CN117977519A - 抗晃电*** - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种抗晃电***。该***包括电池储能单元、***保护单元和充电管理单元，所述电池储能单元的输出端适于并联耦接到外部的共母线***中的直流母线的正极、负极；***保护单元包括第一封锁子单元，所述第一封锁子单元耦接在所述电池储能单元的输出端且被配置为若电源电压小于第一预定阈值则进入导通状态，并且若在之后电源电压恢复至正常则进入封锁状态；充电管理单元包括充电子单元和管理子单元，所述充电子单元被配置为根据管理子单元的启动指令为所述电池储能单元充电。本申请实施例完全独立于共母线***，在保证至少重要设备的逆变器正常运行的同时不干扰共母线***的工作。

Description

抗晃电***

技术领域

本发明涉及变频调速***及其供电保护技术领域，尤其涉及一种抗晃电***。

背景技术

现代工业企业生产过程，“电源”是一切设备运行的首要条件，“电源”的稳定性决定了生产能否顺利进行。虽然近些年来随着我国各种能源设施变电站的建设，常被诟病的“电网不稳”问题已经得到了极大的缓解。但在，很多地方由于新建工厂、生产扩容等导致电网设计容量不足、或发电机容量不足、或大型设备故障等因素导致电源瞬间跌落继而又恢复(俗称“晃电”)的情况还是时有发生，这种电源的瞬变不只是电压发生突变，相位也有可能改变，从而导致驱动***触发电源故障停机。而每次由于电源故障导致产线上重要设备的停机都会使企业遭受巨大损失。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种抗晃电***，用于至少部分地解决上述技术问题。

第一方面，本发明提供了一种抗晃电***，包括：

电池储能单元，所述电池储能单元的输出端适于并联耦接到外部的共母线***中的直流母线的正极、负极；

包括第一封锁子单元的***保护单元，所述第一封锁子单元耦接在所述电池储能单元的输出端且被配置为若电源电压小于第一预定阈值则进入导通状态，并且若在之后电源电压恢复至正常则进入封锁状态；

包括充电子单元和管理子单元的充电管理单元，所述充电子单元被配置为根据管理子单元的启动指令为所述电池储能单元充电。

在一种可能的实现方式中，所述充电子单元耦接在为外部的共母线***供电的电源与所述电池储能单元之间，所述充电子单元还被配置为采集电源电压；

所述管理子单元还被配置为将所述充电子单元采集的电源电压发送至所述***保护单元，以及在所述第一封锁子单元进入封锁状态后启动所述充电子单元为所述电池储能单元充电。

在一种可能的实现方式中，所述管理子单元还被配置为若在之后电源电压恢复正常，则将采集到的外部的共母线***中直流母线的当前电压发送至所述第一封锁子单元；

所述第一封锁子单元还被配置为若在之后电源电压恢复至正常，且接收到的外部的共母线***中直流母线的电压大于第二预定阈值，则进入封锁状态，所述第二预定阈值根据所述电池储能单元在放电状态下的输出电压确定。

在一种可能的实现方式中，所述***保护单元还包括第二封锁子单元，所述第二封锁子单元适于耦接至外部的共母线***中的整流单元的回馈使能端；

所述第二封锁子单元被配置为若电源电压小于所述第一预定阈值则产生封锁信号，并且若在之后所述电源电压恢复正常且采集到的外部的共母线***中直流母线的电压大于所述第二预定阈值则产生的封锁信号停止。

在一种可能的实现方式中，所述抗晃电***还包括电池状态监测单元和/或绝缘状态监测子单元；

所述电池状态监测子单元被配置为检测所述电池储能单元中每一单体电池的状态并根据检测的每一单体电池的状态确定并发布每节电池的故障信息，所述绝缘状态监测子单元被配置为检测所述直流母线的绝缘状态。

在一种可能的实现方式中，所述***保护单元还包括放电保护子单元，所述放电保护子单元被配置为若在所述第一封锁子单元进入导通状态后的第一预定时长内电源电压仍小于所述第一预定阈值则产生并输出第一报警信号，并且若在所述第一封锁子单元进入导通状态后的第二预定时长内电源电压仍小于所述第一预定阈值则产生并输出第二报警信号，所述第一预定时长小于所述第二预定时长。

在一种可能的实现方式中，所述第一封锁子单元还被配置为若在所述第一封锁子单元进入导通状态后的第三预定时长内的任一时刻电源电压恢复至正常则进入封锁状态，所述第三预定时长等于所述电池储能单元在所述第一封锁子单元进入导通状态前的可持续供电时长，所述第二预定时长小于所述第三预定时长。

在一种可能的实现方式中，所述电池储能单元中的电池容量根据所述电池储能单元中电池的放电系数以及外部的共母线***中的总需求功率、功率折算系数、逆变器输入输出两侧的电压调整系数和逆变器输出侧的电压确定得到。

在一种可能的实现方式中，所述电池储能单元采用铅酸电池、锂电池、镉镍电池、钛酸锂电池。

在本申请的实施例中，电源晃电发生时，电池储能单元直接自动连接在共母线***的直流母线上，一方面通过维持直流母线的电压在合适的水平来保证重要设备的逆变器正常运行(不减载、不降速)，在保证重要设备的逆变器正常运行的同时不干扰共母线***的工作，另一方面在电池储能单元放电过程中，没有其他设备参与放电过程，不存在***响应时间的问题。同时，在晃电后电源恢复至正常，抗晃电***不占用原有***的负荷资源、不影响共母线***的负荷能力。另外，电池储能单元采用铅酸免维护电池等，解决了现有方案中采用电容储能带来的全部问题和不确定性。进一步地，在***中的电池储能单元放电时，设置两级过放电保护环节，避免电池过放电影响电池寿命。此外，对于不同的影响场景的不同需求，提出了共母线***所需电池储能单元的能量的计算方法，可以选择适配能量的电池，在满足所应用场景的实际需求的抗晃电时间的同时，避免浪费，节约成本。

附图说明

图1是根据发明的一个实施例的抗晃电***的结构示意图。

图2是根据发明的另一个实施例的抗晃电***的结构示意图。

图3是根据发明的一个实施例的充电管理单元、第一封锁子单元与电池储能单元的电路连接图。

附图标记列表：

100、抗晃电***； 110、电池储能单元；

120、***保护单元； 122、第一封锁子单元；

124、放电保护子单元； 126、第二封锁子单元；

130、充电管理单元； 132、充电子单元；

134、管理子单元； 140、状态监测单元；

142、电池状态监控子单元； 144、绝缘状态监控子单元；

200、电源； 300、共母线***；

302、整流单元； 304、逆变器；

a、充电电压； b、充入电量；

c、充电电流。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图和实施例，对本申请进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他技术方案，都属于本申请保护的范围。

图1示出了本发明的一个实施例的抗晃电***100。如图1所示，***100包括电池储能单元110、***保护单元120和充电管理单元130。

如图1所示，***保护单元120可以包括第一封锁子单元122，第一封锁子单元122耦接在电池储能单元110的输出端且被配置为若电源200电压小于第一预定阈值则进入导通状态，并且若在之后电源200电压恢复至正常则进入封锁状态。可以理解，本申请中第一封锁子单元122可以由比较单元和可控开关单元组成的硬件电路实现，也可以配置在控制器中的软件实现。

其中，“若在之后电源200电压恢复至正常则进入封锁状态”，例如可以进一步实现为：若接收到指示电源200电压恢复至正常的信号则进入封锁状态；例如还可以进一步实现为：若接收到当前时刻或时间段内电源200电压大于一阈值(指示电源200电压恢复至正常的阈值)则进入封锁状态。考虑到共母线***的正常生产过程中的正常电压波动的情况，第一预定阈值不应设置太大。

如图1所示，充电管理单元130包括充电子单元132和管理子单元134，充电子单元132被配置为根据管理子单元134的启动指令为电池储能单元110充电，例如，在第一封锁子单元122进入封锁状态后立即启动或一定时间段内充电子单元132为电池储能单元110充电。其中，充电子单元132例如但不限于可以采用适配于所采用电池的充电装置、整流装置(例如SINAMICSDC Master 6RA80系列产品、调整型整流单元302ALM等电流电压可控型整流装置)等。

本实施例的抗晃电***100例如可以应用到共母线***，包括但不限于图2示出的交直交电压型共母线变频***300。如图2所示，共母线***300至少包括整流单元302和分别并联耦接在整流单元302的输出直流母线的正极、负极上的若干逆变器304，整流单元302的输入端接入电源200(例如但不限于电网、配电箱)，电池储能单元110的输出端并联耦接到外部的共母线***300中的直流母线的正极、负极，第一封锁子单元122耦接在电池储能单元110的输出端与外部的共母线***300中的直流母线之间。为了简洁，图2中仅示出一个逆变器，但是本申请的共母线***300中的逆变器也可能是任意多台。

本申请的实施例，在电源200晃电发生时，利用电池储能单元110直接为共母线***300的直流母线下游装置提供能量补偿，通过维持直流母线的电压在合适的水平来保证重要设备的逆变器304正常运行(不减载、不降速)，在保证重要设备的逆变器304正常运行的同时不干扰共母线***300的工作。同时，在晃电后电源200恢复至正常，抗晃电***100不占用原有***的负荷资源、不影响共母线***300的负荷能力。并且，由于电池储能单元110直接耦接在直流母线上，没有其他设备参与放电过程，不存在***响应时间的问题。

本申请的实施例中，充电子单元132与外部的共母线***300可以接入同一电源200(例如同一变压器输出端)，也可以接入不同的电源200(例如不同变压器输出端)。

首先，在接入同一电源200的实施例中，充电子单元132耦接在为外部的共母线***300供电的电源200与电池储能单元110之间，充电子单元132还被配置为采集电源200电压，并且管理子单元134还被配置为将充电子单元132采集的电源200电压发送至***保护单元120。图2示出了充电子单元132与外部的共母线***300接入同一电源200的情况。

其次，在外部的共母线***300接入第一电源200、充电子单元132接入第二电源200的实施例中，抗晃电***100还可以包括电压采集与发送单元，用于采集第一电源200的电压并将采集的第一电源200的电压发送至***保护单元120。并且，在此应用场景下，抗晃电***100中的充电子单元132还可以被配置在为给直流母线供电的放电过程中，还可以同时为电池储能单元110充电；例如但不限于，当接收到来自放电保护子单元124的第一或第二报警信号时为电池储能单元110充电。

可选地，电池储能单元110在放电时输出到直流母线上的电压(例如，只要满足重要设备不减载不减速运动即可)可以被配置为略小于通过电源200供电经由整流单元302输出的直流母线的电压。进一步地，管理子单元134还被配置为若在之后电源200电压恢复正常，则将采集到的外部的共母线***300中直流母线的当前电压发送至第一封锁子单元122，第一封锁子单元122还被配置为若在之后电源200电压恢复至正常且接收到的外部的共母线***300中直流母线的电压大于第二预定阈值，则进入封锁状态，其中第二预定阈值根据电池储能单元110在放电状态下的输出电压确定。由于晃电期间可能会引起整流单元302本身故障，这样可以在再次接入电源200电压前首先确保整流单元302不存在故障，提高***的可靠性。

可以理解，共母线***300中的整流单元302可能是回馈型的也可能是非回馈型的。在回馈型整流单元302(例如SINAMICS SLM)的应用场景中，为了避免电源200晃电期间电池通过SLM向电源200馈电，过渡耗费电池的能量，设置封锁回馈环节及时封锁其回馈功能；具体的，***保护单元120还可以可选地包括第二封锁子单元126，如图2所示，第二封锁子单元126适于耦接至外部的共母线***300中的整流单元302的回馈使能端，第二封锁子单元126被配置为若电源200电压小于第一预定阈值则产生封锁信号，并且若在之后电源200电压恢复正常且采集到的外部的共母线***300中直流母线的电压大于第二预定阈值则产生的封锁信号停止。在实际应用中，例如可以利用回馈型整流单元302原有资源将第二封锁子单元126配置在回馈型整流单元302，也可以独立于回馈型整流单元302单独设置。并且，可以理解，本申请中第二封锁子单元126可以由比较单元和触发单元组成的硬件电路实现，也可以配置在控制器中的软件实现。

可选地，***保护单元120还包括放电保护子单元124，放电保护子单元124被配置为若在第一封锁子单元122进入导通状态后的第一预定时长内电源200电压仍小于第一预定阈值则产生并输出第一报警信号，并且若在第一封锁子单元122进入导通状态后的第二预定时长内电源200电压仍小于第一预定阈值则产生并输出第二报警信号，第一预定时长小于第二预定时长。此处设置两级过放电保护环节，可以避免电池过放电影响电池寿命；另外可以理解，若电池电压第二预定时长内仍不能恢复，为保障重要设备的运行，电池持续放电至能量耗尽后退出***运行。

其中，示例性地，抗晃电***100还可以包括报警装置，放电保护子单元124输出第一和第二报警信号至报警装置或监控装置进行不同程度的报警，以提醒工作人员进行处理。

可选地，第一封锁子单元122还被配置为若在第一封锁子单元122进入导通状态后的第三预定时长内的任一时刻电源200电压恢复至正常则进入封锁状态，第三预定时长等于电池储能单元110在第一封锁子单元122进入导通状态前的可持续供电时长，第二预定时长小于第三预定时长。进一步地，第一封锁子单元122还可选地被配置为若在之后的第三预定时长内的任一时刻电源200电压恢复至正常则进入封锁状态，第三预定时长等于电池储能单元110在第一封锁子单元122进入导通状态前的可持续供电时长，第二预定时长小于第三预定时长。

其中，第一、第二预定时长可以根据需要设置；例如，第三预定时长为25分钟，第一预定时长为15分钟(例如对应电池能量亏损状态的时间阈值)，第二预定时长为20分钟(例如对应电池能量即将耗尽状态的时间阈值)。

可选地，***100还可以包括状态监测单元140，状态监测单元140可以包括电池状态监测子单元142和/或绝缘状态监测子单元144。其中，电池状态监测子单元142被配置为检测电池储能单元110中每一单体电池的状态并根据检测的每一单体电池的状态确定并发布每节电池的故障信息，如此可以及时发布每节电池的故障信息，给维护人员留出足够时间替换，可确保***的安全性和可靠性；其中，绝缘状态监测子单元144被配置为检测直流母线的绝缘状态。

本申请的各实施例中，电池储能单元110例如可以选择电解电容、超级电容等。电池储能单元110例如还可以采用铅酸电池、锂电池、镉镍电池、钛酸锂电池等，并且，较佳地采用铅酸免维护电池。后者与前者电容储能相比，提高***安全性和可靠性。

例如，在采用铅酸电池、锂电池、镉镍电池、钛酸锂电池等的示例中，可以根据电池储能单元110中电池的放电系数K₁以及外部的共母线***300中的总需求功率P、功率折算系数K₂、逆变器304输入输出两侧的电压调整系数K₃和逆变器304输出侧电压U确定得到电池储能单元110的所需电池容量C_A。以采用铅酸免维护电池为例，利用电池的放电特征曲线，通过公式可以计算得到既能成功抵抗电源200电压的瞬间跌落，又足以维持整流***恢复期间所需能量的电池容量。其中，放电系数K₁可以根据所选型号的电池放电曲线和用户要求的可持续供电时长确定，功率折算系数K₂根据共母线***300的总需求功率与损耗功率(例如包括逆变器304损耗功率、电机损耗功率等)确定，电压调整系数K₃例如等于1.5U+c，c与逆变器304输入输出两侧压降相关，例如可以在2～3中的值。这样对于不同的影响场景的不同需求，提出了共母线***300所需电池储能单元110的能量的计算方法，可以选择适配能量的电池，在满足所应用场景的实际需求的抗晃电时间的同时，避免浪费，节约成本。

需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本说明书实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本说明书实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

上文通过附图和优选实施例对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施例，基与上述多个实施例本领域技术人员可以知晓，可以组合上述不同实施例中的代码审核手段得到本发明更多的实施例，这些实施例也在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种抗晃电***，其特征在于，所述抗晃电***(100)包括：

电池储能单元(110)，其输出端适于并联耦接到外部的共母线***(300)中的直流母线的正极、负极；

包括第一封锁子单元(122)的***保护单元(120)，所述第一封锁子单元(122)耦接在所述电池储能单元(110)的输出端且被配置为若电源(200)电压小于第一预定阈值则进入导通状态，并且若在之后电源(200)电压恢复至正常则进入封锁状态；

包括充电子单元(132)和管理子单元(134)的充电管理单元(130)，所述充电子单元(132)被配置为根据管理子单元(134)的启动指令为所述电池储能单元(110)充电。

2.根据权利要求1所述的抗晃电***，其特征在于，所述充电子单元(132)耦接在为外部的共母线***(300)供电的电源(200)与所述电池储能单元(110)之间，所述充电子单元(132)还被配置为采集电源(200)电压；

所述管理子单元(134)还被配置为将所述充电子单元(132)采集的电源(200)电压发送至所述***保护单元(120)，以及在所述第一封锁子单元(122)进入封锁状态后启动所述充电子单元(132)为所述电池储能单元(110)充电。

3.根据权利要求2所述的抗晃电***，其特征在于，所述管理子单元(134)还被配置为若在之后电源(200)电压恢复正常，则将采集到的外部的共母线***(300)中直流母线的当前电压发送至所述第一封锁子单元(122)；

所述第一封锁子单元(122)还被配置为若在之后电源(200)电压恢复至正常，且接收到的外部的共母线***(300)中直流母线的电压大于第二预定阈值，则进入封锁状态，所述第二预定阈值根据所述电池储能单元(110)在放电状态下的输出电压确定。

4.根据权利要求3所述的抗晃电***，其特征在于，所述***保护单元(120)还包括第二封锁子单元(126)，所述第二封锁子单元(126)适于耦接至外部的共母线***(300)中的整流单元(302)的回馈使能端；

所述第二封锁子单元(126)被配置为若电源(200)电压小于所述第一预定阈值则产生封锁信号，并且若在之后所述电源(200)电压恢复正常且采集到的外部的共母线***(300)中直流母线的电压大于所述第二预定阈值则产生的封锁信号停止。

5.根据权利要求1中所述的抗晃电***，其特征在于，所述抗晃电***(100)还包括状态监测单元(140)；

所述状态监测单元(140)包括电池状态监测单元(142)和/或绝缘状态监测子单元(144)；

所述电池状态监测子单元(142)被配置为检测所述电池储能单元(110)中每一单体电池的状态并根据检测的每一单体电池的状态确定并发布每节电池的故障信息，所述绝缘状态监测子单元(144)被配置为检测所述直流母线的绝缘状态。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的抗晃电***，其特征在于，所述***保护单元(120)还包括放电保护子单元(124)，所述放电保护子单元(124)被配置为若在所述第一封锁子单元(122)进入导通状态后的第一预定时长内电源(200)电压仍小于所述第一预定阈值则产生并输出第一报警信号，并且若在所述第一封锁子单元(122)进入导通状态后的第二预定时长内电源(200)电压仍小于所述第一预定阈值则产生并输出第二报警信号，所述第一预定时长小于所述第二预定时长。

7.根据权利要求6所述的抗晃电***，其特征在于，所述第一封锁子单元(122)还被配置为若在所述第一封锁子单元(122)进入导通状态后的第三预定时长内的任一时刻电源(200)电压恢复至正常则进入封锁状态，所述第三预定时长等于所述电池储能单元(110)在所述第一封锁子单元(122)进入导通状态前的可持续供电时长，所述第二预定时长小于所述第三预定时长。

8.根据权利要求1所述的抗晃电***，其特征在于，所述电池储能单元(110)中的电池容量根据所述电池储能单元(110)中电池的放电系数以及外部的共母线***(300)中的总需求功率、功率折算系数、逆变器(304)输入输出两侧的电压调整系数和逆变器(304)输出侧的电压确定得到。

9.根据权利要求8所述的抗晃电***，其特征在于，所述电池储能单元(110)采用铅酸电池、锂电池、镉镍电池、钛酸锂电池。