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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811630701.8 (22)申请日 2018.12.29 (71)申请人 烟台东方威思顿电气有限公司 地址 264003 山东省烟台市莱山区金都路6 号 (72)发明人 常伦凯 王东昌 王福宏 耿鲁飞 刘文强 张鹏飞 (74)专利代理机构 烟台双联专利事务所(普通 合伙) 37225 代理人 申国栋 (51)Int.Cl. H02J 9/06(2006.01) (54)发明名称 一种双直流电源自动冗余零延时切换系统 及方法 (57)摘要 本发明公开了一种双直流电源自动冗。
2、余零 延时切换系统及方法。 系统包括母线， 所述母线 包括控制母线正端、 合闸母线正端和母线负端， 所述母线分为第一母线段和第二母线段， 各母线 段分别对应设有合闸输出模块、 控制输出模块和 降压装置； 各母线段还分别对应有一组AC/DC变 换模块和蓄电池， 所述AC/DC变换模块的直流输 出端的正极的输出线路上设有二极管， 所述二极 管的导通方向为由AC/DC变换模块至母线段； 两 个母线段之间还通过母联断路器相连接。 本发明 实现了自动切换且零时延， 并且不存在蓄电池并 联时的环流情况， 方法简单、 安全、 可靠。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 109450080 A 201。
3、9.03.08 CN 109450080 A 1.一种双直流电源自动冗余零延时切换系统， 包括母线， 所述母线包括控制母线正端、 合闸母线正端和母线负端， 其特征在于： 所述母线分为第一母线段 （100） 和第二母线段 （200） ， 各母线段分别对应设有合闸输出模块 （1） 、 控制输出模块 （2） 和降压装置 （3） ， 所述降 压装置 （3） 连接在所在母线段的控制母线正端与合闸母线正端之间， 所述合闸输出模块 （1） 与所在母线段的合闸母线正端及母线负端相连接， 所述控制输出模块 （2） 与所在母线段的 控制母线正端及母线负端相连接； 各母线段还分别对应有一组AC/DC变换模块 （4）。
4、 和蓄电池 （5） ， 所述AC/DC变换模块 （4） 用于将交流电转换为直流电， 所述AC/DC变换模块 （4） 的直流输出端的正极与所对应母线段 的合闸母线正端相连接、 负极与所对应母线段的母线负端相连接， 所述AC/DC变换模块 （4） 连接至母线段的线路上设有第一断路器 （7） ， 所述AC/DC变换模块 （4） 的直流输出端的正极 连接至第一断路器 （7） 的线路上还设有二极管 （6） ， 所述二极管 （6） 的导通方向为由AC/DC变 换模块 （4） 至母线段； 所述蓄电池 （5） 的正负极通过第二断路器 （8） 与所述AC/DC变换模块 （4） 的直流输出端的正负极对应连接； 第。
5、一母线段 （100） 的合闸母线正端及母线负端与第二母线段 （200） 的合闸母线正端及 母线负端之间还通过母联断路器相对应连接。 2.如权利要求1所述的双直流电源自动冗余零延时切换系统， 其特征在于： 所述AC/DC 变换模块 （4） 还对应设有交流切换装置 （9） ， 所述AC/DC变换模块 （4） 的交流输入端与交流切 换装置 （9） 输出端相连接， 所述交流切换装置 （9） 具有第一交流输入端和第二交流输入端。 3.如权利要求1所述的双直流电源自动冗余零延时切换系统， 其特征在于： 还包括接地 的绝缘监测模块 （10） ， 所述绝缘监测模块 （10） 一侧与第一母线段 （100） 的控。
6、制母线正端以 及合闸母线正端相连接， 另一侧与第二母线段 （200） 的控制母线正端以及合闸母线正端相 连接。 4.如权利要求1所述的双直流电源自动冗余零延时切换系统， 其特征在于： 对应各母线 段， 还包括连接于AC/DC变换模块 （4） 的直流输出端的正极与负极之间的第一电压检测装置 （11） ， 以及安装在AC/DC变换模块 （4） 的直流输出端的负极输出线路上的第一电流检测装置 （12） 。 5.如权利要求1所述的双直流电源自动冗余零延时切换系统， 其特征在于： 对应各母线 段， 还包括连接于蓄电池 （5） 的正极与负极之间的第二电压检测装置 （13） ， 以及安装在蓄电 池 （5） 。
7、的负极输出线路上的第二电流检测装置 （14） 。 6.如权利要求1至5任一所述的双直流电源自动冗余零延时切换系统， 其特征在于： 所 述母联断路器包括串联的第一母联断路器 （15） 和第二母联断路器 （16） 。 7.基于如权利要求1所述的双直流电源自动冗余零延时切换系统的切换方法， 其特征 在于： 设置两组AC/DC变换模块 （4） 的输出电压的压差为1至2V； 具有较高输出电压的AC/DC 变换模块 （4） 为第一母线段 （100） 和第二母线段 （200） 提供直流电， 并为所对应的蓄电池 （5） 充电， 具有较低输出电压的AC/DC变换模块 （4） 为所对应的蓄电池 （5） 充电； 当。
8、具有较高输出 电压的一侧出现故障时， 由另一侧AC/DC变换模块 （4） 为母线供电。 8.如权利要求7所述的切换方法， 其特征在于： 将母联断路器断开， 两组母线段分别作 为直流供电系统使用。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 109450080 A 2 一种双直流电源自动冗余零延时切换系统及方法 技术领域 0001 本发明涉及一种电力系统一二次设备的直流供电电源系统中的双直流电源切换 系统， 还涉及一种双直流电源的切换方法。 背景技术 0002 电气一次和二次设备中的保护装置、 自动控制装置、 信号设备、 监测装置、 事故照 明、 应急电源、 断路器的分合闸操作等， 都需要提供直流。
9、电源才能正常工作。 直流电源是一 个独立的电源系统， 它不受发电机、 厂用电及系统运行方式的影响， 并且在外部交流电源停 电的情况下， 由后备电源 （蓄电池） 继续提供直流电源。 0003 目前的中小型工程项目， 其电气一二次设备的直流电源系统大多是使用一组电池 的直流电源系统。 该类系统构成简单， 成本低廉， 但其中任何一个功能模块出现故障， 均有 可能导致整个系统退出运行， 可靠性较低。 该类系统只能应用于二级和三级负荷的中小型 工程项目中， 即使中断供电， 也不至于造成重大的经济或人员伤亡。 0004 由于传统单套直流电源系统的可靠性较低， 因此在一些重要负荷如一级负荷中， 往往需要采用。
10、可靠性较高的直流电源系统。 提高可靠性的主要方式是提供冗余配置， 当其 中任何一套系统出现故障时， 快速切换到另一套系统来恢复供电， 可靠性明显提高。 但是， 切换功能都是通过开关手动控制或电磁式继电器自动或手动控制， 这两种切换方式， 都存 在系统供电中断的情况。 如果在切换过程中遇到系统故障， 继电保护装置将拒动， 将会发生 系统故障扩大、 设备烧毁等严重事故。 并且即使是继电器自动切换， 中断时间也有30ms以 上， 手动方式切换时间一般为秒级或更长。 在某些极端情况下， 有些工程运行人员为了保证 不间断供电， 会先合上母线间的联络断路器， 再断开故障侧的开关， 此时存在两组蓄电池短 时。
11、间并联的情况， 因为两组蓄电池的电压不同， 会形成非常大的环流， 极易引起蓄电池过热 甚至爆炸的危险。 因此， 现有技术中的直流电源系统无法在保证安全的前提下满足重要负 荷对供电中断时间的要求。 发明内容 0005 本发明提出了一种双直流电源自动冗余零延时切换系统及方法， 其目的在于： 在 保证安全的前提下， 避免直流电源切换引起供电中断。 0006 本发明技术方案如下： 一种双直流电源自动冗余零延时切换系统， 包括母线， 所述母线包括控制母线正端、 合 闸母线正端和母线负端， 所述母线分为第一母线段和第二母线段， 各母线段分别对应设有 合闸输出模块、 控制输出模块和降压装置， 所述降压装置连。
12、接在所在母线段的控制母线正 端与合闸母线正端之间， 所述合闸输出模块与所在母线段的合闸母线正端及母线负端相连 接， 所述控制输出模块与所在母线段的控制母线正端及母线负端相连接； 各母线段还分别对应有一组AC/DC变换模块和蓄电池， 所述AC/DC变换模块用于将交流 电转换为直流电， 所述AC/DC变换模块的直流输出端的正极与所对应母线段的合闸母线正 说 明 书 1/4 页 3 CN 109450080 A 3 端相连接、 负极与所对应母线段的母线负端相连接， 所述AC/DC变换模块连接至母线段的线 路上设有第一断路器， 所述AC/DC变换模块的直流输出端的正极连接至第一断路器的线路 上还设有二。
13、极管， 所述二极管的导通方向为由AC/DC变换模块至母线段； 所述蓄电池的正负 极通过第二断路器与所述AC/DC变换模块的直流输出端的正负极对应连接； 第一母线段的合闸母线正端及母线负端与第二母线段的合闸母线正端及母线负端之 间还通过母联断路器相对应连接。 0007 作为本发明的进一步改进： 所述AC/DC变换模块还对应设有交流切换装置， 所述 AC/DC变换模块的交流输入端与交流切换装置输出端相连接， 所述交流切换装置具有第一 交流输入端和第二交流输入端。 0008 作为本发明的进一步改进： 还包括接地的绝缘监测模块， 所述绝缘监测模块一侧 与第一母线段的控制母线正端以及合闸母线正端相连接，。
14、 另一侧与第二母线段的控制母线 正端以及合闸母线正端相连接。 0009 作为本发明的进一步改进： 对应各母线段， 还包括连接于AC/DC变换模块的直流输 出端的正极与负极之间的第一电压检测装置， 以及安装在AC/DC变换模块的直流输出端的 负极输出线路上的第一电流检测装置。 0010 作为本发明的进一步改进： 对应各母线段， 还包括连接于蓄电池的正极与负极之 间的第二电压检测装置， 以及安装在蓄电池的负极输出线路上的第二电流检测装置。 0011 作为本发明的进一步改进： 所述母联断路器包括串联的第一母联断路器和第二母 联断路器。 0012 基于上述的双直流电源自动冗余零延时切换系统的切换方法：。
15、 设置两组AC/DC变 换模块的输出电压的压差为1至2V； 具有较高输出电压的AC/DC变换模块为第一母线段和第 二母线段提供直流电， 并为所对应的蓄电池充电 ， 具有较低输出电压的AC/DC变换模块为 所对应的蓄电池充电； 当具有较高输出电压的一侧出现故障时， 由另一侧AC/DC变换模块为 母线供电。 0013 作为上述方法的进一步改进： 将母联断路器断开， 两组母线段分别作为直流供电 系统使用。 0014 相对于现有技术， 本发明具有以下积极效果：（1） 本发明将母线分为两段， 每个段 落分别对应一组直流电源， 并在直流输出端设置功率型二极管， 再通过母联断路器将两组 充电模块并联， 工作。
16、时， 两组电源中只有一组电源给负载供电， 另一组电源处于热备用状 态， 当其中一组电源失压时， 另一组会自动出力给负载供电， 实现了自动切换且零时延， 并 且不存在蓄电池并联时的环流情况， 方法简单、 安全、 可靠；（2） 由于设置有功率型二极管， 两组蓄电池间无法形成环流， 提高了系统的安全系数；（3） 本方案运行方式灵活， 合上母联 断路器时， 可以作为冗余型电源系统使用， 断开母联断路器后， 可以作为两套完全独立的直 流供电系统使用。 附图说明 0015 图1为本发明切换系统的结构示意图。 说 明 书 2/4 页 4 CN 109450080 A 4 具体实施方式 0016 下面结合附图。
17、详细说明本发明的技术方案： 如图1， 一种双直流电源自动冗余零延时切换系统， 包括母线， 所述母线包括控制母线 正端、 合闸母线正端和母线负端。 0017 所述母线分为第一母线段100和第二母线段200， 各母线段分别对应设有合闸输出 模块1、 控制输出模块2和降压装置3， 所述降压装置3连接在所在母线段的控制母线正端与 合闸母线正端之间， 所述合闸输出模块1与所在母线段的合闸母线正端及母线负端相连接， 所述控制输出模块2与所在母线段的控制母线正端及母线负端相连接。 0018 各母线段还分别对应有一组AC/DC变换模块4和蓄电池5， 所述AC/DC变换模块4用 于将交流电转换为直流电， 所述A。
18、C/DC变换模块4的直流输出端的正极与所对应母线段的合 闸母线正端相连接、 负极与所对应母线段的母线负端相连接， 所述AC/DC变换模块4连接至 母线段的线路上设有第一断路器7， 所述AC/DC变换模块4的直流输出端的正极连接至第一 断路器7的线路上还设有功率型二极管6， 所述二极管6的导通方向为由AC/DC变换模块4至 母线段； 所述蓄电池5的正负极通过第二断路器8与所述AC/DC变换模块4的直流输出端的正 负极对应连接。 0019 功率型二极管6的选型， 需要根据系统的容量并考虑适当的工程系数来选择电流 和反向重复峰值电压值， 还需要根据额定工作电流的大小来核算功率型二极管6的发热情 况，。
19、 决定是否需要加装散热器。 0020 进一步的， 所述AC/DC变换模块4还对应设有交流切换装置9， 所述AC/DC变换模块4 的交流输入端与交流切换装置9输出端相连接， 所述交流切换装置9具有第一交流输入端和 第二交流输入端， 可以连接两组交流电源， 当交流电源故障时可以自动切换， 确保直流电源 的可靠供电。 0021 第一母线段100的合闸母线正端及母线负端与第二母线段200的合闸母线正端及 母线负端之间还通过母联断路器相对应连接， 以保护母线； 优选的， 由于直流断路器有方向 性， 因此设置了如图1所示的QFL1和QFL2两个母联断路器。 0022 系统还设有监控模块， 用于进行系统管理。
20、， 主要功能为电池管理和后台远程监控， 以及对下级智能设备进行数据采集并加以显示。 0023 供电系统中还设有配电监控模块， 将系统中的交流直流中各种模拟量、 开关量信 号采集并处理， 同时提供声光报警。 0024 系统还设有电池巡检装置17， 其支持单体电池电压监测和告警， 对电池端电压、 电 流、 温度及其它参数做实时在线监测。 0025 系统还包括接地的绝缘监测模块10， 所述绝缘监测模块10一侧与第一母线段100 的控制母线正端以及合闸母线正端相连接， 另一侧与第二母线段200的控制母线正端以及 合闸母线正端相连接。 绝缘监测模块10用于监测系统母线和支路的绝缘情况， 产生告警信 号并。
21、上报数据到监控模块， 在监控模块显示数据详细信息。 0026 对应各母线段， 还包括连接于AC/DC变换模块4的直流输出端的正极与负极之间的 第一电压检测装置11， 以及安装在AC/DC变换模块4的直流输出端的负极输出线路上的第一 电流检测装置12， 二者用于监测直流输出的电压和电流。 0027 对应各母线段， 还包括连接于蓄电池5的正极与负极之间的第二电压检测装置13， 说 明 书 3/4 页 5 CN 109450080 A 5 以及安装在蓄电池5的负极输出线路上的第二电流检测装置14， 二者用于监测蓄电池5两极 的电压及充放电电流。 0028 应用时， 考虑到功率型二极管6结电压的存在， 设置两组AC/DC变换模块4的输出电 压的压差为1至2V； 具有较高输出电压的AC/DC变换模块4为第一母线段100和第二母线段 200提供直流电， 并为所对应的蓄电池5充电， 具有较低输出电压的AC/DC变换模块4为所对 应的蓄电池5充电； 当具有较高输出电压的一侧出现故障时， 由另一侧AC/DC变换模块4为母 线供电。 0029 将母联断路器断开， 两组母线段分别作为直流供电系统使用。 说 明 书 4/4 页 6 CN 109450080 A 6 图1 说 明 书 附 图 1/1 页 7 CN 109450080 A 7 。