CN103825296B - 一种分布式电源并网用双电源分配供电接口装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式电源并网用双电源分配供电接口装置，通过电源转切模块，将交流市电和备用直流电源不间断电流切换供电，再将功能模块按照不同的功能性质分配到电源转切模块引出的主供电端口或者备用供电端口。当交流市电停电时，切断主供电端口连接的非必要功能模块，此时，备用直流电源只供给必要功能模块的电能所需，从而减小装置的耗电量；当交流市电正常供电时，此时，交流市电不仅供应主供电端口连接的非必要功能模块，还为备用供电端口连接的必要功能模块供电。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种用于35kV及以下电压等级电网的分布式电源并网双电源接口供电分配装置。
背景技术
分布式电源通常接入中压或低压配电系统，并会对配电系统产生广泛而深远的影响。传统的配电系统被设计成仅具有分配电能到末端用户的功能，而未来配电系统有望演变成一种功率交换媒体，即它能收集电力并把它们传送到任何地方，同时分配它们。分布式发电具有分散、随机变动等特点，大量的分布式电源的接入，将对配电系统的安全稳定运行产生极大的影响。
作为集中式发电的有效补充,分布式发电及其系统集成技术已日趋成熟。随着单位千瓦电能生产价格的不断下降以及政策层面的有力支持,分布式发电技术正得到越来越广泛的应用。分布式电源与传统电力系统并网运行会引起对环境、经济以及对电力系统的运行、控制和保护产生影响。为此各国都在制定分布式电源的并网标准。
分布式电源并网时电压等级一般在35kV及以下。在10kV配电网中并网接口装置的工作环境中往往不具备独立的直流电源，并网接口装置取用装置安装处的市电作为交流电源进行供电。此时，若电网故障失电，并网接口装置同时失电则无法实现保护控制、合闸并网等功能。故系统要求在这种工况下采用双电源供电，当交流掉电后装置保持正常运行一段时间。通常做法采用直流蓄电池做备用电源，但是备用电池的电量一定，并网接口的功耗和运行需要大量的备用电池。
发明内容
本发明的目的是提供一种分布式电源并网用双电源分配供电接口装置，能够在市电与备用电源之间无缝隙切换供电，保证分布式发电系统安全并网，同时采取减少备用电源所带的功能模块的数目，达到降低备用电源能源的消耗，延长备用电源在正常运行情况下的工作时间，达到不间断并网并能够延长备用电源时长的目的。
本发明采用的技术方案为：
一种分布式电源并网用双电源分配供电接口装置，包括电源转切模块，电源转切模块包括交/直流转换模块和直/直转换模块，交/直流转换模块的输入端连接市电，交/直流转换模块的第一输出端为主供电端，交/直流转换模块的第二输出端连接电源切换控制模块的控制输入端，直/直转换模块的输入端连接备用电源，直/直转换模块的输出端连接电源切换控制模块的备用电源输入端，电源切换控制模块的输出端为备用供电端；还包括通信管理模块、保护测控模块、信号处理模块、状态开关模块和采集模块，采集模块和状态开关模块的输出端连接保护测控模块的输入端，保护测控模块的第一输出端连接通信管理模块的输入端，保护测控模块的第二输出端连接信号处理模块的输入端；主供电端连接状态开关模块，同时连接通信管理模块、保护测控模块、信号处理模块中包含的非必要功能模块；备用供电端连接采集模块，同时连接通信管理模块、保护测控模块、信号处理模块中包含的必要功能模块。
通信管理模块包含的非必要功能模块为串口驱动电路，必要功能模块为以太网驱动电路和数据交换处理模块；保护测控模块包含的非必要功能模块为模数处理电路和AD采样电路，必要功能模块为交流市电断电监控模块、数字逻辑运算处理模块和数字信号输出回路；信号处理模块包含的非必要功能模块为信号输出回路，必要功能模块为跳闸回路。
所述的主供电端包括第一级主供电端口和第二级主供电端口，备用供电端包括第一级备用供电端口和第二级备用供电端口；交/直流转换模块的第二输出端包括一级电压输出端和二级电压输出端。
所述的电源切换控制模块包括第一等级电压输出电路和第二等级电压输出电路，第一等级电压输出电路包括第一驱动切换继电器和第二驱动切换继电器，第一驱动切换继电器线圈一端连接交/直流转换模块的第二输出端的一级电压输出端，另一端连接第一二极管的正极，第一二极管的负极接地，第二驱动切换继电器线圈一端连接交/直流转换模块的第二输出端的一级电压输出端，另一端连接第二二极管的正极，第二二极管的接线方向同第一二极管，第三二极管负极连接交/直流转换模块的第二输出端的一级电压输出端，第三二极管正极接地，第一驱动切换继电器的常闭触点和第二驱动切换继电器的常闭触点串联，第一驱动切换继电器的常闭触点的静触点连接备用直流电源，第二驱动切换继电器的常闭触点的动触点为第一级备用供电端口，第一驱动切换继电器的常开触点和第二驱动切换继电器的常开触点串联，第一驱动切换继电器的常开触点的静触点连接交/直流转换模块的第二输出端的一级电压输出端，第二驱动切换继电器的常开触点的动触点为第一级备用供电端口；所述的第二等级电压输出电路包括第三驱动切换继电器和第四驱动切换继电器，第三驱动切换继电器线圈一端连接交/直流转换模块的第二输出端的二级电压输出端，另一端连接第四二极管的正极，第四二极管的负极接地，第四驱动切换继电器线圈一端连接交/直流转换模块的第二输出端的二级电压输出端，另一端连接第五二极管的正极，第五二极管的负极接地，第六二极管负极连接交/直流转换模块的第二输出端的二级电压输出端，第六二极管正极接地，第三驱动切换继电器的常闭触点和第四驱动切换继电器的常闭触点串联，第三驱动切换继电器的常闭触点的静触点通过直/直流转换模块连接备用直流电源，第四驱动切换继电器的常闭触点的动触点为第二级备用供电端口，第三驱动切换继电器的常开触点和第四驱动切换继电器的常开触点串联，第三驱动切换继电器的常开触点的静触点连接交/直流转换模块的第二输出端的二级电压输出端，第四驱动切换继电器的常开触点的动触点为第二级备用供电端口。
本发明通过电源转切模块，将交流市电和备用直流电源不间断电流切换供电，再将功能模块按照不同的功能性质分配到电源转切模块引出的主供电端口或者备用供电端口。当交流市电停电时，切断主供电端口连接的非必要功能模块，此时，备用直流电源只供给必要功能模块的电能所需，从而减小装置的耗电量；当交流市电正常供电时，此时，交流市电不仅供应主供电端口连接的非必要功能模块，还为备用供电端口连接的必要功能模块供电。
附图说明
图1为本发明的电路原理框图；
图2为本发明的电源转切模块电路原理图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明包括交流市电A和备用直流电源B，还包括电源转切模块，电源转切模块包括交/直流转换模块和直/直转换模块，交/直流转换模块的输入端连接市电，交/直流转换模块的第一输出端为主供电端，交/直流转换模块的第二输出端连接电源切换控制模块的控制输入端，直/直转换模块的输入端连接备用电源，直/直转换模块的输出端连接电源切换控制模块的备用电源输入端，电源切换控制模块的输出端为备用供电端；还包括通信管理模块、保护测控模块、信号处理模块、状态开关模块和采集模块，采集模块和状态开关模块的输出端连接保护测控模块的输入端，保护测控模块的第一输出端连接通信管理模块的输入端，保护测控模块的第二输出端连接信号处理模块的输入端；主供电端连接开关模块，同时连接通信管理模块、保护测控模块、信号处理模块中包含的非必要功能模块；备用供电端连接采集模块，同时连接通信管理模块、保护测控模块、信号处理模块中包含的必要功能模块。
其中，主供电端包括第一级主供电端口3和第二级主供电端口4，备用供电端包括第一级备用供电端口5和第二级备用供电端口6，交/直流转换模块的第二输出端包括一级电压输出端1和二级电压输出端2，第一驱动切换继电器线圈J1一端连接交/直流转换模块的第二输出端的一级电压输出端1，另一端连接第一二极管D1的正极，第一二极管D1的负极接地，第二驱动切换继电器线圈J2和第一驱动切换继电器线圈J1并联，第二驱动切换继电器线圈J2串联第二二极管D2，第二二极管D2的接线方向同第一二极管D1，第三二极管D3负极连接交/直流转换模块的第二输出端的一级电压输出端1，第三二极管D3正极接地，第一驱动切换继电器的常闭触点J1-2和第二驱动切换继电器的常闭触点J2-2串联，第一驱动切换继电器的常闭触点J1-2的静触点连接备用直流电源B，第二驱动切换继电器的常闭触点J2-2的动触点为第一级备用供电端口5，第一驱动切换继电器的常开触点J1-1和第二驱动切换继电器的常开触点J2-1串联，第一驱动切换继电器的常开触点J1-1的静触点连接交/直流转换模块的第二输出端的一级电压输出端1，第二驱动切换继电器的常开触点J2-1的动触点为第一级备用供电端口5；所述的第二等级电压输出电路包括第三驱动切换继电器和第四驱动切换继电器，第三驱动切换继电器线圈J3一端连接交/直流转换模块的第二输出端的二级电压输出端2，另一端连接第四二极管D4的正极，第四二极管D4的负极接地，第四驱动切换继电器线圈J4一端连接交/直流转换模块的第二输出端的二级电压输出端2，另一端连接第五二极管D5的正极，第五二极管D5的负极接地，第六二极管D6负极连接交/直流转换模块的第二输出端的二级电压输出端2，第六二极管D6的正极接地，第三驱动切换继电器的常闭触点J3-2和第四驱动切换继电器的常闭触点J4-2串联，第三驱动切换继电器的常闭触点J3-2的静触点通过直/直流转换模块连接备用直流电源B，第四驱动切换继电器的常闭触点J4-2的动触点为第二级备用供电端口6，第三驱动切换继电器的常开触点J3-1和第四驱动切换继电器的常开触点J4-1串联，第三驱动切换继电器的常开触点J3-1的静触点连接交/直流转换模块的第二输出端的二级电压输出端2，第四驱动切换继电器的常开触点的动触点J4-1为第二级备用供电端口6。在这种情况下，可以无缝隙的将备用电源进行切换，不影响装置的供电问题，保证分布式发电系统能够实时安全地并网，并能保证大电网的稳定运行，减少大电网的波动，提高供电质量。
通信管理模块包括以太网驱动电路、串口驱动电路和数据交换处理模块(即CPU及其附属电路，主要用于将保护测控模块发送的信息进行数据交换处理)，保护测控模块包括交流市电断电监控模块、模入处理回路、AD采样电路、数字逻辑运算处理模块(即CPU及其附属电路，主要用于将状态开关模块和采集模块输送的数据进行逻辑计算和处理)、数字信号输出回路，信号处理模块包括信号输出回路和跳闸回路，其中以太网驱动电路中连接调度系统的网口连接备用供电端口，串口驱动电路连接主供电端口，数据交换处理模块连接备用供电端口，交流市电断电监控模块连接备用供电端口，模入处理回路和AD采样电路连接主供电端口，数字逻辑运算处理模块和数字信号输出回路连接备用供电端口，信号输出回路连接主供电端口，跳闸回路连接备用供电端口，状态开关模块(主要用于通信由强电变弱电的一些数字量信息)连接主供电端口，电源转切模块连接备用供电端口。保护测控模块还连接人机对话模块，人机对话模块安装于装置前面板。
本发明在正常使用时，将本装置安装于分布式电源与电网连接处，通过对开关和分布式电源的控制，实现分布式电源保护、运行控制、数据采集和通信等功能。
首先，通信管理模块、保护测控模块、电源转切模块、状态开关模块、信号处理模块和采集模块采用功能性插件的形式存在，以多插件组合方式构成一个并网接口装置，并网接口装置由双电源供电，一个功能插件完成相对独立完整的功能；各插件之间的电气联系通过背板实现。但是每个插件还包含有多个功能模块。再将各个功能模块分配为两类，第一类要求在交流市电A(交流电源)失电后能够依靠备用直流电源B维持运行一段时间，即必要功能模块连接备用供电端口；第二类允许在交流市电A失电后停止运行，即非必要功能模块连接主供电端口。划分原则为必要功能模块能够最小限度的满足配电网的要求。其中，必要功能模块包括跳闸回路、电源切换控制回路、交流市电断电监控模块、数字逻辑运算处理模块、数字信号输出回路、以太网口驱动电路、数据交换处理模块；其中，装置拥有多个以太网口，仅需要保留一个专用于和调度系统通信的网口驱动电路为必要功能模块，其余以太网口驱动电路均设为非必要功能模块。非必要功能模块包括状态开关模块、信号输出回路、模数处理模块、AD采样电路、串口驱动电路。此种方式，将各个功能模块进行一个电能供电的分配，合理地分配为必要功能模块和非必要功能模块，最大限度的提高备用电源的使用时间。如表1所示的非必要模块和必要模块的分配情况：
表1：接口装置功能模块详细功能表
当交流市电A正常供电时，交流市电A通过交/直流转换模块的第一输出端为第二类功能模块供电，同时，通过第二输出端为第一类功能模块供电，即为整个装置的各个功能模块供电；当交流市电A停止供电时，交流市电断电监控模块监视到交流市电失电后驱动告警报文，该报文上送监控后台或调度机构。对交流市电失电的判别逻辑为监测经过交/直流转换模块变换后的直流电源，当该电压低于一定阀值后驱动告警报文，启动电源切换控制回路，将备用直流电源B切入，备用直流电源B为第一类功能模块供电。当交流市电A恢复时，自动切换为交流市电供电，原理如下：
交流市电A经过交/直流转换模块处理后输出+24V、+5V分别作为第一级主供电端口3和第二级主供电端口4，供接口装置第二类功能电路使用；交流市电A经过处理后与备用直流电源B同时接入电源切换控制回路，经处理后输出+24V、+5V作为第一级备用供电端口5和第二级备用供电端口6，接口装置为第一类功能电路使用。两者相互独立，分别将输出的+5V、+24V通过装置背板接入到各个功能模块中；这样后续各功能模块只需要选择接入的电源即可。
如图2所示，说明电源切换控制回路工作原理：交流市电A接入交/直流转换模块，将交流电转变为直流电，同时分出两个输出端，第二输出端包括一级电压输出端+24V和二级电压输出端+5V。以+24V为例说明，一级电压输出端提供+24V电源驱动第一驱动切换继电器线圈J1、第二驱动切换继电器线圈J2，每个继电器可提供一组常闭接点和一组常开接点。将两个继电器的常闭触点J1-2、J2-2串联后接入备用直流电源B与第一级备用供电端口5连接回路，将两个常开触点J1-1、J2-1串联后接入一级电压输出端与第一级备用供电端口5连接回路。这样当交流市电A带电时，第一驱动切换继电器线圈J1、第二驱动切换继电器线圈J2得电，常开触点J1-1、J2-1闭合，常闭触点J1-2、J2-2断开，此时，由交流市电B向装置内部供电；当交流市电A失电后，第一驱动切换继电器线圈J1、第二驱动切换继电器线圈J2失电，常开触点J1-1、J2-1断开，常闭触点J1-2、J2-2闭合，此时，由备用直流电源B向装置内部供电。二级电压输出端+5V供电原理同一级电压输出端+24V供电原理，在此不再赘述。
Claims (1)
1.一种分布式电源并网用双电源分配供电接口装置，其特征在于：包括电源转切模块，电源转切模块包括交/直流转换模块和直/直转换模块，交/直流转换模块的输入端连接市电，交/直流转换模块的第一输出端为主供电端，交/直流转换模块的第二输出端连接电源切换控制模块的控制输入端，直/直转换模块的输入端连接备用电源，直/直转换模块的输出端连接电源切换控制模块的备用电源输入端，电源切换控制模块的输出端为备用供电端；还包括通信管理模块、保护测控模块、信号处理模块、状态开关模块和采集模块，采集模块和状态开关模块的输出端连接保护测控模块的输入端，保护测控模块的第一输出端连接通信管理模块的输入端，保护测控模块的第二输出端连接信号处理模块的输入端；主供电端连接状态开关模块，同时连接通信管理模块、保护测控模块、信号处理模块中包含的非必要功能模块；备用供电端连接采集模块，同时连接通信管理模块、保护测控模块、信号处理模块中包含的必要功能模块；
通信管理模块包含的非必要功能模块为串口驱动电路，必要功能模块为以太网驱动电路和数据交换处理模块；保护测控模块包含的非必要功能模块为模数处理电路和AD采样电路，必要功能模块为交流市电断电监控模块、数字逻辑运算处理模块和数字信号输出回路；信号处理模块包含的非必要功能模块为信号输出回路，必要功能模块为跳闸回路；
所述的主供电端包括第一级主供电端口和第二级主供电端口，备用供电端包括第一级备用供电端口和第二级备用供电端口；交/直流转换模块的第二输出端包括一级电压输出端和二级电压输出端；
所述的电源切换控制模块包括第一等级电压输出电路和第二等级电压输出电路，第一等级电压输出电路包括第一驱动切换继电器和第二驱动切换继电器，第一驱动切换继电器线圈一端连接交/直流转换模块的第二输出端的一级电压输出端，另一端连接第一二极管的正极，第一二极管的负极接地，第二驱动切换继电器线圈一端连接交/直流转换模块的第二输出端的一级电压输出端，另一端连接第二二极管的正极，第二二极管的负极接地，第三二极管负极连接交/直流转换模块的第二输出端的一级电压输出端，第三二极管正极接地，第一驱动切换继电器的常闭触点和第二驱动切换继电器的常闭触点串联，第一驱动切换继电器的常闭触点的静触点通过直/直流转换模块连接备用电源，第二驱动切换继电器的常闭触点的动触点为第一级备用供电端口，第一驱动切换继电器的常开触点和第二驱动切换继电器的常开触点串联，第一驱动切换继电器的常开触点的静触点连接交/直流转换模块的第二输出端的一级电压输出端，第二驱动切换继电器的常开触点的动触点为第一级备用供电端口；
所述的第二等级电压输出电路包括第三驱动切换继电器和第四驱动切换继电器，第三驱动切换继电器线圈一端连接交/直流转换模块的第二输出端的二级电压输出端，另一端连接第四二极管的正极，第四二极管的负极接地，第四驱动切换继电器线圈一端连接交/直流转换模块的第二输出端的二级电压输出端，另一端连接第五二极管的正极，第五二极管的负极接地，第六二极管负极连接交/直流转换模块的第二输出端的二级电压输出端，第六二极管正极接地，第三驱动切换继电器的常闭触点和第四驱动切换继电器的常闭触点串联，第三驱动切换继电器的常闭触点的静触点通过直/直流转换模块连接备用电源，第四驱动切换继电器的常闭触点的动触点为第二级备用供电端口，第三驱动切换继电器的常开触点和第四驱动切换继电器的常开触点串联，第三驱动切换继电器的常开触点的静触点连接交/直流转换模块的第二输出端的二级电压输出端，第四驱动切换继电器的常开触点的动触点为第二级备用供电端口。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |