一种电力直流电源装置模块化系统的制作方法

1.本技术涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种电力直流电源装置模块化系统。


背景技术：

2.目前，智能免维护直流电源屏简称直流屏，通用型号为gzdw，微机型高频开关直流电源系统是专为小容量系统而设计；适合小型开关站、小型用户变电站、系统采用一体化设计思想，由整流模块、监控模块、降压单元、配电单元和电池安装箱构成；具有体积小、结构简单、独立构成系统等特点；监控模块采用lcd汉字菜单显示，对系统监控和电池自动化管理功能完善，具有与自动化系统连接四遥接口，提供rs485通讯接口选择，提供rtu、cdt、modbus三种通讯规约选择。
3.现有直流电源装置系统存在的问题及缺陷为：1)设计周期长，工艺装备及生产准备工作量大。传统的产品结构模式是由零件和元器件直接组合构成产品。新产品设计也是从零件器件设计入，逐步完成部件及整机设计，除少量通用件外，几乎都是全新，生产上及技术上的继承性甚差。按这种产品结构模，新产品设计周期长，工艺装备及生产准备工作量大，生产线需作较大或很大调整，产品更新周期甚至以十年为计算单位。2)这种以零件直接构成产品的结构模式和现有技术不仅不能适应复杂产品和系统工程的需要，而且不能满足市场需求多样化的需要，不能适应激烈的市场竞争形势。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种电力直流电源装置模块化系统，用于解决现有以零器件组装系统的方式太过繁琐，工作量大，且不能适用于越来越复杂的产品和系统场景中的技术问题。
5.有鉴于此，本技术第一方面提供了一种电力直流电源装置模块化系统，包括：管理监控模块、开关式直流电源模块、均流模块、充电模块和拔插开关模块；
6.所述管理监控模块，用于采集各个线路上的电力数据和馈线状态，根据所述电力数据和所述馈线状态进行故障监控，得到监控结果；
7.所述开关式直流电源模块包括整流器和降压模块，具体基于所述整流器和所述降压模块提供直流工作电源和交流工作电源；
8.所述均流模块，用于采用预置低压差均流技术对不同模块的输出电压进行调节，使得各个模块的输出电流一致；
9.所述充电模块包括配电模块、ac/dc转换器和电池箱，用于为不同的模块充电，并提供直流检测电压；
10.所述拔插开关模块，用于在所述监控结果为模块故障时通过断开拔插开关盒将故障模块从均流母线上切除。
11.可选的，还包括：检测模块；
12.所述检测模块，用于根据所述检测电压进行电路电压检测，并进行散热器温度检测。
13.可选的，还包括：保护电路；
14.所述保护电路，用于对所述充电模块的输出进行限流保护和短路保护，以及对所述充电模块进行过流和过温保护。
15.可选的，还包括：热插拔式数显表；
16.所述热插拔式数显表，用于显示系统各个模块的电力数据信息，所述电力数据信息包括相电压、线电流和相关功率。
17.可选的，所述均流模块具体用于：
18.采用预置放大系数将采集到的各模块的输出电流进行放大处理，并将放大的电流传输至均流母线上；
19.采用预置低压差均流技术对不同模块的输出电压进行调节，使得各个模块的传输至所述均流母线上的输出电流一致。
20.从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：
21.本技术中，提供了一种电力直流电源装置模块化系统，包括：管理监控模块，用于采集各个线路上的电力数据和馈线状态，根据电力数据和馈线状态进行故障监控，得到监控结果；开关式直流电源模块包括整流器和降压模块，具体基于整流器和降压模块提供直流工作电源和交流工作电源；均流模块，用于采用预置低压差均流技术对不同模块的输出电压进行调节，使得各个模块的输出电流一致；充电模块包括配电模块、ac/dc转换器和电池箱，用于为不同的模块充电，并提供直流检测电压；拔插开关模块，用于在监控结果为模块故障时通过断开拔插开关盒将故障模块从均流母线上切除。
22.本技术提供的电力直流电源装置模块化系统，将系统中的功能器件模块化处理，通过对不同的模块之间连接线路和相关电力数据进行监控，若是存在故障，立即切除相应模块，不影响系统的整体运行；通过充电模块实现不同电源的提供，包括检测所需的电源；而均流模块则可以保持各模块输出电流的一致性；可以对每个模块的工作情况进行准确把控，不必停止系统运行实现维修或者调整操作。因此，本技术能够解决现有以零器件组装系统的方式太过繁琐，工作量大，且不能适用于越来越复杂的产品和系统场景中的技术问题。
附图说明
23.图1为本技术实施例提供的一种电力直流电源装置模块化系统的结构示意图；
24.图2为本技术实施例提供的充电模块的整流工作原理示意图。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
26.模块化是时代的产物，作为一种思维方法、工作方法、设计方法和新的标准化形式,是顺应当前制造系统的多样化、分散化、社会化、国际化、信息化潮流的有效手段。它通过优化产品结构,进而优化生产结构、管理体系和产业结构,使系统得以简化，实现系统结构的规范化与柔性化，促进生产的社会化和专业化，最后达到提高综合效益的目的，模块化
是使企业走向市场的有效途径。
27.本技术实施例中的电力直流电源装置模块化系统安装在直流屏上，直流屏是一种全新的数字化控制、保护、管理、测量的新型直流系统。监控主机部分高度集成化，采用单板结构(all in one)，内含绝缘监察、电池巡检、接地选线、电池活化、硅链稳压、微机中央信号等功能。主机配置大液晶触摸屏，各种运行状态和参数均以汉字显示，整体设计方便简洁，人机界面友好，符合用户使用习惯；直流屏系统为远程检测和控制提供了强大的功能，并具有遥控、遥调、遥测、遥信功能和远程通讯接口；通过远程通讯接口可在远方获得直流电源系统的运行参数，还可通过该接口设定和修改运行状态及定值，满足电力自动化和电力系统无人值守变电站的要求；配有标准rs232/485串行接口和以太网接口，可方便纳入电站自动化系统。
28.直流电源的模块化插拔式制造可以提高加工厂家的专业化制造水平和批处理工艺，可以缩短制造周期和安装时间。越来越多的设计单位和制造厂家专注于自己擅长的核心业务，把非核心业务外包，由此导致纵向集合型的生产链逐渐被一系列用于互补性质的核心竞争力的不同独立实体组成的供应链取代它们各自提供自己的核心产出，可以降低成本，为知识流动和技术创新提供社会平台，促进直流电源行业设计制造水平的不断提高。
29.为了便于理解，请参阅图1，本技术提供的一种电力直流电源装置模块化系统的实施例，包括：管理监控模块101、开关式直流电源模块102、均流模块103、充电模块104和拔插开关模块105。
30.管理监控模块101，用于采集各个线路上的电力数据和馈线状态，根据电力数据和馈线状态进行故障监控，得到监控结果。管理监控模块可以存在与不同的模块内部，也可以设置在整个系统层面，主要是获取信息，并根据获取的信息进行监测分析，得到监测结果。不同模块的故障可以采取不同措施，例如告警，或者模块切除等操作。例如开关式直流电源模块中的整流器工作监测、充电模块中的电池设备参数监测和系统交直流配电工作状态监测等；除此之外还包括三相供电过程中的电流电压变化情况监测等。
31.在实际系统中，管理监控模块可以采用触摸屏显示，实现友好人机界面，工作参数、故障状态一目了然；可以测量采集电池电压、控母电压、电池电流、控母电流、模块故障状态、交流电压、绝缘故障、电池巡检功能、8路开关量；在具体的控制层面，可以实现均浮充控制、均充电压、浮充电压、电池限流连续可调；还可以实现自动管理功能，例如电池自动管理，均浮充自动转换、定期均充、均充限时等。整个模块的rs485接口可以实现四遥功能。具体的监控过程中，主界面显示：交流电压：可显示单相/三相交流电压。电池电压：当前电池电压；电池电流：当前电池电流；控母电压：当前控母电压；控母电流：当前控母电流。
32.还需要针对管理监控模块进行系统设置，例如，电池管理：设置电池均浮充电压、均充限流值、电池容量、放电限时、温度补偿、温度补偿设置必须根据电池厂家提供的温度补偿参数进行设置补偿值，否则补偿值应设置为0；交流设置：设置单相/三相供电方式，交流过欠压告警值。绝缘设置：设置支路检测单元数量、母线差压告警值、支路接地电阻告警值、绝缘闪光输出使能。模块设置：设置模块数量、模块类型、通信协议。通信设置：设置与上位机通信时的本机地址；通信协议及波特率不可设。支路开关：设置支路开关量检测使能、设置支路告警类型。直流设置：设置电池过欠压告警值、控母过欠压告警值。时间设置：设置系统时间、日期。电池巡检：设置电池单体类型电池组总节数、单体过欠压告警值。系统电压
选择：选择220v或110v或48v系统电压。告警延时：设置告警灵敏度，提高系统稳定性。系统控制：模块开关机、手动均浮充切换、重启系统。
33.开关式直流电源模块102包括整流器和降压模块，具体基于整流器和降压模块提供直流工作电源和交流工作电源。开关式直流电源模块即为高频开关模块式直流电源模块，与充电模块和管理监控模块相关联。该模块中包括了独立运行的ac/dc充电单元、支路数据采集单元、馈线状态检测单元和相关的表计。直流电源模块可为一、二次设备提供安全可靠的工作电源，包括380v/220v交流电源、
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48v通信用直流电源，适用于变电站、配电所、发电厂及移动机房其他交直流电源供电场所。
34.在实际电路系统中，整流器的输出经汇流铜排接入直流配电部分，直流配电提供负载输出。管理监控模块可对直流电源模块中的所有整流模块，交/直流配电、电池等设备的各种参数、工作状态进行自动监测和控制，并将信息处理后进行保存或者展示，可以根据具体需求设置，在此不再赘述。该直流电源模块也可脱离监控独立工作，但将失去“三遥”功能。市电故障时，即当电池电压继续降至42v(可设定)时，后备电池投入工作，系统发出声光报警。
35.直流电源模块采用统一防雷设计，配置b、c、d级防雷保护措施(可选)：
36.1.b级防雷是指电源防雷，属于一级雷器，应用于主配电柜上，具有大通流量，其防护能力可达120ka，在泄放雷电流过程中，b级防雷器两端所产生的残压，即使仍超过被保护设备的最高瞬态耐压值，也会被安装于设备前端的c类或d类防器再次泄放，从而使真正到达设备前线端正的浪涌电压已经很低，完全不能对设备的正常运行造成影响，使设备受到可靠的保护。
37.2.c级防雷措施：c级防雷器安装在交流电源屏的工作母线侧，作为第三级防雷保护，能够进一步限制负载侧的残余浪涌电压。将电涌冲击对设备的危害降至最小，保障回路设备安全工作。c级防雷器的额定冲击电流为20ka，最大冲击电流为40ka。
38.3.d级防雷措施：整流模块内部采用压敏电阻，其防护能力可达5ka，有效吸收残余浪涌电流、限制浪涌电压，确保整流器安全稳定运行。
39.均流模块103，用于采用预置低压差均流技术对不同模块的输出电压进行调节，使得各个模块的输出电流一致。
40.进一步地，均流模块103具体用于：
41.采用预置放大系数将采集到的各模块的输出电流进行放大处理，并将放大的电流传输至均流母线上；
42.采用预置低压差均流技术对不同模块的输出电压进行调节，使得各个模块的传输至均流母线上的输出电流一致。
43.多个模块并机工作时具有良好的均流特性，根据均流母线上的电压进行电压比对操作，经误差放大后调节模块的输出电压，使各个模块的输出电流一致，使其均分负载不平衡度小于3％，这样在模块出现故障时，可以自动脱离均流母线，不影响其他模块的正常运行。
44.充电模块104包括配电模块、ac/dc转换器和电池箱，用于为不同的模块充电，并提供直流检测电压。
45.充电模块除了配电模块、ac/dc转换器和电池箱，还包括ac/dc整流和dc/dc两个功
率部分，还包括一些辅助电源。充电模块中的前级桥式整流用于把交流电整流成平滑直流电压，后级的dc/dc电路由dc/dc变换器及其控制电路、整流滤波输出组成，用以实现将前级整流电压转换成电力操作系统稳定的直流检测电压输出，可以用于各种检测项目中。
46.在实际系统中，充电模块的整流工作原理图请参阅图2，充电模块由ac/dc整流和dc/dc两个功率部分组成，在两功率部分之外还有辅助电源以及输入输出检测保护电路。前级桥式整流是把交流电整流成平滑直流电压，后级的dc/dc电路由dc/dc变换器及其控制电路、整流滤波输出等部分组成，用以实现将前级整流电压转换成电力操作系统要求的稳定的直流电压输出。将直流电压输出输入检测电路实现输入过欠压、过压等检测。dc/dc的检测保护电路包括输出电压电流的检测，散热器温度的检测等，所有这些信号用以dc/dc的控制和保护。
47.拔插开关模块105，用于在监控结果为模块故障时通过断开拔插开关盒将故障模块从均流母线上切除。
48.拔插开关模块包括拔插开关盒，可能是多个，实际系统是将其安装在柜体上，一般设置两个插拔开关盒，由于是不影响系统正常运行的开关插拔操作，所以也称作热插拔开关盒；除此之外，柜体内部还会设置有独立的蓄电池抽屉，以及一些馈线端子和远端信号端子。可以理解的是，在热插拔开关盒上可以安装热插拔监控装置，便于把控热插拔开关盒的工作状态。
49.进一步地，还包括：检测模块106；
50.检测模块，用于根据检测电压进行电路电压检测，并进行散热器温度检测。还可以进行馈线状态检测，电流信号检测等，具体不作赘述。例如，充电模块中的直流检测电压输入检测电路可以用于实现输入过欠压、过压检测。
51.进一步地，还包括：保护电路107；
52.保护电路，用于对充电模块的输出进行限流保护和短路保护，以及对充电模块进行过流和过温保护。检测模块和保护电路与充电模块中紧密联系，具体可以实现输出电压电流的检测，散热器温度的检测，所有这些信号就可以用作dc/dc的控制和保护。
53.具体的，可以根据不同的保护操作实施不同的告警操作；输入过/欠压保护：模块具有输入过/欠压保护功能。当输入电压小于欠压设定值或大于过压设定值后，模块保护，无直流输出，告警指示灯闪烁。电压恢复到正常范围后，模块自动恢复工作。输出过压保护/欠压告警：模块具有输出过压保护欠压告警功能。当输出电压大于过压设定值后，模块保护，无直流输出，告警指示灯闪烁。模块不能自动恢复，必须将模块断电后重新上电。当输出电压小于欠压设定值后，模块告警，有直流输出，告警指示灯闪烁。电压恢复后，模块输出欠压告警消失。短路保护：短路保护采用回缩下垂限流方式，输出短路时模块在瞬间把输出电压拉低到零，限制短路电流在额定输出电流的15％以下。模块可长期工作在短路状态，不会损坏，排除故障后模块可自动恢复工作。过温保护：模块检测散热器温度超过85℃左右时自动关机保护，温度降低后模块自动启动。输出限流保护：每个模块输出电流最大限制为额定输出电流的1.05倍。模块并联保护：模块内部有并联保护电路，故障时模块自动退出系统，不影响其它模块正常工作。故障显示：模块告警信息以故障代码的形式在led上实时的显示。这时led显示内容改为故障代码，按下显示切换按钮后显示电压。通信功能：模块通过rs485方式与监控系统通信。将模块输出电压和电流、模块保护和告警信息发送给监控系
统，接受并执行监控系统下发的控制命令。还可以设置不用颜色的指示灯指示不同的故障类型，进而实现更加直观的警示。
54.进一步地，还包括：热插拔式数显表108；
55.热插拔式数显表，用于显示系统各个模块的电力数据信息，电力数据信息包括相电压、线电流和相关功率。热插拔式数显表也是安装在柜体上的，便于查看信息。
56.本技术实施例提供的电力直流电源装置模块化系统，将系统中的功能器件模块化处理，通过对不同的模块之间连接线路和相关电力数据进行监控，若是存在故障，立即切除相应模块，不影响系统的整体运行；通过充电模块实现不同电源的提供，包括检测所需的电源；而均流模块则可以保持各模块输出电流的一致性；可以对每个模块的工作情况进行准确把控，不必停止系统运行实现维修或者调整操作。因此，本技术实施例能够解决现有以零器件组装系统的方式太过繁琐，工作量大，且不能适用于越来越复杂的产品和系统场景中的技术问题。
57.直流产品模块化插拔式设计是基于已建立的通用模型系列，资源共享，继承性强，可减少低层次的重复劳动，产品研发周期短；模块经反复使用、优化，工艺稳定，质量好，可靠性高；模块化插拔式产品的通用化、系列化程度高，零部件品种少，可降低全流程成本。因此，模块化插拔式设计理念的应用，有利于直流电源的通用性和互换性，使直流电源易于维修，可以降低检修时间和减少停电损失，提高供电质量。
58.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
59.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
60.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
61.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：read
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only memory，英文缩写：rom)、随机存取存储器(英文全称：random access memory，英文缩写：ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
62.以上所述，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前
述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。