RU2016465C1

RU2016465C1 - D c power supply system

Info

Publication number: RU2016465C1
Application number: SU904794922A
Authority: RU
Inventors: В.Д. Яковлев; О.В. Лейкин
Priority date: 1990-02-26
Filing date: 1990-02-26
Publication date: 1994-07-15

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: D.C. power supply system includes multisectional D.C. generator (solar battery) which power is controlled by shunting with power keys of individual sections connected in parallel and isolated from each other with diodes. Several sections are united into groups with N.O. contacts of relay ahead of diodes between buses of sections. Control (switching on and off) is accomplished with power keys, safety fuse is installed in circuit of each key. System tests presence of short-circuited keys. Thanks to short time connection to each other of several individual section buses into common bus of group by closing of parallel- break contacts of relay (in absence of signals for control over switching on of power keys of given group) short-circuited power keys are automatically excepted. EFFECT: enhanced reliability and efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам электропитания. The invention relates to electrical engineering, in particular to power supply devices.

Известна система электроснабжения с регулируемой мощностью многосекционного источника электроэнергии, например, солнечной батареи (БС), в которой регулятор мощности содержит датчик входного сигнала, связанный с переключателем секций этого источника, и генератор импульсов, имеющий выходы для отключения и подключения секций, а также двухканальный циклический распределитель команд, вход каждого из каналов которого соединен с соответствующим выходом генератора импульсов, при этом выходы одного из каналов двухканального распределителя подключены к отключающим входам переключателя секций, а выходы второго канала - к подключающим входам переключателя секций. A known power supply system with adjustable power of a multi-section source of electricity, for example, a solar battery (BS), in which the power controller contains an input signal sensor associated with a section switch of this source, and a pulse generator having outputs for disconnecting and connecting sections, as well as a two-channel cyclic a command distributor, the input of each of the channels of which is connected to the corresponding output of the pulse generator, while the outputs of one of the channels of the two-channel distributor By connecting the switch sections tripping inputs, and the outputs of the second channel - to the connectors at the inputs of the switch sections.

Недостатком этой системы является то, что в системе существует вероятность возникновения короткого замыкания силовых электронных ключей, шунтирующих секции БС. Если не будет введена избыточность силовых ключей для защиты секций БС от неуправляемого шунтирования при их короткозамкнутом силовом ключе, в дальнейшем исключается использование энергии данной секции БС. The disadvantage of this system is that there is a likelihood of a short circuit in the power electronic keys shunting the BS sections. If the redundancy of power keys is not introduced to protect the BS sections from uncontrolled shunting with their short-circuited power key, the energy of this BS section is subsequently excluded.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению является система электроснабжения постоянного тока, cодержащее состоящую из нескольких секций, регулятора мощности с ключами на полевых транзисторах, устройства управления ключами и нагрузку. Closest to the technical nature of the proposed solution is a DC power supply system, consisting of several sections, a power regulator with keys on field-effect transistors, key control devices and a load.

Секции солнечной батареи объединяются параллельно через цепочки из двух последовательных диодов. К плюсовому зажиму каждой секции подключен через плавкий предохранитель исток ключа. Истоки ключей объединены и подключены к общей шине нагрузки и солнечной батареи, а затворы соединяются с выходами устройства управления ключами. На вход устройства управления подается сигнал с шины питания нагрузки. Шунтирование секций БС производится в строгой последовательности, начиная с последней секции, и отключение ее, соответственно, происходит также последней. Из-за этого последняя секция находится в наиболее неблагоприятных условиях, что является недостатком известной системы, так как необходимость строгого соблюдения порядка включения и выключения секций БС ухудшает условия эксплуатации БС и соответственно снижает срок службы БС. Кроме того, в силовом ключе первой секции БС предохранитель принудительно не выжигается, а в условиях, когда ток секций БС в зависимости, например, от освещенности, температуры и т.д. может изменяться, то может случиться так, что тока от двух секций (при коротком замыкании силового ключа у предпоследней секции БС) может оказаться недостаточно для перегорания предохранителя. Sections of the solar battery are combined in parallel through chains of two consecutive diodes. The source of the key is connected to the positive terminal of each section through a fuse. The sources of the keys are combined and connected to a common load bus and solar battery, and the gates are connected to the outputs of the key management device. A signal from the load power bus is applied to the input of the control device. Shunting of BS sections is carried out in strict sequence, starting from the last section, and its disconnection, respectively, also occurs last. Because of this, the last section is in the most adverse conditions, which is a disadvantage of the known system, since the need for strict observance of the order of turning on and off the BS sections worsens the operating conditions of the BS and, accordingly, reduces the service life of the BS. In addition, in the power key of the first section of the BS, the fuse is not forced to burn out, but in conditions where the current of the sections of the BS depends, for example, on illumination, temperature, etc. may change, it may happen that the current from two sections (with a short circuit of the power switch at the next to the last section of the BS) may not be enough to blow the fuse.

Целью изобретения является повышение надежности работы системы и увеличение срока ее службы. The aim of the invention is to increase the reliability of the system and increase its service life.

Указанная цель достигается тем, что в систему электроснабжения постоянного тока, содержащую регулируемый многосекционный генератор постоянного тока, отдельные секции которого подсоединены параллельно друг другу через развязывающие диоды, последовательно соединенные между собой предохранитель и силовой ключ, подключенные параллельно каждой секции, нагрузку, подключенную между шиной одной полярности, образованной соединением однополярных выводов развязывающих диодов и шиной другой полярности, являющейся общей для всей системы, дополнительно введены выходной регистр, устройство блокировки, дешифраторы, устройство контроля зашунтированных секций, устройства задержки выдачи сигналов, одновибраторы и блок реле с нормально-разомкнутыми контактами, причем, по несколько секций с шинами объединены в отдельные группы, в которых нормально-разомкнутые контакты реле подключены между шинами секций, выходные сигналы от каждой секции групп поступают на групповые входы устройства контроля зашунтированных секций, групповые выходы которого соединены последовательно с первыми индивидуальными входами устройства блокировки, индивидуальные выходы которого соединены с устройствами задержки выдачи сигналов, с одновибраторами для каждой группы и с блоком реле, выходы устройства блокировки также соединены со входами выходного регистра, выходы которого подключены к групповым входам дешифраторов и к каждой группе секций генератора постоянного тока, индивидуальные выходы дешифраторов подсоединены к соответствующим вторым индивидуальным входам устройства блокировки. This goal is achieved by the fact that in the DC power supply system containing an adjustable multi-sectional DC generator, the individual sections of which are connected parallel to each other through decoupling diodes, a fuse and a power switch connected in series, connected in parallel to each section, a load connected between one bus polarity formed by connecting the unipolar terminals of the decoupling diodes and a bus of a different polarity, which is common to the entire system, The output register, interlock, decoders, control device for shunt sections, delay devices for signal output, single vibrators and a relay block with normally open contacts have been introduced, moreover, several sections with buses are combined into separate groups in which normally open relay contacts are connected between the buses of the sections, the output signals from each section of the groups are fed to the group inputs of the control device of the shunt sections, the group outputs of which are connected in series with the first individual inputs of the blocking device, the individual outputs of which are connected to delay devices for signal output, with single vibrators for each group and with the relay block, the outputs of the blocking device are also connected to the inputs of the output register, the outputs of which are connected to the group inputs of the decoders and to each group of sections of the DC generator , the individual outputs of the decoders are connected to the corresponding second individual inputs of the locking device.

На чертеже приведена функциональная схема системы электроснабжения постоянного тока, содержащая генератор постоянного тока, например, БС, состоящую из отдельных параллельных секций 1₁...1_n с шинами 2₁...2_n, к каждой из которых одним выводом подсоединены соответствующие развязывающие диоды 3, другой вывод которых соединен друг с другом и подсоединены к общей шине 4, к которой подключена нагрузка 5. Параллельно каждой секции подсоединены последовательно соединенные между собой соответствующие силовой ключ 6₁... 6_n и предохранитель 7₁...7_n. Секции 1₁...1_n с шинами 2₁...2_n разделены на группы 8₁...8_к. Например, как показано на чертеже, в группу секций 8₁ входят cекции 1₁...1₅, шины 2₁...2₅, силовые ключи 6₁...6₅ с предохранителями 7₁. ..7₅ и замыкающие контакты 9₁...9₄ соответствующих реле блока 10, которые объединяют секции 1₁...1₅ в одну группу 8₁. В следующей группе секций соответственно должны быть объединены шины секций 2₆...2₁₀ контактами 9₅... 9₈ и т.д. Между собой группы секций контактами не соединяются.The drawing shows a functional diagram of a DC power supply system containing a DC generator, for example, a BS, consisting of separate parallel sections 1 ₁ ... 1 _n with buses 2 ₁ ... 2 _n , each of which is connected to one output corresponding decoupling diodes 3, the other terminal of which is connected to each other and connected to a common bus 4, to which the load is connected 5. Parallel to each section are connected in series with each other the corresponding power switch 6 ₁ ... 6 _n and the fuse 7 ₁ ... 7 _n . Sections 1 ₁ ... 1 _n with tires 2 ₁ ... 2 _{n are} divided into groups 8 ₁ ... 8 _k . For example, as shown in the drawing, the group of sections 8 ₁ includes sections 1 ₁ ... 1 ₅ , tires 2 ₁ ... 2 ₅ , power switches 6 ₁ ... 6 ₅ with fuses 7 ₁ . ..7 ₅ and make contacts 9 ₁ ... 9 _{4 of the} corresponding relays of unit 10, which combine sections 1 ₁ ... 1 ₅ into one group 8 ₁ . In the next group of sections, section buses 2 ₆ ... 2 _{10 with} contacts 9 ₅ ... 9 ₈ , etc. should be combined accordingly. Groups of sections are not connected by contacts.

Включение-выключение каждого силового ключа осуществляют сигналами от выходного регистра 11. Сигналы управления от него формируются в зависимости от сигналов, которые поступают от управляющего устройства (на чертеже условно показано стрелкой), определяющего принцип включения-выключения силовых ключей. Блокировку включения этих ключей производят по сигналам от устройства блокировки 12, которое состоит из логических схем И 13₁...13_к с соответствующими устройствами задержки выдачи сигналов 14₁...14_к (соответствующих каждой группе секций 8₁...8_у). На инверсный вход логических схем И 13₁...13_к поступают сигналы от соответствующих каждой группе секций дешифраторов 15₁...15_к. На неинверсный вход логических схем И 13₁... 13_к поступают сигналы от устройства контроля зашунтированных секций 16, которое состоит из логических схем ИЛИ 17₁...17_к и пороговых устройств 18₁... 18_к (соответствующих каждой группе секций 8₁...8_к).The on-off of each power switch is carried out by signals from the output register 11. The control signals from it are generated depending on the signals received from the control device (conventionally shown by an arrow in the drawing), which defines the principle of on-off switching of the power switches. Lock including these keys generate the signals from the lock device 12, which consists of logic AND circuits 13 ₁ ... 13 _to a respective delay signal issuing devices 14 ₁ ... 14 _k (corresponding to each group of sections 8 ₁ ... 8 _y ) The inverse input of the logic circuits AND 13 ₁ ... 13 _k receives signals from the respective sections of the decoders 15 ₁ ... 15 _k . The non-inverse input of the AND 13 ₁ ... 13 _k logic circuits receives signals from the shunt section monitoring device 16, which consists of OR 17 ₁ ... 17 _k logic and threshold devices 18 ₁ ... 18 _k (corresponding to each group of sections 8 ₁ ... 8 _k ).

Включение реле блока 10, соответствующих определенной группе 8₁...8_к, осуществляется ипульсными сигналами от соответствующих устройств задержки выдачи сигналов 19₁...19_к с одновибраторами 20₁...20_к.The relay of the block 10, corresponding to a certain group 8 ₁ ... 8 _k , is switched on by pulse signals from the corresponding delay devices for the output of signals 19 ₁ ... 19 _k with single vibrators 20 ₁ ... 20 _k .

Система электроснабжения постоянного тока работает следующим образом. The DC power supply system operates as follows.

При нормальной работе системы контакты всех групп 8 разомкнуты. Устройство контроля зашунтированных секций 16 контролирует по группам секций 8₁. ..8_к наличие зашунтированных секций 1 (например, как указано на чертеже по 5 секций 1₁...1₅ в одной группе). Сигналы в виде уровней напряжений от каждой группы 8 поступают на соответствующие логические схемы ИЛИ 17₁...17_к с пороговыми устройствами 18₁...18_к, где выявляется наличие зашунтированных секций.During normal operation of the system, the contacts of all groups 8 are open. The control device shunt sections 16 controls the groups of sections 8 ₁ . ..8 _{to the} presence of shunted sections 1 (for example, as indicated in the drawing, 5 sections 1 ₁ ... 1 ₅ in one group). The signals in the form of voltage levels from each group 8 are supplied to the corresponding logic circuits OR 17 ₁ ... 17 _k with threshold devices 18 ₁ ... 18 _k , where the presence of shunted sections is detected.

Рассмотрим работу системы на примере одной группы 8₁, состоящей из пяти секций солнечной батареи 1₁. ..1₅. Когда какая-то секция оказывается зашунтированной соответствующим силовым ключом 6₁...6₅, напряжение на соответствующей шине 2₁...2₅ становится низким (единицы вольт). Компаратор 18₁ срабатывает, сигнал от него поступает на первый вход логической схемы И 13₁. Если соответствующая секция 1₁...1₅ зашунтирована по сигналу от выходного регистра 11, то сигнал от дешифратора 15 присутствует на инверсном входе логической схемы И 13₁ и соответственно сигнал на ее выходе отсутствует. Если хотя бы одна секция солнечной батареи 1₁...1₅ зашунтирована, а соответствующего сигнала от выходного регистра 11 нет, то с дешифратора 15₁ сигнал будет отсутствовать, и на выходе логической схемы И 13₁ появится сигнал, который выдается с устройства задержки выдачи сигнала 14₁ устройства блокировки 12 на выходной регистр 11 для блокировки формирования сигналов управления на включение соответствующей группы силовых ключей (в рассматриваемом примере 6₁...6₅). Задержка выдачи сигнала, например, на 1 с, необходима для того, чтобы зафиксировать устойчивое несоответствие: отсутствие сигнала управления и наличие зашунтированной секции, т.е. наличие короткозамкнутого силового ключа. Этот же сигнал со второй задержкой от устройства 19₁ (например, 1 с, чтобы разнести во времени блокировку включения силовых ключей и замыкание контактов 9₁...9₄) поступает на одновибратор 20₁, который формирует сигнал управления (или подает питание на соответствующие реле блока 10, контакты которых замыкаются на время (например, 2 с), необходимое для гарантированного выжигания предохранителя, и которое определяется длительностью сигнала с одновибратора. Предохранитель выбирают с таким расчетом, чтобы он не мог перегореть при работе одной секции солнечной батареи и гарантированно перегорал за установленный интервал времени при не менее 3-х кратной перегрузке по току. Это обеспечивается объединением по несколько секций солнечной батареи в одну группу 8₁...8_к. При короткозамкнутом силовом ключе одной из секций 1₁...1₅ ток всех пяти секций (при замкнутых контактах 9₁...9₄) пройдет через этот ключ, чем будет обеспечено перегорание его предохранителя. Чтобы сохранить регулируемость всех секций (с какой-то вероятностью) целесообразно каждую секцию шунтировать двумя параллельными силовыми ключами с предохранителем в цепи каждого ключа (не показано). Это, в свою очередь, позволяет получить надежное регулирование мощности солнечной батареи благодаря защите силовых ключей от обрыва ( в т.ч. и при принудительном выжигании предохранителя в одном из двух силовых ключей одной секции). При этом каждый из двух силовых ключей должен быть рассчитан на полную токовую нагрузку одной секции. После выжигания предохранителя напряжение на соответствующей шине 2₁...2₅ повысится до рабочего значения, сигнал с порогового устройства 18₁ снимается, логическая схема И 13₁ придет в исходное состояние и одновибратор 20₁ будет снова готов к формированию сигнала на включение соответствующих реле блока 10.Consider the operation of the system as an example of one group 8 ₁ , consisting of five sections of the solar battery 1 ₁ . ..1 ₅ . When a section is shunted with the corresponding power switch 6 ₁ ... 6 ₅ , the voltage on the corresponding bus 2 ₁ ... 2 ₅ becomes low (units of volts). The comparator 18 _{1 is} activated, the signal from it is fed to the first input of the logic circuit And 13 ₁ . If the corresponding section 1 ₁ ... 1 _{5 is} shunted by the signal from the output register 11, then the signal from the decoder 15 is present at the inverse input of the logic circuit And 13 ₁ and accordingly there is no signal at its output. If at least one section of the solar battery 1 ₁ ... 1 _{5 is} shunted, and there is no corresponding signal from the output register 11, then there will be no signal from the decoder 15 ₁ , and a signal will appear at the output of the AND 13 ₁ logic circuit, which is issued from the delay device issuing a signal 14 _{1 of} the locking device 12 to the output register 11 to block the formation of control signals to turn on the corresponding group of power keys (in this example 6 ₁ ... 6 ₅ ). The delay in signal output, for example, by 1 s, is necessary in order to fix a persistent mismatch: the absence of a control signal and the presence of a shunted section, i.e. the presence of a short-circuited power switch. The same signal with a second delay from the device 19 ₁ (for example, 1 s, in order to time out the blocking of switching on the power switches and the closure of the contacts 9 ₁ ... 9 ₄ ) is supplied to the single-shot 20 ₁ , which generates a control signal (or supplies power to the corresponding relays of block 10, the contacts of which are closed for the time (for example, 2 s), necessary for guaranteed fuse burning, and which is determined by the duration of the signal from the single-shot. The fuse is selected so that it could not blow out during operation of one section and the solar battery and is guaranteed burn out for the predetermined period when at least 3-fold overcurrent. This is achieved by combining several sections of solar cell in the same group 8 _{to the} ₁ ... 8. When shorted power switches one of the sections ₁ January. ..1 _{5 the} current of all five sections (with closed contacts 9 ₁ ... 9 ₄ ) will pass through this key, which will ensure that its fuse blows. To maintain the adjustability of all sections (with some probability) it is advisable to brid each section with two parallel forcefully bubbled keys with each key in fuse circuits (not shown). This, in turn, makes it possible to obtain reliable regulation of the power of the solar battery due to the protection of power keys from an open circuit (including during forced burning of a fuse in one of two power keys in one section). At the same time, each of the two power switches must be designed for the full current load of one section. After burning the fuse, the voltage on the corresponding bus 2 ₁ ... 2 ₅ will rise to the operating value, the signal from the threshold device 18 ₁ is removed, the logic circuit And 13 ₁ will return to its original state and the _one- shot 20 ₁ will again be ready to generate a signal to activate the corresponding relays block 10.

Аналогичным образом, независимо друг от друга, осуществляется управление всеми группами секций 8₁...8_к и выжигание предохранителей в цепях короткозамкнутых силовых ключей соответствующих групп секций. По сравнению с известной системой электроснабжения в предлагаемом решении для исключения режима работы системы с неуправляемым шунтированием секций (при коротком замыкании силового ключа) не требуется избыточность силовых ключей.Similarly, independently from each other, all groups of sections 8 ₁ ... 8 _k are controlled and fuses are burned in the circuits of short-circuited power switches of the corresponding groups of sections. Compared with the known power supply system, in the proposed solution, the redundancy of power keys is not required to exclude the mode of operation of the system with uncontrolled shunting of sections (with a short circuit of the power switch).

Система обеспечивает повышение надежности работы за счет исключения короткого замыкания силовых ключей (выжигание предохранителей) при любом порядке шунтирования секций БС, и за счет гарантированного выжигания предохранителей в цепи силового ключа первой секции и в цепи силового ключа предпоследней секции, независимо от возможного изменения тока секций БС, что приводит к увеличению срока службы системы. The system provides increased reliability by eliminating the short circuit of power keys (fuse burning) in any order of bypassing the BS sections, and by guaranteed fuses burning in the power key circuit of the first section and in the power switch circuit of the penultimate section, regardless of the possible change in the current of the BS sections , which leads to an increase in the life of the system.

Использование изобретения исключает также всякие ограничения на порядок включения и выключения силовых ключей при регулировании мощности генератора постоянного тока, когда требуется обеспечение высокой надежности работы системы при одновременном снижении избыточности силовых ключей. Система обеспечивает высокую функциональную надежность благодаря равномерной эксплуатации секций генератора постоянного тока, что достигается соответствующим принципом включения-выключения силовых ключей. Использование данной системы наиболее эффективно в необслуживаемых, длительного срока службы системах электроснабжения, у которых первичный источник представляет собой многосекционный генератор постоянного тока, типа солнечной батареи, с ограниченной и регулируемой мощностью, так как позволяет автоматически и оперативно исключать короткозамкнутые силовые ключи, шунтирующие секции генератора, что, в свою очередь, исключает увеличение нагрузки на работающие секции, не имеющие избыточности вырабатываемой мощности, и при этом обеспечивает наиболее полное использование вырабатываемой энергии. The use of the invention also eliminates any restrictions on the order of switching on and off the power switches when regulating the power of the DC generator, when it is required to ensure high reliability of the system while reducing the redundancy of the power switches. The system provides high functional reliability due to the uniform operation of the sections of the DC generator, which is achieved by the corresponding principle of switching the power switches on and off. The use of this system is most effective in maintenance-free, long-life power supply systems in which the primary source is a multi-section DC generator, such as a solar battery, with limited and adjustable power, since it allows you to automatically and quickly exclude short-circuited power switches, shunt sections of the generator, which, in turn, eliminates the increase in the load on working sections that do not have redundancy of the generated power, and at the same time ensure It makes the most complete use of the generated energy.

Claims

DC power supply system, containing an adjustable multi-sectional DC generator, individual sections of which are connected parallel to each other through decoupling diodes, connected in series with each other, a fuse and a power switch connected in parallel to each section, a load connected between a bus of the same polarity formed by connecting unipolar outputs of decoupling diodes, and a bus of a different polarity, which is common to the entire system, characterized in that, in order to increase the reliability of the system and the increase in its service life, an output register, a blocking device, decoders, a device for monitoring shunted sections, devices for delaying the output of signals, single vibrators and a relay unit with make contacts are additionally introduced into it, several sections with buses are combined into separate groups, which the relay closing contacts are connected between the section buses, the output signals from each section of the groups are fed to the group inputs of the control device of the bridged sections, the group outputs of which о are connected in series with the first individual inputs of the blocking device, the individual outputs of which are connected to the relay unit through the corresponding circuits of the series-connected delay devices for outputting signals and a one-shot, the outputs of the blocking device are also connected to the inputs of the output register, the outputs of which are connected to the group inputs of the decoders and, respectively, to each group of sections of the DC generator, the individual outputs of the decoders are connected to the corresponding second individual to the inputs of the interlock device.