一种电源系统 |
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| 申请号 | CN202311688056.6 | 申请日 | 2023-12-08 | 公开(公告)号 | CN117856427A | 公开(公告)日 | 2024-04-09 |
| 申请人 | 广东电网有限责任公司; 广东电网有限责任公司梅州供电局; | 发明人 | 凌霖; 何贵坚; 赖华兰; 赖东升; 罗威; 林迪明; 蔡科明; 龙兴起; 韩权芳; 何柳青; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开一种电源系统。该系统包括：第一交流输入端、第二交流输入端、主控模 块 、第一整流模块、第二整流模块、第一储能模块、第二储能模块、第一稳压模块、第二稳压模块、第一直流输出端、第二直流输出端和电源切换模块；交流输入端用于接入交流电；主控模块用于采集电 信号 、输出电气参数以及控制电源切换模块的选通状态；稳压模块用于调整 输出 电压 ，使输出电压保持在设定值；电源切换模块用于选择与第一直流输出端或者第二直流输出端连接，将输出 电能 至主电源输出端。本发明 实施例 的技术方案，通过双交流输入、稳压模块、双直流输出和双电源切换的供电模式，实现电源可靠转供，提高了供电 稳定性 和电源的输出 质量 ，确保终端设备可靠运行。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电源系统，其特征在于，包括：第一交流输入端、第二交流输入端、主控模块、第一整流模块、第二整流模块、第一储能模块、第二储能模块、第一稳压模块、第二稳压模块、第一直流输出端、第二直流输出端和电源切换模块；所述主控模块与所述第一交流输入端、所述第二交流输入端、所述第一稳压模块、所述第二稳压模块、所述第一直流输出端和所述第二直流输出端通信连接；所述第一整流模块连接在所述第一交流输入端和所述第一储能模块之间；所述第二整流模块连接在所述第二交流输入端和所述第二储能模块之间；所述第一稳压模块连接在所述第一整流模块和所述第一直流输出端之间；所述第二稳压模块连接在所述第二整流模块和所述第二直流输出端之间； |
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| 说明书全文 | 一种电源系统技术领域[0001] 本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种电源系统。 背景技术[0003] 现有技术中，随着自愈保护策略的不断投入，对自动化设备的运行质量要求进一步提高。在自动化设备执行失压分闸或得电分闸保护策略中，如果终端电源出现故障，将导致自动化设备保护误动或者拒动，影响整条线路对故障点的判断，导致自愈保护失败，无法实现有效隔离故障区域，恢复非故障区域的快速复电，影响自动化终端设备用电，造成不必要的损失。 发明内容[0004] 本发明提供了一种电源系统，以保证自动化终端正常、可靠运行，确保自动化设备保护动作正确。加强自动化设备电源管理和优化，电源系统为终端提供可靠电源，为终端有效供电。 [0005] 根据本发明的一方面，提供了一种电源系统，包括：第一交流输入端、第二交流输入端、主控模块、第一整流模块、第二整流模块、第一储能模块、第二储能模块、第一稳压模块、第二稳压模块、第一直流输出端、第二直流输出端和电源切换模块；主控模块与第一交流输入端、第二交流输入端、第一稳压模块、第二稳压模块、第一直流输出端和第二直流输出端通信连接；第一整流模块连接在第一交流输入端和第一储能模块之间；第二整流模块连接在第二交流输入端和第二储能模块之间；第一稳压模块连接在第一整流模块和第一直流输出端之间；第二稳压模块连接在第二整流模块和第二直流输出端之间； [0006] 第一交流输入端和第二交流输入端用于接入交流电； [0008] 第一整流模块和第二整流模块用于将交流电转化为直流电； [0009] 第一储能模块和第二储能模块用于存储整流模块输出的电能，向稳压模块提供电能； [0011] 第一直流输出端和第二直流输出端用于给工作设备供电； [0012] 电源切换模块用于选择与第一直流输出端连接或者与第二直流输出端连接，将输出电能至主电源输出端。 [0013] 可选的，第一整流模块包括第一整流器；第二整流模块包括第二整流器； [0014] 第一整流器用于将第一交流输入端输入的交流电转换成直流电； [0015] 第二整流器用于将第二交流输入端输入的交流电转换成直流电。 [0016] 可选的，第一整流模块还包括第一监控器；第二整流模块还包括第二监控器； [0017] 第一监控器用于监测第一储能模块的工作状态； [0018] 第二监控器用于监测第二储能模块的工作状态。 [0019] 可选的，第一储能模块包括第一电池；第二储能模块包括第二电池； [0020] 第一电池和第二电池用于当第一直流输出端或者第二直流输出端故障时为工作设备供电。 [0021] 可选的，第一稳压模块包括第一电压调节器；第二稳压模块包括第二电压调节器； [0022] 第一电压调节器和第二电压调节器用于调整输出电压。 [0024] 选择开关用于选择将主电源输出端与第一直流输出端连接或者选择将主电源输出端与第二直流输出端连接。 [0026] 可选的，主控模块用于输出电气参数，电气参数包括：电源输出状态、工作状态、系统状态、输入电压值、输出电压值、输入电流值、输出电流值、功率值、保护电压值、保护电流值、设置电压值以及设置电流值。 [0027] 可选的，主控模块还用于控制监测电路监测输入电压值是否超出设定范围； [0028] 当输入电压值大于设定范围的最大值时，断开向主电源输出端供电； [0029] 当输入电压值小于设定范围的最小值时，断开向主电源输出端供电； [0030] 当输入电压值大于或等于设定范围的最小值且小于或等于设定范围的最大值时，电源系统正常工作。 [0031] 可选的，处理单元用于当电源系统正常工作时控制选择开关与第一直流输出端连接； [0032] 当第一直流输出端故障时控制选择开关与第二直流输出端连接。 [0033] 本发明实施例的技术方案，通过设置第一交流输入端、第二交流输入端、主控模块、第一整流模块、第二整流模块、第一储能模块、第二储能模块、第一稳压模块、第二稳压模块、第一直流输出端、第二直流输出端和电源切换模块，主控模块与第一交流输入端、第二交流输入端、第一稳压模块、第二稳压模块、第一直流输出端和第二直流输出端通信连接；第一交流输入端和第二交流输入端用于接入交流电，实现双交流输入；第一整流模块和第二整流模块用于将交流电转化为直流电；第一储能模块和第二储能模块用于存储整流模块输出的电能，向稳压模块提供电能；第一稳压模块和第二稳压模块用于调整输出电压，使输出电压保持在设定值；第一直流输出端和第二直流输出端用于给工作设备供电，实现双直流输出；电源切换模块用于选择与第一直流输出端连接或者与第二直流输出端连接，将输出电能至主电源输出端，实现双电源切换供电；主控模块用于采集电信号、输出电气参数以及控制电源切换模块的选通状态。实现电源可靠转供，提高了电源系统的供电稳定性和电源的输出质量，确保终端设备可靠运行。 [0035] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0036] 图1是根据本发明实施例提供的一种电源系统的结构示意图； [0037] 图2是根据本发明实施例提供的一种电源系统的具体结构示意图。 具体实施方式[0038] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。 [0039] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。 [0040] 图1是根据本发明实施例提供的一种电源系统的结构示意图。如图1所示，该系统包括：第一交流输入端11、第二交流输入端21、主控模块10、第一整流模块12、第二整流模块22、第一储能模块13、第二储能模块23、第一稳压模块14、第二稳压模块24、第一直流输出端 15、第二直流输出端25和电源切换模块20；主控模块10与第一交流输入端11、第二交流输入端21、第一稳压模块14、第二稳压模块24、第一直流输出端15和第二直流输出端25通信连接；第一整流模块12连接在第一交流输入端11和第一储能模块14之间；第二整流模块22连接在第二交流输入端21和第二储能模块23之间；第一稳压模块14连接在第一整流模块12和第一直流输出端15之间；第二稳压模块24连接在第二整流模块22和第二直流输出端25之间；第一交流输入端11和第二交流输入端21用于接入交流电；主控模块10用于采集电信号、输出电气参数以及控制电源切换模块20的选通状态；第一整流模块12和第二整流模块22用于将交流电转化为直流电；第一储能模块13和第二储能模块23用于存储整流模块输出的电能，向稳压模块提供电能；第一稳压模块14和第二稳压模块24用于调整输出电压，使输出电压保持在设定值；第一直流输出端15和第二直流输出端25用于给工作设备供电；电源切换模块20用于选择与第一直流输出端15连接或者与第二直流输出端25连接，将输出电能至主电源输出端30。 [0041] 在本实施例中，交流电(AC)是电流的方向随时间作周期性变化，电压周期性地由正变负和由负变正，一般由发电机或插座得到；直流电(DC)是电压总是恒定的，电流按一定方向流动，一般由电池、蓄电池或太阳能电池得到。交流输入端是系统与外部连接的接线端口。第一交流输入端11和第二交流输入端21用于接入交流电，实现双交流输入。示例性的，第一交流输入端11和第二交流输入端21可以连接220V的市电，为电源系统供电。市电是指城市中主要供居民使用的电源，电压一般是220V，也有110V。市电是工频交流电，常用电压、电流和频率来表征。220V市电的供电标准：火线与零线之间是220V±10％；零线与地线之间是大于0V且小于5V；火线与地线之间是小于220V±10％。 [0042] 整流是将交流电转换为直流电。在现代电子设备中，直流电非常重要且应用广泛，可以提供稳定的电压和电流，从而保证设备的正常运行。整流模块的核心部件是二极管，二极管是一种半导体器件，只允许电流在一个方向上通过，当二极管的正极连接到电源正极，负极连接到电源负极时，可以将交流电转换为直流电。整流模块中一般还包括电容器和电阻器，电容器可以存储电荷，使电压平滑输出；电阻器可以限制电流，从而保护整流模块和其他电子设备。整流模块的输出电压和电流可以通过选择不同规格的二极管、电容器和电阻器来调整。在本实施例中，第一整流模块12连接在第一交流输入端11和第一储能模块14之间，第二整流模块22连接在第二交流输入端21和第二储能模块23之间。第一整流模块12和第二整流模块22用于将交流电转化为直流电。示例性的，第一整流模块12和第二整流模块22可以将第一交流输入端11和第二交流输入端21接入的220V交流电转换成直流电，为后续设备供电。 [0043] 储能模块可以用于存储电能也可以释放电能，主要包括锂离子电池、铅蓄电池等。第一储能模块13与第一整流模块12连接，用于存储第一整流模块12输出的电能；第二储能模块23与第二整流模块22连接，用于存储第二整流模块22输出的电能。 [0044] 稳压模块的作用是将不稳定的电压转换为稳定的电压输出，工作原理是通过内部的电路控制电压的大小和稳定性，通常由一个输入端、一个输出端和一个控制电路组成，输入端接收不稳定后通过控制电路进行调节和稳定，然后输出稳定的电压。稳压模块应用广泛，示例性的，可以用于电源、电路板或电子仪器中。第一稳压模块14连接在第一整流模块12和第一直流输出端15之间，第二稳压模块24连接在第二整流模块22和第二直流输出端25之间，第一稳压模块14和第二稳压模块24用于调整输出电压，使输出电压保持在设定值，有效解决电压不稳定的问题，提高电源系统的性能和可靠性。 [0045] 第一直流输出端15和第二直流输出端25用于给终端工作设备供电，保证终端设备正常、可靠运行。电源切换模块20用于选择与第一直流输出端15连接或者与第二直流输出端25连接，将输出电能至主电源输出端30。主控模块10与第一交流输入端11、第二交流输入端21、第一稳压模块14、第二稳压模块24、第一直流输出端15和第二直流输出端25通信连接，用于采集电信号、输出电气参数以及控制电源切换模块20的选通状态。示例性的，第一交流输入端11、第一整流模块12、第一储能模块13、第一稳压模块14和第一直流输出端15组成主电源，第二交流输入端21、第二整流模块22、第二储能模块23、第二稳压模块24和第二直流输出端25组成备用电源，当主控模块10检测主电源中第一交流电输入端11交流电输入波动或第一直流输出端15的输出电压为零时，控制电源切换模块20与备用电源中的第二直流输出端25连接，将输出电能至主电源输出端30，终端设备从备用电源获取电能。实现双交流输入‑稳压系统‑双直流回路切换‑双直流输出‑双后备电源切换供电模式，两回路电源可靠转供，当双直流输出均故障时，还可以应用储能模块供电，提高电源系统的供电稳定性和电源输出质量。 [0046] 本实施例的技术方案，通过设置第一交流输入端、第二交流输入端、主控模块、第一整流模块、第二整流模块、第一储能模块、第二储能模块、第一稳压模块、第二稳压模块、第一直流输出端、第二直流输出端和电源切换模块，主控模块与第一交流输入端、第二交流输入端、第一稳压模块、第二稳压模块、第一直流输出端和第二直流输出端通信连接；第一交流输入端和第二交流输入端用于接入交流电，实现双交流输入；第一整流模块和第二整流模块用于将交流电转化为直流电；第一储能模块和第二储能模块用于存储整流模块输出的电能，向稳压模块提供电能；第一稳压模块和第二稳压模块用于调整输出电压，使输出电压保持在设定值；第一直流输出端和第二直流输出端用于给工作设备供电，实现双直流输出；电源切换模块用于选择与第一直流输出端连接或者与第二直流输出端连接，将输出电能至主电源输出端，实现双电源切换供电；主控模块用于采集电信号、输出电气参数以及控制电源切换模块的选通状态。实现电源可靠转供，提高了电源系统的供电稳定性和电源的输出质量，确保终端设备可靠运行。 [0047] 图2是根据本发明实施例提供的一种电源系统的具体结构示意图。如图2所示，第一整流模块12包括第一整流器121；第二整流模块22包括第二整流器221；第一整流器121用于将第一交流输入端11输入的交流电转换成直流电；第二整流器221用于将第二交流输入端21输入的交流电转换成直流电。 [0048] 在本实施例中，第一整流器121用于将第一交流输入端11输入的交流电信号转换成单向的直流电信号。第二整流器221用于将第二交流输入端21输入的交流电信号转换成单向的直流电信号。示例性的，第一整流器121和第二整流器221可以选用AC/DC，将交流电转换成直流电并给第一储能模块13和第二储能模块23充电。 [0049] 在上述实施例技术方案的基础上，引用图2所示内容，第一整流模块12还包括第一监控器122；第二整流模块22还包括第二监控器222；第一监控器122用于监测第一储能模块13的工作状态；第二监控器222用于监测第二储能模块23的工作状态。 [0050] 在本实施例中，第一监控器122用于监测第一储能模块13的工作状态，第二监控器222用于监测第二储能模块23的工作状态。示例性的，第一监控器122和第二监控器222可以应用液晶显示器，分别监测第一储能模块13和第二储能模块23的电流、电压和输出功率，可以显示并存储数据，便于查看和翻阅，并且可以实现过电保护，保证电路的安全性。 [0051] 在上述实施例技术方案的基础上，引用图2所示内容，第一储能模块13包括第一电池131；第二储能模块23包括第二电池231；第一电池131和第二电池231用于当第一直流输出端15或者第二直流输出端25故障时为工作设备供电。 [0052] 在本实施例中，电池是盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的能将化学能转化成电能的装置。利用电池作为能量来源，可以得到稳定电压、稳定电流和长时间稳定供电，电池有干电池、铅蓄电池和锂电池等。第一储能模块13包括第一电池131；第二储能模块23包括第二电池231。示例性的，第一电池131和第二电池231可以选用蓄电池。第一电池131和第二电池231用于当第一直流输出端15或者第二直流输出端25故障时为工作设备供电，保证终端设备的正常运行，提高电源系统的可靠性。 [0053] 在上述实施例技术方案的基础上，引用图2所示内容，第一稳压模块14包括第一电压调节器141；第二稳压模块24包括第二电压调节器241；第一电压调节器141和第二电压调节器241用于调整输出电压。 [0054] 在本实施例中，电压调节器是为配套基波、谐波复式励磁或装配有永磁发电机励磁的交流无刷发电机而设计，通过对发电机交流励磁机励磁电流的控制，实现对发电机输出电压的自动调节。发电机电压调节器可满足普通60/50Hz及中频400Hz单机或并列运行的发电机使用。第一稳压模块14包括第一电压调节器141，第二稳压模块24包括第二电压调节器241。第一电压调节器141和第二电压调节器241的工作原理是通过反馈回路不断调整功率放大器的工作状态，以使输出电压稳定在设定值，示例性的，通过调节使输出电压稳定在24V。当输出电压偏离设定值时，反馈回路会产生一个误差信号，该信号经过放大后控制功率放大器工作，从而使得输出电压回到设定值。当系统的输入电压波动时，稳压模块通过电压调节器来调整输出电压，使其保持在设定值。示例性的，电压调节器可以选用升降压DC/DC变换器。 [0055] 在上述实施例技术方案的基础上，引用图2所示内容，电源切换模块20包括选择开关201；选择开关201用于选择将主电源输出端30与第一直流输出端15连接或者选择将主电源输出端30与第二直流输出端25连接。 [0056] 在本实施例中，选择开关201可以选用互斥开关。选择开关201用于选择将主电源输出端30与第一直流输出端15连接或者选择将主电源输出端30与第二直流输出端25连接。示例性的，当第一直流输出端15正常输出电压时，互斥开关将主电源输出端30与第一直流输出端15连接；当第一直流输出端15故障，不能正常输出电压时，互斥开关将主电源输出端 30与第二直流输出端25连接，持续为终端设备供电。互斥开关在工作时只能选通两个触点中的其中一个。 [0057] 在上述实施例技术方案的基础上，引用图2所示内容，主控模块10包括处理单元102、监测电路103和通信接口101；通信接口101用于和上位机系统交互。 [0058] 在本实施例中，上位机系统是电源系统连接的终端设备。处理单元可以选用单片机。监控电路103包括继电器，用于转换信号。通信接口101选用RS485通信接口，与上位机系统实现交互，利用串口通信实现电源系统实时运行数据、告警信息上传至终端，能够使运维人员及时发现问题并及时处理。 [0059] 在上述实施例技术方案的基础上，可选的，主控模块10用于输出电气参数，电气参数包括：电源输出状态、工作状态、系统状态、输入电压值、输出电压值、输入电流值、输出电流值、功率值、保护电压值、保护电流值、设置电压值以及设置电流值。 [0060] 在本实施例中，主控模块10输出的电气参数包括：电源输出状态、工作状态、系统状态、输入电压值、输出电压值、输入电流值、输出电流值、功率值、保护电压值、保护电流值、设置电压值以及设置电流值。系统可以实时监测电源输出状态、输入输出电压值、输入输出电流值、功率值等，上述各个电气参数值均应用传感器采集后与主控模块10集成的相应控制单元连接，当电源系统的参数出现异常时，可以及时发现并处理。 [0061] 在上述实施例技术方案的基础上，可选的，主控模块10还用于控制监测电路103监测输入电压值是否超出设定范围；当输入电压值大于设定范围的最大值时，断开向主电源输出端30供电；当输入电压值小于设定范围的最小值时，断开向主电源输出端30供电；当输入电压值大于或等于设定范围的最小值且小于或等于设定范围的最大值时，电源系统正常工作。 [0062] 在本实施例中，主控模块10还用于控制监测电路103监测输入电压值是否超出设定范围。示例性的，输入电压值的正常工作设定范围为22V‑26V，正常情况下，输入电压值正常，电源系统提供稳定的电压输出；当输入电压值大于26V时，输入电压超过了设定的安全范围，此时断开向主电源输出端30供电；当输出电压小于22V时，输入电压处于欠压状态，此时断开向主电源输出端30供电，电源系统无法正常供电，可以选用第一电池或第二电池为电源系统供电。主控模块10还用于检测温度，当温度高于安全范围时，断开向主电源输出端30供电；主控模块10还用于监测电流，正常工作时电流在5A以下，当检测到电流值大于或者等于5A时，断开向主电源输出端30供电，保护终端设备。 [0063] 在上述实施例技术方案的基础上，可选的，处理单元102用于当电源系统正常工作时控制选择开关201与第一直流输出端15连接；当第一直流输出端15故障时控制选择开关201与第二直流输出端25连接。 [0064] 在本实施例中，当电源系统正常工作时，选择开关201的触点与第一直流输出端15保持连接，通过主电源输出端30为终端设备供电；当第一直流输出端15所在的主电源回路异常时，选择开关201的触点与第二直流输出端25连接，之后通过主电源输出端30为终端设备供电，实现双电源切换，确保终端的可靠运行。 [0065] 本实施例的技术方案，通过第一交流输入端、第一整流器、第一监控器、第一电池、第一电压调节器和第一直流输出端组成主电源回路，第二交流输入端、第二整流器、第二监控器、第二电池、第二电压调节器和第二直流输出端组成备用电源回路，取消传统的双交流输入切换‑单整流回路‑单直流输出‑单后备电源供电模式，取消交流切换继电器，避免交流切换继电器容易烧毁、使用稳定性低的问题。实现双交流输入‑稳压系统‑双直流回路切换‑双直流输出‑双后备电源切换供电模式，使两回路电源可靠转供，提高电源系统供电稳定性和电源输出质量；通过应用串口通信以及单片机，实现电源系统实时运行数据、告警信息上送至终端，当电源回路故障、输入电压欠压、输入电压偏高时，故障信息直接上传至终端设备，终端将合并电源系统的异常信号并上送至主站系统，使调度人员和运维人员及时发现电源系统存在的问题，及时处理，确保了终端设备的可靠运行，也缓解了运维人员的工作压力。 [0066] 应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。 [0067] 上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。 |
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