CN112771745B - 直流配电*** - Google Patents

Abstract

在去除现有熔断器的短路发生点时，由于熔断器的特性，不能确保在短路时各个熔断器的熔断时间上的协调。为了解决这样的技术问题，设置了具有在短路时限制流过配电线(26)的电流并在一定时间内使额定电流以上的电流流过配电线(26)的恒定功率下垂特性的转换器(12)、以及具有检测额定电流以上的电流并在一定时间内阶段式打开开关器(171、271)的动作特性的继电器(181、281)。

Description

直流配电***

技术领域

本申请涉及直流配电***。

背景技术

近年来，向大楼、工厂或车站等负载供给直流电的直流配电***受到关注。在现有的交流配电***中，发生短路时，通过过电流保护继电器检测异常电流，通过断路器或类似于断路器的设备将短路发生点与健全的配电***切断，由此形成了即使短路后、健全***也继续供电的***(例如则参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2016-224050号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

但是，在以往的数据中心或通信站等的直流配电***中，一般会通过熔断器去除短路发生点，但在熔断器的特性上，在从供电部到负载的路径上设置有2处以上的情况下，在短路时的各个熔断器的熔断时间内不能确保协调。

因此，一般在从供电部到负载的路径上设置一个熔断器，但在短路时，通过熔断器将负载侧从***切断，因此根据熔断器的设置位置不同，停电范围也可能会变大。

本申请是为了解决上述问题而进行的，其目的在于提供在短路发生时减少停电范围、能够稳定供电的直流配电***。

解决技术问题所采用的技术方案

本申请所公开的直流配电***包括：将来自电源的电力转换为直流电的转换器；进行分岔以用于从该转换器向多个负载供给电的多个配电线；连接在转换器与配电线的分岔之间、并对电路进行开关的第一开关器；连接在分岔与负载之间、并对电路进行开关的第二开关器；打开第一开关器的第一继电器；以及打开第二开关器的第二继电器，其特征在于，转换器具有在短路时限制流过配电线的电流并在一定时间内使额定电流以上的电流流过配电线的恒定功率下垂特性，第一继电器和第二继电器具有检测额定电流以上的电流并在一定时间内阶段式打开第一开关器和第二开关器的动作特性。

发明效果

根据本申请所公开的直流配电***，能在短路发生时可靠地打开电路，并且减少停电范围，从而提供稳定的电源。

附图说明

图1是实施方式1的直流配电***的结构概念图。

图2是实施方式1所涉及的转换器的结构概念图。

图3是表示实施方式1所涉及的转换器的恒定功率下垂特性的图。

图4是表示实施方式1所涉及的电流限制控制部的硬件结构的一个示例的图。

图5是表示电流限制装置的下垂特性的一个示例的图。

图6是表示实施方式1所涉及的转换器的短时间耐电流特性的一个示例的特性图。

图7是实施方式1的直流配电***的另一个结构概念图。

图8是表示实施方式2所涉及的转换器的恒定功率下垂特性的图。

图9是示出实施方式2所涉及的继电器的过电流动作曲线的图。

图10是实施方式4的直流配电***的结构概念图。

具体实施方式

下面，参照附图对本申请所涉及的功率控制装置的优选的实施方式进行说明。另外，对相同内容及相当部分配置相同标号，并省略其详细说明。在以后的实施方式中也同样，对标注相同标号的结构省略重复的说明。

实施方式1

图1表示应用了本申请的实施方式1的直流配电***的结构的一个示例。通过转换器12将由电室1内的商用电源11供给的交流电转换为直流电。转换后的直流电经由连接到转换器12的开关器171通过配电线26输送到电室2。在电室2内，从配电线26分支出配电线27。因此，经由连接到配电线26和配电线27的开关器271、272，分别向负载241、242供电。开关器171、271、272在产生短路电流时打开以切断该短路电流。在分别连接有开关器171、271、272的配电线26、27的前级连接有继电器181、281、282，继电器181、281、282检测短路电流，向开关器171、271、272输出触发指令(开放指令)。

来自转换器12的输出也与被分岔连接的开关器172、173进行输电连接，构成为来自转换器12的输出从开关器172经由配电线162配电给电室3，并从开关器173经由配电线163配电给电室4。另外，由于电室3、电室4的结构与电室2是相同的电路结构，因此省略说明。

如图2所示，转换器12由将交流电转换为直流电的整流部100、和限制来自整流部100的输出电流的电流限制装置200构成。电流限制装置200由开关元件构成，由抑制输出电流的电流限制部201、测定输出电流的电流传感器202、测定输出电压的电压传感器203、以及电流限制控制单元204构成，电流限制控制单元204根据由电流传感器202测定出的电流测量值和由电压传感器203测定出的电压测定值，进行对如在预先设定的最大输出电流设定值以下那样的开关信号进行计算的运算。通过这样的结构，转换器12具有下述特性：通过基于来自电流限制控制部204的开关信号，电流限制部201的开关元件进行动作，从而在短路时也维持图3那样的下垂特性，即，到额定电流为止维持规定的电压，若超过额定电流则输出电压Vout向右斜下方下降。该输出电压的下降是在过负载状态或短路发生时，在图1所示的地点15产生超过额定电流的大电流时，使输出电压如图3所示向右斜下方急速下降，以使过大的电能不流向开关器171、271等。

图4表示电流限制控制部204的硬件的一个示例。由处理器2041及存储装置2042构成，虽未图示，但存储装置2042具备随机存取存储器等易失性存储装置、和闪存等非易失性辅助存储装置。另外，也可以具备硬盘这样的辅助存储装置以代替闪存。处理器2041执行从存储装置2042输入的程序，并执行上述功能的一部分或全部。该情况下，从辅助存储装置经由易失性存储装置向处理器2041输入程序。另外，处理器2041可以将运算结果等数据输出至存储装置2042的易失性存储装置，也可以经由易失性存储装置将数据保存至辅助存储装置。

如图5所示，如果为了转换器12本身的过电流保护而通过所谓的フ字形的降低来抑制电流，则不能供给例如将熔断器熔断程度的能量，因此不能将健全的***与短路发生点切断，从而导致转换器12停止，直流配电***整体可能发生停电。因此，设有恒定功率下垂特性，该恒定功率下垂特性将输出电流抑制到短时间过电流以下，使得如果在短路时为额定电流以上的电流，并且转换器12在一定时间以下，例如2秒以下，则即使流过电流，也能够维持功能而不发生故障。具体而言，短时间过电流以下是由转换器12内部的整流部100的半导体元件的耐量决定的，因此，虽然每个转换器12的设备构成不同，但设定为在额定电流以上，到额定电流的约20倍左右的电流值。

由此，当在图1所示的地点25处发生了短路的情况下，确保在开关器271、272进行用于切断过电流的打开动作的第一时间限制之后开关器171～173能够进行打开动作的程度的第二时间限制。该第一和第二时间限制差检测过电流，考虑到开关器271、272的主触点断开为止，设为转换器12持续流过额定电流以上的电流至少0.1秒以上即可。此外，考虑到设备的故障，将持续流过电流的时间设定在设备不发生故障的范围内，例如2秒以下即可。

在开关器271、272的更靠负载侧设置有开关器的***中，为了确保开关器271、272与设置在开关器271、272的更靠负载侧的开关器之间的动作时间限制差、以及开关器171～173与开关器271、272之间的动作时间限制差，设为转换器12持续流过额定电流以上的电流至少0.2秒以上即可。

图6是表示转换器12的短时间耐电流特性的一个示例的特性图，在横轴上表示通电时间t，在纵轴上表示输出电流Iout。斜线部表示能够容许的短时间耐电流的范围。继电器181～183、281、282具备在沿着曲线部T的短时间耐电流流过时进行动作的特性，从而能够可靠地输出触发指令，使开关器171～173、271、272动作，保护直流配电***。

在图1中说明具有如以上说明那样的下垂特性的转换器12和具有继电器181～183、281、282的直流配电***的动作。

在图1中，在地点25处产生短路时，从转换器12经由电室1内的开关器171和电室2内的开关器271，额定电流以上的短路电流最大流过2秒。在该期间内，利用继电器181和继电器281来检测短路电流，但是，设定为使继电器181的过电流动作时间比继电器281的过电流动作时间慢，从而使得继电器281先动作，并向开关器271输出触发指令，开关器271比开关器171先打开。由此，地点25被从健全的电路切断，成为仅负载241的停电，健全的电路(配电线27)能够继续向负载242进行配电。

另外，在图1中地点15处发生短路的情况下，短路电流从转换器12经由电室1内的开关器171流向地点15。由此，继电器181进行动作，打开开关器171，仅电室2内的负载成为停电。因此，能够持续地对电室3内的负载、电室4内的负载进行配电。

在图1的结构中，设为作为短路电流的检测机构的继电器和根据来自继电器的指令而切断短路电流的开关器的两个设备的结构，但是，也可以是将具有继电器和开关器这两者的功能的设备、例如MCCB(Molded Case Circuit Breaker：塑壳断路器)或熔断器与配电线26或配电线27串联连接的结构。在该情况下，在MCCB的过电流动作特性或熔断器动作特性中，需要确保有短路电流的动作时限。在熔断器的动作特性的情况下，设定为熔断器针对超过能够维持作为开关器的通常的保护功能的上限的电流进行动作。另外，在MCCB的情况下，MCCB的瞬时动作阈值大约是MCCB额定电流的20倍，设定额定电流的约20倍左右的电流值，以作为即使在转换器二次侧附近发生短路时也能够以瞬时要素使MCCB动作的电流值。

由此，在产生短路时，由内置有电流限制装置200的转换器12控制限制短路电流的特性，确保与继电器及开关器的保护协调，不使直流配电***整体停止，能够尽可能限定停电范围。

另外，在图2中，电流限制装置200和整流部100收纳在一个壳中，但是，如图7所示，通过将整流部100和电流限制装置200分别作为独立体构成转换器12，从而能够防止因电流限制装置200的故障而引起的转换器12的损伤，并且可以仅更换电流限制装置而不用更换整个转换器。另外，即使以独立体构成转换器12，也能够对在地点15、地点25处产生的短路，得到与实施方式1相同的效果。

实施方式2

图8表示实施方式2所涉及的转换器12的输出特性(输出电压特性-输出电流特性)。横轴表示输出电流Iout，纵轴表示输出电压Vout。与图3同样地，从输出电流0到额定电流值L以一定的额定电压值输出输出电流，但在超过额定电流值几成的过负载状态或进一步超过过负载状态的短路状态下，输出电流具有低于额定电压的下垂特性。

与实施方式1的图3的特性不同的点是，在图8中，特性线S几乎不是呈直线状地向右下下垂，而是在过负载状态和短路状态的两个阶段下垂。

更具体地说，在过负载状态下，在图8中，从额定电流值L延伸到右侧(正侧)的过负载电流区域、和与其对应的输出电压的关系在特性线S的区域A-B之间变化，将与过负载电流区域G对应的输出电压的区域设为过负载电压区域J。在这样的输出特性中，例如，过负载时的电流I1中的输出电压成为与特性线S的E点的纵轴对应的输出电压值V1。

另外，在短路状态下，短路电流区域和与其对应的输出电压的关系在特性线S的区域C-D的范围内变化，将与短路电流区域H对应的输出电压的区域设为短路电压区域K。在这样的输出特性中，例如短路时的电流I2中的输出电压成为与特性线上的F点的纵轴相对应的输出电压值V2。

这样，使得具备具有如下下垂特性的电流限制功能，即：与过负载电压区域J和短路电压区域K对应地，使输出电流变化为两个阶段，并根据过负载或短路引起的输出电压的降低的程度使输出电流也变化为两个阶段。

另外，在超过输出电流的过负载电流区域G中的最大点(M点)的情况下，为了与过负载状态明确区分，在图8所示的特性线S上，具有使输出电流在区域B-C之间急剧增加的特性。由此，在超过过负载电流区域G中的最大点(M点)的情况下，输出电流值急剧增加，与该直流配电***的特性相对应的短路电流在特性线S上的区域C-D的短路电流区域H的范围内流动。

图9表示对应于图8的图1中所记载的继电器181的过电流动作曲线U和继电器281的过电流动作曲线R的一个示例。纵轴表示继电器的动作开始时刻t，横轴表示图8所示的转换器12的输出电流Iout。继电器281在过负载时的电流I1下，在动作开始时刻t3进行动作，并且在短路时的电流I2下，在动作开始时刻t1进行动作。同样地，继电器181在过负载时的电流I1下，在动作开始时刻t4进行动作，在短路时的电流I2下，在动作开始时刻t2进行动作。这样，在超过额定电流几成的过负载时，将继电器181和继电器281的动作开始时刻t3、t4的差设定为在直流配电***不产生故障的范围的规定时间的范围内，在可能范围内变长，从而维持过负载电流的通电，避免因过负载导致的停电发生的风险。另外，图9的继电器的过电流动作曲线也能够应用于实施方式1。

另外，在发生短路时，缩短动作开始时刻t1、t2的差，依次使继电器181和继电器281动作，尽早保护直流配电***，并且在图1的地点25发生短路的情况下，将继电器281的动作开始时刻t1设定为比继电器181的动作开始时刻时间t2早，从而能够将发生短路时直流配电***的停电范围限制在尽可能小的范围内。

另外，在图9中，设定继电器281的特性曲线，以使得夹着继电器281的过电流动作曲线R的曲率的最大点Q的过负载状态下的动作开始时刻t3与短路状态下的动作开始时刻t1之间的间隔变大，从而使直流配电***的过负载状态下的可通电时间变大，因此能够容易地进行用于限定因直流配电***的短路而导致的停电范围的控制。

此外，上述说明中，已经通过继电器181和继电器281进行了说明，但是图1中的继电器182、183或继电器282也被设定为与上述的继电器181和继电器281之间的相互关系相同的关系。

实施方式3

在图1中为从电室2内的各分岔经由开关器271、272向负载241、242供电的结构，但在从开关器271的输出侧向其他电室的负载进行配电的结构中，也与电室2同样地，通过在设置在其他电室中的继电器、电室1内的继电器181、以及电室2内的继电器281、282之间确保短路电流中的动作时限，从而能够获得相同的效果。

实施方式4

在图1中设为将来自商用电源11的电力转换为直流电的***结构，但如图10所示，在将除商用电源11以外的蓄电介质112、太阳能电池及风力发电机等可再生能源113作为电源、由具有图3或图9那样的下垂特性的转换器122、123构成的***中，对在地点15、地点25产生的短路也能得到与实施方式1或2相同的效果。

虽然本申请记载了各种示例性实施方式和实施例，但是在一个或多个实施方式中记载的各种特征、方式和功能不限于特定实施方式的应用，可以单独地或以各种组合来应用于实施方式。

因此，可以认为未例示的无数变形例也包含在本申请说明书所公开的技术范围内。例如，假设包括对至少一个构成要素进行变形、添加或省略的情况，以及提取至少一个构成要素并与其他实施方式的构成要素进行组合的情况。

标号说明

1、2、3、4电室

11商用电源

12、122、123转换器

26、27、162、163配电线

112蓄电介质

113可再生能源

171、172、173、271、272开关器

181、182、183、281、282继电器

200电流限制装置

201电流限制部

202电流传感器

203电压传感器

204电流限制控制部

241、242负载。

Claims (12)

1.一种直流配电***，包括：

转换器，该转换器将来自电源的电力转换为直流电；

多个配电线，该多个配电线进行分岔以用于从所述转换器向多个负载供电；

第一开关器，该第一开关器连接在所述转换器与所述配电线的分岔之间，对电路进行开关；

第二开关器，该第二开关器连接在所述分岔与所述负载之间，对电路进行开关；

第一继电器，该第一继电器打开所述第一开关器；以及

第二继电器，该第二继电器打开所述第二开关器，所述直流配电***的特征在于，

所述转换器具有在短路时限制流过所述配电线的电流并在一定时间内使额定电流以上的电流流过所述配电线的恒定功率下垂特性，所述第一继电器和所述第二继电器具有检测所述额定电流以上的电流并在所述一定时间内阶段式打开所述第一开关器和所述第二开关器的动作特性，

所述阶段式打开的动作特性是指，在所述分岔与所述负载之间发生短路时，使所述第二开关器比所述第一开关器要先打开，在所述转换器与所述分岔之间发生短路时，使所述第一开关器比所述第二开关器要先打开。

2.如权利要求1所述的直流配电***，其特征在于，

所述一定时间是指所述转换器针对所述额定电流以上的电流能够不发生故障而维持功能在2秒以下的期间。

3.如权利要求1所述的直流配电***，其特征在于，

根据所述额定电流以上的电流值，使所述第一开关器和所述第二开关器的打开时刻不同。

4.如权利要求3所述的直流配电***，其特征在于，

所述电流值越高，所述打开时刻越早。

5.如权利要求1至4中任一项所述的直流配电***，其特征在于，

所述第一继电器连接到所述第一开关器，所述第二继电器连接到所述第二开关器。

6.如权利要求1至4中任一项所述的直流配电***，其特征在于，

所述第一开关器和所述第一继电器由MCCB或熔断器构成。

7.如权利要求1至4中任一项所述的直流配电***，其特征在于，

所述第二开关器和所述第二继电器由MCCB或熔断器构成。

8.如权利要求1至4中任一项所述的直流配电***，其特征在于，

所述电源是利用了商用电源、蓄电池或可再生能源的电源。

9.如权利要求1至4中任一项所述的直流配电***，其特征在于，

所述恒定功率下垂特性在过负载时和短路时的两个阶段下垂。

10.如权利要求9所述的直流配电***，其特征在于，

根据所述过负载时的电压区域和所述短路时的电压区域，将来自所述转换器的输出电流限制在两个阶段。

11.如权利要求10所述的直流配电***，其特征在于，

使所述短路时的输出电流相对于所述过负载时的输出电流增加后下垂。

12.如权利要求9所述的直流配电***，其特征在于，

对于所述第一继电器的过电流动作开始时刻与所述第二继电器的过电流动作开始时刻之间的间隔，所述短路时的所述间隔比所述过负载时的所述间隔要短。