一种直流系统及其控制单元和检测方法与流程

本发明涉及直流源安全模式技术领域，特别涉及一种直流系统及其控制单元和检测方法。

背景技术：

在直流源的应用场合，当进行电路检修或者发生其它突发情况时，需要将直流源的输出电压限制在安全范围之内，以使得系统进入安全模式。为此，通常需要增加如图1所示的串联式保护装置或者图2所示的并联式保护装置，通过使能信号控制相应开关的导通和关断，以将电压Vout限制在安全范围之内。具体的实际应用中，为保证直流源及所接用电设备的安全，需要定期对系统的保护装置进行检测。

现有检测方案一般分为手动和自动两种，手动检测方案即人为触发保护装置并根据其动作后的结果判断保护装置是否正常，但是手动方案的检测周期和频率不可控，不适用于要求定期检测的运用场合；而自动方案通常针对保护装置位于设备内部的情况，在设备开启时(即正常工作之前)或者定期对保护装置进行检测，该检测过程属于设备开启过程的一部分，省去了人为干预过程，但是并不适用于外置的保护装置。

对于保护装置位于直流源和用电设备之外的情况，对该保护装置的检测往往需要受控于直流源或用电设备，因此，构建一套完整的检测系统，以定期对其进行自动检测，确认其有效性，保证系统的安全可靠，是亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种直流系统及其控制单元和检测方法，以解决现有技术中缺少外置保护装置的自动检测方案的问题。

为实现所述目的，本申请提供的技术方案如下：

一种直流系统的检测方法，包括：

根据预设条件输出使能信号至直流系统的保护装置；

检测所述保护装置的输出电压；

判断所述保护装置的输出电压是否小于预设安全值；

当所述保护装置的输出电压小于所述预设安全值，且所述保护装置的输出电压小于所述预设安全值的持续时间超过第一预设时长时，判定所述保护装置正常，并清除所述使能信号；

当所述保护装置的输出电压大于等于所述预设安全值，且所述保护装置的输出电压大于等于所述预设安全值的持续时间超过第二预设时长时，判定所述保护装置故障。

优选的，在所述判定所述保护装置故障的步骤之后还包括：输出告警信号。

优选的，还包括：

判定所述保护装置正常且所述直流系统的用电设备或变换设备状态正常之后，控制所述直流系统进入正常工作模式。

优选的，所述用电设备或变换设备包括：DC/DC变换器、辅助电源和控制单元，且所述辅助电源用于从所述DC/DC变换器的输出端取电，为所述控制单元供电；所述直流系统的检测方法在所述根据预设条件输出使能信号至所述直流系统的保护装置的步骤之前还包括：

控制所述DC/DC变换器的输出电压为预设供电电压。

优选的，所述预设安全值为30V；所述第一预设时长为100毫秒，所述第二预设时长为1秒。

一种直流系统的控制单元，包括：

指令模块，用于根据预设条件输出使能信号至直流系统的保护装置；

检测模块，用于检测所述保护装置的输出电压；

判断模块，用于判断所述保护装置的输出电压是否小于预设安全值；

判定模块，用于当所述保护装置的输出电压小于所述预设安全值，且所述保护装置的输出电压小于所述预设安全值的持续时间超过第一预设时长时，判定所述保护装置正常，并清除所述使能信号；当所述保护装置的输出电压大于等于所述预设安全值，且所述保护装置的输出电压大于等于所述预设安全值的持续时间超过第二预设时长时，判定所述保护装置故障。

优选的，还包括：告警模块，用于判定所述保护装置故障之后，输出告警信号。

优选的，还包括：第一控制模块，用于判定所述保护装置正常且所述直流系统的用电设备或变换设备状态正常之后，控制所述直流系统进入正常工作模式。

一种直流系统，包括：直流源、保护装置及用电设备或变换设备；其中：

所述直流源用于输出直流电；

所述保护装置连接于所述直流源与所述用电设备或变换设备之间，用于传递所述直流电或者根据接收的使能信号将输出电压限定于预设安全值之内；

所述用电设备或变换设备包括：变换器、辅助电源、负载或电网及上述任一所述的直流系统的控制单元；

所述辅助电源用于从所述变换器取电，为所述控制单元供电。

优选的，所述直流源为：蓄电池、电容或者光伏电池板；

所述保护装置包括：串联于所述直流源输出端与所述用电设备或变换设备的对应输入端之间的开关，和/或，并联于所述直流源和所述用电设备或变换设备之间的开关；

所述变换器包括：DC/AC变换器和/或DC/DC变换器。

优选的，所述变换器中包括DC/DC变换器，且所述辅助电源用于从所述DC/DC变换器的输出端取电，为所述控制单元供电时，所述控制单元还包括：第二控制模块，用于控制所述DC/DC变换器的输出电压为预设供电电压。

本发明提供的所述直流系统的检测方法，首先根据预设条件输出使能信号至直流系统的保护装置；然后检测所述保护装置的输出电压；再判断所述保护装置的输出电压是否小于预设安全值；当所述保护装置的输出电压小于所述预设安全值，且所述保护装置的输出电压小于所述预设安全值的持续时间超过第一预设时长时，判定所述保护装置正常，并清除所述使能信号；当所述保护装置的输出电压大于等于所述预设安全值，且所述保护装置的输出电压大于等于所述预设安全值的持续时间超过第二预设时长时，判定所述保护装置故障；进而实现了对于所述保护装置的自动检测，即便所述保护装置为外置保护装置也同样适用，可以根据所述预设条件得以定期对其进行自动检测，确认其有效性，保证了所述直流系统的安全可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内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。

图1是现有技术提供的直流源的保护装置的结构示意图；

图2是现有技术提供的直流源的另一保护装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的直流系统的检测方法的流程图；

图4是本发明另一实施例提供的直流系统的检测方法的另一流程图；

图5是本发明另一实施例提供的直流系统的控制单元的结构示意图；

图6是本发明另一实施例提供的直流系统的控制单元的另一结构示意图；

图7是本发明另一实施例提供的直流系统的控制单元的另一结构示意图；

图8是本发明另一实施例提供的直流系统的结构示意图；

图9是本发明另一实施例提供的直流系统的另一结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明提供一种直流系统的检测方法，以解决现有技术中缺少外置保护装置的自动检测方案的问题。

具体的，所述直流系统的检测方法，如图3所示，包括：

S101、根据预设条件输出使能信号至直流系统的保护装置；

S102、检测所述保护装置的输出电压；

S103、判断所述保护装置的输出电压是否小于预设安全值；

当所述保护装置的输出电压小于所述预设安全值，且所述保护装置的输出电压小于所述预设安全值的持续时间超过第一预设时长时，执行步骤S104、判定所述保护装置正常，并清除所述使能信号；

当所述保护装置的输出电压大于等于所述预设安全值，且所述保护装置的输出电压大于等于所述预设安全值的持续时间超过第二预设时长时，执行步骤S105、判定所述保护装置故障。

实际应用中，所述保护装置在正常情况下可以设置为处于常闭模式，即在没有所述使能信号的情况下，所述保护装置正常闭合，输出电压Vout；根据所述预设条件，比如到达定期自检的时间、辅电得电时或者在紧急或故障等情况下，所述保护装置将接收到所述使能信号，进入安全模式，将其输出电压Vout限制在所述预设安全值之内。为了确保所述保护装置的有效性，可以通过上述步骤实现对于所述保护装置的检测。

为了保证对于所述保护装置进行检测的结果的正确性，可以通过判断所述保护装置的输出电压Vout小于所述预设安全值的持续时间是否超过所述第一预设时长，对所述保护装置是否进入安全模式进行确认。当判定所述保护装置正常，并清除所述使能信号后，所述保护装置的输出电压Vout恢复正常，所述直流系统进入正常工作状态。

而若所述保护装置的输出电压Vout大于等于所述预设安全值，可以通过判断所述保护装置的输出电压Vout大于等于所述预设安全值的持续时间是否超过所述第二预设时长，来确保所述保护装置的检测结果的正确性，当所述保护装置的输出电压Vout大于等于所述预设安全值的持续时间超过所述第二预设时长时，则认为所述保护装置不能正常进入安全模式，即可判定所述保护装置故障。

另外，在具体的实际应用中，根据其具体应用环境，必要时可以对所述保护装置进行多次的输出电压检测和持续时间的确认过程，即可以重复执行步骤S102和S103，最终得到所述保护装置故障的判定结果。

本实施例提供的所述直流系统的检测方法，通过上述步骤可以得到所述保护装置正常或者故障的检测结果，实现了对于所述保护装置的自动检测，即便所述保护装置为外置保护装置也同样适用，可以根据所述预设条件得以定期对其进行自动检测，确认其有效性，保证了所述直流系统的安全可靠。本发明提供的所述直流系统的检测方法特别适用于北美UL1741标准对直流系统安全用电的需求，且无需增加额外的检测设备，利于广泛推广。

本发明另一具体的实施例中，在图3的基础之上，在步骤S105之后还包括：输出告警信号。

在确认所述保护装置不能进入安全模式后，可以由所述控制单元输出报警信号，通知操作人员进行进一步的处理。此时，若所述保护装置仍可正常闭合，原则上所述直流系统仍可正常工作，只是存在直流保护的风险。因此，可以根据系统实际需求，决定是否继续启动所述直流系统至正常运行状态(但必须持续输出所述告警信号)。

优选的，在图3的基础之上，所述直流系统的检测方法还包括：

判定所述保护装置正常且所述直流系统的用电设备或变换设备状态正常之后，控制所述直流系统进入正常工作模式。

所述控制单元可以先确认所述用电设备或变换设备的状态正常后，再对所述保护装置进行检测，以保证完成所述保护装置的检测后，所述直流系统能直接进入正常工作模式；或者，也可以在所述辅助电源和所述控制单元正常工作后先对所述保护装置进行检测，确保其能正常工作后，再对所述用电设备或变换设备进行确认，判定所述保护装置正常，并清除所述使能信号，使所述直流系统进入正常工作模式。

优选的，在图3的基础之上，所述用电设备或变换设备包括：DC/DC变换器、辅助电源和控制单元，且所述辅助电源用于从所述DC/DC变换器的输出端取电，为所述控制单元供电；所述直流系统的检测方法，如图4所示，在步骤S101之前还包括：

S100、控制所述DC/DC变换器的输出电压为预设供电电压。

当所述辅助电源用于从所述DC/DC变换器的输出端取电，为所述控制单元供电时，可以通过所述控制单元控制所述DC/DC变换器的输出电压为预设供电电压，利用DC/DC变换器的直流电容存储尽可能多的能量，以备所述保护装置检测过程中所述供辅助电源利用。

优选的，所述预设安全值为30V；所述第一预设时长为100毫秒，所述第二预设时长为1秒。

所述预设安全值可以根据相关的安规要求进行设定，如30V，当然也可以为其他具体数值，此处仅为一种示例，并不一定限定于此，可以根据实际情况进行设定。

所述第一预设时长可以根据系统辅电支撑时间和/或所述保护装置的响应时间来确定，如100毫秒；所述第二预设时长可大于所述第一预设时长，如选择为1秒。此处仅为一种示例，并不一定限定于此，可以根据实际情况进行设定。

本发明另一实施例还提供了一种直流系统的控制单元，如图5所示，包括：指令模块101、检测模块102、判断模块103和判定模块104；其中：

指令模块101用于根据预设条件输出使能信号至直流系统的保护装置；

检测模块102用于检测所述保护装置的输出电压；

判断模块103用于判断所述保护装置的输出电压是否小于预设安全值；

判定模块104用于当所述保护装置的输出电压小于所述预设安全值，且所述保护装置的输出电压小于所述预设安全值的持续时间超过第一预设时长时，判定所述保护装置正常，并清除所述使能信号；当所述保护装置的输出电压大于等于所述预设安全值，且所述保护装置的输出电压大于等于所述预设安全值的持续时间超过第二预设时长时，判定所述保护装置故障。

本实施例提供的所述直流系统的控制单元，通过上述原理可以得到所述保护装置正常或者故障的检测结果，实现了对于所述保护装置的自动检测，即便所述保护装置为外置保护装置也同样适用，可以根据所述预设条件得以定期对其进行自动检测，确认其有效性，保证了所述直流系统的安全可靠。

在实际应用中，可以根据对所述预设条件的设置，使得所述直流系统的控制单元，不仅在到达定期自检的时间、辅电得电时或者紧急或故障等情况下，还可以根据实际需要，当电网掉电，所述直流系统中的直流源或其它设备发生火灾，及其它可能出现的危险状况时，可通过指令模块101输出所述使能信号，进而对所述保护装置进行控制，使得所述保护装置进入安全模式，进而保证系统安全。

优选的，在图5的基础之上，如图6所示，所述直流系统的控制单元还包括：告警模块105，用于判定所述保护装置故障之后，输出告警信号。

在确认所述保护装置不能进入安全模式后，可由告警模块105输出报警信号，通知操作人员进行进一步的处理。此时，若所述保护装置仍可正常闭合，原则上所述直流系统仍可正常工作，只是存在直流保护的风险。因此，可以根据系统实际需求，决定是否继续启动所述直流系统至正常运行状态，但必须持续输出所述告警信号。

优选的，在图5的基础之上，如图7所示，所述直流系统的控制单元还包括：第一控制模块106，用于判定所述保护装置正常且所述直流系统的用电设备或变换设备状态正常之后，控制所述直流系统进入正常工作模式。

在判断所述保护装置正常且所述直流系统的用电设备或变换设备状态均正常之后，再控制所述直流系统进入正常工作模式，可以增加所述直流系统的安全性。

本发明另一实施例还提供了一种直流系统，如图8所示，包括：直流源100、保护装置200及用电设备或变换设备300；其中：

保护装置200连接于直流源100与用电设备或变换设备300之间；

用电设备或变换设备300包括：变换器301、辅助电源302、控制单元303及负载或电网304；

控制单元303如图5所示，包括：指令模块101、检测模块102、判断模块103和判定模块104。

具体的工作原理为：

直流源100用于输出直流电；

保护装置200用于传递所述直流电或者根据接收的使能信号将输出电压限定于预设安全值之内；

辅助电源302用于从变换器301取电，为控制单元303供电；

指令模块101用于根据预设条件输出使能信号至保护装置200；

检测模块102用于检测保护装置200的输出电压；

判断模块103用于判断保护装置200的输出电压是否小于预设安全值；

判定模块104用于当保护装置200的输出电压小于所述预设安全值，且保护装置200的输出电压小于所述预设安全值的持续时间超过第一预设时长时，判定所述保护装置正常，并清除所述使能信号；当保护装置200的输出电压大于等于所述预设安全值，且保护装置200的输出电压大于等于所述预设安全值的持续时间超过第二预设时长时，判定所述保护装置故障。

本实施例提供的所述直流系统，通过上述原理可以得到所述保护装置正常或者故障的检测结果，实现了对于所述保护装置的自动检测，即便所述保护装置为外置保护装置也同样适用，可以根据所述预设条件得以定期对其进行自动检测，确认其有效性，保证了所述直流系统的安全可靠。本发明提供的所述直流系统的检测方法特别适用于北美UL1741标准对直流系统安全用电的需求，且无需增加额外的检测设备，利于广泛推广。

值得说明的是，所述直流系统针对保护装置200的自动检测也可以采用定期手动的方式予以确认，虽然其效率不高，可操作性不强，但是所述直流系统在可以实现对保护装置200的自动检测的同时，也可以接受此种手动检测的方式。

在实际应用中，可以根据对所述预设条件的设置，使得所述直流系统，不仅在到达定期自检的时间、辅电得电时或者紧急或故障等情况下，还可以根据实际需要，当电网掉电，所述直流系统中的直流源或其它设备发生火灾，及其它可能出现的危险状况时，可通过控制单元303输出所述使能信号，进而对保护装置200进行控制，使得保护装置200进入安全模式，进而保证系统安全。

优选的，直流源100可以为：蓄电池、电容或者光伏电池板；

保护装置200包括：串联于直流源100输出端与用电设备或变换设备300的对应输入端之间的开关，和/或，并联于直流源100和用电设备或变换设备300之间的开关；

变换器301包括：DC/AC变换器和/或DC/DC变换器。

在具体的实际应用中，直流源101的形式不限，可以是电压源或者电流源，如直流源设备、蓄电池、电容、光伏电池板及其它发电单元形成的直流源等，其输出电压为Vdc；

保护装置200可采用并联或串联式方案，也可以是二者的组合方式，通常设置其为常闭模式，且其开关可接受使能信号En的控制，正常工作时保护装置200闭合，其输出电压为Vout(当采用并联式方案时，Vout＝Vdc)；

用电设备或变换设备300可以是用电设备或发电设备，如光伏逆变器，其输入端接收电压Vout，可根据需要在紧急或者故障等情况下，输出使能信号En控制保护装置200连接或断开直流源100，使得所述直流系统进入安全模式，进而达到保护整个系统的目的。

另外，用电设备或变换设备的具体实现形式也不做限定，可以是一个交流用电设备或电网，也可以是直流用电设备或直流负载。

优选的，如图6所示，控制单元303还包括：告警模块105，用于判定保护装置200故障之后，输出告警信号。

在确认保护装置200不能进入安全模式后，辅助电源302需继续工作，并可由控制单元303输出报警信号，通知操作人员进行进一步的处理。此时，若保护装置200仍可正常闭合，原则上所述直流系统仍可正常工作，只是存在直流保护的风险。因此，可以根据系统实际需求，决定是否继续启动所述直流系统至正常运行状态(但必须持续输出所述告警信号)。

优选的，如图7所示，控制单元303还包括：第一控制模块106，用于判定保护装置200正常且所述直流系统的用电设备或变换设备状态正常之后，控制所述直流系统进入正常工作模式。

优选的，变换器301中包括DC/DC变换器，且辅助电源302用于从所述DC/DC变换器的输出端取电，为控制单元303供电时，控制单元303还用于控制所述DC/DC变换器的输出电压为预设供电电压。

图9为本实施例用电设备或变换设备300示意图，主要包括：DC/DC变换器311、DC/AC变换器312、辅助电源302、控制单元303及负载或电网304；其中，

DC/DC变换器311用于将直流电转换为直流电，其形式不限，用于匹配Vout与Vbus电压，根据需要进行选择，也可以不需要(Vout与Vbus直接相连接)；

DC/AC变换器312用于将直流电转换为交流电，其形式不限，用于将直流电转换为交流电，其输入为Vbus输出为Vac；

负载或电网304连接DC/AC变换器312，负载或电网304可以是单相也可以是三相形式，此处不做具体限定；

辅助电源302可以取电于Vbus和/或Vac，当只采用Vbus取电时，正常工作时保护装置200闭合电压输出Vout，且要求此时DC/DC变换器311可以旁路Vout至Vbus，而采用Vac取电或采用Vbus和Vac同时取电时则不受此限制；

控制单元303由辅助电源302供电，可输出控制信号Ctr以控制用电设备或变换设备300，并可根据需要输出使能信号En以控制保护装置200。

DC/DC变换器311可以旁路Vout至Vbus，而将Vbus调整为合适的电压是针对辅助电源302只有从Vbus取电情况时，利用DC/DC变换器311及DC/AC变换器312的直流电容存储尽可能多的能量以备保护装置200检测过程中，所述供辅助电源利用；若采用Vac取电或者Vbus和Vac混合取电时，则无需控制单元303控制所述DC/DC变换器的输出电压为预设供电电压。

当保护装置200响应所述使能信号进入安全模式后，其输出电压Vout被拉低，通常情况下会低于辅助电源302的工作电压，因此在检测过程中需要保证辅助电源302可靠供电。一是利用DC/DC变换器311的特性，阻断Vbus向Vout放电，使得辅助电源302可以利用Vbus的能量支撑过保护装置200的检测时间；一是利用Vac给辅助电源302供电，则在电网正常状态下不需要考虑支撑时间。

其他具体的工作原理与上述实施例相同，此处不再赘述。

本发明中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。