微電網繼電保護裝置的製作方法
2023-05-07 09:29:56 2
專利名稱：微電網繼電保護裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及微電網繼電保護技術領域，具體涉及一種既可用於微電網孤網運行時的繼電保護又能適應微電網在孤網與併網工作狀態間切換的繼電保護裝置。
背景技術：
微電網(Micro Grid)是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、相關負荷和監控、保護裝置匯集而成的小型發配電系統，是一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統，其既可以連接到外部大電網上運行(稱為「併網」運行)，也可以脫開外部大電網孤立運行(稱為「孤網」運行)。在孤網狀態下，若微電網內負載出現短路，由於微電網電源設備容量有限，此時的短路電流比併網狀態下的短路電流要小得多，但是由於微電網內部有數量眾多的分布式電源，且它們之間的距離短，因此孤網狀態下短路電流的增長較併網狀態時的增長急劇，可見，微電網處於孤網運行狀態時，其短路電流與併網狀態時的短路電流有很大的不同，因此，如果不加以區分地統一採用傳統的繼電保護裝置，由於這些繼電保護裝置都是應用於 IOKV及以上電壓的大電網線路上的，在對小電流的感知以及對急劇增長的電流的及時反應方面都不能滿足微電網的快速切除故障的保護需要，即在微電網孤網運行時很難起到應有的保護作用。
實用新型內容為了克服現有技術的上述缺陷，本實用新型提供了一種微電網繼電保護裝置，能夠適應微電網在孤網/併網間切換，並可在微電網處於孤網運行狀態時起到應有的繼電保護作用。本實用新型所採用的主要技術方案是一種微電網繼電保護裝置，包括能夠接收微電網與大電網之間連接的微電網開關的分合間狀態信號的開入模塊、能接收所述微電網的各電流數據信號並將其轉換成數字信息的模入模塊、能夠接收來自模入模塊和開入模塊的信息並進行邏輯處理後輸出控制指令信息的主控制單元、能夠接收來自所述主控制單元的控制指令信息並控制所述微電網內部線路上的各斷路開關分合閘的控制輸出模塊和用於安裝上述各模塊和單元並對上述各模塊和單元構成有效電磁屏蔽的鐵製外殼。所述微電網繼電保護裝置還包括與所述主控制單元連接並雙向通信的通信模塊， 所述通信模塊上設有用於與外界通信的RS232和/或RS485接口。所述微電網繼電保護裝置還可以包括遙控模塊，所述遙控模塊與所述主控制單元連接並雙向通信。所述遙控模塊可以包括相互配套並無線連接的遙控發射子模塊和遙控接收子模塊，所述遙控接收子模塊與所述主控制單元集成於一體，所述遙控發射子模塊獨立於所述外殼設置。[0010] 所述遙控發射子模塊包括信號發射電路、用於為所述信號發射電路瞬時供電的儲能電路、為所述儲能電路充電的遙控器電源以及分別用於操控所述信號發射電路發送遙控指令和控制所述儲能電路充電的控制按鍵和儲能按鍵。 本實用新型的工作過程(如圖3所示)是本裝置上電，進行初始化(包括對輸入輸出口、定時器、定值、通信參數等的初始化)，通過開入模塊進行開入信號採集，當開入模塊送來的是孤網模式信號或非併網模式信號時，開始對模入模塊送來的電流信號進行採集並進行比較運算，進行模擬量採樣變換，將採集的電流數據與預先設定的保護定值進行比較， 進行保護邏輯判斷，一旦發現任意電流數據在其預定的延遲時間內始終達到或超過其保護定值，則在該延遲時間結束時通過控制輸出模塊控制相應線路上的斷路開關跳閘。其中，針對短路電流，無延遲地迅速輸出跳間控制指令以驅動所述斷路開關立即跳間，整個過程可在IOms內完成。當開入模塊送來的是併網模式信號或非孤網模式信號時，本裝置退出繼電保護狀態。本實用新型的有益效果是本實用新型的微電網繼電保護裝置能夠適應微電網在孤網和併網兩種工作狀態間的切換，並且可滿足400V及以下的微電網孤網運行時的全面保護需要，包括其短路電流相比於併網狀態下更小的、但增長更急劇的情況時的電路保護需要；由於所述微電網繼電保護裝置的通信模塊採用了用於與外界通信的RS232和/或 RS485接口，既可與本地用PC機連接實現定值查詢和配置數據，又可與GSM模塊等多種網絡設備相配合，通過短消息模式實現遙控、遙信、遙測和遙調等功能；由於所述微電網繼電保護裝置設置了配套的遙控發射子模塊和遙控接收子模塊， 可通過所述微電網繼電保護裝置遙控其所控制的繼電器動作，從而控制斷路器的合、分閘， 可以使工作人員不用上杆即可完成對斷路器的合、分閘操作。由於採用了鐵質外殼，並通過所述鐵質外殼形成對安裝在其內部的各個模塊和/ 或單元等電路實現了有效的電磁屏蔽，由此可以在不增加屏蔽設施的情況下，有效地防止外部電磁幹擾，保證系統運行的可靠性，降低運行成本。
圖1為本實用新型的雙網切換原理圖；圖2為本實用新型的一個實施例的內部結構框圖；圖3為本實用新型的程序流程圖。
具體實施方式
如圖1、2所示，本實用新型保護一種微電網繼電保護裝置，包括能夠接收微電網與大電網之間連接的微電網開關(即圖1中的微電網PCC開關)的分合閘狀態信號的開入模塊、能接收所述微電網的各電流數據信號並將其轉換成數字信息的模入模塊、能夠接收來自模入模塊和開入模塊的信息並進行邏輯處理後輸出控制指令信息的主控制單元、能夠接收來自所述主控制單元的控制指令信息並控制所述微電網內部線路上的各斷路開關分合閘的控制輸出模塊和用於安裝上述各模塊和單元並對上述各模塊和單元構成有效電磁屏蔽的鐵製外殼。[0021]下面結合申請人發明的型號為MG2100的保護裝置進行具體說明。所述開入模塊可以將外界的開關量信息傳遞給主控制單元，包括微電網內受所述控制輸出模塊控制的斷路開關的開合閘信息、微電網孤網/併網工作模式信息和手動分合閘指令信息，分別用於判斷是否具備重合閘操作條件、是否應該投入或退出微電網繼電保護狀態、是否應進行手動分合閘操作，為了接收到上述信息，所述開入模塊分別設置了用於同所述斷路開關分合閘位置檢測裝置、孤網模式檢測裝置(即所述微電網開關的分合間位置檢測裝置)、手動分合閘指令輸入裝置連接的輸入端。當微電網開關處於合閘位置，微電網與外部大電網連接， 主控制單元接到開入模塊發來的併網模式信號或未接到開入模塊發來的孤網模式信號，實踐中也可以設定當接到非孤網模式信號時，表示微電網工作在併網模式，所述微電網繼電保護裝置退出繼電保護工作狀態，此時由外界的傳統繼電保護設備進行線路故障保護。當外部大電網出現供電故障斷電後，微電網開關迅速跳閘，微電網開關處於分閘位置，微電網與外部大電網隔離，主控制單元接到開入模塊發來的孤網模式信號，表示微電網工作在孤網模式，所述微電網繼電保護裝置進入繼電保護狀態，保護微電網內的用電負載。所述模入模塊連接各電流檢測裝置並接收其檢測的所述微電網的各電流數據信號，所述各電流檢測裝置可以包括A、B、C相電流檢測裝置和零序電流檢測裝置。由於利用三相電流合成的計算方法，通過三相電流的矢量和的精確計算可以得到零序電流的大小， 因此也可以只設置A、B、C三相電流檢測裝置。所述各電流檢測裝置優選採用精密電流互感器進行電流檢測。所述控制輸出模塊接收來自主控制單元的信息，接通合間、分間迴路。所述外殼可以起到保護、防塵和抗電磁幹擾作用。當A、B、C三相中任一相電流大大超過速斷電流定值，本裝置將在IOms內跳閘出口。通過上述電流檢測，本裝置可以實現三段式電流保護、小電流接地/系統單相接地保護、快速速斷保護等功能。所述微電網繼電保護裝置還包括與所述主控制單元連接並雙向通信的通信模塊， 所述通信模塊上設有用於與外界通信的RS232和/或RS485接口，支持MODBUS規約，通訊功能強大，互操作性好。通過該接口，所述微電網繼電保護裝既可與本地用PC機連接實現定值查詢和配置數據，又可與GSM模塊支持光MODEM、GSM/GPRS (配置短消息模塊後，可以通過手機對開關實現控制監視功能)等多種網絡設備相配合，通過短消息模式實現遙控、遙信、遙測和遙調等功能。可以通過跳線選擇RS232或RS485接口。所述微電網繼電保護裝置還可以包括與所述主控制單元連接並雙向通信的人機互動模塊，通過所述人機互動模塊完成使用者對定值的查看和修改、對測量值的查看等。所述人機互動模塊可以包括輸入子模塊和輸出子模塊，所述輸入子模塊包括按鍵，所述輸出子模塊包括液晶顯示屏和/或LED指示燈。所述主控制單元可通過輸出子模塊向使用者傳遞所述主控制單元的電流測量值、保護定值、告警等信息，使用者可以通過輸出子模塊中的按鍵向主控制單元傳遞查詢、修改等信息。所述液晶顯示屏(用於響應各按鍵命令、顯示人機對話界面、主動顯示事故告警) 和/或LED指示燈以及按鍵設置在該裝置的控制面板上，所述控制面板採用用一體化設計， 便於嵌入式安裝。以MG2100型微電網繼電保護裝置為例，所述LCD指示燈包括運行指示燈 (用於表示裝置上電、電源工作正常)、通訊指示燈(用於表示液晶屏與CPU通訊，召喚數據正常)、保護指示燈(用於過流或速斷保護事件告警)和備用指示燈。所述按鍵包括復位鍵(用於復位液晶顯示)、上、下移按鍵(用於移動光標、翻頁操作及修改定值大小)、左、右移按鍵(用於移動定值有效位光標)、確認按鍵(用於激活主菜單、進人下級菜單、修改定值後確認執行以及保護動作後復歸)和退出按鍵(用於返回上級菜單)。所述主控制單元採用第三代微機保護硬體的設計原則，應用多種新技術進一步提高硬體的可靠性，該單元除進行系統自檢外，還要接收來自人機互動模塊、模入模塊、開入模塊、通信模塊傳遞的信息，經過邏輯處理後向人機互動模塊、通信模塊、控制輸出模塊傳遞信息。此外，主控制單元中還設有可控制外部數據採集的專用數據採集控制子模塊，因此同時具有高精度的測量功能和保護功能。所述微電網繼電保護裝置主要針對50Hz輸入信號設計，實際可適應45 55Hz之間變化的輸入信號的採集。所述微電網繼電保護裝置還可以包括將輸入的電源電壓變換成各個所述模塊需要的工作電壓的電壓變換模塊，為各個所述模塊供電。所述微電網繼電保護裝置既可以外接電源，也可以自備電源，這些電源用以提供所述電源電壓。所述模入模塊中用於將所述微電網的各電流數據信號轉換成數字信息的模數轉換器優選為高速、高精度模數轉換器，進一步提高比較運算速度和精度。所述通信模塊和控制輸出模塊與外界通信的接口均優選為採用了電磁隔離和光電隔離措施的接口，以提高裝置的抗幹擾能力。對於任何出口信號均採用雙重監控，確保出口信號的可靠性。前述的各種微電網繼電保護裝置還可以包括遙控模塊，所述遙控模塊與所述主控制單元連接並雙向通信。所述遙控模塊可以包括相互配套並無線連接的遙控發射子模塊和遙控接收子模塊，所述遙控接收子模塊與所述主控制單元集成於一體，所述遙控發射子模塊獨立於所述外殼設置。通過該遙控模塊，可以實現遙控、遙信、遙測和遙調。優選地，所述遙控發射子模塊包括信號發射電路、用於為所述信號發射電路瞬時供電的儲能電路、為所述儲能電路充電的遙控器電源以及分別用於操控所述信號發射電路發送遙控指令和控制所述儲能電路充電的控制按鍵和儲能按鍵。通過所述控制按鍵，可遙控其所控制的繼電器動作，從而控制相應斷路器的合、分閘，可以使工作人員不用上杆即可完成對斷路器的合、分閘操作。為了避免誤動作，必須先按儲能按鍵數秒鐘(如5秒)儲能完畢後再按所述控制按鍵(如合間、分間按鈕)控制斷路器的分合。是否採用遙控方式，優選通過設置遙控器軟壓板退此功能，例如，當遙控器軟壓板置1時可以投入遙控功能，置0時退出遙控功能。所述微電網繼電保護裝置的監控軟體中含有多種智能算法，使得本裝置能夠在其失去通信能力後，延時實現故障隔離、網絡重構、自動恢復供電等功能。所述微電網繼電保護裝置還採用了抗雷電波衝擊和抗電磁幹擾設計，抗雷電波衝擊設計使得各輸入、輸出帶電端子分別對地、交流迴路與直流迴路之間、交流直流迴路與交流電壓迴路之間，能承受5KV、1. 2/50的雷電波衝擊。抗電磁幹擾設計使得該裝置能承受頻率為IMHz及IOOKHz衰減振蕩波(第一半波電壓幅值共模2. 5KV,差模1KV)的脈衝幹擾試驗，以及能承受IEC 61000-4-4 :1995標準規定的4級快速瞬變脈衝群抗擾度試驗。本實用新型具有功耗低、安裝方便、匹配方式靈活多樣，適宜多種運行及環境場所等特點。
權利要求1.一種微電網繼電保護裝置，其特徵在於包括能夠接收微電網與大電網之間連接的微電網開關的分合閘狀態信號的開入模塊、能接收所述微電網的各電流數據信號並將其轉換成數字信息的模入模塊、能夠接收來自模入模塊和開入模塊的信息並進行邏輯處理後輸出控制指令信息的主控制單元、能夠接收來自所述主控制單元的控制指令信息並控制所述微電網內部線路上的各斷路開關分合閘的控制輸出模塊和用於安裝上述各模塊和單元並對上述各模塊和單元構成有效電磁屏蔽的鐵製外殼。
2.如權利要求1所述的微電網繼電保護裝置，其特徵在於還包括與所述主控制單元連接並雙向通信的通信模塊，所述通信模塊上設有用於與外界通信的RS232和/或RS485接
3.如權利要求2所述的微電網繼電保護裝置，其特徵在於還包括人機互動模塊，所述人機互動模塊與所述主控制單元連接並雙向通信。
4.如權利要求3所述的微電網繼電保護裝置，其特徵在於所述人機互動模塊包括輸入子模塊和輸出子模塊，所述輸入子模塊包括按鍵，所述輸出子模塊包括液晶顯示屏和/或 LED指示燈。
5.如權利要求4所述的微電網繼電保護裝置，其特徵在於還包括將輸入的電源電壓變換成各個所述模塊需要的工作電壓的電壓變換模塊。
6.如權利要求5所述的微電網繼電保護裝置，其特徵在於所述模入模塊中用於將所述微電網的各電流數據信號轉換成數字信息的模數轉換器為高速、高精度模數轉換器。
7.如權利要求6所述的微電網繼電保護裝置，其特徵在於所述通信模塊和控制輸出模塊與外界通信的接口均為採用了電磁隔離和光電隔離措施的接口。
8.如權利要求1-7中任意一個權利要求所述的微電網繼電保護裝置，其特徵在於還包括遙控模塊，所述遙控模塊與所述主控制單元連接並雙向通信。
9.如權利要求8所述的微電網繼電保護裝置，其特徵在於所述遙控模塊包括相互配套並無線連接的遙控發射子模塊和遙控接收子模塊，所述遙控接收子模塊與所述主控制單元集成於一體，所述遙控發射子模塊獨立於所述外殼設置。
10.如權利要求9所述的微電網繼電保護裝置，其特徵在於所述遙控發射子模塊包括信號發射電路、用於為所述信號發射電路瞬時供電的儲能電路、為所述儲能電路充電的遙控器電源以及分別用於操控所述信號發射電路發送遙控指令和控制所述儲能電路充電的控制按鍵和儲能按鍵。
專利摘要本實用新型涉及一種微電網繼電保護裝置，包括能接收微電網與大電網之間連接的微電網開關的分合閘狀態信號的開入模塊、能接收所述微電網的各電流數據信號並將其轉換成數字信息的模入模塊、能接收來自模入模塊和開入模塊的信息並進行邏輯處理後輸出控制指令信息的主控制單元、能夠接收來自所述主控制單元的控制指令信息並控制所述微電網內部線路上的各斷路開關分合閘的控制輸出模塊和用於安裝上述各模塊和單元並構成有效電磁屏蔽的鐵製外殼，並配有可實現遙控、遙信、遙測和遙調功能的通信接口。本實用新型能可適應微電網在孤網/併網間切換，可在微電網處於孤網運行狀態時起到三段式電流保護、小電流接地/系統單相接地保護、快速速斷保護等作用。
文檔編號H02H7/26GK202206127SQ20112032796
公開日2012年4月25日 申請日期2011年9月2日 優先權日2011年9月2日
發明者孔啟翔 申請人:北京新能匯智微電網技術有限公司