本发明实施例涉及铁路信号电源技术领域，尤其涉及一种电源系统及其控制方法。
背景技术：
铁路信号电源领域，电源模块通常采用并联输出的方式，以提高系统的可靠性。当出现输入掉电等异常情况时，信号电源既要确保续流的时间要求，又应遵循快速退出的原则。
为达到上述目的，现有技术通常采用以下方法：采集信号电源的输出电压，当输出电压跌落至欠压保护点，电源立刻退出并联系统；或者采集输入电压并进行有效值计算，当输入电压有效值跌落至欠压保护点，电源模块立刻退出并联系统。
然而，上述方法虽然在一定程度上避免均流恶化等问题，但由于在输入电压掉电后，需经过一定的时间才能检测到输出电压跌落，续流退出时间长且完全取决于电源内部储能以及负载的大小；有效值计算一般也需要一个周期以上的电压采样，且无掉电延时判断，无法对续流退出时间进行精确设定，续流退出时间较长且有效值计算易受供电质量影响。上述现有方法都会造成续流时间具有较大的离散性，一致性较差，造成当电源模块出现输入掉电时仍存在均流性能恶化，环流增大，系统输出欠压等问题。
技术实现要素：
本发明提供一种电源系统及其控制方法，以实现铁路信号电源输入异常时，电源模块在满足铁标要求的续流时间的基础上，能够快速退出电源系统。
第一方面，本发明实施例提供了一种电源系统，该电源系统包括多个电源模块，多个电源模块输出端并联连接，每个电源模块包括：
功率变换单元和第一开关，第一开关连接于功率变换单元的输出端和负载之间；
掉电检测单元，与功率变换单元电连接，用于检测功率变换单元的输入电压，并根据功率变换单元的输入电压确定功率变换单元的供电状态；
控制单元，与功率变换单元电连接，用于在功率变换单元供电状态异常时，启动延时计数，当计数时间达到预设时间阈值时，控制功率变换单元停止工作，并控制与功率变换单元电连接的第一开关断开。
其中，掉电检测单元用于通过移相式检测算法确定功率变换单元的供电状态，移相式检测算法包括：
对输入电压进行移相，得到移相电压；
对输入电压和移相电压分别进行整流，得到第一输入电压和第一移相电压；
将第一输入电压和第一移相电压求和以获取该功率变换单元的掉电状态信号值；
若掉电状态信号值小于输入掉电阈值，则确定功率变换单元的供电状态异常。
其中，若输入供电模块为单相输入，对输入电压进行移相的角度为90度。
其中，对输入电压和移相电压分别进行整流，得到第一输入电压和第一移相电压，具体包括：
对输入电压和移相电压分别取绝对值，以得到第一输入电压和第一移相电压。
其中，掉电检测单元具体用于对功率变换单元的输入欠压点的临界电压进行移相式掉电检测算法运算，获取第一输入掉电阈值；对第一输入掉电阈值进行积分获取近似平均值，并设立回差，根据近似平均值和回差获取输入掉电阈值。
其中，预设时间阈值为大于或者等于150ms且小于或者等于500ms。
第二方面，本发明实施例还提供了一种电源系统控制方法，该电源系统包括多个电源模块，多个电源模块输出端并联连接，每个电源模块包括功率变换单元和第一开关，第一开关连接于功率变换单元的输出端和负载之间，掉电检测单元，与功率变换单元电连接，控制单元，与功率变换单元电连接；该控制方法包括：
掉电检测单元检测功率变换单元的输入电压，并根据功率变换单元的输入电压确定功率变换单元的供电状态；
控制单元在功率变换单元供电状态异常时，启动延时计数，当计数时间达到预设时间阈值时，控制功率变换单元停止工作，并控制与功率变换单元电连接的第一开关断开。
其中，掉电检测单元通过移相式检测算法确定功率变换单元的供电状态，移相式检测算法包括：
对输入电压进行移相，得到移相电压；
对输入电压和移相电压分别进行整流，得到第一输入电压和第一移相电压；
将第一输入电压和第一移相电压求和以获取该功率变换单元的掉电状态信号值；
若掉电状态信号值小于输入掉电阈值，则确定功率变换单元的供电状态异常。
其中，若输入供电模块为单相输入，对输入电压进行移相的角度为90度。
其中，对输入电压和移相电压分别进行整流，得到第一输入电压和第一移相电压，包括：
对输入电压和移相电压分别取绝对值，以得到第一输入电压和第一移相电压。
其中，该控制方法还包括：掉电检测单元对功率变换单元的输入欠压点的临界电压进行移相式掉电检测算法运算，获取第一输入掉电阈值；对第一输入掉电阈值进行积分获取近似平均值，并设立回差，根据近似平均值和回差获取输入掉电阈值。
本发明实施例提供的铁路信号信号电源系统及其控制方法，该电源系统包括多个电源模块，每个电源模块包括功率变换单元和第一开关，第一开关连接于对应的功率变换单元的输出端和负载之间，掉电检测单元，控制单元。通过掉电检测单元检测功率变换单元的输入电压，并根据功率变换单元的输入电压确定功率变换单元的供电状态；以及控制单元在功率变换单元供电状态异常时，启动延时计数，当计数时间达到预设时间阈值时，控制功率变换单元停止工作，并控制与功率变换单元对应电连接的第一开关断开，使得电源模块在输入端掉电时，既可以满足铁标要求的续流时间，又可以实现快速退出电源系统，且退出时间具有一致性，使之不会影响与之并联的其他功率变换单元。本发明实施例，解决了现有技术电源模块续流时间长，一致性较差的问题，并消除了输入掉电时均流性能恶化，环流增大，系统输出欠压的现象，提高了信号电源系统的可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种电源系统的结构示意图。
图2是本发明实施例二提供的一种电源系统的结构示意图。
图3是本发明实施例二提供的某一功率变换单元的输入电压vin、移相电压vin90、第一输入电压vin_rec、一移相电压vin90_rec和掉电检测单元确定的供电状态vpd的示意图。
图4是本发明实施例二提供的对输入电压进行整流处理并计算掉电信号状态值的过程图。
图5是本发明实施例三提供的一种电源系统的控制方法的流程图。
图6是本发明实施例四提供的一种电源系统的控制方法的流程图。
图7是本发明实施例四提供的一种电源控制系统的具体控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的一种电源系统的结构示意图。本实施例可适用于电源模块的功率变换单元出现掉电等供电异常情况时对功率变换单元进行检测和控制的情况。本发明实施例提供的电源系统可以是铁路信号电源系统。参考图1，该电源系统，包括多个电源模块100，多个电源模块110输出端并联连接，每个电源模块100包括：
功率变换单元和第一开关，第一开关连接于功率变换单元的输出端和负载之间；
掉电检测单元，与功率变换单元电连接，用于检测功率变换单元的输入电压，并根据功率变换单元的输入电压确定功率变换单元的供电状态；
控制单元，与功率变换单元电连接，用于在功率变换单元供电状态异常时，启动延时计数，当计数时间达到预设时间阈值时，控制功率变换单元停止工作，并控制与功率变换单元电连接的第一开关断开。
电源系统包括输入供电装置200，输入供电装置200与多个电源模块100的功率变换单元110的输入端电连接，用于为功率变换单元110提供电力。功率变换单元110通过内部控制完成电能变换，例如，可以是ac-ac变换，也可以是ac-dc变换。当铁路信号负载300为交流负载300时，电能变换为ac-ac变换，铁路负载300为直流负载300时，电能变换为ac-dc变换。经过功率变换单元110的电能变换后，多个并联的功率变换单元110共同为输出端的铁路信号负载300供电，均分负载300电流。在每一个功率变换单元110输出端通过一个第一开关120与负载300连接，通过控制第一开关120的导通和闭合即可实现控制与该第一开关120电连接的功率变换单元110与负载300的连通和断开。
电源模块100中，每一个功率变换单元110电连接一个掉电检测单元130和控制单元140，掉电检测单元130可以实时检测与之对应电连接的功率变换单元110的输入电压，并根据该输入电压确定该功率变换单元110的供电状态。例如，可以通过计算输入电压的有效值，并将该输入电压的有效值与预先设定的电压阈值进行比较，当输入电压的有效值小于预先设定的电压阈值时，掉电检测模块可判定该功率变换单元110的输入掉电，进而确定该功率变换单元110的供电状态异常。
当掉电检测单元130判定与之电连接的功率变换单元110供电状态异常时，将该异常状态输出到与该功率变换单元110电连接的控制单元140，控制单元140在检测并接收到功率变换单元110的异常供电状态时，开始启动延时计数以记录该功率变换单元110的供电异常状态的持续时间。当该时间达到预设时间阈值时，控制该功率变换单元110停止工作，并控制与功率变换单元110电连接的第一开关120断开。
可选的，预设时间阈值为大于或者等于150ms且小于或者等于500ms。该预设时间阈值既不能太长，也不能过短。预设时间阈值过短将导致模块不满足供电维持时间(150ms)，特别是在输入切换时将导致模块输出中断，而预设时间阈值过长将导致模块均流性能恶化、环流增大以及系统输出欠压等问题。故本实施例考虑误差，合理的设置快速退出时间为大于或者等于150ms且小于或者等于500ms。
本发明实施例提供的电源系统，该铁路电源系统包括多个电源模块，每个电源模块包括功率变换单元和第一开关，第一开关连接于对应的功率变换单元的输出端和负载之间，掉电检测单元，以及控制单元。通过掉电检测单元检测功率变换单元的输入电压，并根据功率变换单元的输入电压确定功率变换单元的供电状态；以及控制单元在功率变换单元供电状态异常时，启动延时计数，当计数时间达到预设时间阈值时，控制功率变换单元停止工作，并控制与功率变换单元对应电连接的第一开关断开，使得电源模块在输入掉电时，既可以满足铁标要求的续流时间，又可以实现快速退出电源系统，且退出时间具有一致性，使之不会影响与之并联的其他功率变换单元。本发明实施例，解决了现有技术电源模块续流时间长，一致性较差的问题，并消除了输入掉电时系统均流性能恶化，环流增大，系统输出欠压等情况的现象，提高了信号电源系统的可靠性。
实施例二
图2是本发明实施例二提供的一种电源系统的结构示意图。本实施例建立在上述实施一的基础上，进一步提供了一种电源系统。
其中，掉电检测单元130用于通过移相式检测算法确定功率变换单元110的供电状态，移相式检测算法包括：
对输入电压进行移相，得到移相电压；
对输入电压和移相电压分别进行整流，得到第一输入电压和第一移相电压；
将第一输入电压和第一移相电压求和以获取该功率变换单元110的掉电状态信号值；
若掉电状态信号值小于输入掉电阈值，则确定功率变换单元110的供电状态异常。
由于输入电压有效值计算需要一个周期以上的电压采样，具有一定的滞后性，造成获取功率变换单元110的供电状态较慢。为了更加快速地获取各个功率变换单元110的供电状态，本实施例中掉电检测单元130通过移相式检测算法确定功率变换单元110的供电状态。对于任一功率变换单元110，掉电检测单元130获取对应的功率变化单元的输入电压vin后，具体计算过程为：
首先对输入电压vin进行移相，得到移相电压；然后对输入电压和移相电压分别进行整流，得到第一输入电压和第一移相电压。
可选的，掉电检测模块采用移相式掉电检测算法进行移相时，可采用全通滤波器和计数存储方式。
可选的，若输入供电模块为单相输入，对输入电压进行移相的角度为90度。当采用全通滤波器的方式获取与输入电压vin正交的电压信号vin90时，vin_90＝vin·g，g其中g代表全通滤波器，既可以设计使vin超前vin_90相角90°，也可以设计使vin滞后vin_90相角90°；当采用计数存储的方式，可通过队列的方式，存储vin采样值，并通过对队列移位
可选的，对输入电压和移相电压分别进行整流，得到第一输入电压和第一移相电压，具体包括：对输入电压和移相电压分别取绝对值，以得到第一输入电压和第一移相电压。
图3是本发明实施例二提供的某一功率变换单元110的输入电压vin、移相电压vin90、第一输入电压vin_rec、第一移相电压vin90_rec和掉电检测单元130确定的供电状态vpd的示意图。其中，横轴表示时间，纵轴表示电压。参考图3，示例性的，通过移相方式获取与输入电压vin正交的电压信号，得到移相电压vin90，通过对输入电压vin和移相电压vin90分别求取绝对值获取第一输入电压vin_rec和第一移相电压vin90_rec，公式如下：
vin_rec＝|vin|
vin90_rec＝|vin90|
然后，将第一输入电压vin_rec和第一移相电压vin90_rec求和以获取该功率变换单元110的掉电状态信号值vin_pd，公式如下：
vin_pd＝vin_rec+vin90_rec
图4是本发明实施例二提供的对输入电压进行整流处理并计算掉电状态信号值的过程图。
然后，掉电检测单元130将掉电状态信号值vin_pd与输入掉电阈值vin_pdth进行比较，若掉电状态信号值小于输入掉电阈值，则确定功率变换单元110的供电状态异常，其中，在供电状态正常时，vpd＝0，在供电状态异常时，vpd＝1，公式如下：
需要说明的是，在输入为单相输入时，移相角度选取90度可以保证第一输入电压的最大电压值和第一移相电压的最小移相电压对应，然后通过对第一输入电压和第一移相电压求和后，可以使得掉电状态信号值vin_pd的脉动较小。
可选的，掉电检测单元130具体用于对功率变换单元110的输入欠压点的临界电压进行移相式掉电检测算法运算，获取第一输入掉电阈值；对第一输入掉电阈值进行积分获取近似平均值，并设立回差，根据近似平均值和回差获取输入掉电阈值。
因对输入欠压点的临界电压进行移相式掉电检测算法运算获取到的临界输入掉电状态变量值vin_pdcri为低频脉动量，故对其进行积分获取近似平均值，并设立回差，可以获得掉电阈值。假设电源模块100的功率变换单元110的输入欠压点的临界电压有效值为120v。通过积分求平均，可得vin_pdth＝216v，公式如下，
当掉电状态信号值vin_pd<vin_pdth时，表明输入已经掉电，供电状态vpd＝1，否则输入市电未掉电,vpd＝0；考虑到采样误差，可以设置回差hy＝10v，即当i16vin_pd<vin_pdth-hy时，表明输入已经掉电，供电状态vpd＝1。
当控制单元140接收到输入市电供电状态vpd＝1，即供电状态异常时，启动延时计数，当计数时间到设定时间阈值后，控制功率变换单元110停止工作，并控制与功率变换单元110电连接的第一开关120断开。但是当计数时间未达到设定时间阈值，供电状态又恢复正常，控制单元140不执行任何动作。例如，假设设定时间阈值为200ms，图3中时间在0.1s左右，该功率变换单元110输入掉电，但是计数时间在小于200ms后恢复正常，此时可能是在进行输入切换等操作，控制单元140不进行任何操作。
需要说明的是，本实施例提供的电源系统在输入供电装置200输入为三相输入时仍然适用，但三相输入时，整流波形脉动小，可不做移相处理，直接进行掉电检测，亦可通过上述移相方式，本领域技术人员可以根据该方法适当调节移相角度，以获得更好的检测效果。
可选的，每一个电源模块100的功率变换单元110通过一个第二开关400与输入供电装置200电连接，通过控制第二开关400的闭合或者断开可使与其对应电连接的功率变换单元110手动投入或退出信号电源系统。当第二开关400闭合时，与之电连接的电源模块100可以得到正常供电；当第二开关400断开时，电源模块100的输入掉电，该电源模块100中的掉电检测单元130检测到该输入掉电情况后，该电源模块100中的控制单元140启动延时计数，计数时间达到预设时间阈值时，控制该电源模块100中的功率变换单元110停止功率变换，并将该电源模块100中的第一开关110断开，该电源模块110退出电源系统，其他供电状态正常的电源模块继续保持正常工作。
本实施例提供的电源系统，掉电检测单元通过移相式检测算法对输入电压进行处理，以获得各个功率变换单元的供电状态，可以在很短时间内获取到各个功率变换单元的供电状态，并且控制单元在功率变换单元掉电状态时，启动延时计数，当计数时间达到预设时间阈值时，控制功率变换单元停止工作，并控制与功率变换单元电连接的第一开关断开，使得功率变换单元的输入掉电时，既可以满足铁标要求的续流时间，又可以实现快速退出电源系统，且退出时间具有一致性，使之不会影响与之并联的其他功率变换单元。
实施例三
图5是本发明实施例三提供的一种电源系统的控制方法的流程图，本实施例可适用于电源模块的功率变换单元出现掉电等供电异常情况时对功率变换单元进行检测和控制的情况。该方法可以由本发明任意实施例提供的电源系统来执行，该电源系统包括多个电源模块，多个电源模块并联连接，每个电源模块包括功率变换单元和第一开关，第一开关连接于功率变换单元的输出端和负载之间，掉电检测单元，与功率变换单元电连接，控制单元，与功率变换单元电连接；该控制方法包括：
步骤s110、掉电检测单元检测功率变换单元的输入电压，并根据功率变换单元的输入电压确定功率变换单元的供电状态；
步骤s120、控制单元在功率变换单元供电状态异常时，启动延时计数，当计数时间达到预设时间阈值时，控制功率变换单元停止工作，并控制与功率变换单元电连接的第一开关断开。
本发明实施例提供的电源系统的控制方法，该电源系统包括多个电源模块，每个电源模块包括功率变换单元和第一开关，第一开关连接于功率变换单元的输出端和负载之间，掉电检测单元，以及控制单元。通过掉电检测单元检测功率变换单元的输入电压，并根据功率变换单元的输入电压确定功率变换单元的供电状态；以及控制单元在功率变换单元供电状态异常时，启动延时计数，当计数时间达到预设时间阈值时，控制功率变换单元停止工作，并控制与功率变换单元电连接的第一开关断开，使得电源模块在输入掉电时，既可以满足铁标要求的续流时间，又可以实现快速退出电源系统，且退出时间具有一致性，使之不会影响与之并联的其他功率变换单元。本发明实施例，解决了现有技术电源模块续流时间长，且续流时间具有较大的离散性，一致性较差，造成在输入掉电等异常情况均流性能恶化，环流增大，系统输出欠压等情况的问题，提高了信号电源系统的可靠性。
实施例四
图6是本发明实施例四提供的一种电源系统的控制方法的流程图，本实施例在上述各实施例的基础上，进一步提供了一种电源系统的控制方法。
可选的，上述实施例三步骤110对应的操作：掉电检测单元检测功率变换单元的输入电压，并根据功率变换单元的输入电压确定功率变换单元的供电状态具体包括：
步骤s111、对输入市电进行实时采样，得到输入电压；
可选的，采样周期50us，每个周期采样400个点。
步骤s112、对输入电压进行移相处理，得到移相电压；
步骤s113、对输入电压和移相电压分别进行整流，得到第一输入电压和第一移相电压；
步骤s114、将第一输入电压和第一移相电压求和以获取该功率变换单元的掉电状态信号值；
步骤s115、确定输入掉电阈值；
步骤s116、若掉电状态信号值小于输入掉电阈值，则确定功率变换单元的供电状态异常。
该控制方法还包括：步骤s117、控制单元在功率变换单元供电状态异常时，启动延时计数，当计数时间达到预设时间阈值时，控制功率变换单元停止工作，并控制与功率变换单元电连接的第一开关断开。
可选的，若输入供电模块为单相输入，对输入电压进行移相的角度为90度。
可选的，对输入电压和移相电压分别进行整流，得到第一输入电压和第一移相电压，包括：
对输入电压和移相电压分别取绝对值，以得到第一输入电压和第一移相电压。
可选的，确定输入掉电阈值的具体执行过程为：掉电检测单元对功率变换单元的输入欠压点的临界电压进行移相式掉电检测算法运算，获取第一输入掉电阈值；对第一输入掉电阈值进行积分获取近似平均值，并设立回差，根据近似平均值和回差获取输入掉电阈值。
需要说明的是，本实施例提供的电源系统在输入供电装置输入为三相输入时仍然适用，但三相输入时，整流波形脉动小，可不做移相处理，直接进行掉电检测，亦可通过上述移相方式，本领域技术人员可以根据该方法适当调节移相角度，以获得更好的检测效果。
以单相输入为例，图7是本发明实施例四提供的一种电源控制系统的具体控制方法的流程图。在上述技术方案基础上，提供了一种具体的控制方法，包括：
步骤s201:对单相输入市电进行实时采样，采样周期50us，每个周期采样400个点，存储在变量i16vin中；
步骤s202:将全通滤波器
步骤s203:对输入市电采样信号i16vin取绝对值，并存储在变量i16vin_rec中；
步骤s204:对移相后的输入市电采样信号i16vin90取绝对值，并存储在变量i16vin90_rec中；
步骤s205:将i16vin_rec和i16vin90_rec做加法，得到脉动的直流信号，存储在变量i16vin_pd中；
步骤s206:确定掉电阈值vin_pdth并判断i16vin_pd值是否高于掉电检测阈值vin_pdth。
当i16vin_pd<vin_pdth时，表明输入已经掉电，置位标志位vpd＝1，否则输入市电未掉电,vpd＝0；考虑到采样误差，可以设置回差hy＝10v，即当i16vin_pd<vin_pdth-hy时，表明输入已经掉电，置位标志位vpd＝1。
步骤s207:当输入市电供电状态vpd＝1，启动延时计数，当计数时间到达设定的延时时间(即快速退出时间td，考虑误差，可设置为200ms)后，对电源模块的异常退出标志位kpd进行置位，否则，不做处理。
步骤s208:若异常退出标志位kpd置位，停止功率变换单元的能量变换并断开与其对应的第一开关。
本实施例提供的电源系统的控制方法，掉电检测单元通过移相式检测算法对输入电压进行处理，以获得各个功率变换单元的供电状态，可以在很短时间内获取到各个功率变换单元的供电状态，并且控制单元在对应的功率变换单元输入掉电时，启动延时计数，当计数时间达到预设时间阈值时，控制功率变换单元停止工作，并控制与功率变换单元电连接的第一开关断开，使得功率变换单元的输入掉电时，既可以满足铁标要求的续流时间，又可以实现快速退出电源系统，且退出时间具有一致性，使之不会影响与之并联的其他功率变换单元。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。