微電網智能快速開關系統的製作方法
2023-05-10 19:04:06 2
專利名稱：微電網智能快速開關系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種微電網PCC智能成套設備，主要應用於微電網和大電網連接處，是微電網和大電網聯結的關鍵設備，是將微電網保護測控和快速斷路器相結合的智能化成套設備。
背景技術：
微電網具有併網/孤網兩種穩態運行模式，併網模式是指在正常情況下，微網與大電網連接，二者同時運行，微電網向大電網提供多餘的電能或由大電網補充微電網發電量的不足；孤網運行是指大電網發生故障或電能質量不能滿足微電網要求時，微電網與大電網斷開獨自運行，可見微電網的孤網運行可為系統提供了更高的供電可靠性和供電不可間斷性。當進行併網/孤網兩種模式間轉換時，為保證微電網內電壓的連續平穩過渡，實現無縫切換，以確保網內重要敏感負荷的供電不受影響，對微電網與大電網連接處的開關的快速性要求較高。而目前配電網斷路開關的用於驅動合閘、分閘的操動機構一般為彈操機構或永磁機構，固分時間通常在20ms以上，在時效性上無法滿足微電網孤網運行及微電網孤網/併網工作模式切換的需要。
實用新型內容為解決上述問題，本實用新型提供了一種微電網智能快速開關系統，可實現快速分閘，在時效性上能夠滿足微電網孤網運行以及微電網在併網/孤網模式間平穩過渡的需要。本實用新型所採用的主要技術方案是一種微電網智能快速開關系統，包括用於驅動合分閘的快速永磁操動機構、用於檢測線路電流信息的電流檢測裝置以及用於接收電流檢測裝置的電流信息、對該電流信息進行處理和邏輯分析並在判斷出電流故障後輸出控制指令控制所述快速永磁操動機構分合閘動作的中央控制單元，所述快速永磁操動機構包括用於驅動快速分閘的斥力組件、用於驅動合閘的電磁吸力機構和用於保持分/合閘狀態的永磁保持機構，所述斥力組件設有斥力線圈和受所述斥力線圈磁場作用的斥力金屬盤，所述斥力金屬盤的一側盤面與所述斥力線圈的一個端面相對，所述斥力金屬盤驅動連接滅弧裝置的輸出軸，所述電磁吸力機構包括動鐵芯和與所述動鐵芯配合的吸力線圈，所述動鐵芯與所述斥力金屬盤和所述輸出軸固定連接在一起。所述中央控制單元還設有能夠與外界能量管理用主機之間雙向通信的數字通信電路。上述任一一種所述微電網智能快速開關系統的技術方案中，所述中央控制單元還設有能夠接收遙控信號的遙控信號輸入接口電路以及用於從線路上取電並將其轉換成所述遙控信號輸入接口電路和斥力線圈供電線路用電的電壓或電流變換單元。[0009]本實用新型的有益效果是由於採用斥力線圈和斥力金屬盤組成的斥力組件快速驅動分間，相比現有的採用彈操機構的斷路開關，進一步提高了分閘動作的快速性；本實用新型首次將真空永磁技術應用於微電網開關上，相比原來採用靜態開關，在能夠滿足微電網對速斷時效性要求的前提下，顯著降低了設備的成本；由於設置有能夠與外界能量管理用主機之間雙向通信的數字通信電路和相應的數位化通信接口，可實現所述微電網智能快速開關系統的各種狀態信息的上傳和來自所述主機的各種調度指令的接收，有利於實現系統的能量優化管理，與智能電網的核心設計理念相一致，對新能源推廣、節能降耗具有重要意義。
圖1為本實用新型的電氣原理框圖；圖2為本實用新型的斥力組件的原理圖；圖3為本實用新型的工作過程示意圖。
具體實施方式
本實用新型提供了一種微電網智能快速開關系統，屬於一種微電網PCC智能成套設備，可應用於微電網和主電網連接處，成為微電網和公共大電網聯結的關鍵設備，是將微電網保護測控和快速斷路器相結合的智能化成套設備，能在故障後IOms內快速切除故障， 切換至孤網運行狀態。如圖1、2所示，所述微電網智能快速開關系統包括用於驅動合分閘的快速永磁操動機構、用於檢測線路電流信息的電流檢測裝置(如電流傳感器、電流互感器等)以及用於接收電流檢測裝置的電流信息、對該電流信息進行處理和邏輯分析並在判斷出電流故障後輸出控制指令控制所述快速永磁操動機構分合間動作的中央控制單元。所述快速永磁操動機構包括用於驅動快速分閘的斥力組件、用於驅動合閘的電磁吸力機構和用於保持分/合閘狀態的永磁保持機構，所述斥力組件設有斥力線圈1和受所述斥力線圈磁場作用的斥力金屬盤2，所述斥力金屬盤可以採用斥力銅盤，所述斥力金屬盤的一側盤面與所述斥力線圈的一個端面相對，所述斥力金屬盤驅動連接滅弧裝置的輸出軸，所述電磁吸力機構包括動鐵芯和與所述動鐵芯配合的吸力線圈，所述動鐵芯與所述斥力金屬盤和所述輸出軸固定連接在一起。所述斥力線圈的供電迴路上串聯有向所述斥力線圈放電的預充電電容4以及控制該迴路電流通、斷的開關控制器3，所述開關控制器採用大功率晶閘管開關。當開關控制器3使該環路閉合時，預充電電容4向斥力線圈1放電，並產生較大的脈衝電流，此時斥力金屬盤2因感應渦流而受到電磁推力F的作用向上運動，從而推動所述快速永磁操動機構的輸出軸向上運動，實現分閘。所述預充電電容4還連接在一個充電電路上，在下一次放電前所述充電電路可以向所述預充電電容充電。所述斥力組件是利用渦流斥力原理製作的，在短時間內即可以驅動負載快速動作，因此可實現快速分閘。經過樣機試驗，取得了比較滿意的效果，具有動作快速、反應時間短的特點，反應時間可在l-3ms左右，遠低於同類功能的永磁操動機構。所述斥力組件相比目前配電網斷路開關的彈操機構或永磁機構，顯著縮短了分閘時間，能較好地滿足微電網快速分閘的需要。所述永磁保持機構可以在快速分閘的同時減小過衝和反彈以及保證快速開關的可靠合閘。通常情況下，合閘狀態為所述微電網智能快速開關的常態。所述中央控制單元設有能夠與外界能量管理用主機之間雙向通信的數字通信電路。 所述數字通信電路設有數位化通信接口，所述數字通信電路可用於上傳所述微電網智能快速開關系統的各種狀態信息和接收來自所述主機的各種調度指令，有助於實現微電網的能量優化管理，與智能電網的核心設計理念相一致，對新能源推廣、節能降耗、降低碳排放量具有重要意義。如圖1、3所示，所述中央控制單元設有用於接收所述電流信息的檢測信號輸入接口電路，所述電流檢測裝置的輸出端連接至所述檢測信號輸入接口電路的輸入端。對於輸出為模擬量的所述電流檢測裝置，所述檢測信號輸入接口電路中設置有模數轉換器，以將所述電流信息轉換成中央控制單元可以運算和處理的數字信息，所述模數轉換器優選採用高速、高精度模數轉換器，相應地，所述中央控制單元優選採用高速數字晶片為核心的高速信號處理電路對所述電流信息進行處理、邏輯分析和判斷，以進一步縮短保護出口時間。所述電流檢測裝置可以包括A、B、C三相電流互感器，或者也可以包括A、B、C三相電流互感器和零序電流互感器。所述電流檢測裝置通常用於檢測所述快速開關所在線路的電流，對於本實用新型的微電網智能快速開關系統，當其安裝在微電網與大電網的連接處時，所述電流檢測裝置也可以根據實際需要設置在大電網的相應線路上。所述電流檢測裝置實時地將所檢測的電流信息傳遞給檢測信號輸入接口電路，經所述檢測信號輸入接口電路進行模數轉換，然後根據前述的所述處理和邏輯分析步驟進行計算和故障電流的判斷， 但判斷所檢測電流為故障電流，則經驅動電路送出相應的分閘控制指令，從而控制所述斥力組件動作分閘。上述任一一種所述微電網智能快速開關系統的技術方案中，所述中央控制單元還可以設有能夠接收遙控信號的遙控信號輸入接口電路。所述遙控信號輸入接口電路可以接收遠程的遙控信號，包括可控制快速永磁操動機構動作的指令信號和保護定值等參數的新設定值等，以此實現對本地微電網智能快速開關系統的遠程控制和定值調整。所述中央控制單元的核心是信號處理電路，可用於前述的所述處理和邏輯分析，所述遙控信號輸入接口電路將遙控信號經過必要的處理後送入所述信號處理電路，參與故障電流的計算以及控制指令的生成。所述微電網智能快速開關系統還可以設有用於從線路上取電並將其轉換成所述遙控信號輸入接口電路和斥力線圈供電線路等線路用電的電壓或電流變換單元，所述電壓或電流變換單元可以採用電流或電壓互感器作為電流或電壓變換元件，解決了所述微電網智能快速開關系統內部用電要求各不相同的電路的供電問題，使用時無需另外尋址配套設備，也簡化了設備的安裝。所述永磁保持機構包括固定安裝的永磁鐵，所述永磁鐵呈包圍在所述動鐵芯外側的環形或者為位於所述動鐵芯側面的一個非環形或環繞在所述動鐵芯外側的多個非環形，所述多個非環形永磁鐵的分布方式為旋轉對稱。本實用新型採用快速永磁操動機構實現快速分閘和可靠合閘，從硬體方面實現了快速動作、快速切除故障的目的，既可連接在微電網與大電網之間，實現兩網間的無縫切換，又可以設置在微電網內部線路上，實現微電網孤網運行時的故障切除，可見，本實用新型可保證微電網在併網和孤網運行狀態下的可靠性。
根據申請人的樣機實驗，本實用新型的開關本體分閘動作時間小於:3ms， 本實用新型可用於微電網保護(孤網保護)以及常規保護(併網保護)。此外，本實用新型還具有成本低，體積小，能耗少，控制容量大，可靠性高，適合頻繁操作等優點，特別適用於交流50HZ、電壓400V及以下的三相四線制電網中，可滿足國內市場和一些特殊地區嚴酷環境的需要。
權利要求1.一種微電網智能快速開關系統，其特徵在於包括用於驅動合分閘的快速永磁操動機構、用於檢測線路電流信息的電流檢測裝置以及用於接收電流檢測裝置的電流信息、對該電流信息進行處理和邏輯分析並在判斷出電流故障後輸出控制指令控制所述快速永磁操動機構分合閘動作的中央控制單元，所述快速永磁操動機構包括用於驅動快速分閘的斥力組件、用於驅動合閘的電磁吸力機構和用於保持分/合閘狀態的永磁保持機構，所述斥力組件設有斥力線圈和受所述斥力線圈磁場作用的斥力金屬盤，所述斥力金屬盤的一側盤面與所述斥力線圈的一個端面相對，所述斥力金屬盤驅動連接滅弧裝置的輸出軸，所述電磁吸力機構包括動鐵芯和與所述動鐵芯配合的吸力線圈，所述動鐵芯與所述斥力金屬盤和所述輸出軸固定連接在一起。
2.如權利要求1所述的微電網智能快速開關系統，其特徵在於所述中央控制單元設有能夠與外界能量管理用主機之間雙向通信的數字通信電路。
3.如權利要求2所述的微電網智能快速開關系統，其特徵在於用於控制斥力線圈通、 斷電的開關控制器採用大功率晶閘管開關。
4.如權利要求3所述的微電網智能快速開關系統，其特徵在於所述中央控制單元設有用於接收所述電流信息的檢測信號輸入接口電路，所述電流檢測裝置的輸出端連接至所述檢測信號輸入接口電路的輸入端。
5.如權利要求4所述的微電網智能快速開關系統，其特徵在於所述輸入接口電路設有用於對所述電流信息進行模數轉換的高速、高精度模數轉換器。
6.如權利要求5所述的微電網智能快速開關系統，其特徵在於所述電流檢測裝置包括 A、B、C三相電流互感器，或者包括A、B、C三相電流互感器和零序電流互感器。
7.如權利要求1-6中任一權利要求所述的微電網智能快速開關系統，其特徵在於所述中央控制單元還設有能夠接收遙控信號的遙控信號輸入接口電路。
8.如權利要求7所述的微電網智能快速開關系統，其特徵在於還設有用於從線路上取電並將其轉換成所述遙控信號輸入接口電路和斥力線圈供電線路用電的電壓或電流變換單元。
9.如權利要求8所述的微電網智能快速開關系統，其特徵在於所述電壓或電流變換單元採用電流或電壓互感器作為電流或電壓變換元件。
10.如權利要求9所述的微電網智能快速開關系統，其特徵在於所述永磁保持機構包括固定安裝的永磁鐵，所述永磁鐵呈包圍在所述動鐵芯外側的環形或者為位於所述動鐵芯側面的一個非環形或環繞在所述動鐵芯外側的多個非環形，所述多個非環形永磁鐵的分布方式為旋轉對稱。
專利摘要本實用新型涉及一種微電網智能快速開關系統，包括用於驅動合分閘的快速永磁操動機構、用於檢測線路電流信息的電流檢測裝置以及用於接收電流檢測裝置的電流信息、對該電流信息進行處理和邏輯分析並在判斷出電流故障後輸出控制指令控制所述快速永磁操動機構分合閘動作的中央控制單元，所述快速永磁操動機構採用斥力組件驅動分閘，從硬體方面實現了快速動作、快速切除故障的目的，可有力地保證微電網在併網或孤網運行狀態下的可靠性以及在併網/孤網模式間的平穩過渡，在滿足微電網特殊使用要求的前提下顯著降低設備成本，同時有助於實現微電網整個系統的能量優化管理，對新能源推廣、節能降耗意義重大。
文檔編號H02J13/00GK202309214SQ20112032794
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月2日 優先權日2011年9月2日
發明者祝振鵬 申請人:北京新能匯智微電網技術有限公司