乔义
保定华源电气新技术开发有限公司 071051
摘 要: 分布式供电（Distributed Generation），与传统的集中式供电相比，分布式供电就是将发电系统以小规模（数千瓦至50 MW 的小型模块式）、分散式的方式布置在用户附近。分布式供电主要是用液体或气体燃料的内燃机（IC）、微型燃气轮机（Microturbines）和各种工程用的燃料电池（Fuel Cell），这种供电方式随着机载设备的发展，得到了越来越广泛的应用，因而其输出保护策略锁受到的关注也日益提高，针对这方面的研究也越来越多。笔者根据多年从业经验，对分布式供电系统的电源保护提出了新的方法和策略，希望能对该领域的研究提供参考。
关键词: 分布式供电; 智能电源; 保护策略
随着机载设备的发展，机载产品的更新换代也越来越快。在新一代综合机载产品中，整机需要根据外部环境或产品本身的工作状态，实现功能模块的智能电源控制。因此，电源中设置了多通道输出的智能电源管理单元，可根据上级需要智能上下电，向上级报告各支路的电压、电流信息，必要时可接通或切断部分模块，同时实现过流保护。在最初的产品中，智能控制和保护都是通过软件实现的，导致保护响应速度慢，在发生短路等瞬时大电流故障时不能及时响应，造成保护失灵和故障蔓延，给产品的使用带来隐患。针对以上问题，有必要对现有电路进行分析和改进，制定合理的保护策略，以提高产品的可靠性。
1智能电源
智能电源采用分布式电源架构，电源内部设置电源转换单元，连接车载电源115VAC或+28vdc电源转换为产品内部的低压直流母线电压，一般为+28 VDC或+12VDC。在直流母线电压的后级，根据系统中负载模块的个数，有多通道智能开关电路，大多数都在5通道以上。当电源的内部核心控制器根据其分配策略或上级指令发出供配电信号时，多路智能开关电路可实现各支路的独立电源输出，即，负荷模块智能供配电，各支路需支持电压、电流模拟量上报和故障状态上报，具有独立的输入过压、欠压、过流、短路保护，一个分支机构的故障不得影响其他分支机构的正常运行。
2 保护策略
在以往的智能电源设计中，通常在每个开关支路中设置max108080sasa型电流采集电路。电流信号通过AD发送给DSP，由软件实现电流采集和过流保护，但不采集输出电压。在可测性测试中，需要模拟测试分支没有输出的情况。由于不采集电压，只能通过电流值判断支路是否有输出。
实际上，在负载电流很小的情况下，电流采集过程中也存在误差。如果电流阈值设置不当，可能会有一个小负载电流，但支路的正常输出被误判为无输出。此外，软件轮询是周期性的。当存在多个输出路径或多个周期性位任务时，周期位时间较长，通常以几十MS或更长为单位。如果负载发生瞬时大电流短路故障，就可能存在无法保护的情况，容易造成智能开关电路的过流烧毁，甚至将故障蔓延到其他电路，进一步损坏产品。为了解决支路电流不能快速关断的问题，利用DSP+FPGA在max1080sasa的输出端设置比较电路，采集输出电压。
如果电流指标超标，触发FPGA中的硬件逻辑，快速发出关断指令，控制高端驱动器切断电源电路，DSP向上位机发送故障信息。其优点是利用FPGA硬件响应实现短路或瞬时大电流保护，响应速度可保证在10μ内。逻辑控制型过流保护原理框图见图 1。
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智能开关支路的过流保护策略细分为：逻辑应采用分级处理的保护策略。对于负载瞬时功稍有超标的电流，则认定为正常过流故障。在这种状态下，智能开关电路远未达到可能损坏的阈值，这一般是由于后端负载模块的短期工作特性造成的，此时应设置相对较长的动作响应时间（如小于10ms）。如果故障在动作响应时间内消失，开关将不动作。如果过流故障持续10ms以上，则认为后端负载工作状态异常，应切断支路电源；对于瞬时大电流短路故障（正常过流点的2-5倍），应认定为严重短路故障。这种状态的持续很可能是由于后端发生不可恢复的短路故障和智能开关电路的损坏。此时，应设置非常短的动作响应时间（10μs内）以防止故障进一步蔓延。
此外，过流或短路触发的保护状态不应实时恢复。过流保护动作后，过流故障消失，恢复输出使故障继续发生。过流保护策略逻辑框图见图 2。
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为了解决无法准确判断支路无输出原因的问题，需要在每个支路中增加电压监测，无输出的逻辑判断策略细分为：采集支路电流值，如果支路电流小于阈值，且支路电压也低于阈值，判断支路无输出，DSP向上位机报告故障；如果支路电流值小于阈值，但电压正常，则判断支路正常。利用该策略结合过流保护策略，上位机可以清楚地知道支路故障的具体原因。无输出逻辑判断策略框图如图 3 所示。
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图 3 无输出逻辑判断策略
3 结语
分布式供电系统随着机载设备的发展得到了越来越广泛的应用，因而其输出保护策略锁受到的关注也日益提高，针对这方面的研究也越来越多。本文提出的分布式电源系统的智能电源保护策略能够实时监测各分布式电源通道的电压和电流，准确判断，对后期机载设备进行准确保护。同时，它可以防止故障扩散，保证供电通道其他机载设备的正常运行，达到故障隔离的目的，大大提高了机载设备的安全性、稳定性和可靠性。
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