本發(fā)明涉及電力電子，具體涉及一種mw級高壓電源分級保護控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、hl-3是我國新建成的大型磁約束核聚變托卡馬克裝置，在托卡馬克裝置物理實驗中，經(jīng)常開展電子回旋、低雜波、中性束注入等加熱實驗，以獲得相應(yīng)的物理實驗結(jié)果?；匦?、速調(diào)管、中性束離子源等是加熱系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，高壓電源則為此類負載提供高壓。高壓電源的容量通常為mw級，甚至超過幾十mw。

2、加熱系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及的部件較多，高壓電源與回旋管、速調(diào)管、離子源等負載之間的線路較長，在運行時各部件容易短路打火，其打火電流達到上千安培，為保護電源和負載，需要根據(jù)此類系統(tǒng)的故障情況和保護需求，針對性的提出控制保護的方法。

3、現(xiàn)有的高壓電源控制保護方法通常是直接接收負載的故障信號，整體關(guān)斷高壓電源，以獲得快速保護。它的缺點是控制保護沒有實現(xiàn)分級保護，保護后的電源恢復(fù)需要等待下一次實驗電源時再投入運行，導(dǎo)致實驗效率較低。因此，這種保護控制方法并不適合現(xiàn)有的裝置實驗要求，并不適合推廣。

4、有鑒于此，特提出本技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的高壓電源控制保護方法通常是直接接收負載的故障信號，整體關(guān)斷高壓電源，以獲得快速保護，然而控制保護沒有實現(xiàn)分級保護，保護后的電源恢復(fù)需要等待下一次實驗電源時再投入運行，導(dǎo)致實驗效率較低。本發(fā)明目的在于提供一種mw級高壓電源分級保護控制系統(tǒng)及方法，本發(fā)明針對大功率的高壓電源，充分利用高壓電源主回路及外圍的保護控制系統(tǒng)，基于硬件和軟件結(jié)合的控制保護策略實現(xiàn)分級保護控制，實現(xiàn)高壓電源及負載的保護；本發(fā)明根據(jù)故障的等級采取不同的措施，大大提高實驗的效率。本發(fā)明保證既能實現(xiàn)可靠的快速保護，又能提高實驗的效率。

2、本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種mw級高壓電源分級保護控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

4、高壓電源主回路，包括真空開關(guān)、高壓變壓器和若干串聯(lián)的電源模塊；

5、分級保護控制系統(tǒng)，用于根據(jù)負載的故障信號、模塊過流信號、模塊過壓信號、總直流電流過流和/或總直流過壓信號等，分級發(fā)出不同保護控制指令，對高壓電源主回路中的器件執(zhí)行不同保護動作；包括：

6、第一級保護控制，高壓電源的總直流電流過流和/或過壓保護控制；

7、第二級保護控制，電源模塊的直流過流保護控制；

8、第三級保護控制，高壓電源主回路的交流過流保護控制；

9、第四級保護控制，高壓電源主回路的總直流輸出連接的高壓保險管保護控制；

10、第五級保護控制，遠程急停真空開關(guān)的保護控制。

11、進一步地，真空開關(guān)的一端連接電網(wǎng)(或者發(fā)電機輸出側(cè))，真空開關(guān)的另一端連接高壓變壓器的一次繞組，高壓變壓器的二次繞組連接若干電源模塊；若干電源模塊的總輸出連接負載。

12、進一步地，分級保護控制系統(tǒng)包括交流測量回路、模塊電流測量回路、高壓分壓器和傳感器模塊、高壓保險管、急停按鈕、轉(zhuǎn)換接口、總電源電壓和電流測量模塊和控制器；

13、交流測量回路，用于完成真空開關(guān)的進線電流的測量；

14、模塊電流測量回路，用于對每個電源模塊電流進行測量；

15、高壓分壓器和傳感器模塊，用于采集電源模塊的輸出總電壓和總電流；

16、高壓保險管，作為高壓電源主回路的總直流過流保護控制；

17、急停按鈕，用于由值班人員手動操作急停按鈕實現(xiàn)系統(tǒng)保護；

18、轉(zhuǎn)換接口，用于進行電信號與光信號的相互轉(zhuǎn)換；

19、總電源電壓和電流測量模塊，用于測量電源模塊的輸出總電壓和總電流；

20、控制器，用于接收交流測量回路、總電源電壓和電流測量模塊反饋過來的過壓信號或過流信號，分級發(fā)出不同保護控制指令，對高壓電源主回路中的器件執(zhí)行不同保護動作。

21、進一步地，交流測量回路的一端連接真空開關(guān)、另一端連接控制器；模塊電流測量回路設(shè)置于每個電源模塊內(nèi)部；高壓分壓器和傳感器模塊的一端連接電源模塊的輸出、另一端連接高壓保險管，高壓保險管連接負載；高壓分壓器和傳感器模塊的另一端還連接總電源電壓和電流測量模塊，總電源電壓和電流測量模塊連接轉(zhuǎn)換接口，轉(zhuǎn)換接口連接控制器；各電源模塊均連接轉(zhuǎn)換接口；急停按鈕連接真空開關(guān)。

22、第二方面，本發(fā)明又提供了一種mw級高壓電源分級保護控制方法，本發(fā)明是基于上述的一種mw級高壓電源分級保護控制系統(tǒng)，該控制方法包括：

23、根據(jù)負載的故障信號、模塊過流信號、模塊過壓信號、總直流電流過流和/或總直流過壓信號，分級發(fā)出不同保護控制指令，對高壓電源主回路中的器件執(zhí)行不同保護動作；不同保護控制包括：

24、第一級保護控制，高壓電源的總直流電流過流和/或過壓保護控制；

25、第二級保護控制，電源模塊的直流過流保護控制；

26、第三級保護控制，高壓電源主回路的交流過流保護控制；

27、第四級保護控制，高壓電源主回路的總直流輸出連接的高壓保險管保護控制；

28、第五級保護控制，遠程急停真空開關(guān)的保護控制。

29、進一步地，第一級保護控制包括：

30、根據(jù)負載的最大承受電壓，設(shè)置高壓電源主回路中各電源模塊的總直流過壓保護值；將高壓分壓器和傳感器模塊中高壓分壓器的輸出端接入總電源電壓和電流測量模塊的高壓直流電壓測量回路，并且將總電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字頻率信號，經(jīng)轉(zhuǎn)換接口發(fā)送至控制器進行運算得到電壓值；如果該電壓值超過總直流過壓保護值，則控制器發(fā)出封鎖脈沖，所有電源模塊均被封鎖，高壓電源輸出為零；

31、根據(jù)負載的最大承受電流，設(shè)置高壓電源主回路中各電源模塊的總直流過流保護值；將高壓分壓器和傳感器模塊中高壓傳感器的輸出端接入總電源電壓和電流測量模塊的高壓直流電流測量回路，并且將總電流值轉(zhuǎn)換為數(shù)字頻率信號，經(jīng)轉(zhuǎn)換接口發(fā)送至控制器進行運算得到電流值；如果該電流值超過總直流過流保護值，則控制器發(fā)出封鎖脈沖，所有電源模塊均被封鎖，高壓電源輸出為零；

32、以上技術(shù)方案，實時控制器發(fā)出封鎖脈沖，關(guān)斷所有電源模塊，將高壓電源輸出降為零；在故障解除后，控制器可繼續(xù)發(fā)出控制信號，高壓電源可繼續(xù)快速投入。

33、進一步地，第二級保護控制包括：

34、根據(jù)單個電源模塊的最大工作電流設(shè)計模塊電流測量回路并選擇相應(yīng)的電流傳感器；在模塊電流測量回路內(nèi)設(shè)計一個電流測量保護電路，電流測量保護電路的保護值是根據(jù)實際電源的工作情況進行設(shè)定，每個電源模塊的電流傳感器與電流測量保護電路一致；當模塊電流超過其保護值時，模塊電流測量回路發(fā)出故障信號，封鎖模塊控制脈沖，電源模塊停止工作，高壓電源輸出電壓、電流為零。

35、進一步地，第三級保護控制包括：

36、根據(jù)高壓電源的運行使用情況，選擇交流測量回路的交流互感器和電流繼電器，進行電流繼電器的電流值整定；同時將電流繼電器內(nèi)部的輔助節(jié)點發(fā)送至控制器，當交流電流超過預(yù)設(shè)保護值時，電流繼電器內(nèi)部的輔助節(jié)點發(fā)生改變并將信號發(fā)送至控制器，從而分斷真空開關(guān)。

37、進一步地，第四級保護控制包括：

38、根據(jù)高壓電源的額定輸出電流，選擇適合的高壓保險管；當整個高壓電源主回路出現(xiàn)異常故障短路且分級保護控制系統(tǒng)未及時封鎖電源模塊時，高壓保險管內(nèi)的保險絲快速熔斷，實現(xiàn)系統(tǒng)保護。

39、進一步地，第五級保護控制包括：

40、當分級保護控制系統(tǒng)的供電斷電或者高壓電源主回路出現(xiàn)起火爆炸等緊急事故的情況下，由值班人員手動操作急停按鈕來分斷真空開關(guān)，實現(xiàn)系統(tǒng)保護。

41、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：

42、1、本發(fā)明一種mw級高壓電源分級保護控制系統(tǒng)及方法，充分利用高壓電源主回路及外圍的保護控制系統(tǒng)，基于硬件和軟件結(jié)合的控制保護策略實現(xiàn)分級保護控制，實現(xiàn)高壓電源及負載的保護；本發(fā)明保證既能實現(xiàn)可靠的快速保護，又能提高實驗的效率。

43、2、本發(fā)明一種mw級高壓電源分級保護控制系統(tǒng)及方法，相比常規(guī)的電源保護控制方法，其采用分級控制，可以根據(jù)故障的等級采取不同的措施，大大提高實驗的效率。

44、3、本發(fā)明一種mw級高壓電源分級保護控制系統(tǒng)及方法，在進行高壓電源的直流過壓保護和過流保護時，測量的電壓信號和電流信號采用數(shù)字信號傳輸，避免了測量信號在傳輸中的衰減。

45、4、本發(fā)明一種mw級高壓電源分級保護控制系統(tǒng)及方法，在進行高壓電源的直流過壓保護和過流保護時，測量的電壓信號和電流信號通過電光轉(zhuǎn)換再送至控制器，光電隔離可提高整個保護控制系統(tǒng)的安全性。

46、5、本發(fā)明一種mw級高壓電源分級保護控制系統(tǒng)及方法，本在關(guān)斷電源模塊就能快速切斷高壓的情況下，不必切斷真空開關(guān)，避免頻繁分閘真空開關(guān)而減小真空開關(guān)的壽命。

47、6、本發(fā)明一種mw級高壓電源分級保護控制系統(tǒng)及方法，當負載打火特別劇烈，模塊保護和控制系統(tǒng)保護速度不足時，高壓保險管可直接熔斷，從而保護負載。

48、7、本發(fā)明一種mw級高壓電源分級保護控制系統(tǒng)及方法，當系統(tǒng)出現(xiàn)斷電等情況時，可手動操作急停按鈕，斷開真空開關(guān)，保障現(xiàn)場設(shè)備和人員安全。