专利名称：继电保护试验电源装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于交流功率输入变换为直流功率输出的用于电源或类似的供电系统一起使用的设备及其控制和调节设备，特别是一种继电保护试验电源装置。
背景技术：
福建省500kV某变电站曾发生了一起因为交流串入直流系统而导致500kV的一个开关跳闸的事故，引起福建省电力有限公司各级领导以及专业人员的高度重视和关注。继电保护试验电源装置作为继电保护检验时提供直流以及交流试验电源，在继电保护检验工作发挥着重要作用，然而对于旧型继电保护试验电源装置的性能以及实际应用情况却令人十分担忧。目前，大量运行的继电保护试验电源装置均采用一种通过三相调压、升流再经桥式整流和Π型(电感、电容)滤波的工作模式。存在的问题主要是没有稳压、稳流功能；也因此导致直流输出不稳定，无法连续调节，且调节范围小；另外，现有的继电保护试验电源装置的整流和滤波技术不过关，造成直流输出中交流含量较高，纹波系数较大；而且现有的继电保护试验电源装置大都采用调压器调节电压，对电源屏工作时所输出的大电流，该调压器容易老化和损坏，导致更换频率高，使用成本高。
发明内容
本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种能够稳压、可连续调节且调节范围大、直流输出含量高、使用成本低的新型继电保护试验电源装置。本发明的目的是通过以下途径来实现的
继电保护试验电源装置，其结构要点在于，包括有交流控制总开关模块、第一高频开关直流电源模块、第二高频开关直流电源模块、交流输入控制开关模块、均流控制单元、直流输出单元和交流输出单元；交流控制总开关模块外接三相交流电源，输出端分别通过第一直流输入控制开关模块连接到第一高频开关直流电源模块；通过第二直流输入控制开关模块连接到第二高频开关直流电源模块；通过交流输入控制开关模块连接到交流输出单元；第一高频开关直流电源模块和第二高频开关直流电源模块的输出端连接到均流控制单元，而均流控制单元的反馈输出端分别连接到第一高频开关直流电源模块和第二高频开关直流电源模块，控制端分别连接到第一直流输入控制开关模块和第二直流输入控制开关模块。高频开关直流电源模块原为一种单独使用的微机型直流输出电源，其性能优良， 具有稳压和稳流功能，且其可以确保继电保护试验电源装置的输出稳定精度，同时，高频开关直流电源模块输出的直流含量高，纹波系数小，完全不受外界交流电压波动影响，可以满足继电保护试验电源装置的各项技术要求，而且还具有输出过压、过流等完善保护措施，具有对直流输出连续调节的技术性能。采用了高频开关直流电源模块后，取消了原有继电保护试验电源装置的调压器、隔离变压器等设备，简化了继电保护试验电源装置的结构配置，降低了生产成本；更为重要的是，继电保护试验电源装置能够在高频开关直流电源模块的基础上实现输出可连续调节，满足了各种现场试验对电压、电流调节的需求。本发明采用双高频开关直流电源模块，实现双模块输出，并采用均流控制单元对该双模块进行冗余或者均流控制，在实际的工作中，可以采用两种工作模式，一种是双模块冗余备用，交流控制总开关模块输出的交流电经由双模块之一的直流输入控制开关模块进入高频开关直流电源模块，高频开关直流电源模块将输入的交流变换为直流，根据要求输出所需的直流量，经由均流控制单元判断后转送到直流输出单元。当输入均流控制单元的直流量不足或者是产生异变，则均流控制单元输出控制信号给当前工作的及冗余备份的另一直流输出控制开关模块，当前工作开关模块断开，切断当前高频开关直流电源模块的输出，并接通冗余备份的开关模块，接入备份的高频开关直流电源模块，从而实现双模块冗余备份。另一种工作模式为双模块均流输出并冗余备份。使用时，同时接通双模块的直流输入控制开关模块，均流控制单元将根据需求的电量进行均分，并将结果反馈输送给两个高频开关直流电源模块，此时双模块输出均等的电量，经由均流控制单元对双模块的输出信号进行判断，然后传送到直流输出单元，同时，均流控制单元对双模块的输出电量与实际需求电量均流数据进行比较，将结果和误差数据分别对应反馈给两个高频开关直流电源模块，高频开关直流电源模块根据反馈结果进行微调，保证双模块均流输出，这是正常工作状态。当均流控制单元发现其中某一高频开关直流电源模块输出的电量超过设定误差，或者产生异变等故障，则切断与故障模块连接的直流输入控制开关模块，并将改变的输出电量需要反馈给无故障高频开关直流电源模块，接通该无故障模块的直流输入控制开关模块， 进入如第一种工作模式的状态。传统意义上的冗余备份，都是采用其中一台设备长期处于工作状态，而另一台设备则处于待备用状态，这样一来，常态的工作模块容易损耗过度，而备用模块则经常因为长期不用而降低工作性能，导致其输出不可靠，失去备用的效果。现有技术中，也有采用两台设备轮流作为常态工作设备来解决上述问题，但是，全设备的投切在输出功率高的情况下往往带有较大风险，具有安全隐患。本发明提出的双模块均流并冗余备份则完全解决了上述问题，不但能够确保继电保护试验电源装置稳定的工作状态，负荷均分使双模块都不会过度损耗，提高了双模块的工作可靠性，同时还能够大大提高直流输出电量，扩大了继电保护试验电源装置的使用范围，结合高频开关直流电源模块连续可调的特点，实现了输出直流调节范围为5%-115%Un ；是本发明的一大创新要点。本发明所述高频开关直流电源模块可以进一步具体为
高频开关直流电源模块包括有桥式整流电路、第一滤波电路、DC/DC变换器、第二滤波电路、输出保护电路和微机控制电路；微机控制电路包括有谐振电压型双环控制回路、微处理器和反馈采样装置；桥式整流电路的输入端与对应的直流输入控制开关模块的输出端连接，整流电路的输出端依序通过第一滤波电路、DC/DC变换器、第二滤波电路连接到与均流控制单元连接的输出保护电路上，微处理器的数据接口与谐振电压型双环控制回路连接， 而谐振电压型双环控制回路的控制输出端与DC/DC变换器电连接，反馈采样装置的输入端连接均流控制单元的反馈输出端，反馈采样装置的输出端与谐振电压型双环控制回路的采样接口连接。
DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。谐振电压型双环控制回路是利用了谐振电压双环控制的谐振开关电源技术，其特点是开关频率从 90K-40K之间随负载增大而变化，真正实现了全负载范围内的软开关技术。DC/DC变换器控制信号是由谐振控制环路提供，与主回路实现谐振，电流波形为纯正弦波。使得该高频开关直流电源模块具有谐波干扰极小，损耗低的特点。谐振电压型双环控制回路所采用的控制控制芯片主要由振荡器、基准电压发生器、误差放大器、比较器和缓冲器等组成。调节开关频率，可使输出电压或电流不随负载变化或电网变化而变化。这种方法实质是直流电压加在主回路上的电感和电容串联电路上。 当正弦频率为某一值时，容抗与感抗相等，电路阻抗为零，电路电流达无穷大，从而实现谐振，以控制输出电压或电流稳定在预先确定的电压或电流上，当电流的输出电压或电流由于某种原因产生或高或低的变化时，反馈采样装置将信号传送到采样端，由采样电阻把输出电压或电流的变化经晶体管再次放大使得驱动功率管的导通时间也产生相应的变化，则使用输出直流或电流作出相应的调整，整个电路是一个反馈的闭环调节系统，由此可以达到稳压及稳流的功能。高频开关直流电源模块还包括有分别与谐振电压型双环控制回路及微处理器连接的过温保护装置，与微处理器分别连接的键盘输入装置、显示输出装置、远程通讯接口模块以及过压过流短路保护模块，其中过压过流短路保护模块的输入端与第二滤波电路的输出端连接。上述的辅助配置是为了提高高频开关直流电源模块的工作性能和远程控制功能。另外，高频开关直流电源模块还包括有无源PFC，其插接在桥式整流电路和第一滤波电路之间。无源PFC是指被动式功率因数校正器，从桥式整流电路输出的电流波形高谐波含量高，功率因数不高，通过采用无源PFC可以解决该技术问题，进一步减少输出电流的纹波系数。高频开关直流电源模块中的微处理器的主控IC采用美国UC品牌下的UC3825CN 型号控制芯片。均流控制单元可以进一步具体为
均流控制单元包括有依序连接的信号接收模块、中央处理模块和比较处理模块，以及分别与中央处理模块连接的输入模块和显示模块、分别与中央处理模块和比较处理模块连接的基准模块、与中央处理模块输出接口连接的控制输出模块、与比较处理模块控制输出端分别连接的反馈控制输出模块和开关控制输出模块。首先，通过输入模块输入所需提供的电压或者电流量，中央处理模块通过比较处理模块将控制信号和数据经由反馈控制输出模块发送给第一和第二高频开关直流电源模块，同时也将数据发送到基准模块中作为基准值进行存储，该基准模块中根据设定的误差给出一个基准范围；双电源模块根据接收到的数据进行微处理，并输出相应的直流电量，均流控制单元的接收模块接收到该直流电量后，将电量数据传送到中央处理模块进行处理， 并发送到比较处理模块进行判断，如果输出的直流电量在基准模块中设定的基准范围内， 则将该输出的电量数据及误差数据经由反馈控制输出模块传送给对应的高频开关直流电源模块；如果输出的直流电量超出设定范围，则调整工作模式，发送控制指令经由开关控制输出模块传送给直流输入控制开关模块进行切换控制。综上所述，本发明提供了一种新型的继电保护试验电源装置，其首先采用了先进的微机型高频开关直流电源模块作为试验电源屏的主要工作核心，具有稳压和稳流功能， 输出的直流含量高，纹波系数小，完全不受外界交流电压波动影响，简化了继电保护试验电源装置的结构配置，降低了生产成本；实现输出可连续调节，满足了各种现场试验对电压、 电流调节的需求。其次采用了双高频开关直流电源模块以均流输出并冗余备份的工作模式，提高了双模块的工作可靠性，同时还能够大大提高直流输出电量，扩大了继电保护试验电源装置的使用范围。
图1所示为本发明所述继电保护试验电源装置的原理框架示意图； 图2所示为本发明所述均流控制单元的电路原理方框示意图3所示为本发明所述高频开关直流电源模块的电路原理方框示意图； 下面结合实施例对本发明做进一步描述。
具体实施例最佳实施例
参照附图1，继电保护试验电源装置，包括有交流控制总开关模块、第一高频开关直流电源模块、第二高频开关直流电源模块、均流控制单元、直流输出单元和交流输出单元；交流控制总开关模块外接三相交流电源，输出端分别通过第一直流输入控制开关模块连接到第一高频开关直流电源模块、通过第二直流输入控制开关模块连接到第二高频开关直流电源模块、通过交流输入控制开关模块连接到交流输出单元；第一高频开关直流电源模块和第二高频开关直流电源模块的输出端连接到均流控制单元，而均流控制单元的反馈输出端分别连接到第一高频开关直流电源模块和第二高频开关直流电源模块，控制端分别连接到第一直流输入控制开关模块和第二直流输入控制开关模块。进一步的，参照附图2，均流控制单元包括有依序连接的信号接收模块、中央处理模块和比较处理模块，以及分别与中央处理模块连接的输入模块和显示模块、分别与中央处理模块和比较处理模块连接的基准模块、同时与中央处理模块输出接口及信号接收模块连接的控制输出模块(经由该控制输出模块将直流电量传送到直流输出单元)、与比较处理模块控制输出端分别连接的反馈控制输出模块和开关控制输出模块，其中反馈控制输出模块的输出端分别连接到第一高频开关直流电源模块和第二高频开关直流电源模块，开关控制输出模块分别连接到第一直流输入控制开关模块和第二直流输入控制开关模块。具体的工作原理见发明内容部分，对均流控制单元的工作模式和具体工作流程有详细介绍。作为本发明技术方案的另一技术要点，高频开关直流电源模块，其为一种微机型直流输出电源模块，参照附图3，其包括有依序电连接的输入保护模块、桥式整流电路、无源 PFC、第一滤波电路、DC/DC变换器、第二滤波电路、输出保护电路和微机控制电路；微机控制电路包括有谐振电压型双环控制回路、微处理器和反馈采样装置；桥式整流电路的输入端与对应的直流输入控制开关模块的输出端连接，整流电路的输出端依序通过第一滤波电路、DC/DC变换器、第二滤波电路连接到与均流控制单元连接的输出保护电路上，微处理器的数据接口与谐振电压型双环控制回路连接，而谐振电压型双环控制回路的控制输出端与 DC/DC变换器电连接，反馈采样装置的输入端连接均流控制单元的反馈输出端，反馈采样装置的输出端与谐振电压型双环控制回路的采样接口连接。除此之外，高频开关直流电源模块还包括有分别与谐振电压型双环控制回路及微处理器连接的过温保护装置，与微处理器分别连接的键盘输入装置、显示输出装置、远程通讯接口模块(RS-485)以及过压过流短路保护模块，其中过压过流短路保护模块的输入端与第二滤波电路的输出端连接。上述各模块及电路均可采用市售产品，根据本发明实际技术要求进行参数等改造即可，特别说明的是高频开关直流电源模块中的微处理器的主控IC采用美国UC品牌下的 UC3825CN型号控制芯片。本发明未述部分与现有技术相同。
权利要求
1.继电保护试验电源装置，其特征在于，包括有交流控制总开关模块、第一高频开关直流电源模块、第二高频开关直流电源模块、交流输入控制开关模块、均流控制单元、直流输出单元和交流输出单元；交流控制总开关模块外接三相交流电源，输出端分别通过第一直流输入控制开关模块连接到第一高频开关直流电源模块；通过第二直流输入控制开关模块连接到第二高频开关直流电源模块；通过交流输入控制开关模块连接到交流输出单元；第一高频开关直流电源模块和第二高频开关直流电源模块的输出端连接到均流控制单元，而均流控制单元的反馈输出端分别连接到第一高频开关直流电源模块和第二高频开关直流电源模块，控制端分别连接到第一直流输入控制开关模块和第二直流输入控制开关模块。
2.根据权利要求1所述的继电保护试验电源装置，其特征在于，高频开关直流电源模块包括有桥式整流电路、第一滤波电路、DC/DC变换器、第二滤波电路、输出保护电路和微机控制电路；微机控制电路包括有谐振电压型双环控制回路、微处理器和反馈采样装置；桥式整流电路的输入端与对应的直流输入控制开关模块的输出端连接，整流电路的输出端依序通过第一滤波电路、DC/DC变换器、第二滤波电路连接到与均流控制单元连接的输出保护电路上，微处理器的数据接口与谐振电压型双环控制回路连接，而谐振电压型双环控制回路的控制输出端与DC/DC变换器电连接，反馈采样装置的输入端连接均流控制单元的反馈输出端，反馈采样装置的输出端与谐振电压型双环控制回路的采样接口连接。
3.根据权利要求2所述的继电保护试验电源装置，其特征在于，高频开关直流电源模块还包括有分别与谐振电压型双环控制回路及微处理器连接的过温保护装置，与微处理器分别连接的键盘输入装置、显示输出装置、远程通讯接口模块以及过压过流短路保护模块， 其中过压过流短路保护模块的输入端与第二滤波电路的输出端连接。
4.根据权利要求2所述的继电保护试验电源装置，其特征在于，高频开关直流电源模块还包括有无源PFC，其插接在桥式整流电路和第一滤波电路之间。
5.根据权利要求1所述的继电保护试验电源装置，其特征在于，均流控制单元包括有依序连接的信号接收模块、中央处理模块和比较处理模块，以及分别与中央处理模块连接的输入模块和显示模块、分别与中央处理模块和比较处理模块连接的基准模块、与中央处理模块输出接口连接的控制输出模块、与比较处理模块控制输出端分别连接的反馈控制输出模块和开关控制输出模块。
全文摘要
本发明涉及一种适用于交流功率输入变换为直流功率输出的用于电源或类似的供电系统一起使用的设备及其控制和调节设备，特别是一种继电保护试验电源装置，其结构要点及技术优点在于，首先采用了微机型高频开关直流电源模块作为试验电源屏的主要工作核心，具有稳压和稳流功能，输出的直流含量高，纹波系数小，不受外界交流电压波动影响，简化了试验电源屏的结构配置，降低了生产成本；实现输出可连续调节，满足了各种现场试验对电压、电流调节的需求。其次采用了双高频开关直流电源模块以均流输出并冗余备份的工作模式，提高了双模块的工作可靠性，同时还能够大大提高直流输出电量，扩大了继电保护试验电源装置的使用范围。
文档编号H02M5/00GK102291013SQ201110237459
公开日2011年12月21日 申请日期2011年8月18日 优先权日2011年8月18日
发明者严振华, 唐云峰, 唐志军, 陈伟, 黄峰 申请人:福建省电力有限公司电力科学研究院