一种具备异常保护机制的直流供电系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种具备异常保护机制的直流供电系统，该系统由功率校正充电模块、超级电容模块、升压模块和管控模块组成，其中所述功率校正充电模块的输入端通过AC/DC转换器与交流供电电路连接，为所述超级电容模块供电，所述超级电容模块的输入端与所述功率校正充电模块连接，输出端与所述升压模块连接，其结合所述升压模块为具备供电需求的直流侧一次设备和二次设备供电，由所述管控模块根据采集的状态信息控制各模块的运行。采用该供电系统，能够避免异常时直流需求侧大范围受损的风险，即使断电或遇到强烈的电压波动，也能够及时的控制保护电路工作，避免影响需求侧的一次设备，且采用高功率因数充电电路，节省了超级电容的成本和占地空间。电容的成本和占地空间。电容的成本和占地空间。

【技术实现步骤摘要】
一种具备异常保护机制的直流供电系统


[0001]本技术涉及电网供电系统优化
，尤其涉及一种具备异常保护机制的直流供电系统。

技术介绍

[0002]变电站作为电力系统不可或缺的部分，与电力系统共同发展了100多年，在这100 多年的发展历程中，变电站在建造场地、电压等级、设备情况等方面都发生了巨大的变化；在电压等级上，随着电力技术的发展，由原来以少量110kV和220kV变电站为枢纽变电站，35kV为终端变电站的小电网输送模式，逐步发展成以特高压1000kV变电站和500kV 变电站为枢纽变电站，220kV、110kV变电站为终端变电站的大电网输送模式；在电气设备方面，一次设备由原来敞开式的户外设备为主，逐步发展到全封闭气体组合电器(GIS) 和半封闭气体组合电器(HGIS)；二次设备由早期的晶体管和集成电路保护发展到微机保护。
[0003]而直流电源系统是变电站的重要组成部分，是继电保护控制装置、自动化装置、高压断路器分合闸机构、通信、计量、事故照明等二次系统的供电电源，主要由蓄电池组和整流装置两部分组成，其输入端与交流供电端连接，输出端与直流母线或负载连接。正常运行情况下，直流电源系统由站用交流电经整流装置提供，当突发交流失电时，站用直流电源系统转由蓄电池组供电，蓄电池组便成为唯一的直流电源。但是，应用蓄电池组作为备用供电，普遍存在以下不可忽视的安全隐患，由于电池组维护量巨大，目前系统内每年都有大量电池组维护不到位的情况，部分站电池组运行状况恶劣，基本没有容量，运检人员又无法及时监测知情，这种情况下，在交流电源消失后蓄电池组带负载瞬间直流母线电压急剧下降，不仅会影响涉及负载的正常供电，甚至会导致变电站保护装置无法动作，从而引发事故扩大或烧毁一次设备，造成巨大的经济损失，大大降低供电可靠性，由于电池组没有容量，没有起到应有的作用，甚至可能由一起普通的线路故障扩大到全站停电，所以当蓄电池组无法正常供电时，如何在交流电源消失后保障直流系统可靠供电保证保护装置能够正确动作，是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本技术提供了一种具备异常保护机制的直流供电系统，在一个实施例中，所述系统包括：功率校正充电模块、超级电容模块、升压模块和管控模块；
[0005]所述功率校正充电模块，其输入端通过AC/DC转换器与交流供电电路连接，为所述超级电容模块供电；
[0006]所述超级电容模块的输入端与所述功率校正充电模块连接，输出端与所述升压模块连接，结合所述升压模块为具备供电需求的直流侧一次设备和二次设备供电；
[0007]所述功率校正充电模块、超级电容模块和升压模块均与管控模块通信连接，由所述管控模块根据采集的状态信息控制各模块的运行。
[0008]优选地，一个实施例中，所述功率校正充电模块包括整流单元、充电电路、功率因
数校正电路和谐振隔离单元；
[0009]所述整流单元的输入端与所述AC/DC转换器连接，输出端与充电电路连接；
[0010]所述充电电路采用boost升压电路拓扑，其包括充电电感(L)、充电开关管(Q) 和充电二极管(D)、充电电容(C)和辅助负载；
[0011]所述充电电感的输入端与所述整流单元的输出端连接，所述充电开关管与充电电感并联，所述充电二极管与充电电感串联，所述充电电容进一步与充电二极管连接；所述辅助负载并行连接在所述充电电容的两端；
[0012]所述功率因数校正电路的输入端通过DC/DC转换器与整流单元连接，其采用基于 DC/DC转换器电流信号控制的连续平均电流控制模式；
[0013]谐振隔离单元包括电连接的谐振电路和输出电路，所述谐振电路中的开关采用零压软开关电路。
[0014]一个实施例中，所述功率因数校正电路包括：电流电压取样电路、电流环路、电压环路、乘法器和校正电路；
[0015]所述电流电压取样电路，其采用设置的电流采样元件(S)采集充电电感(L)的电流取样值，并设置第一分压电阻(R1)和第二分压电阻(R2)对整流后的电压进行分压取样，还设置第三分压电阻(R4)和第四分压电阻(R5)对充电电路输出的电压进行分压取样；
[0016]所述校正电路包括第一比较器(K1)、第二比较器(K2)和第三比较器(K3)；所述第一比较器的反向输入端接收所述电流取样值，正向输入端与乘法器的输出端连接；乘法器的输入数据包括电压取样值和输出电压误差信号(Ue)；
[0017]所述第二比较器的正向输入端与第一比较器的输出端连接，反向输入端连接锯齿波信号，输出端与开关电路的开关管的基极连接；
[0018]所述第三比较器的正向输入端连接标准电压信号，反向输入端接入输出电压采样信号；
[0019]所述电流环路连接在所述第一比较器的负向输入端和输出端之间，使输入功率因数校正电路的电流波形更接近正弦波；
[0020]所述电压环路包括一电容(C4)，连接在第三比较器的负向输入端和输出端之间，是输出电压保持恒定。
[0021]具体地，一个实施例中，所述整流单元采用全波整流器，输出正弦半波直流电压.
[0022]进一步地，一个实施例中，所述电流环路包括第一电阻(R7)、第一电容(C2)和第二电容(C3)，所述第一电阻和第一电容串行连接，所述第二电容并行连接在第一电阻和第一电容的两端。
[0023]一个实施例中，所述谐振隔离单元作为次级隔离变换元件，其通过变压器隔离接收来自功率因数校正电路的初级能量。
[0024]具体地，在一个实施例中，所述谐振隔离单元包括点连接的谐振电路和输出电路所述谐振电路中的开关采用零压软开关电路；
[0025]所述谐振电路包括与第一开关管(Q1)和第二开关管(Q2)连接的谐振电容(Cs)，以及与谐振电容依次串联的第一谐振电感(Ls)和第二谐振电感(Lp)，所述第二谐振电感的输出端连接第二开关管；
[0026]所述输出电路包括变压器、第一滤波二极管(D1)、第二滤波二极管(D2)、输出电容
(Cout)和输出辅助负载Rout，所述输出电路通过变压器(Tr)与所述谐振电路电连接，所述第一滤波二极管和第二滤波二极管分别与变压器副边连接构成全波整流电路，经过连接的输出电容为输出负载提供直流电；其中所述第一滤波二极管和第二滤波二极管采用快恢复二极管。
[0027]一个实施例中，所述谐振隔离单元的零压软开关电路包括零压谐振软开关(Sr)、与零压谐振软开关并联的辅助电感(Lr)和与零压谐振软开关串联的辅助电容(Cr)，所述谐振电路的第一开关管和第二开关管分别连接零压谐振软开关的两端子。
[0028]一个实施例中，所述超级电容模块包括超级电容组和电容均衡电路；
[0029]所述电容均衡电路与各个超级电容连接，包括：与各个超级电容连接的多组第一均衡开关(S1)和第二均衡开关(S2)，各组第一均衡开关和第二均衡开关与对应的超级电容并联；
[0030]所述管控模块根据采集的各超本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具备异常保护机制的直流供电系统，其特征在于，所述系统包括：功率校正充电模块、超级电容模块、升压模块和管控模块；所述功率校正充电模块，其输入端通过AC/DC转换器与交流供电电路连接，为所述超级电容模块供电；所述超级电容模块的输入端与所述功率校正充电模块连接，输出端与所述升压模块连接，结合所述升压模块为具备供电需求的直流侧一次设备和二次设备供电；所述功率校正充电模块、超级电容模块和升压模块均与管控模块通信连接，由所述管控模块根据采集的状态信息控制各模块的运行。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述功率校正充电模块包括整流单元、充电电路、功率因数校正电路和谐振隔离单元；所述整流单元的输入端与所述AC/DC转换器连接，输出端与充电电路连接；所述充电电路采用boost升压电路拓扑，其包括充电电感(L)、充电开关管(Q)和充电二极管(D)、充电电容(C)和辅助负载；所述充电电感的输入端与所述整流单元的输出端连接，所述充电开关管与充电电感并联，所述充电二极管与充电电感串联，所述充电电容进一步与充电二极管连接；所述辅助负载并行连接在所述充电电容的两端；所述功率因数校正电路的输入端通过DC/DC转换器与整流单元连接，其采用基于DC/DC转换器电流信号控制的连续平均电流控制模式；所述谐振隔离单元包括电连接的谐振电路和输出电路，所述谐振电路中的开关采用零压软开关电路。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述功率因数校正电路包括：电流电压取样电路、电流环路、电压环路、乘法器和校正电路；所述电流电压取样电路，其采用设置的电流采样元件(S)采集充电电感(L)的电流取样值，并设置第一分压电阻(R1)和第二分压电阻(R2)对整流后的电压进行分压取样，还设置第三分压电阻(R4)和第四分压电阻(R5)对充电电路输出的电压进行分压取样；所述校正电路包括第一比较器(K1)、第二比较器(K2)和第三比较器(K3)；所述第一比较器的反向输入端接收所述电流取样值，正向输入端与乘法器的输出端连接；乘法器的输入数据包括电压取样值和输出电压误差信号(Ue)；所述第二比较器的正向输入端与第一比较器的输出端连接，反向输入端连接锯齿波信号，输出端与开关电路的开关管的基极连接；所述第三比较器的正向输入端连接标准电压信号，反向输入端接入输出电压采样信号；所述电流环路连接在所述第一比较器的负向输入端和输出端之间，使输入功率因数校正电路的电流波形更接近正弦波；所述电压环路包括一电容(C4)，连接在第三比较器的负向输入端和输出端之间，是输出电压保持恒定。4.根据权利要求2所述的系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：张干，迟旭东，金海江，孙明红，陆成海，李悦，钟士超，初洪祥，纪涛，
申请(专利权)人：烟台东方电子玉麟电气有限公司，
类型：新型
国别省市：