CN216530696U - 一种直流电源系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种直流电源系统。在该直流电源系统中，在两个充电支路均故障时，储能单元替代其对外输出，即为仪表控制系统供电，所以储能单元为充电支路的冗余；并且，由于两个充电支路互为冗余、两个充电支路分别接收两路交流供电电压，即当一个充电支路或者相应路交流供电电压出现故障时，另一个充电支路及其接收的交流供电电压可以替代其继续工作，所以可以消除该直流电源系统的单点故障风险；综上所述，该直流电源系统在保留储能单元作为充电支路的冗余结构的基础上，消除了自身出现单点故障的风险，因此将该直流电源系统作为仪表控制系统的供电装置，可以进一步提高仪表控制系统的供电装置的供电可靠性。

Description

一种直流电源系统

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种直流电源系统。

背景技术

近年来，行业内默认仪表控制系统都采用交流供电，国内通常为220V的交流供电；通常情况下，为保证仪表控制系统供电的可靠性，会在供电装置前端配套设置UPS(Uninterruptible Power Supply，不间断电源)，但是，经过实际检验发现，设置有UPS的供电装置在使用过程中，由于设备串联连接，容易出现单点故障，仍存在供电中断的情况，不能满足仪表控制系统对供电可靠性的要求。

现有技术中还存在一种采用电力操作电源系统作为仪表控制系统的供电装置的方案，虽然电力操作电源系统的可靠性高于UPS，但是仍存在单点故障风险，不能满足仪表控制系统对供电可靠性的要求，因此如何进一步提高仪表控制系统的供电装置的供电可靠性是目前亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种直流电源系统，将其作为仪表控制系统的供电装置，可进一步提高仪表控制系统的供电装置的供电可靠性。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

本申请提供一种直流电源系统，包括：直流母线、储能单元、两个配电支路和两个充电单元；其中：

一个所述配电支路与一个所述充电单元组成一个充电支路，共组成两个充电支路，两个所述充电支路互为冗余；

在每个所述充电支路中，所述配电支路的第一端接收一路交流供电电压，所述配电支路的第二端与所述充电单元的交流侧相连，所述充电单元的直流侧与所述直流母线相连；

所述储能单元的两极与所述直流母线相连，所述直流母线作为所述直流电源系统的输出端。

可选的，所述充电单元，包括：至少一个充电模块；其中：

当所述充电模块的个数大于1时，全部所述充电模块的交流侧相连，连接点连接于所述充电单元的交流侧，全部所述充电模块的直流侧相连，连接点连接于所述充电单元的直流侧。

可选的，还包括：监控单元；其中：

所述监控单元的检测端两极分别设置于所述直流母线的两极上；

所述监控单元的通信端分别与各个所述配电支路的通信端通信连接。

可选的，所述充电模块为基于开关电源技术的充电模块，或者，基于相控电源技术的充电模块。

可选的，所述储能单元为蓄电池组。

可选的，所述蓄电池组包括正负串联连接的17节12V蓄电池。

可选的，与所述直流电源系统相连的仪表控制系统为：分散控制系统 DCS、安全仪表系统SIS或可编程逻辑控制器PLC。

由上述技术方案可知，本实用新型提供了一种直流电源系统，其具体包括：储能单元、直流母线、两个配电支路和两个充电单元。在该直流电源系统中，在两个充电支路均故障时，储能单元替代其对外输出，即为仪表控制系统供电，所以储能单元为充电支路的冗余；并且，由于两个充电支路互为冗余、两个充电支路分别接收两路交流供电电压，即当一个充电支路或者相应路交流供电电压出现故障时，另一个充电支路及其接收的交流供电电压可以替代其继续工作，所以可以消除该直流电源系统的单点故障风险；综上所述，该直流电源系统在保留储能单元作为充电支路的冗余结构的基础上，消除了自身出现单点故障的风险，因此将该直流电源系统作为仪表控制系统的供电装置，可以进一步提高仪表控制系统的供电装置的供电可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为UPS的结构示意图；

图2为电力操作电源系统的结构示意图；

图3-图5分别为直流电源系统的三种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

UPS是一种含有储能装置的不间断电源，主要应用于对电源稳定性要求较高的设备。其按照自身逆变器的工作方式可分为：在线式、后备式、在线互动式三种，通常情况下，在保护计算机、网络、工业精密仪器等重要设备时，会选配在线式UPS，即可以实现市电供电与电池供电之间的无中断切换。

以在线时UPS为用户负载LOAD为例，其具体结构如图1所示，包括：市电整流升压电路01、充电器02、电池组03、电池升压电路04、逆变器05和转换开关SW，在图1中，电池组03、电池升压电路04、逆变器05、转换开关SW 串联连接，存在单点故障风险，即上述器件中的一个器件出现故障，便可以导致UPS宕机，从而使得设置有UPS的供电装置的供电可靠性降低。

在现有技术中，还有一种供电设备，即电力操作电源系统，也称直流电源系统，俗称直流屏。其是一种应用在电力机房内的电源设备，只要应用于各级变电站、换流站及发电厂，作为控制负荷和动力负荷以及直流事故照明负荷的电源，即其为电力系统控制、保护的基础。在轨道交通领域主要应用于为供电系统的断路器分合闸及二次回路中的仪器、仪表、继电保护和事故照明提供不间断直流电源。

电力操作电源系统的具体结构如图2所示，由交流切换与配电模块21、充电模块22、主监控23、蓄电池组23、降压单元24、合闸母线25、控制母线26、交流监控27、模块监控28、电池巡检29、直流监控30、绝缘监测31等部分组成，其中充电模块22采用N+1冗余结构，即N个充电模块22带动全部负载，剩余一个作为备用。

但是，由图2可知，当交流切换与配电模块21或者降压单元24出现故障时，整个电力操作系统会发生故障，即存在单点故障的风险，从而停止对仪表控制系统的供电，因此，虽然电力操作电源系统作为仪表控制系统的供电装置的供电可靠性大于设置有UPS的供电装置，但是，仍不满足仪表控制系统对供电可靠性的要求。

为了进一步提高仪表控制系统的供电装置的供电可靠性，本申请实施例提供一种直流电源系统，用于为仪表控制系统150供电，其具体结构如图3所示，包括：储能单元130、直流母线140、两个配电支路110和两个充电单元120。

在该直流电源系统中，一个配电支路110与一个充电单元120组成一个充电支路200，共组成两个充电支路200，两个充电支路200互为冗余，即一个充电支路200为常用充电支路，另一个充电支路200为备用充电支路。

在每个充电支路200中，配电支路110的第一端接收一路交流供电电压，配电支路110的第二端与充电单元120的交流侧相连，充电单元120的直流侧与直流母线140相连；储能单元130的两极与直流母线140相连，直流母线140作为直流电源系统的输出端，与仪表控制系统150的电源端两极相连。

需要说明的是，通常情况下，在用于仪表控制系统150供电时，交流供电电压选用380V的交流电压。

可选的，仪表控制系统150可以为DCS(Distributed Control System，分散控制系统)、也可以为SIS(Safety instrumentation System，安全仪表系统)，还可以为PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内。

优选的，储能单元为蓄电池组，在实际应用中，包括但不限于上述实施方式，此处不做具体限定，可视具体情况而定，均在本申请的保护范围内；由于通常情况下仪表控制系统150的工作电压为220V，所以在实际应用中，蓄电池组可以选用17节12V的蓄电池串联连接，此处不对蓄电池的节数和每节蓄电池的电压进行限定，可视具体情况进行选择，均在本申请的保护范围内。

该直流电源系统的工作过程为：

常用充电支路中的配电支路110将处理后的交流供电电压分配给对应的充电单元120，对应的充电单元120将接收到的交流电转换为直流电，并通过直流母线140为仪表控制系统150供电，若此时仍有剩余电量，则再为储能单元130充电。

若常用充电支路或者其接受的交流供电电压出现故障，则备用充电支路及其接收的交流供电电压替代常用充电支路及其接收的交流供电电压继续工作，从而可以保证该直流电源系统的正常工作。

需要说明的是，只要常用充电支路中的配电支路110和充电单元120中的至少一个出现故障，即可认定常用充电支路出现故障。

若常用充电支路和备用充电支路均出现故障，则此时切换到：储能单元 130通过直流母线140为仪表控制系统150供电，以保证直流电源系统的正常工作。

综上所述，该直流电源系统在保留储能单元130作为充电支路200的冗余结构的基础上，消除了自身出现单点故障的风险，因此将该直流电源系统作为仪表控制系统的供电装置，可以进一步提高仪表控制系统的供电装置的供电可靠性。

值的说明的是，在现有技术中，电力操作电源系统为电力工程配套产品，可以输出240V和220V直流电；而本申请中的直流电源系统相对于电力操作电源系统而言，该直流电源系统将降压单元删除，让储能单元130的两极和充电单元120的直流侧直接通过直流母线140输出，为仪表控制系统供电，因此可以消除由降压单元串联带来的单点故障风险，进一步提高了该直流电源系统的供电可靠性；另外，还使得该直流电源系统的生产成本降低，利于市场推广。

另外，在本申请提供的直流电源系统中，一个充电单元120即可提供仪表控制系统150所需的工作电压，即两个充电单元120冗余工作，因此通过对充电单元120进行降额使用，使得每个充电单元120的负荷应力减半，寿命加倍。

本申请另一实施例提充电单元120的一种具体实施方式，其具体结构如图 4所示，包括：至少一个充电模块121。

当充电模块121的个数大于1时，全部充电模块121的交流侧相连，连接点连接于充电单元120的交流侧，全部充电模块121的直流侧相连，连接点连接于充电单元120的直流侧。

需要说明的是，由于充电模块121的上述结构，所以在每个充电单元120 的负荷应力减半，寿命加倍的基础上，每个充电模块121的负荷应力也同样减小，寿命也同样增加。

上述仅为充电单元120的一种具体实施方式，在实际应用中，包括但不限定于上述实施方式，此处不做具体限定，均在本申请的保护范围内。

本申请另一实施例提供直流电源系统的另一种实施方式，其具体结构如图5所示，在上述实施方式的基础上，还包括：监控单元160。

在该直流电源系统的实施方式中，监控单元160的通信端与各个配电支路110的通信端通信连接，监控单元160的检测端两极分别设置于直流母线 140的两极上；如此一来，该直流电源系统具有完备、完全透明的监控诊断功能。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种直流电源系统，其特征在于，包括：直流母线、储能单元、两个配电支路和两个充电单元；其中：

一个所述配电支路与一个所述充电单元组成一个充电支路，共组成两个充电支路，两个所述充电支路互为冗余；

在每个所述充电支路中，所述配电支路的第一端接收一路交流供电电压，所述配电支路的第二端与所述充电单元的交流侧相连，所述充电单元的直流侧与所述直流母线相连；

所述储能单元的两极与所述直流母线相连，所述直流母线作为所述直流电源系统的输出端。

2.根据权利要求1所述的直流电源系统，其特征在于，所述充电单元，包括：至少一个充电模块；其中：

当所述充电模块的个数大于1时，全部所述充电模块的交流侧相连，连接点连接于所述充电单元的交流侧，全部所述充电模块的直流侧相连，连接点连接于所述充电单元的直流侧。

3.根据权利要求2所述的直流电源系统，其特征在于，所述充电模块为基于开关电源技术的充电模块，或者，基于相控电源技术的充电模块。

4.根据权利要求1所述的直流电源系统，其特征在于，还包括：监控单元；其中：

所述监控单元的检测端两极分别设置于所述直流母线的两极上；

所述监控单元的通信端分别与各个所述配电支路的通信端通信连接。

5.根据权利要求1所述的直流电源系统，其特征在于，所述储能单元为蓄电池组。

6.根据权利要求5所述的直流电源系统，其特征在于，所述蓄电池组包括正负串联连接的17节12V蓄电池。

7.根据权利要求1-6任一项所述的直流电源系统，其特征在于，与所述直流电源系统相连的仪表控制系统为：分散控制系统DCS、安全仪表系统SIS或可编程逻辑控制器PLC。

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