一种供电设备和控制方法

技术领域

本申请涉及电能领域，并且更具体地，涉及一种供电设备和控制方法。

背景技术

目前，供电设备在电力系统中运用广泛，为了保证电力系统的可靠运行，维护人员需要定期对供电设备进行维护。供电设备内部的电压和电流通常远远超过人体的安全电压和电流。为了提高供电设备维护工作的安全性，供电设备中可以配置维护隔离开关，维护人员可以在关断隔离开关后实施维护动作。但是，隔离开关的体积较大，需要占据供电设备较大的安装空间，增大供电设备体积。因此，亟需其它供电设备和控制方法，能够提高供电设备维护工作的安全性。

发明内容

本申请提供一种供电设备和控制方法，能够提高供电设备维护工作的安全性。

第一方面，提供了一种供电设备，该供电设备包括箱体、配电模块和功率变换模块。配电模块和功率变换模块容纳于箱体内部，功率变换模块通过配电模块传输电能。该箱体包括可开合的箱门。其中，响应于箱门开启，该功率变换模块关断。响应于功率变换模块关断，该配电模块关断。

基于本技术方案，功率变换模块可以响应于箱门的开启关断，配电模块可以响应于功率变换模块的关断而关断，从而实现供电设备的断电，能够提高供电设备维护工作的安全性。

另外，供电设备可以在不配置隔离开关的情况下实现断电，在支持安全维护工作的同时能够减小供电设备的体积。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该供电设备还包括门磁装置。该门磁装置用于响应于箱门开启，产生第一关断信号。第一关断信号用于使功率变换模块关断和配电模块关断，且功率变换模块关断先于配电模块关断。

基于本技术方案，门磁装置在箱门开启时产生第一关断信号，功率变换模块和配电模块可以基于该第一关断信号进行关断，供电设备可以通过门磁装置实现断电，而不是依靠维护人员关断隔离开关实现断电，能够进一步提高供电设备维护工作的安全性。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该供电设备还包括控制器。该控制器用于响应于第一关断信号，先输出第一控制信号、后输出第二控制信号。第一控制信号用于控制功率变换模块关断，第二控制信号用于控制配电模块关断。

基于本技术方案，供电设备中的控制器可以先通过第一控制信号控制功率变换模块关断，后通过第二控制信号控制配电模块关断，为供电设备的断电提供双重保证，能够提高供电设备维护工作的安全性。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，控制器用于连接远程控制系统。该远程控制系统用于向控制器发送第二关断信号，第二关断信号用于控制供电设备关断。该控制器用于响应第二关断信号，先输出第一控制信号、后输出第二控制信号。

基于本技术方案，远程控制系统可以向控制器发送第二关断信号，比如维护人员可以提前通过远程控制系统向控制器发送第二关断信号，从而在维护工作之前实现供电设备的断电，进一步提高供电设备维护工作的安全性。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，配电模块包括熔断器与接触器，熔断器与接触器串联连接，接触器与功率变换模块连接。其中，响应于第二控制信号，该接触器关断。

基于本技术方案，接触器响应于后输出的第二控制信号关断，从而接触器能够在功率变换模块关断后关断，接触器在不带载的情况下关断，能够提高供电设备关断的可靠性。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，供电设备包括储能模块。该储能模块通过配电模块为功率变换模块供电、或功率变换模块通过配电模块为储能模块充电。

基于本技术方案，供电设备中可以设置储能模块，储能模块通过配电模块与功率变换模块连接，配电模块与功率变换模块关断，能够使得储能模块与功率变换模块之间的电流断路，支持供电设备维护工作的安全性。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，供电设备包括第一连接器和第二连接器。第一连接器通过第一传输导电体与熔断器连接。第二连接器通过第二传输导电体与接触器连接。其中，第一连接器用于电气隔离配电模块与储能模块，第二连接器用于电气隔离配电模块与功率变换模块。

基于本技术方案，供电设备可以通过第一连接器分离配电模块与电源，通过第二连接器分离配电模块与功率变换模块，实现供电设备中模块间的电气隔离，从而供电设备在不配置隔离开关的情况下也能够实现供电设备的电气隔离，能够在支持安全维护工作的同时减小供电设备的体积。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，第一连接器和第二连接器为防触指连接器。

基于本技术方案，供电设备能够支持维护人员安全接触连接器，以使得配电模块、功率变换模块和电源之间的电气隔离，提高供电设备维护工作的安全性。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该供电设备包括指示器。指示器用于响应于功率变换模块闭合或配电模块闭合，指示器处于第一状态。指示器还用于响应于功率变换模块断开且配电模块断开，指示器处于第二状态。

基于本技术方案，维护人员可以通过指示器获知供电设备的断电状态，比如指示器处于第一状态表示供电设备未处于断电状态，指示器处于第二状态表示供电设备处于断电状态，从而能够进一步提高供电设备维护工作的安全性。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，供电设备包括电池控制单元BCU。该BCU用于管理储能模块。该BCU还用于响应第一关断信号，先输出第一控制信号、后输出第二控制信号。第一控制信号用于控制功率变换模块关断，第二控制信号用于控制配电模块关断。

基于本技术方案，用于管理储能模块的BCU可以用于输出用于关断配电模块和功率变换模块的第一控制信号和第二控制信号，以实现供电设备的断电。也就是说，供电设备可以在不配置隔离开关的情况下实现断电，能够在支持安全维护工作的同时减小供电设备的体积。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，指示器与控制器连接，控制器用于响应于功率变换模块闭合或配电模块闭合，控制器输出第一指示信号，响应于第一指示信号，指示器处于第一状态；响应于功率变换模块断开且配电模块断开，控制器输出第二指示信号，响应于第二指示信号，指示器处于第二状态。

基于本技术方案，控制器通过第一指示信号与第二指示信号控制指示器，当指示器接收到第一指示信号后，指示器处于第一状态，当指示器接收到第二指示信号后，指示器处于第二状态。

第二方面，提供了一种控制方法。该方法可以应用于供电设备。该供电设备包括箱体、配电模块和功率变换模块。配电模块和功率变换模块容纳于箱体内部。功率变换模块通过配电模块传输电能。箱门包括可开合的箱门。该方法包括：响应于箱门开启，关断功率变换模块，响应于功率变换模块关断，关断配电模块。

关于第二方面的实现方式和有益效果的说明可以参考上文第一方面的说明，为了简洁，不予赘述。

附图说明

图1是本申请实施例适用的一种电力系统的示意性说明图。

图2是本申请实施例提供的供电设备的示意性结构图。

图3是本申请实施例提供的一种供电设备的示意性电路结构图。

图4是本申请实施例提供的可能的连接器的示意图。

图5是本申请实施例提供的控制方法的示意性流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

需要说明的是，在本申请的各种实施例中，第一、第二以及各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请实施例的范围。例如，区分不同的信息等。

还需要说明的是，在本申请实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个，“至少一个”和“一个或多个”是指一个、两个或两个以上。单数表达形式“一个”“一种”“所述”“上述”“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。

在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

本申请实施例的技术方案可以应用于各种电力系统，例如：微电网、新能源电站、配电网、电池储能电站等电力系统。示例性地，本申请实施例中的供电设备可以是储能柜、储能仓、储能集装箱、电源柜、配电柜或者配电集装箱等。

图1是本申请实施例适用的一种电力系统的示意性说明图。电力系统可以包含多个交流母线，例如图1所示的10千伏特(kilovolt，kV)母线101和380伏特(volt，V)母线102，10kV母线101和380V母线102之间可以通过380V/10kV变压器103连接。交流母线可以与负载连接，为负载提供电能，比如图1中母线102上的负载。多个储能柜104可以通过汇流配电盒105投入380V母线102上，多个储能柜104可以用于为380V母线102提供电能或存储电能。电力系统还可以包含储能集装箱，例如图1所示的两个储能集装箱105，每一个储能集装箱105内可以包含多个储能仓，每一个储能集装箱105可以通过380V/10kV变压器106投入10kV母线101。

可以理解的是，图1是对本申请实施例提供的供电设备可能的应用场景的示例，本申请实施例可以应用于包含供电设备的各种电压等级的电力系统。

由于供电设备中的电压和电流远远超过人体的安全电压和电流，当维护人员对供电设备进行维护时，可以首先关断隔离开关，再进行维护操作。但是，隔离开关的需要占据较大的安装空间，使得供电设备的体积较大。本申请实施例提供了一种供电设备，可以实现免隔离开关设计，能够在支持安全维护工作的同时减小供电设备的体积。以下首先结合图2至图4对本申请实施例提供的供电设备进行说明。

图2是本申请实施例提供的供电设备的示意性结构图。供电设备包括箱体、配电模块和功率变换模块。配电模块和功率变换模块容纳于箱体内部。功率变换模块通过配电模块传输电能。该箱体包括可开合的箱门。其中，响应于箱门开启，该功率变换模块关断。响应于功率变换模块关断，该配电模块关断。也就是说，在箱门开启时，供电设备可以通过功率变换模块和配电模块的关断实现供电设备的断电，从而供电设备能够在不配置隔离开关的情况下实现断电，能够在支持安全维护工作的同时减小供电设备的体积。

可以理解的是，基于不同的场景，供电设备可以具有不同的结构。为了便于理解本申请实施例，以下结合图3对一种可能的供电设备结构进行示意性说明。

参见图3，该供电设备包含箱体、配电模块和功率变换模块。该供电设备还可以包含储能模块、连接器、指示器或控制器。其中，储能模块可以通过配电模块为功率变换模块供电、或功率变换模块可以通过配电模块为储能模块充电。储能模块能够通过连接器与配电模块电气连接。配电模块能够通过连接器与功率变换模块电气连接。指示器处于不同的状态可以显示供电设备不同的状态。控制器能够用于配电模块和功率变换模块的关断。以下分别对供电设备箱体内的各个模块与部件进行详细说明。

本申请实施例提供的箱门是可开启的，例如维护人员可以通过开启箱门，对供电设备内部实施维护工作。功率变换模块和配电模块响应于箱门的开启关断，也就是说，维护人员在对供电设备内部实施维护工作之前，供电设备已经断电，从而能够提高供电设备维护工作的安全性。

功率变换模块和配电模块可以采用多种方式响应于箱门的开启而关断。示例性地，该供电设备还可以包含门磁装置，该门磁装置能够响应于箱门的开启产生第一关断信号。该第一关断信号用于使功率变换模块和配电模块关断，且功率变换模块关断先于配电模块关断。示例性地，门磁装置可以包括磁性感应器(比如永磁铁)，磁性感性感应器可以设置于箱门或箱门门框上，当箱门开启时，磁性感应器能够因箱门的位置变化产生磁场变化，从而产生第一关断信号。

再示例性地，控制器可以连接远程控制系统，该远程控制系统能够用于向控制器发送第二关断信号，第二关断信号用于使功率变换模块和配电模块关断，且功率变换模块关断先于配电模块关断。例如，远程控制系统可以是以下任意一个装置：网络服务器、终端设备或门锁装置。比如供电设备可以与软件系统相关联，维护人员可以基于软件系统发出第二关断信号，第二关断信号通过网络服务器发送至控制器。再比如供电设备可以与移动控制器、电子设备、手机等终端设备相关联，维护人员可以通过终端设备向控制器发送第二关断信号。又比如供电设备可以与门禁系统、电磁锁等门锁装置相关联，当门禁系统感应到有维护人员进入特定空间时，门禁系统可以向控制器发出第二关断信号。或者电磁锁感应到有维护人员要打开箱门时，可以向控制器发出第二关断信号。从而控制器接收来自远程控制系统的第二关断信号，能够做到提前关断功率变换模块和配电模块，进一步提高维护工作的安全性。需要说明的是，本申请实施例对控制器的类型不作特别限定，比如控制器可以是电池控制单元(battery control unit，BCU)，BCU可以用于管理储能模块。

上文介绍了功率变换模块和配电模块可以响应于门磁装置产生的第一关断信号、或远程控制系统发送的第二关断信号而关断。可以理解的是，第一关断信号和第二关断信号可以同时存在，也就是说，供电设备可以同时支持门磁装置控制断电、以及远程控制系统控制断电，为供电设备的断电提供双重保证，能够提高供电设备维护工作的安全性。

以下对功率变换模块和配电模块响应于第一关断信号或第二关断信号而关断的可能的方式进行介绍。示例性地，控制器可以响应于第一关断信号或第二关断信号，输出第一控制信号和输出第二控制信号。其中，第一控制信号用于控制功率变换模块关断，第二控制信号用于控制配电模块关断。

示例性地，控制器可以基于第一关断信号或第二关断信号向功率变换模块发送第一控制信号，经设定时间阈值后(比如经过1秒时长)向配电模块发送第二控制信号。例如，控制器可以开启定时器(比如基于软件或硬件实现的定时器)，实现经设定时间阈值向配电模块发送第二控制信号。此种实现储能系统双重关断的方式简单，易于实现。

再示例性地，控制器可以基于第一关断信号或第二关断信号向功率变换模块发送第一控制信号。功率变换模块基于第一控制信号进行关断后向控制器返回反馈信号，从而控制器基于功率变换模块返回的反馈信号向配电模块发送第二控制信号，配电模块可以基于反馈信号控制接触器关断。基于该实现方式，控制器能够基于功率变换模块的反馈信号确定功率变换模块已关断，然后向配电模块发送第二控制信号，能够避免接触器在功率变换模块未能正确关断时被关断，进一步提高供电设备关断可靠性，提高维护工作的安全性。

配电模块的关断方式可以与配电模块的结构相关。示例性地，配电模块可以包含熔断器与接触器。参见图3，熔断器与接触器串联连接，接触器与功率变换模块连接。其中，熔断器和接触器能够实现配电模块的断电。例如，熔断器可以在支路电流大于或等于电流阈值时，以本身产生的热量使熔体熔断，使得支路断开。接触器可以基于控制快速断开支路，例如接触器可以响应第二控制信号而关断。也就是说，本申请实施例中的配电模块内部可以不用再配置除熔断器和接触器以外的开关器件(比如隔离开关)，实现供电设备的体积减小。

可以理解的是，配电模块中包含的器件与供电设备的功能相关。示例性地，配电模块还可以包括分流器、变压器等其他器件，本申请对此不作特别限定。分流器和变压器可以基于功能设计与熔断器和接触器串联或并联连接。如果配电模块还包含盒体，比如配电模块为一种配电盒，上述熔断器、接触器和其他器件可以容纳于盒体内部。

功率变换模块的关断方式可以与功率变换模块的结构相关。本申请实施例中的功率变换模块中可以包含晶体管组成的电路，电路功能可以基于供电设备的应用场景进行设计。示例性地，功率变换模块可以包含晶体管组成的逆变电路，逆变电路可以对储能模块提供的输入电压进行功率变换为电网提供电能。功率变换模块也可以包含晶体管组成的整流电路，整流电路可以对从电网吸收的电能进行整流后为储能模块充电。本申请实施例对功率变换模块中的电路结构不作特别限定。晶体管可以是绝缘栅双极型晶体管(insulatedgate bipolar transistor，IGBT)或金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)等晶体管。

可以理解的是，功率变换模块中的晶体管可以响应于第一控制信号关断。例如第一控制信号可以控制IGBT的栅极信号，通过控制IGBT关断使得功率变换模块关断。控制器通过关断功率变换模块中的晶体管实现储能系统的断电，与通过关断隔离开关实现储能系统的断电相比，无需配置隔离开关，降低了储能系统的成本。

本申请实施例中的储能模块可以包含多个电池。示例性地，多个电池通过串联可以形成一个电池簇，多个电池簇通过串联可以形成一个储能模块。多个电池能够用于通过配电模块为功率变换模块提供电能，或者存储功率变换模块变换后的电能。

本申请实施例的连接器能够用于电气隔离供电设备内部的各个模块。为了便于描述，下文将储能模块与配电模块之间的连接器称之为第一连接器，将配电模块与功率变换模块之间的连接器称之为第二连接器。例如，第一连接器通过第一传输导电体与熔断器连接。第二连接器通过第二传输导电体与接触器连接，从而第一连接器能够电气隔离储能模块与配电模块，第二连接器能够电气隔离配电模块与功率变换模块。也就是说，供电设备可以在不配置隔离开关的情况下，通过操作连接器实现电气隔离，能够在支持安全维护工作的同时减小供电设备的体积。

可以理解的是，本申请实施例中连接器的数量和结构与供电设备内部的连接结构先过关。示例性地，在图3中，储能模块的两个连接端口分别与配电模块的两个连接端口相连，储能模块和配电模块的一对连接端口可以通过两个第一连接器电气连接。每个第一连接器可以包含插头和插座，一对连接端口之间的两个第一连接器的插头之间通过电线或铜排等导电体连接，两个第一连接器的插座分别设置在储能模块和配电模块的两个连接端口上。当第一连接器的插头和插座合体时，储能模块和配电模块能够通过第一连接器实现电能传输。当第一连接器的插头和插座分离时，储能模块和配电模块被分离，储能模块和配电模块之间电气隔离。关于第二连接器的描述与上述第一连接器的描述类似，在此不予赘述。

再示例性地，图4示出了另一种可能的连接器的示意性结构图。参见图4，与图3所示的每个连接端口上设置插头和插座不同的是，两个连接端口之间可以通过空中对插连接器电气连接。例如，连接器包括两个部分，两个部分分别与两个模块通过电线或铜排等连接。当两个部分连接时，两个模块能够通过该连接器传输电能。当两个部分分离时，两个模块被分离，两个模块之间电气隔离。

本申请实施例中的连接器能够用于实现两个模块之间的电气隔离，均为防接触连接器，维护人员能够接触连接器通过操作分离两个模块。示例性地，本申请实施例涉及的连接器可以是一种高电压、高防护、防接触的连接器。其中，电压等级、防护等级、防接触等级可以基于供电设备的电压等级和结构确定，比如连接器的电压等级可以是1500伏特耐压等级。连接器的防护等级为防水、防尘(比如IP65标准)等级。连接器的防接触等级为防手指接触(比如IPXXB标准)等级。本申请对此不作特别限定。

需要说明的是，针对维护工作的需求，供电设备内部还可以设置更多的连接器。示例性地，当储能模块是多个电池簇串联形成时，为了提高储能模块的维护工作的安全性，电池簇之间也可以通过上文描述的防接触连接器进行连接，从而维护人员在维护储能模块时，可以通过取下连接器，使得电池簇之间电气隔离，进一步提高供电设备维护工作的安全性。

本申请实施例提供的指示器可以基于供电设备是否断电而显示不同的状态。示例性地，响应于功率变换模块或配电模块闭合，该指示器可以处于第一状态。响应于功率变换模块断开且配电模块关断，该指示器可以处于第二状态。例如，指示器可以是设置在箱体外部的显示灯，显示一种颜色表示第一状态，表示供电设备未处于断电状态。指示灯显示另一种颜色表示第二状态，表示供电设备处于断电状态。从而，维护人员可以基于指示器的状态获知供电设备是否断电，能够进一步提高供电设备维护工作的安全性。

控制器与指示器连接，控制器通过第一指示信号与第二指示信号控制指示器，当指示器接收到第一指示信号后，指示器处于第一状态，当指示器接收到第二指示信号后，指示器处于第二状态。

本申请还提供了一种控制方法，该方法可以适用于上文介绍的供电设备。图5是本申请提供的控制信号的示意性流程图。

S510，响应于箱门开启，功率变换模块关断。

S520，响应于功率变换模块关断，配电模块关断。

有关该控制方法更详细的说明可以参见上文图2至图4的说明，为了简便，不予赘述。

基于本申请实施例提供的供电设备，维护人员打开供电设备的箱门，门磁装置感应到箱门开启生成第一关断信号，控制器可以响应于第一关断信号输出第一控制信号和第二控制信号，先控制功率变换模块关断，后控制配电模块关断。或者，维护人员可以通过远程控制系统向控制器发送第二关断信号，控制器可以响应于第二关断信号输出第一控制信号和第二控制信号，先控制功率变换模块关断，后控制配电模块关断。再或者，上文第一控制信号和第二控制信号可以同时存在，比如维护人员可以首先通过远程控制系统向控制器发送第二关断信号，控制器响应于第二关断信号关断配电模块和功率变换模块，维护人员打开供电设备的箱门时，门磁装置产生第一控制信号，控制器再响应于第一关断信号关断配电模块和功率变换模块，以实现供电设备的可靠关断，提供供电设备维护工作的安全性。然后，维护人员可以在已经断电流的情况下操作连接器，以使得连接器分离所连通的模块，使得各个模块之间电气隔离，从而即使供电设备没有配置隔离开关，也能够在安全的环境下执行维护操作。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。