二双向DC/DC转换器形成第二供电路径；通过控制所述第一双向DC/DC转换器和第二双向DC/DC转换器内的控制器，可以实现所述第一供电路径或第二供电路径为连接在所述第一直流母线上的负载供电。
进一步地，所述直流供电设备Ⅰ、直流供电设备Ⅱ、直流供电设备Ⅲ供电电压不同，所述第一双向DC/DC转换器内的变压器用于实现直流供电设备Ⅰ和直流供电设备Ⅱ的电压转换，所述第二双向DC/DC转换器内的变压器用于实现直流供电设备Ⅰ和直流供电设备Ⅲ的电压转换。
更进一步地，所述直流供电设备Ⅰ、直流供电设备Ⅱ、直流供电设备Ⅲ供电电压分别为220V、110V和48V。
进一步地，所述第一双向DC/DC转换器和第二双向DC/DC转换器内的控制器连接远程控制系统，通过所述远程控制系统控制所述第一双向DC/DC转换器和第二双向DC/DC转换器的通断。
进一步地，所述第一双向DC/DC转换器和第二双向DC/DC转换器均具有短路保护电路，所述短路保护电路的设置，使得所述直流电源系统更加安全和稳定。
进一步地，所述直流电源系统还包括第三双向DC/DC转换器、第四双向DC/DC转换器和直流供电设备Ⅳ，所述第三双向DC/DC转换器和第四双向DC/DC转换器与所述第一双向DC/DC转换器和所述第二双向DC/DC转换器结构相同，所述直流供电设备Ⅳ通过所述第三双向DC/DC转换器与所述第二直流母线连接，所述第四双向DC/DC转换器的一端与所述第二双向DC/DC转换器连接，另一端与所述第三双向DC/DC转换器连接；所述第一双向DC/DC转换器、第二双向DC/DC转换器、第四双向DC/DC转换器以及第三双向DC/DC转换器依序连接成闭环结构。
更进一步地，所述直流供电设备Ⅰ、直流供电设备Ⅱ、直流供电设备Ⅲ和直流供电设备Ⅳ供电电压不同，所述第三双向DC/DC转换器内的变压器用于实现直流供电设备Ⅳ和直流供电设备Ⅱ的电压转换，所述第四双向DC/DC转换器内的变压器用于实现直流供电设备Ⅳ和直流供电设备Ⅲ的电压转换。
尤近一步地，所述直流供电设备Ⅰ、直流供电设备Ⅱ、直流供电设备Ⅲ和直流供电设备Ⅳ供电电压分别为220V、110V、48V和48V。
更进一步地，所述第三双向DC/DC转换器和第四双向DC/DC转换器内的控制器连接远程控制系统，通过所述远程控制系统控制所述第三双向DC/DC转换器和第四双向DC/DC转换器的通断。
更进一步地，所述第三双向DC/DC转换器和第四双向DC/DC转换器均具有短路保护电路。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明多个直流供电设备之间相互物理隔离、互不干扰，在任何时候都不会出现并联导致的环流风险，从而避免由于环流而造成直流电源系统失效的风险，极大的提高直流电源系统的安全性和可靠性；多个直流供电设备和双向DC/DC转换器可形成多个供电路径，从而为多个负载提供多个备用供电路径，从而降低了因故障产生的直接、间接费用损失，并且实现直流供电设备的共享和最大化利用；本发明可以实现远程控制，从而避免现有技术中需要人工现场操作而造成的工作量，进而减少人力成本的支出。
附图说明
图1是本发明直流电源系统实施例1的结构示意图；
图2是本发明直流电源系统实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。
实施例1
请参见图1，一种直流电源系统，其包括：直流供电设备I11、直流供电设备Ⅱ12、直流供电设备Ⅲ13、第一双向DC/DC转换器21、转换器第二双向DC/DC转换器22、第一直流母线31、第二直流母线32以及控制器(未图示)。
所述直流供电设备I11通过所述第一直流母线31与所述转换器第一双向DC/DC转换器21的一端连接。所述直流供电设备I11为220V直流供电设备，其包含有整流器Ⅰ以及220V电池组，在正常情况下，所述整流器Ⅰ将市电转换成直流电为所述负载Ⅰ供电，当市电供电异常时，由220V电池组为所述负载Ⅰ供电。
所述直流供电设备Ⅱ12通过所述第二直流母线32与所述转换器第一双向DC/DC转换器21的另一端连接；所述直流供电设备Ⅱ12为110V直流供电设备，其包含有整流器Ⅱ以及110V蓄电池组。
所述第一双向DC/DC转换器连接在所述直流供电设备I11和所述直流供电设备Ⅱ12之间，用于将220V直流电转换成110V直流电以及用于将110V直流电转换成220V直流电。
所述直流供电设备Ⅲ13通过所述转换器第二双向DC/DC转换器22与所述第一直流母线31连接；所述直流供电设备Ⅲ13为48V直流供电设备，其包含有整流器Ⅲ以及48V电池组。
所述第二双向DC/DC转换器22连接在所述直流供电设备I11和所述直流供电设备Ⅲ13之间，用于将48V直流电转换成220V直流电以及用于将220V直流电转换成48V直流电。
本实施例中，所述第一双向DC/DC转换器21和所述第二双向DC/DC转换器22分别设有IGBT器件、PWM驱动电路、变压器以及短路保护电路，所述控制器用于发出控制信号来驱动所述PWM驱动电路运行，来实现所述IGBT器件的通断控制，进而实现所述第一双向DC/DC转换器和所述第二双向DC/DC转换器的通断控制。所述短路保护电路的设置，使得所述直流电源系统更加安全和稳定。
当所述直流供电设备I11因异常发生开路时，连接在所述第一直流母线31上的所述负载I具有两条可选择的供电路径，其中，所述直流供电设备Ⅱ12与所述转换器第一双向DC/DC转换器21形成第一供电路径；所述直流供电设备Ⅲ13与所述转换器第二双向DC/DC转换器22形成第二供电路径。此时，所述控制器根据实际情况选择所述第一供电路径或所述第二供电路径为所述负载I供电，从而为所述负载I提供多个备用供电路径，保证所述负载I不会出现供电中断。
本实施例中，由于所述直流供电设备I11与所述直流供电设备Ⅱ12之间设有所述转换器第一双向DC/DC转换器21，所述直流供电设备Ⅲ13与所述直流供电设备I11之间设有所述转换器第二双向DC/DC转换器22，使得所述直流供电设备I11与所述直流供电设备Ⅱ12之间、所述直流供电设备Ⅲ13与所述直流供电设备I11之间互相物理隔离、互不干扰，在任何时候都不会出现并联导致的环流风险，从而避免由于环流而造成直流电源系统失效的风险，极大的提高直流电源系统的安全性和可靠性。
实施例2
请参见图2，实施例2与实施例1的区别在于，在实施例2中，所述直流电源系统还设有第三双向DC/DC转换器23、第四双向DC/DC转换器24以及直流供电设备Ⅳ14。
所第三双向DC/DC转换器23用于将48V直流电转换成110V直流电以及用于将110V直流电转换成48V直流电；第四双向DC/DC转换器24用于48V直流电转48V直流电且为双向。
所述直流供电设备Ⅳ14通过所述第三双向DC/DC转换器23与所述第二直流母线32连接。所述直流供电设备Ⅳ14为48V直流供电设备，其包含有整流器Ⅳ以及48V电池组，所述第四双向DC/DC转换器24的一端与所述第二双向DC/DC转换器连接；
所述第四双向DC/DC转换器24的另一端与所述第三双向DC/DC转换器23连接；所述第一双向DC/DC转换器21、所述第二双向DC/DC转换器22、所述第四双向DC/DC转换器24以及述第三双向DC/DC转换器23依序连接成闭环结构。
由于所述第一双向DC/DC转换器21、所述第二双向DC/DC转换器22、所述第四双向DC/DC转换器24以及所述第三双向DC/DC转换器23依序连接成闭环结构。当所述直流供电设备I11、所述直流供电设备Ⅱ12、所述直流供电设备Ⅲ13以及所述直流供电设备Ⅳ14中的任意一个直流供电设备出现故障时，其余三个直流供电设备都可作为备用供电，从而降低了因故障产生的直接、间接费用损失。
以所述直流供电设备I11异常为例，与所述直流供电设备I11连接的负载Ⅰ具有如下供电路径：
第一条供电路径由所述直流供电设备Ⅱ12与所述第一双向DC/DC转换器21组成；第二条供电路径由所述直流供电设备Ⅲ13与所述第二双向DC/DC转换器22组成；第三条供电路径由所述直流供电设备Ⅳ14、所述第三双向DC/DC转换器23与所述第一双向DC/DC转换器21组成；第四条供电路径由所述直流供电设备Ⅳ14、所述第四双向DC/DC转换器24与所述第二双向DC/DC转换器22组成。
所述控制器可选择其中一条供电路径为负载Ⅰ供电。
以所述直流供电设备I11、所述直流供电设备Ⅱ12、所述直流供电设备Ⅲ13均异常为例，所述负载Ⅰ、所述负载Ⅱ、所述负载Ⅲ均可通过所述直流供电设备Ⅳ14供电。
具体地，所述负载Ⅰ具有两种供电路径，第一种为：所述直流供电设备Ⅳ14、所述第三双向DC/DC转换器23、所述第一双向DC/DC转换器依序连接成供电路径；第二种为：所述直流供电设备Ⅳ14、所述第四双向DC/DC转换器24、所述第二双向DC/DC转换器依序连接成供电路径。这两种供电路径，由所述控制器控制选择其中一种路径。
所述负载Ⅱ供电的路径由所述直流供电设备Ⅳ14和所述第三双向DC/DC转换器23组成。
所述负载Ⅲ供电的路径由所述直流供电设备Ⅳ14和所述第四双向DC/DC转换器24组成。
本实例中的所述直流电源系统能够有效地避免所述负载Ⅰ、所述负载Ⅱ、所述负载Ⅲ以及所述负载Ⅳ中任何一个出现供电中断的情形，从而有效避免供电中断而造成的损失。
另外，设置于各双向DC/DC转换器的控制器连接远程控制系统，通过所述远程控制系统控制各个双向DC/DC转换器的通断，实现远程控制，从而避免现有技术中需要人工现场操作而造成的工作量，进而减少人力成本的支出。
本实施例中，四个直流供电设备的电压等级不受到限制，相同或不同的电压等级的直流供电设备都可以兼容在同一个直流电源系统中，并且各双向DC/DC转换器可以根据相邻直流供电设备之间的电压、功率进行灵活配置，实现了直流电源资源共享和利用最大化。
以上所述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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种直流电源系统，其特征在于，包括直流供电设备Ⅰ、直流供电设备Ⅱ、直流供电设备Ⅲ、第一双向DC/DC转换器、第二双向DC/DC转换器、第一直流母线以及第二直流母线；
所述直流供电设备Ⅰ通过所述第一直流母线与所述第一双向DC/DC转换器的一端连接；
所述直流供电设备Ⅱ通过所述第二直流母线与所述第一双向DC/DC转换器的另一端连接；
所述直流供电设备Ⅲ通过所述第二双向DC/DC转换器与所述第一直流母线连接；
其中所述第一双向DC/DC转换器和第二双向DC/DC转换器均包括IGBT器件、控制器、PWM驱动电路和变压器，所述控制器通过控制信号来驱动所述PWM驱动电路的运行，实现所述IGBT器件的通断控制；
当所述直流供电设备Ⅰ开路时，所述直流供电设备Ⅱ与所述第一双向DC/DC转换器形成第一供电路径；所述直流供电设备Ⅲ与所述第二双向DC/DC转换器形成第二供电路径；通过控制所述第一双向DC/DC转换器和第二双向DC/DC转换器内的控制器，可以实现所述第一供电路径或第二供电路径为连接在所述第一直流母线上的负载供电。
2.如权利要求1所述的直流电源系统，其特征在于，所述直流供电设备Ⅰ、直流供电设备Ⅱ、直流供电设备Ⅲ供电电压不同，所述第一双向DC/DC转换器内的变压器用于实现直流供电设备Ⅰ和直流供电设备Ⅱ的电压转换，所述第二双向DC/DC转换器内的变压器用于实现直流供电设备Ⅰ和直流供电设备Ⅲ的电压转换。
3.如权利要求2所述的直流电源系统，其特征在于，所述直流供电设备Ⅰ、直流供电设备Ⅱ、直流供电设备Ⅲ供电电压分别为220V、110V和48V。
4.如权利要求1所述的直流电源系统，其特征在于，所述第一双向DC/DC转换器和第二双向DC/DC转换器内的控制器连接远程控制系统，通过所述远程控制系统控制所述第一双向DC/DC转换器和第二双向DC/DC转换器的通断。
5.如权利要求1所述的直流电源系统，其特征在于，所述第一双向DC/DC转换器和第二双向DC/DC转换器均具有短路保护电路。
6.如权利要求1所述的直流电源系统，其特征在于，所述直流电源系统还包括第三双向DC/DC转换器、第四双向DC/DC转换器和直流供电设备Ⅳ，所述第三双向DC/DC转换器和第四双向DC/DC转换器与所述第一双向DC/DC转换器和所述第二双向DC/DC转换器结构相同，所述直流供电设备Ⅳ通过所述第三双向DC/DC转换器与所述第二直流母线连接，所述第四双向DC/DC转换器的一端与所述第二双向DC/DC转换器连接，另一端与所述第三双向DC/DC转换器连接；所述第一双向DC/DC转换器、第二双向DC/DC转换器、第四双向DC/DC转换器以及第三双向DC/DC转换器依序连接成闭环结构。
7.如权利要求6所述的直流电源系统，其特征在于，所述直流供电设备Ⅰ、直流供电设备Ⅱ、直流供电设备Ⅲ和直流供电设备Ⅳ供电电压不同，所述第三双向DC/DC转换器内的变压器用于实现直流供电设备Ⅳ和直流供电设备Ⅱ的电压转换，所述第四双向DC/DC转换器内的变压器用于实现直流供电设备Ⅳ和直流供电设备Ⅲ的电压转换。
8.如权利要求7所述的直流电源系统，其特征在于，所述直流供电设备Ⅰ、直流供电设备Ⅱ、直流供电设备Ⅲ和直流供电设备Ⅳ供电电压分别为220V、110V、48V和48V。
9.如权利要求6所述的直流电源系统，其特征在于，所述第三双向DC/DC转换器和第四双向DC/DC转换器内的控制器连接远程控制系统，通过所述远程控制系统控制所述第三双向DC/DC转换器和第四双向DC/DC转换器的通断。
10.如权利要求6所述的直流电源系统，其特征在于，所述第三双向DC/DC转换器和第四双向DC/DC转换器均具有短路保护电路。
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