一种用于直流配电的主动式短路保护设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于直流配电的主动式短路保护设备，该保护设备的输入与输出端是通过高频变压器隔离的，输出端通过二极管与逆变器的直流母线（交流负载）、直流负载或变频器的直流母线相连；该设备包括全桥DC/DC变换器、单片机控制电路和输出二极管；所述单片机控制电路与全桥DC/DC变换器的驱动端相连；所述全桥DC/DC变换器的输出端通过二极管与逆变器的直流母线（交流负载）、直流负载或变频器的直流母线相连。本实用新型主动式短路保护设备能有效地在电源侧或负载侧出现短路的情况下主动动作，停止直流输出，从而达到保护电源和负载的目的，结构简单，操作方便。
【专利说明】—种用于直流配电的主动式短路保护设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及的是一种直流配电的保护系统，具体涉及一种主动式的短路保护设备。
【背景技术】
[0002]多数直流配电系统是为关键负载供电的，不但要保证负载的不间断运行，还要在过载和短路的情况下快速地保护负载和电源。而目前直流系统短路保护一般采用熔断器或者断路器，使用熔断器面临的最大问题是:1)由于短路电流比较大，低阻配电方式下熔断器在熔断时刻会产生尖峰高电压，影响同一直流母线上的其他负载。2)直流分断过程中不存在电压的过零点，直流电弧燃弧时间长，电弧能量大，熄弧要求高，分断能力不可靠。3)若是并联的2个熔断器，因材料特性、制造工艺的分散性，难免出现熔断时间特性存在差异或者分流不均，必然导致一个熔断器抢先熔断，熔断器的开断能力大幅度下降，就可导致滞后熔断的熔断器爆炸。4)传统的反时限熔断器法对直流系统短路后的故障切除，因熔断器的分散性和热脆性等，使该断的熔断器未断而越级动作到直流电源总保险熔断，供电电源消失，事故迅速蔓延扩大，造成电力系统灾难性的设备损坏和系统事故。5)熔断器集中设置，数量众多，给电路故障的查找和排除带来非常大的困难，增加了维修成本。6)功能单一，短路发生时只能使用一次，不能重复使用。使用断路器面临的问题是:1)不能实时、灵活、连续和快速地动作，易使事故扩大，破坏系统稳定性。2)在断开负载时往往有电弧产生，触头易烧损，开断时间长，难以满足一些电力用户对故障电流开断的速动性要求。3)在运行过程中有噪声，机械、电气寿命受到限制。4)直流灭弧要比交流灭弧困难得多，直流断路器的灭弧室熄灭直流电弧的性能要比交流断路器优良得多。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种主动式短路保护设备。
[0004]为了达到上述目的，本实用新型提供了一种用于直流配电的主动式短路保护设备，该保护设备包括全桥DC/DC变换器、单片机控制电路和输出二极管；所述单片机控制电路与全桥DC/DC变换器的驱动端相连；所述全桥DC/DC变换器的输出端通过二极管与逆变器的直流母线(交流负载)、直流负载或变频器的直流母线相连。
[0005]全桥DC/DC变换器设有高频隔离变压器。
[0006]保护设备还包括RS-485通讯接口和人机交互界面，二者分别与单片机控制电路相连；所述的RS-485通讯接口还与外部的触摸屏相连。
[0007]全桥DC/DC变换器的IGBT模块的型号为FF300R12KE4。
[0008]根据被保护设备的功率大小情况，保护设备可为单个或多个单元，每个单元的输出端通过共用的输出二极管与所述逆变器的直流母线(交流负载)、直流负载或变频器的直流母线相连。[0009]单片机控制电路包括单片机、晶振、电流互感器、电阻Rl、R2、R3、R4。
[0010]单片机的型号为dsPIC30F2023。
[0011]本实用新型短路保护设备与现有技术相比具有以下优点:
[0012]现有的直流系统的短路保护一般采用熔断器或断路器，在短路情况下会出现以下状况:熔断器熔断时刻出现尖峰高电压，影响同一直流母线上的其他负载；直流分断过程中不存在电压的过零点，直流电弧燃弧时间长，电弧能量大，直流灭弧要比交流灭弧困难得多，分断能力不可靠；并联的2个熔断器可能出现滞后熔断的熔断器爆炸；不能实时、灵活、连续和快速地动作，或者越级动作，易使事故扩大，破坏系统稳定性；在断开负载时往往有电弧产生，断路器触头易烧损，开断时间长，难以满足一些电力用户对故障电流开断的速动性要求等。
[0013]本实用新型通过单片机控制电路的电流互感器和采样电阻，采集直流输入电流、输出电流转换成成比例的O-1V电压信号，同时通过采样电阻采集输出母线电压转换成成比例的O-1V电压信号，3路信号同时送给单片机与预设的整定值相比，只要有一路信号超过整定值，则闭锁IGBT驱动信号，即停止电源输出，达到短路时保护设备和电源的目的。在负载功率较小时，可以由单个保护设备独立工作；当负载功率较大时，可以采用多个保护设备并联工作，且不会出现环流。且可通过人机交互界面和RS-485通讯接口进行相关数据的监测与控制。同时具有开断时间短、无弧、无光、无声响等优点。另外本实用新型输入输出采用高频变压器进行隔离，保证电源端短路不影响负载，负载侧短路不影响电源。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型直流配电短路保护设备的结构示意图；
[0015]图2为图1中全桥DC/DC变换器的电路图；
[0016]图3为系统整体接线框图；
[0017]图4为单片机控制电路图；
[0018]图5为单片机控制的软件流程图；
[0019]图6为两个保护设备并联示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本实用新型应用于直流配电的主动式短路保护设备进行详细说明。
[0021]参见图1，本实用主动式短路保护设备(以下简称ASP)的输入端与直流电源(蓄电池)相连，输出端与逆变器的直流母线(交流负载)、直流负载或变频器的直流母线相连。该保护设备包括全桥DC/DC变换器、单片机控制电路、RS-485通讯接口和人机交互界面。采用数字控制技术，通过单片机控制电路实现对全桥DC/DC变换器的控制。
[0022]结合图2，全桥DC/DC变换器采用单片机控制电路作为其控制器，Uyn为输入电压，U0为输出电压，LI为电感，T为高频变压器，Cl、C2为滤波电容，功率管Ql、Q2、Q3、Q4选用IGBT模块，PWMl、PWM2、PWM3、PWM4由单片机控制电路给出4个IGBT的驱动控制信号，整流二极管Dl、D2、D3、D4选用快恢复二极管。
[0023]参见图4，单片机控制电路图，PIC单片机型号dsPIC30F2023，Ii为输入电流，Uo为输出电压采样，1为输出电流，CTO、CT表示电流互感器，Y表示晶振，Rl、R2、R3、R4为电压采样电阻。单片机的PWM1、PWM2、PWM3、PWM4信号用来控制全桥变换器的四个IGBT，单片机的AD采样端口 AN0、AN1、AN2分别采集全桥DC/DC变换器的输入电流、输出电压以及输出电流；单片机的UlTX和UlRX端口即为RS-485通讯接口，单片机通过其SPI通讯接口(SD1、SCK> SDO)与人机交互界面实现通讯。
[0024]如图6所示，本实用新型主动式短路保护设备可为多个，该图为两个单元ASPl和ASP2，各单元输出端并联通过共用输出二极管与所述逆变器的直流母线(交流负载)、直流负载或变频器的直流母线相连。
[0025]结合图3、图4和图5可知，设备保护功能是这样实现的:
[0026]本实用新型主动式短路保护设备串联于直流电源与负载之间，在各模块及各参数初始化之后，先开启PWM信号并延迟一段时间，以便负载的起动。起动完成后，单片机控制电路通过自身的AD单元采集输入电流、输出电压和输出电流，然后开始执行程序，进行相关的逻辑和数据运算，由单片机输出全桥DC/DC变换器的IGBT的驱动信号。如果输入电流、输出电压、输出电流均正常时，说明系统处于正常运行状态，单片机控制电路输出开关管的驱动信号，系统继续正常运行。如果输入电流、输出电压、输出电流只要有一项不正常时，说明系统处于短路状态，单片机控制电路禁止输出开关管的驱动信号，即停止直流输出，达到短路保护的效果。如果线路比较长，需要逐级保护。
【权利要求】
1.一种用于直流配电的主动式短路保护设备，其特征在于:该保护设备包括全桥DC/DC变换器、单片机控制电路和输出二极管；所述单片机控制电路与全桥DC/DC变换器的驱动端相连；所述全桥DC/DC变换器的输出端通过二极管与逆变器的直流母线、直流负载或变频器的直流母线相连。
2.根据权利要求1所述的直流配电主动式短路保护设备，其特征在于:所述的全桥DC/DC变换器设有高频隔离变压器。
3.根据权利要求1所述的直流配电主动式短路保护设备，其特征在于:该保护设备还包括RS-485通讯接口和人机交互界面，二者分别与单片机控制电路相连；所述的RS-485通讯接口还与外部的触摸屏相连。
4.根据权利要求1所述的直流配电主动式短路保护设备，其特征在于:所述全桥DC/DC变换器的IGBT模块的型号为FF300R12KE4。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的直流配电主动式短路保护设备，其特征在于:该保护设备为单个或多个单元，每个单元的输出端通过共用的输出二极管与所述逆变器的直流母线、直流负载或变频器的直流母线相连。
6.根据权利要求1所述的直流配电主动式短路保护设备，其特征在于:所述的单片机控制电路包括单片机、晶振、电流互感器、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4。
7.根据权利6所述的直流配电主动式短路保护设备，其特征在于:所述的单片机的型号为 dsPIC30F2023。
【文档编号】H02H3/08GK203415947SQ201320562346
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】陈文波 申请人:南京国臣信息自动化技术有限公司