CN1083629A - 防止反充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种防止反充电装置，它不受分散电源 使用的发电装置的种类的约制，能经常可靠地防止分 散电源的反充电。本发明中的防止反充电装置具有 将电力系统和分散电源装置连接或断开用的第1断 路器，当分散电源装置由于设在电力系统中的第2断 路器断开而脱离电力系统时，将第1断路器断开，防 止从分散电源向电力系统反充电。本发明包括微小 变化信号装置、周期性变化成分分离装置、以及判断 装置。

Description

本发明涉及装有用于连接或断开电力系统和分散电源装置的第1断路器的防止反充电装置，当上述分散电源装置由于设置在电力系统中的第2断路器断开而脱离该电力系统时，使上述第1断路器断开，防止从分散电源装置向电力系统反充电。

近年来，为了利用天然能源或提高能量的利用效率，开发了利用逆变器将太阳能电池、燃料电池等的直流电变换成交流电的逆变方式的分散电源装置，或者使发动机和发电机相连接，发出交流电的称之为协同发电方式的分散电源装置。将这些分散电源装置与电力系统（由发电厂、输电线、变电所、配电线等构成）连接起来，当分散电源发生故障时或只有分散电源发电而出现功率不足时，不足部分可由电力系统供给，从而可以进行更为稳定的供电。

可是将上述分散电源与电力系统连接时，往往产生下述问题。

即当电力系统进行施工或维修时，往往要断开断路器，停止供电后方才进行。但这时如果有分散电源装置接在配电线上，即使将电力系统断开（即断开配电线的断路器，使断路器之后的配电线停电），分散电源的电压也会加在配电线路上，形成反充电状态，因此，由于这种反充电作用，有可能使配电线工程中的作业人员触电，非常危险。

因此，以往采取的方法是在分散电源装置上装设过压及欠压继电器（基准频率±10%）等，当断开电力系统时，如果当时的电压与基准电压之差或频率与基准频率之差超过允许范围时，不但要断开电力系统，还使分散电源装置脱离电力系统。

但是，采取上述方法时，如果来自分散电源的功率与用户所具有的负载相平衡，则电压及频率的变化小，利用上述继电器就不能检测出这一变化，因此存在不能可靠地检测出电力系统是否已被断开的问题。

因此研究出了防止反充电装置，提出了一种解决方案，即在使用逆变器的分散电源中，着眼于与输出周期性的交流电压的电力系统中特有的周期性变化成分不同的变化成分，在分散电源一侧监测周期性交流电压的上述变化成分，当上述变化成分明显时，停止向电力系统供电，从而使分散电源装置脱离电力系统，防止分散电源装置向电力系统反充电。

但是，作为分散电源装置，不只是太阳能发电装置之类的静止型发电装置，还有，例如使用柴油机的协同发电型旋转式发电装置，在这些装置输出的电压中不含有与电力系统特有的周期性变化成分不同的变化成分，这就难以判断电力系统是否断开，存在不能防止反充电的问题。

因此，人们又提出了这样一种防止反充电装置的一种方案，也就是使分散电源装置输出的交流电有一种与电力系统特有的周期性变化不同的微小的周期性变化，结果当断开电力系统时，由于上述分散电源装置输出的交流电压的变化周期，便明显在电力系统中呈出与馈入的微小变化相同的周期性变化，因此在将该交流电压的周期性变化成分分离出去时，分散电源装置也就脱离电力系统，防止反充电。

但是，电力系统特有的变化周期随地区的不同而不同，再者，协同发电方式的分散电源装置的变化周期也各不相同，因此不能一律确定赋予分散电源装置的交流电的变化周期大小，于是随地区不同，很难判断电力系统是否断开。

本发明是鉴于上述问题而开发的，其目的是提供这样一种防止反充电装置，它可以不受电力系统特有的变化周期或分散电源装置的变化周期的约制，能够可靠地检测出电力系统是否断开，从而能防止分散电源装置反充电。

为了达到上述目的，在本发明的防止反充电装置中设有用来接通或断开电力系统和分散电源装置的第1断路器，当上述分散电源装置由于设置在电力系统中的第2断路器断开而脱离电力系统时，使上述第1断路器断开，防止从分散电源装置向电力系统反充电。该防止反充电装置的特征为：设有微小变化信号装置，周期性变化成分分离装置和判断装置。该微小变化信号装置用来使从上述分散电源装置输出的电力按规定周期作有规则的微小变化，从而使从该分散电源输出的交流电压的变化周期中有一个与上述规定周期相同的周期性的微小变化;上述周期性变化成分分离装置用来将从上述分散电源装置输出的与上述规定周期相同的周期性交流电压中的周期性变化成分分离出去;上述判断装置用来在该周期性变化成分分离装置将上述周期性变化成分有规则的分离出去时，将上述第1断路器断开。

本发明由于备有上述结构，所以微小变化信号装置使从分散电源装置输出的功率按规定周期作微小变化，周期性变化成分分离装置将与上述分散电源装置输出的与上述规定周期相同的周期性交流电压中的周期性变化成分分离出去，上述周期性变化成分分离装置将上述周期性变化成分有规则地分离出去时，判断装置将第1断路器断开。

图1是表示与本发明有关的分散电源系统装置的结构方块图。

图3是表示变化波形的说明图。

图4是表示变化波形与脉冲宽度的关系说明图。

图5是表示协同发电式的分散电源系统装置的结构方块图。

图6是表示逆变方式的分散电源系统装置的另一种结构的方块图。

图7是表示协同发电方式的分散电源系统装置的另一种结构的方块图。

图8是表示变化例的说明图。

以下根据附图说明本发明的实施例。

在图1中，A是电力系统，该电力系统A有发电厂B，配电变电站C，配电线D，位于该配电线之间的断路器（第2断路器）F，电力变压器G，以及馈线H。上述发电厂B发出的电经过配电变电站C将其电压降到6KV，利用所需的数条配电线D，分成支线输电。输送到配电线D的支线电力通过断路器F，供给设在各处的电力变压器G，供给到电力变压器G上的电力被降压至100V或220V后，通过馈引线H供给各用户。各用户设置了分散电源系统装置10，30，50，70。

如图2所示，分散电源系统装置10设有分散电源装置11，防止反充电装置24，以及使分散电源装置11脱离电力系统A用断路器（第1断路器）25。

在分散电源装置11中设有太阳能电池12、将由该太阳能电池12输出的直流电变换成交流电的逆变器13，以及将由该逆变器13变换成的交流电电压变换成规定电压后供给负载14，另外还有使太阳能电池12和接地系统以及电力系统A绝缘的变压器15。

逆变器13具有起开关作用的晶体三极管16，以工频周期输出脉冲且只当该脉冲输出时方才导通晶体三级管16的脉宽调制器17，检测从太阳能电池12输出的直流功率的功率检测器18、根据该功率检测器18检测的功率决定晶体管16输出的有效功率的有效功率控制电路19，对以后所述的干扰信号发生器20的输出信号和有效功率控制电路19的输出信号进行加法运算的加法器21，以及根据该加法器21的加法运算值决定上述脉冲宽度的相位控制电路22。

在防止反充电装置24中设有：干扰信号发生器（微小变化装置）20，它以一定周期T输出如图3所示的变化信号S，并将该信号施加到逆变器13输出的交流电上，使之具有规定周期性的频率为f_i的微小变化;周期性变化成分分离电路26，用它将变压器15输出的交流电压周期性变化成分分离出去;滤波器27，用来滤过分离出来的周期性变化成分中的规定的周期性（频率为f_i）信号S_i;以及判断电路（判断装置）28，当滤波器27每隔一定周期T输出信号S_i时，该判断电路28便将断路器25断开。而且，由变化周期分离电路26和滤波器27构成变化周期分离装置，用来分析与交流电压中周期性存在的上述规定周期相同的周期性变化成分。

下面，说明上述实施例的作用。

从太阳能电池12输出直流电时，功率检测器18检测其功率，有效功率控制电路19根据功率检测器18检测的功率，确定晶体管16输出的有效功率，并输出与该有效功率相对应的控制信号S_c。

另一方面，如图3所示，干扰信号发生器20每隔一定周期T输出规定的周期性的、频率为f_i的干扰信号S_g，加法器21对有效功率控制电路19的控制信号S_c和干扰信号发生器20的干扰信号S_g进行加法运算。由该加法器21将算得的加法运算信号Sh与干扰信号叠加，所以按规定周期L（频率为fi）发生变化。因此，相位控制电路22根据加法器21的加法运算信号Sh，控制脉宽调制器17输出的脉冲信号P的脉冲宽度W。

脉宽调制器17输出的脉冲信号P以与工频相同的周期输出，所以该脉冲信号P如图4所示，脉冲宽度W随规定周期L的变化而变化。因此由该脉冲信号P导通晶体管16，从晶体管16输出交流电。该交流电随脉冲信号P的脉冲宽度W的变化，按规定周期L作微小变化，同时每隔一定周期T反复进行微小变化。

这就是说，从逆变器13输出的电力，按规定周期T作微小变化，同时，该微小变化每隔规定周期T反复进行。因此，该交流电通过变压器15变成（例如）100伏，然后供给负载14。

此时，电力系统A的断路器F处于闭合状态。当分散电源装置11和电力系统A处于连接状态时，可看成无限大的电力系统A越大，逆变器13输出的电力的微小变化越能被吸收，施加在配电线H上的交流电压的变化周期中，所以规定周期L的变化周期显现不现来。因此，周期性变化成分分离电路26不会将配电线H中的交流电压的周期性存在的规定的周期性变化成分分离出去。

可是，电力系统或其它分散电源装置的交流电压有时按规定周期L发生周期性变化。这时，周期性变化成分分离电路26就会将该周期性变化成分分离出来，滤波器27便让该分离出来的信号通过。然而，该规定周期L的变化是连续发出或随机发生的，如图3所示，并非每隔一定周期T有规则地发生。因此，判断电路28不是根据这种变化来判断电力系统A的断路器F已被断开，从而不将断路25断开。

如果电力系统A的断路器F已被断开，分散电源11处于反充电状态时，逆变器13输出的电力的微小变化，由于只有分散电源11与逆变器相连接，所以配电线H上的交流电压的变化周期便按规定周期L变化。该变化的频率为fi，而且如图3所示，呈现每隔一定周期T反复变化的状态。

周期性变化成分分离电路26将该周期性变化成分分离，该分离出来的周期性变化成分中与规定周期L相同的周期性变化信号Si通过滤波器27，输入到判断电路28中。该信号Si每隔一定周期T反复通过滤波器27，输入到判断电路28中，因此判断电路28便断定电力系统A的断路器T已被断开，于是，将断路器25断开。断开后，分散电源11便脱离电力系统A，防止了分散电源11进行的反充电。

这样，当信号Si每隔一定周期反复输入判断电路28中时，判断电路28便断定电力系统A的断路器F被断开，因此，即使电力系统A特有的变化周期或其它分散电源产生的变化周期与规定周期相同，仍然可以根据这种变化是连续产生的还是随机产生的，识别出是由于断路器F断开而显现出的周期性变化呢、还是由电力系统A或其它分散电源产生的周期性变化，从而能够可靠地检测出电力系统A的断路器F的断开。

因此，它不受由地区造成的电力系统A特有的变化周期的约制，也不受其它分散电源装置产生的变化周期的约制，能够切实地检测出电力系统A的断路器的断开，从而能防止分散电源装置11的反充电。另外，如果其它分散电源装置是协同发电装置的，即使分散电源装置所产生的变化周期各不相同，也能切实地检测出电力系统A的断路器F的断开，所以能防止分散电源装置11的反充电。

图5所示是协同发电式的分散电源系统装置30，在该分散电源系统装置30中设有防止反充电装置31和分散电源装置32。而且，在分散电源装置32中设有发动机33，由该发动机33旋转发出交流电的发电机34，对干扰信号发生器20输出的信号Sg和与发动机33的规定转速对应的基准信号进行加法运算后输出加法运算信号的加法器35、以及根据上述加法运算信号使发动机32保持一定转速的调速器36。

由于干扰信号发生器20每隔一定周期输出如图3所示的规定周期L（频率为fi）的干扰信号Sg，所以该分散电源装置32输出的电力每隔一定周期作规定周期为L的微小变化。而且与上述情况相同，如果电力系统A的断路器F断开，则防止反充电装置31的判断电路28能够检测出该断路器F已被断开，于是将断路器25断开，因此防止了分散电源装置32造成的反充电。

图6所示的分散电源系统装置50是当电力系统A的断路器断开时，使干扰信号发生器20产生的规定周期为L的变化进行正反馈，将该变化放大，因此，脉宽调制器17的输出变化很大，以便检测反充电。

在分散电源系统装置50中设有防止反充电装置51和分散电源装置52。53是不灵敏区电路，当通过滤波器27的信号Si的电平在规定电平以上时，该电路才有输出。54是对不灵敏区电路53输出的信号Si和干扰信号发生器20的输出信号Sg进行加法运算的加法器，55是当脉宽调制器17输出的变化在所规定的频率以上时就能检测到这种变化并将断路器25断开的频率继电器。

也就是说，频率继电器55是当电力系统A的断路器F已被断开，干扰信号发生器20产生的规定频率Fi的变化出现正反馈，脉宽调制器17的输出变化大时，能够检测到这种变化，并将断路器25断开，防止反充电。

在图7所示的分散电源系统装置70中设有防止反充电装置71和分散电源装置72。该实施例中的分散电源装置72的结构与图5所示的协同发电式的分散电源装置32的结构相同，该分散电源装置72适合采用与图6所示的防止反充电装置51结构相同的防止反充电装置71。

而且，如图1所示，将这些分散电源系统装置10，30、50、70与电力系统A连接起来使用时，各分散电源系统装置10、30、50、70的干扰信号发生器20的变化信号Sg也可以彼此同步输出。这种同步也可以另加同步电路。

图8表示干扰信号发生器20输出的变化信号Sg的另一例。图8（a）是将规定周期L（频率为fi）变成第1周期（频率为f₁）和第2周期（频率为f₂）交替变化的周期。这时，在防止反充电装置24、31、51、71的滤波器27中，将让第1周期的信号通过的滤波电路（图中未示出）和让第2周期的信号通过的滤波电路（图中未示出）并联。当从这些滤波电路交替输出第1周期信号和第2周期信号时，判断电路28即可将断路器25断开。

图8（b）、（c）是使周期变换，同时每隔一定周期断续地进行这种变换。

图8（d）是使周期按照第1周期（频率为f₁）、第2周期（频率为f₂）、第3周期（频率为f₃）的顺序交替变换。（e）是使第1周期-第3周期交替变换，同时每隔一定周期断续地进行。除此之外，周期的变换和断续的组合方法也可以采用（a）-（e）以外的其它方法。

使用图8中的（a）-（e）所示的变换的变动信号Sg时，在将多个分散电源装置10、30、50、70如图1所示那样与电力系统A连接使用时，也可以统一成一个变化信号Sg，同时使它们彼此同步输出。

如果采用本发明，则不受地区造成的电力系统特有的周期性变化的约制，也不受协同发电方式造成的其它分散电源装置产生的周期性变化的约制，能够可靠地检测出电力系统A的断路器F是否已被断开，从而能防止分散电源装置11的反充电。另外，其它分散电源装置是协同发电装置，即使这些分散电源装置产生的变化的周期各不相同，也能可靠地检测出电力系统的断路器是否已被断开，从而能防止分散电源装置的反充电。

Claims (4)

1、一种防止反充电装置，其中设有连接或断开电力系统和分散电源装置用的第1断路器，当上述分散电源装置由于设在电力系统中的第2断路器断开而脱离电力系统时，使上述第1断路器断开，防止从分散电源装置向电力系统反充电，其特征为：具有微小变化信号装置、周期性变化成分分离装置和判断装置，上述微小变化信号装置使从上述分散电源装置输出的电力按规定周期作有规则的微小变化，从而使该分散电源输出的交流电压的变化周期有一个与上述规定周期相同的周期性的微小变化；上述周期性变化成分分离装置将从上述分散电源装置输出的与上述规定周期相同周期性交流电压中的周期性变化成分分离出去；上述判断装置在该周期性变化成分分离装置将上述周期性变化成分有规则地分离出去时，将上述第1断路器断开。

2、一种防止反充电装置，其中设有连接或断开电力系统和分散电源装置用的第1断路器，当上述分散电源装置由于设在电力系统中的第2断路器断开而脱离电力系统时，使上述第1断路器断开，防止从分散电源装置向电力系统反充电，其特征为：具有微小变化信号装置、周期性变化成分分离装置和判断装置，上述微小变化信号装置使从上述分散电源装置输出的电力每隔一定周期反复按规定周期作微小变化，从而使从该分散电源输出的交流电压的变化周期有一个与上述规定周期相同的周期性的微小变化;上述周期性变化成分分离装置将从上述分散电源装置输出的、与上述规定周期相贩周期性电压中的周期性变化成分分离出去;上述判断装置在该周期性变化成分分离装置每隔一定周期将上述周期性变化成分分离出去时，将上述第1断路器断开。

3、根据权利要求2所述的防止反充电装置的特征为：上述电力的微小变化的周期每隔一定时间进行变换。

4、一种防止反充电装置，其中设有连接或断开电力系统和分散电源装置由于设在电力系统中的第2断路断开而脱离电力系统时，使上述第1断路器断开，防止从分散电源装置向电力系统反充电，其特征为：具有微小变化信号装置、第1周期性变化成分分离装置、第2周期性变化成分分离装置和判断装置，上述微小变化信号装置使从上述分散电源装置输出的电力至少按两种不同的第1周期和第2周期相互交替地作微小变化，从而使从该分散电源输出的交流电压的变化周期有一个与上述第1周期、第2周期相同的周期性的微小变化;上述第1周期性变化成分分离装置将从上述分散电源装置输出的、与上述第1周期相同的周期性交流电压中的第1周期性变化成分分离出去;上述第2周期性变化成分分离装置将从上述分散电源装置输出的与上述第2周期相同周期性交流电压中的第2周期性变化成分分离出去;上述判断装置在上述第1周期性变化成分分离装置和第2周期性变化成分分离装置将第1周期性变化成分和第2周期性变化成分分别交替分离时，将上述第1断路器断开。

Images