CN108899893B - 能馈式牵引供电装置的保护***及轨道交通供电*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能馈式牵引供电装置的保护***，包括保护模块，开关单元，监测模块，在保护模块的直流侧发生短路故障时，通过监测模块控制开关单元关断，使能馈式牵引供电装置从轨道交通供电***中切出，由保护模块提供电流泻放通路，使能馈式牵引供电装置直流侧的短路冲击电流通过保护模块的泻放至直流侧短路点，从而避免短路冲击电流损坏能馈式牵引供电装置，保障能馈式牵引供电装置的正常工作。本发明还公开了一种轨道交通供电***，具有上述有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通领域，特别是涉及一种能馈式牵引供电装置的保护***及轨道交通供电***。
背景技术
目前轨道交通供电***多采用24脉波不控整流装置，将电能从三相交流电转换成直流电，为轨交车辆提供直流电源。为了实现轨道交通供电***直流侧和交流侧能量的双向流动、提供稳定的直流触网电压，在该轨道交通供电***中还引入了能馈式牵引供电装置。一般的，当轨道交通供电***在直流侧发生短路故障时，需要能馈式牵引供电装置承受一定的短路电流冲击能力，即承受20倍的额定电流10ms左右，承受12倍的额定电流120ms左右，但是现有的可应用于能馈式牵引供电装置的半导体开关器件均没有承受上述短路冲击电流的能力，因此，在轨道交通供电***的直流侧发生短路故障时，现有的半导体开关器件会损坏，从而导致能馈式牵引供电装置不能正常工作。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能馈式牵引供电装置的保护***，避免短路冲击电流损坏能馈式牵引供电装置，保障能馈式牵引供电装置的正常工作；本发明的另一目的是提供一种轨道交通供电***。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种能馈式牵引供电装置的保护***，包括保护模块，开关单元，监测模块，其中：
所述开关单元的第一端和能馈式牵引供电装置的直流侧连接，所述开关单元的第二端和所述保护模块的直流侧连接，所述保护模块的直流侧与直流触网连接，所述保护模块的交流侧和所述能馈式牵引供电装置的交流侧连接，其公共端与三相交流电网连接；
所述监测模块，用于获取所述保护模块的直流侧的第一运行参数，并根据所述第一运行参数判断所述保护模块的直流侧是否存在短路故障，若否，生成第一信号，若是，生成第二信号；
所述开关单元，用于在接收到所述第一信号后导通，使所述能馈式牵引供电装置控制所述保护模块和轨道交通供电***断开；还用于在接收到所述第二信号后关断，使所述保护模块的直流侧的短路冲击电流通过所述保护模块泻放至直流侧短路点。
优选的，所述开关单元为功率开关器件。
优选的，所述保护模块为整流器。
优选的，该保护***还包括关断模块，用于在接收到所述第二信号后向所述开关单元输出反向电压，以控制所述开关单元关断。
优选的，所述监测模块还用于：
获取所述保护模块的直流侧的第二运行参数，并根据所述第二运行参数判断所述保护模块的直流侧是否存在短路故障，若否，生成所述第一信号，若是，生成所述第二信号。
优选的，所述第一运行参数为第一电流值，所述第二运行参数为第二电流值。
优选的，所述根据所述第一运行参数判断所述保护模块的直流侧是否存在短路故障，若否，生成第一信号，若是，生成第二信号的过程具体为：
判断所述第一电流值是否大于第一预设值，若否，生成第一信号，若是，生成第二信号；
相应的，所述根据所述第二运行参数判断所述保护模块的直流侧是否存在短路故障，若否，生成所述第一信号，若是，生成所述第二信号的过程具体为：
判断所述第二电流值是否大于所述第一预设值，若否，生成所述第一信号，若是，生成所述第二信号。
优选的，所述根据所述第一运行参数判断所述保护模块的直流侧是否存在短路故障，若否，生成第一信号，若是，生成第二信号的过程具体为：
根据所述第一电流值得到第一电流变化率，判断所述第一电流变化率是否大于第二预设值，若否，生成第一信号，若是，生成第二信号；
相应的，所述根据所述第二运行参数判断所述保护模块的直流侧是否存在短路故障，若否，生成所述第一信号，若是，生成所述第二信号的过程具体为：
根据所述第二电流之得到第二电流变化率，判断所述第二变化率是否大于所述第二预设值，若否，生成所述第一信号，若是，生成所述第二信号。
优选的，该保护***还包括：
报警模块，用于在接收到所述第二信号后发出警报。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种轨道交通供电***，包括如上文任意一项所述的能馈式牵引供电装置的保护***。
本发明提供了一种能馈式牵引供电装置的保护***，包括保护模块，开关单元，监测模块，其中：开关单元的第一端和能馈式牵引供电装置的直流侧连接，开关单元的第二端和保护模块的直流侧连接，保护模块的直流侧与直流触网连接，保护模块的交流侧和能馈式牵引供电装置的交流侧连接，其公共端与三相交流电网连接；监测模块，用于获取保护模块的直流侧的第一运行参数，并根据第一运行参数判断保护模块的直流侧是否存在短路故障，若否，生成第一信号，若是，生成第二信号；开关单元，用于在接收到第一信号后导通，使能馈式牵引供电装置控制保护模块和轨道交通供电***断开；还用于在接收到第二信号后关断，使保护模块的直流侧的短路冲击电流通过保护模块泻放至直流侧短路点。
可见，在实际应用中，采用本发明的方案，在保护模块的直流侧发生短路故障时，通过监测模块控制开关单元关断，使能馈式牵引供电装置从轨道交通供电***中切出，由保护模块提供电流泻放通路，使能馈式牵引供电装置直流侧的短路冲击电流通过保护模块的泻放至直流侧短路点，从而避免短路冲击电流损坏能馈式牵引供电装置，保障能馈式牵引供电装置的正常工作。
本发明还提供了一种轨道交通供电***，具有和上述能馈式牵引供电装置的保护***相同的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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为本发明所提供的一种能馈式牵引供电装置的保护***的结构示意图；
图2为本发明所提供的一种轨道交通供电***的结构示意图；
图3为本发明所提供的一种能馈式牵引供电装置的保护***应用于轨道交通供电***的结构示意图；
图4为本发明所提供的一种能馈式牵引供电装置的保护***的实施例的结构示意图；
图5为本发明所提供的另一种能馈式牵引供电装置的保护***的结构示意图；
图6为本发明所提供的另一种能馈式牵引供电装置的保护***的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种能馈式牵引供电装置的保护***，避免短路冲击电流损坏能馈式牵引供电装置，保障能馈式牵引供电装置的正常工作；本发明的另一核心是提供一种轨道交通供电***。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参照图1，图1为本发明所提供的一种能馈式牵引供电装置的保护***的结构示意图，包括保护模块1，开关单元2，监测模块3，其中：
开关单元2的第一端和能馈式牵引供电装置的直流侧连接，开关单元2的第二端和保护模块1的直流侧连接，保护模块1的直流侧与直流触网连接，保护模块1的交流侧和能馈式牵引供电装置的交流侧连接，其公共端与三相交流电网连接；
具体的，常见的轨道交通供电***的结构示意图参照图2所示，包括第一端与三相交流电网连接、第二端与牵引变压器的第一端连接的交流GIS(Gas InsulatedSwitchgear，气体绝缘组合电器设备)开关柜，牵引变压器的第二端与能馈式牵引供电装置的交流侧连接，能馈式牵引供电装置的直流侧与直流进线开关柜的第一端连接，直流进线开关柜的第二端过直流母线与直流馈线柜的第一端连接，直流馈线柜的第二端连接直流触网，轨道交通供电***通过能馈式牵引供电装置，实现电能在交流侧与直流侧之间的双向转换，这里的能馈式牵引供电装置一般为整流逆变器，整流逆变器可以选择三相全控整流器，整流逆变器中的整流器件可以是GTO(Gate Turn-off Thyristor，门极可关断晶闸管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、IGCT(IntegratedGate-Commutated Thyristor，集成门极环流晶闸管)等功率半导体开关器件，组成方式可以是两电平、三电平或多电平。
相应的，参照图3所示，将本发明所提供的能馈式牵引供电装置的保护***应用于上述轨道交通供电***中，开关单元2设在能馈式牵引供电装置的直流侧与直流进线开关柜之间，保护模块1和能馈式牵引供电装置并接，保护模块1的交流侧和能馈式牵引供电装置的交流侧共同连接至牵引变压器，保护模块1的直流侧分别与开关单元2及直流进线开关柜连接，为能馈式牵引供电装置提供一条短路冲击电流泻放通路。
监测模块3，用于获取保护模块1的直流侧的第一运行参数，并根据第一运行参数判断保护模块1的直流侧是否存在短路故障，若否，生成第一信号，若是，生成第二信号；
开关单元2，用于在接收到第一信号后导通，使能馈式牵引供电装置控制保护模块1和轨道交通供电***断开；还用于在接收到第二信号后关断，使保护模块1的直流侧的短路冲击电流通过保护模块1泻放至直流侧短路点。
作为一种优选的实施例，保护模块1为整流器。
一般的，当能馈式牵引供电装置接入轨道交通供电***时，保护模块1和轨道交通供电***断开，这里的断开是指使保护模块1退出轨道交通供电***，不会有能量经过保护模块1的交流侧流到其直流侧。举例说明，若保护模块1为整流器，整流器用于将三相交流电转换为直流电，假设能馈式牵引供电装置为整流逆变器中的三相全控整流器，保护模块1为整流器中的三相二极管不控器，三相全控整流器中的整流器件可以为晶闸管、GTO、IGBT、IGCT等功率开关器件，以整流器件为IGBT管为例，当开关单元2导通，三相全控整流器接入轨道交通供电***中，由于三相全控整流器中的IGBT管可控，因此可以通过控制IGBT管将轨道交通供电***中的直流母线电压抬升至大于轨道交通供电***的交流侧的三相交流电压的峰值，使三相二极管不控器的直流侧的电压高于其交流侧的电压，从而控制三相二极管不控器中的二极管截止，保证不会有能量经三相二极管不控器的交流侧流到其直流侧。
具体的，监测模块3获取直流侧的第一运行参数，根据第一运行参数判断直流侧是否存在短路故障，可以理解的是，第一运行参数不同，其对应的判断直流侧是否存在短路故障的判断条件也不同。如果监测模块3判定直流侧不存在短路故障，监测模块3一直输出第一信号至开关单元2，保障轨道交通供电***可以实现电能在交流侧和直流侧之间的双向转换；如果判定直流侧存在短路故障，监测模块3输出第二信号至开关单元2，此时由于开关单元2断开，使能馈式牵引供电装置退出轨道交通供电***，保护模块1可以正常工作，为直流侧的短路冲击电流提供电流泻放通路，从而避免能馈式牵引供电装置承受短路冲击电流。
可以理解的是，三相交流电网在同一时刻一相电压高，一相电压低，当直流侧存在短路故障时，直流侧短路点、保护模块1、三相交流电网电压最低的一相、三相交流电网电压最高的一相形成电流泻放通路，参照图4所示，C为三相交流电网电压最低的一相，A为三相交流电网电压最高的一相。
当然，整流器除了可以为三相二极管不控器，还可以为两相整流器或其他可以实现相同功能的整流器，本发明在此不做限定。
综上所述，本发明所提供的能馈式牵引供电装置并接一套保护***，在轨道交通供电***的直流侧正常工作时，保护模块1没有电流流过，在轨道交通供电***直流侧发生短路时，将能馈式牵引供电装置从轨道交通供电***中切出，让短路冲击电流通过保护模块1泻放至直流侧短路点，可靠地保护了能馈式牵引供电装置。
本发明提供了一种能馈式牵引供电装置的保护***，包括保护模块，开关单元，监测模块，其中：开关单元的第一端和能馈式牵引供电装置的直流侧连接，开关单元的第二端和保护模块的直流侧连接，保护模块的直流侧与直流触网连接，保护模块的交流侧和能馈式牵引供电装置的交流侧连接，其公共端与三相交流电网连接；监测模块，用于获取保护模块的直流侧的第一运行参数，并根据第一运行参数判断保护模块的直流侧是否存在短路故障，若否，生成第一信号，若是，生成第二信号；开关单元，用于在接收到第一信号后导通，使能馈式牵引供电装置控制保护模块和轨道交通供电***断开；还用于在接收到第二信号后关断，使保护模块的直流侧的短路冲击电流通过保护模块泻放至直流侧短路点。
可见，在实际应用中，采用本发明的方案，在保护模块的直流侧发生短路故障时，通过监测模块控制开关单元关断，使能馈式牵引供电装置从轨道交通供电***中切出，由保护模块提供电流泻放通路，使能馈式牵引供电装置直流侧的短路冲击电流通过保护模块的泻放至直流侧短路点，从而避免短路冲击电流损坏能馈式牵引供电装置，保障能馈式牵引供电装置的正常工作。
在上述实施例的基础上：
作为一种优选的实施例，开关单元2为功率开关器件。
作为一种优选的实施例，该保护***还包括关断模块4，用于在接收到第二信号后向开关单元2输出反向电压，以控制开关单元2关断。
具体的，开关单元2为功率开关器件，如晶闸管或IGBT或GTO等功率开关器件时，开关单元2两端还并联有关断模块4，参照图5所示，当关断模块4接收到监测模块3发送的第二信号后，立刻向开关单元2输出一个反向电压，使开关单元2迅速关断，从而保证能馈式牵引供电装置可以从轨道交通供电***中迅速切出，进一步提高本发明所提供的保护***的可靠性。
保护模块1关断模块4开关单元2开关单元2作为一种优选的实施例，监测模块3还用于：
获取保护模块1的直流侧的第二运行参数，并根据第二运行参数判断保护模块1的直流侧是否存在短路故障，若否，生成第一信号，若是，生成第二信号。
具体的，本发明还获取了保护模块1的直流侧的第二运行参数，这一步骤也可以看作是获取直流侧两个位置的运行参数，即第一运行参数为直流侧第一位置的运行参数，第二运行参数为直流侧第二位置的运行参数，是一种冗余操作，可以理解的是，第一运行参数和第二运行参数都是通过其各自的采集装置采集并发送至监测模块3的，当其中一个采集装置出现异常，监测模块3也可以通过另一个采集装置采集到的运行参数去判断直流侧是否出现短路故障，进一步提高了本发明所提供的保护***的可靠性。
作为一种优选的实施例，第一运行参数为第一电流值，第二运行参数为第二电流值。
作为一种优选的实施例，根据第一运行参数判断保护模块1是否存在短路故障，若否，生成第一信号，若是，生成第二信号的过程具体为：
判断第一电流值是否大于第一预设值，若否，生成第一信号，若是，生成第二信号；
相应的，根据第二运行参数判断保护模块1的直流侧是否存在短路故障，若否，生成第一信号，若是，生成第二信号的过程具体为：
判断第二电流值是否大于第一预设值，若否，生成第一信号，若是，生成第二信号。
作为一种优选的实施例，根据第一运行参数判断保护模块1的直流侧是否存在短路故障，若否，生成第一信号，若是，生成第二信号的过程具体为：
根据第一电流值得到第一电流变化率，判断第一电流变化率是否大于第二预设值，若否，生成第一信号，若是，生成第二信号；
相应的，根据第二运行参数判断保护模块1的直流侧是否存在短路故障，若否，生成第一信号，若是，生成第二信号的过程具体为：
根据第二电流之得到第二电流变化率，判断第二变化率是否大于第二预设值，若否，生成第一信号，若是，生成第二信号。
具体的，运行参数可以为直流侧的电流值，参照图6所示，第一运行参数记为第一电流值Idc1，对应的采集装置为H1，第二运行参数记为第二电流值Idc2，对应的采集装置为H2，以第一电流值Idc1为例，监测模块3判断直流侧发生短路的条件可以有多种，一般的，直流侧的电流过大或变化过快均可以说明直流侧发生短路故障，因此，可以采取以下两种方法进行判断，一是判断第一电流值是否大于第一预设值，如果大于，说明直流侧存在短路故障，二是判断第一电流值的变化率是否大于第二预设值，若是，说明直流侧存在短路故障，在通过第二电流值Idc2判断直流侧是否存在短路故障时，同理。
当然，除了可以通过直流侧电流值以及上述两种方法，还可以通过其他运行参数以及其他方法来判断直流侧是否发生短路故障，满足实际工程需要即可，本发明在此不做限定。
作为一种优选的实施例，该保护***还包括：
报警模块，用于在接收到第二信号后发出警报。
具体的，当监测模块3判定直流侧发生短路故障，还会向报警模块发送第二信号，报警模块在接收到第二信号后，会发出警报，以提醒工作人员注意直流侧的短路冲击电流情况，同时工作人员可以结合轨道交通供电***中的其他运行参数，来判断当前的轨道交通供电***是否需要人工干预调整，从而进一步保证本保护***的安全性。
一般的，报警模块可以为指示灯或者蜂鸣器，本发明对此不做限定。
相应的，本发明还提供了一种轨道交通供电***，包括如上文任意一项的能馈式牵引供电装置的保护***。
对于本发明所提供的一种轨道交通供电***的介绍请参照上述实施例，本发明在此不再赘述。
本说明书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。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种能馈式牵引供电装置的保护***，其特征在于，包括保护模块，开关单元，监测模块，其中：
所述开关单元的第一端和能馈式牵引供电装置的直流侧连接，所述开关单元的第二端和所述保护模块的直流侧连接，所述保护模块的直流侧与直流触网连接，所述保护模块的交流侧和所述能馈式牵引供电装置的交流侧连接，所述保护模块和所述能馈式牵引供电装置的公共端与三相交流电网连接；
所述监测模块，用于获取所述保护模块的直流侧的第一运行参数，并根据所述第一运行参数判断所述保护模块的直流侧是否存在短路故障，若否，生成第一信号，若是，生成第二信号；
所述开关单元，用于在接收到所述第一信号后导通，使所述能馈式牵引供电装置控制所述保护模块和轨道交通供电***断开；所述开关单元，还用于在接收到所述第二信号后关断，使所述保护模块的直流侧的短路冲击电流通过所述保护模块泻放至直流侧短路点。
2.根据权利要求1所述的能馈式牵引供电装置的保护***，其特征在于，所述开关单元为功率开关器件。
3.根据权利要求1所述的能馈式牵引供电装置的保护***，其特征在于，所述保护模块为整流器。
4.根据权利要求2所述的能馈式牵引供电装置的保护***，其特征在于，该保护***还包括关断模块，用于在接收到所述第二信号后向所述开关单元输出反向电压，以控制所述开关单元关断。
5.根据权利要求1所述的能馈式牵引供电装置的保护***，其特征在于，所述监测模块还用于：
获取所述保护模块的直流侧的第二运行参数，并根据所述第二运行参数判断所述保护模块的直流侧是否存在短路故障，若否，生成所述第一信号，若是，生成所述第二信号。
6.根据权利要求5所述的能馈式牵引供电装置的保护***，其特征在于，所述第一运行参数为第一电流值，所述第二运行参数为第二电流值。
7.根据权利要求6所述的能馈式牵引供电装置的保护***，其特征在于，所述根据所述第一运行参数判断所述保护模块的直流侧是否存在短路故障，若否，生成第一信号，若是，生成第二信号的过程具体为：
判断所述第一电流值是否大于第一预设值，若否，生成第一信号，若是，生成第二信号；
相应的，所述根据所述第二运行参数判断所述保护模块的直流侧是否存在短路故障，若否，生成所述第一信号，若是，生成所述第二信号的过程具体为：
判断所述第二电流值是否大于所述第一预设值，若否，生成所述第一信号，若是，生成所述第二信号。
8.根据权利要求6所述的能馈式牵引供电装置的保护***，其特征在于，所述根据所述第一运行参数判断所述保护模块的直流侧是否存在短路故障，若否，生成第一信号，若是，生成第二信号的过程具体为：
根据所述第一电流值得到第一电流变化率，判断所述第一电流变化率是否大于第二预设值，若否，生成第一信号，若是，生成第二信号；
相应的，所述根据所述第二运行参数判断所述保护模块的直流侧是否存在短路故障，若否，生成所述第一信号，若是，生成所述第二信号的过程具体为：
根据所述第二电流值得到第二电流变化率，判断所述第二电流变化率是否大于所述第二预设值，若否，生成所述第一信号，若是，生成所述第二信号。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的能馈式牵引供电装置的保护***，其特征在于，该保护***还包括：
报警模块，用于在接收到所述第二信号后发出警报。
10.一种轨道交通供电***，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的能馈式牵引供电装置的保护***。
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- 2018-06-08 CN CN201810589422.5A patent/CN108899893B/zh active Active
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| CN108899893A (zh) | 2018-11-27 |
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| PB01 | Publication | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 361000 Ma Long Road 457, Torch Garden, Xiamen Torch High-tech Zone, Fujian Province Applicant after: Kehua Hengsheng Co., Ltd. Applicant after: Kehua Technology Co., Ltd., Zhangzhou Address before: 361000 torch garden, torch high tech Zone, Xiamen, Fujian 457 Applicant before: Xiamen Kehua Hengsheng Co., Ltd. Applicant before: Kehua Technology Co., Ltd., Zhangzhou |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Du Wei Inventor after: Xie Qiyuan Inventor after: Dai Yonghui Inventor after: Chou Jianxi Inventor after: Wang Yongpeng Inventor before: Chou Jianxi Inventor before: Du Wei Inventor before: Xie Qiyuan Inventor before: Dai Yonghui Inventor before: Wang Yongpeng |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 361000 Ma Long Road 457, Torch Garden, Xiamen Torch High-tech Zone, Fujian Province Patentee after: Kehua Data Co.,Ltd. Patentee after: ZHANGZHOU KEHUA TECHNOLOGY LIMITED BY SHARE Ltd. Address before: 361000 Ma Long Road 457, Torch Garden, Xiamen Torch High-tech Zone, Fujian Province Patentee before: XIAMEN KEHUAHENGSHENG LIMITED BY SHARE Ltd. Patentee before: ZHANGZHOU KEHUA TECHNOLOGY LIMITED BY SHARE Ltd. |