CN111509667B - 一种分布式光伏并网开关配套用的欠电压保护控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明属光伏控制技术领域，涉及一种分布式光伏并网开关配套用的欠电压保护控制装置。该控制装置包括电源保护开关单元、欠电压继电器单元、过电压继电器单元、延时单元、触点扩展单元、跳闸信号自保持继电器单元、自保持恢复继电器单元、分闸按钮、合闸按钮，上述各功能单元形成欠电压检测回路、检有压回路、延时回路、欠电压跳闸状态自保持回路、位置扩展回路、欠电压跳闸回路、手动跳闸回路、检有压手动合闸回路。该欠电压保护控制装置使用自由度高、精度好，提高装置运行的稳定性和安全性；该控制装置通用性好，符合并网开关欠电压跳闸、检有压合闸整定要求。

Description

一种分布式光伏并网开关配套用的欠电压保护控制装置

技术领域

本发明属于光伏控制技术领域，具体涉及一种分布式光伏并网开关配套用的欠电压保护控制装置。

背景技术

光伏并网发电系统是太阳能光伏发电系统与常规电网相连，共同承担供电任务，根据关顾并网接入的技术要求，并网开关必须具有欠电压跳闸、检有压合闸功能，欠电压跳闸应整定为20％Un、0—10s可调，检有压合闸应整定为85％Un。

而现有技术中，常规断路器的欠电压脱扣器按照标准其动作特性要求为：欠电压继电器或脱扣器与开关电器组合在一起，当外施电压下降，甚至缓慢下降至额定电压的70％至35％范围内，与开关电器组合一起的欠电压继电器和脱扣器应动作，使电器断开。当外施电源电压低于欠电压继电器或脱扣器的额定电压的35％时，欠电压继电器或脱扣器应防止电器闭合。当电源电压等于或高于其额定电压的85％时，欠电压继电器和脱扣器应保证电器能闭合。

由此可见，常规配电用标准断路器的欠电压脱扣器动作特性不满足光伏并网接入使用，需向断路器厂家提出定制参数型的欠电压脱扣器，但是实际项目中面对的断路器厂家和型号都非常多，各个厂家的产品也不能通用，使得定制工作量非常大，很大程度上影响了项目的进度；同时按照定制参数生产的欠电压脱扣器动作参数不能重新整定，也不便在不同光伏项目中灵活使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述缺陷，本发明提供一种分布式光伏并网开关配套用的欠电压保护控制装置，使用自由度高、精度好，提高装置运行的稳定性和安全性；该控制装置通用性好，符合并网开关欠电压跳闸、检有压合闸整定要求。

本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：一种分布式光伏并网开关配套用的欠电压保护控制装置，包括电源保护开关单元、欠电压继电器单元、过电压继电器单元、延时单元、触点扩展单元、跳闸信号自保持继电器单元、自保持恢复继电器单元，所述电源保护开关单元、欠电压继电器单元、过电压继电器单元、延时单元、触点扩展单元、跳闸信号自保持继电器单元、自保持恢复继电器单元设置在封装体内；

保持电路通断电的电源保护开关单元设置在光伏并网断路器上端。从光伏并网断路器上端引入的交流电，可以为该保护控制装置提供电源时提供电压采样点，利用微型断路器可以对装置内的设备起到保护作用。

进一步的，所述欠电压继电器单元与触点扩展常闭触点电连接形成欠电压检测回路，所述过电压继电器单元与触点扩展常开触点电连接形成检有压回路；

所述延时单元与欠电压继电器常开触点、触点扩展常闭触点电连接形成延时回路；在实际应用中，采用高精度时间继电器，其线圈受电后按照设定时间延迟动作，触点扁位，如果在设定时间内线圈再次断电则返回不动作，其配合欠电压继电器常开触点实现延时跳闸的功能，其延时时间可以自行调节，调节范围为0—10s，步长为1s，也可以根据不同的特殊要求配置不同调节范围的时间继电器。

所述跳闸信号自保持继电器单元与自保持恢复继电器常闭触点、延时单元常开触点、跳闸信号自保持继电器常开触点电连接形成欠电压跳闸状态自保持回路；在欠电压继电器单元检测到欠电压并经延时单元发出跳闸信号使得电源保护开关跳闸后，欠电压继电器单元和延时单元会恢复断电，此时跳闸信号自保持继电器单元可以将跳闸信号保持下来，通过其余单元判断光伏并网断路器跳闸原因。

所述触点扩展单元与光伏并网断路器常闭触点电连接形成位置扩展回路；触点扩展单元可以对光伏并联网断路器的辅助触点进行扩容，以适应光伏并联网断路器辅助触点数量不足的情况，同时减少占用断路器辅助触点的数量。

所述延时单元常开触点与跳闸线圈、光伏并网断路器常开触点电连接形成欠电压跳闸回路。

进一步的，还包括分闸按钮、合闸按钮；

所述分闸按钮与跳闸线圈、光伏并网断路器常开触点电连接形成手动跳闸回路；

所述合闸按钮与过电压继电器常开触点、自保持恢复继电器单元、合闸线圈、光伏并网断路器常闭触点电连接形成检有压手动合闸回路。

设置的分闸按钮和合闸按钮，可以对光伏并网断路器进行人为手动跳闸和人为手动合闸，提高对光伏并网断路器分闸和合闸过程的灵活性。

进一步的，还包括检有压自动合闸功能选择按钮，所述检有压自动合闸功能选择按钮与跳闸信号自保持继电器常开触点、过电压继电器常开触点、自保持恢复继电器单元、合闸线圈、光伏并网断路器常闭触点电连接形成检有压自动合闸回路。检有压自动合闸功能选择按钮在由欠电压引起的跳闸后使用，在其他原因引起的跳闸时不会动作，避免可每次电网停电后需要现场合闸的问题，提高了系统的自动化程度；同时通过相应的逻辑判断，闭锁其他原因跳闸时的自动合闸功能，提高系统的智能化。

进一步的，还包括检有压自动合闸指示灯，所述检有压自动合闸功能选择按钮与检有压自动合闸指示灯电连接形成检有压自动合闸指示回路。当启用了检有压自动合闸时，点亮检有压自动合闸指示灯，可以提示操作者和管理者，防止误投。

进一步的，还包括欠电压跳闸指示灯，所述跳闸信号自保持继电器常开触点与触点扩展常开触点、欠电压跳闸指示灯电连接形成欠电压跳闸指示回路。欠电压跳闸指示灯在欠电压继电器单元检测到欠电压并经延时单元发出跳闸信号使电源保护开关单元跳闸后点亮，提示操作者跳闸，便于排出跳闸原因。

本发明的有益效果是：

1、该装置将各功能单元集中封装在一个封装体内，便于现场安装，减少现场接线，提高该装置的运行稳定性和安全性；欠电压继电器单元、过电压继电器单元形成相应的欠电压检测回路和检有压回路，将欠电压检测和检有压检测分开，可以对相应继电器的动作阈值进行现场整定，大大提高了使用自由度和动作精度，同时解决了一个欠电压脱扣器线圈时动作电压和恢复电压距离不足的问题，能够达到光伏并网入网对欠电压跳闸整定为20％Un、检有压合闸整定为85％Un的要求。

2、设置独立的延时单元形成延时回路，延时时间可以进行现场整定，提高该装置的适应能力。

3、该装置内各个功能单元相互独立，可以对各功能单元进行独立的更换和维修，进一步提高了装置的适用性，并降低后期的运维成本；由于各功能单元相互独立，与各断路器的接口仅包括分闸线圈、合闸线圈回路和辅助开关，断路器选用范围广，不需要对断路器进行专用定制，减少了采购和建设成本。

4、设置的触点扩展单元形成位置扩展回路，在实际应用中只需要占用光伏并网断路器的一个辅助开关即可，减少了现场工程量，同时提高了系统的稳定性。

5、设置的检有压自动合闸形成相应的检有压自动合闸回路，避免可每次电网停电后需要现场合闸的问题，提高了系统的自动化程度；同时通过相应的逻辑判断，闭锁其他原因跳闸时的自动合闸功能，提高系统的智能化。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。

图1为本发明欠电压保护控制装置原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，一种分布式光伏并网开关配套用的欠电压保护控制装置，包括电源保护开关单元1KK、欠电压继电器单元FV1、过电压继电器单元FV2、延时单元KT、触点扩展单元KA、跳闸信号自保持继电器单元ZBJ、自保持恢复继电器单元BHJ、分闸按钮1SB1、合闸按钮1SB2、检有压自动合闸功能选择按钮SA、检有压自动合闸指示灯1HR、欠电压跳闸指示灯1HG；

所述电源保护开关单元1KK、欠电压继电器单元FV1、过电压继电器单元FV2、延时单元KT、触点扩展单元KA、跳闸信号自保持继电器单元ZBJ、自保持恢复继电器单元BHJ、分闸按钮1SB1、合闸按钮1SB2、检有压自动合闸功能选择按钮SA、检有压自动合闸指示灯1HR、欠电压跳闸指示灯1HG均设置在封装体内；

保持电路通断电的电源保护开关单元1KK设置在光伏并网断路器QF上端；

所述欠电压继电器单元FV1与触点扩展常闭触点KA-2电连接形成欠电压检测回路，所述过电压继电器单元FV2与触点扩展常开触点KA-1电连接形成检有压回路；

所述延时单元KT与欠电压继电器常开触点FV1-1、触点扩展常闭触点KA-2电连接形成延时回路；

所述跳闸信号自保持继电器单元ZBJ与自保持恢复继电器常闭触点BHJ-2、延时单元常开触点KT-1、跳闸信号自保持继电器常开触点ZBJ-1电连接形成欠电压跳闸状态自保持回路；

所述触点扩展单元KA与光伏并网断路器常闭触点QF-2电连接形成位置扩展回路；

所述延时单元常开触点KT-1与跳闸线圈TQ、光伏并网断路器常开触点QF-1电连接形成欠电压跳闸回路；

所述分闸按钮1SB1与跳闸线圈TQ、光伏并网断路器常开触点QF-1电连接形成手动跳闸回路；

所述合闸按钮1SB2与过电压继电器常开触点FV2-1、自保持恢复继电器单元BHJ、合闸线圈HQ、光伏并网断路器常闭触点QF-2电连接形成检有压手动合闸回路；

所述检有压自动合闸功能选择按钮SA与跳闸信号自保持继电器常开触点ZBJ-113、过电压继电器常开触点FV2-1、自保持恢复继电器单元BHJ、合闸线圈HQ、光伏并网断路器常闭触点QF-2电连接形成检有压自动合闸回路；

所述检有压自动合闸功能选择按钮SA与检有压自动合闸指示灯1HR电连接形成检有压自动合闸指示回路；

所述跳闸信号自保持继电器常开触点ZBJ-1与触点扩展常开触点KA-1、欠电压跳闸指示灯1HG电连接形成欠电压跳闸指示回路。

上述光伏并网断路器的欠电压保护控制装置的运行，包括了两个状态和两个运动过程共四个环节，分别为合闸运行状态、分闸运行状态、跳闸过程和合闸过程，四个环节之间为循环关系，具体为合闸运行状态在欠电压触发跳闸、人为手动跳闸或故障时断路器自动跳闸时跳闸，变成分闸过程；在欠电压跳闸后通过欠电压跳闸状态自保持回路触点位置变位与其余情况分开，控制装置处于分闸运行状态；检有压后发出允许合闸信号或欠电压跳闸后选择手动合闸或自动合闸后，变成合闸过程；在合闸后欠电压跳闸状态自保持回路恢复，消除欠电压触发跳闸影响，控制装置处于合闸运行状态。

上述四个环节的逻辑控制如下：

1、光伏并网断路器合闸运行状态

(1)光伏并网断路器常开触点QF-1为合位，光伏并网断路器常闭触点QF-2为分位；

(2)当光伏并网断路器常开触点QF-1为合位，欠电压跳闸回路做好跳闸准备；

(3)光伏并网断路器常闭触点QF-2为分位，检有压自动合闸回路闭锁，自保持恢复继电器单元BHJ线圈失电，自保持恢复继电器常闭触点BHJ-2为合位；

(4)光伏并网断路器常闭触点QF-2为分位，位置扩展回路断开，触点扩展单元KA失电，触点扩展单元常开触点KA-1为分位，触点扩展单元常闭触点KA-2为合位；

(5)触点扩展单元常闭触点KA-2处于合位，欠电压检测回路接通，欠电压继电器单元FV1受电，实时监测电压变化，做好欠电压跳闸准备；

(6)触点扩展单元常开触点KA-1为分位，检有压回路切断，过电压继电器单元FV2失电，确保装置不误动。

2、光伏并网断路器分闸过程

光伏并网断路器QF跳闸前处于合闸运行状态，触发跳闸动作原因较多，包括欠电压继电器单元触发跳闸、正常情况下人为手动跳闸、故障导致光伏并网断路器自动跳闸等，其具体情况的动作过程包括如下：

2.1、欠电压继电器单元触发跳闸

(1)在光伏并网断路器合闸运行的状态下，欠电压继电器单元FV1检测电网电压降低至预设的阈值时动作，其欠电压继电器单元常开触点FV1-1闭合，触点扩展单元常闭触点KA-2仍处于合位，延时回路接通，延时单元KT受电并按照设定的时间延时后动作，其延时单元常开触点KT-1闭合；

(2)延时单元常开触点KT-1闭合，自保持恢复继电器常闭触点BHJ-2为合位，欠电压跳闸状态自保持回路接通，跳闸信号自保持继电器单元ZBJ受电，跳闸信号自保持继电器常开触点ZBJ-1闭合；

(3)延时单元常开触点KT-1闭合，光伏并网断路器常开触点QF-1为合位，欠电压跳闸回路接通，光伏并网断路器的跳闸线圈TQ受电使光伏并网断路器跳闸，跳闸后光伏并网断路器常开触点QF-1断开，切断欠电压跳闸回路，避免跳闸线圈TQ长时间受电；

(4)如在延时时间未到之前欠电压继电器单元FV1检测到电网电压恢复至阈值以上，则欠电压继电器单元FV1恢复，其欠电压继电器常开触点FV1-1恢复至分位，延时单元KT失电，不触发跳闸线圈TQ。

2.2正常情况下人为手动跳闸

(1)在断路器合闸运行的状态下，人为按下分闸按钮，分闸按钮1SB1闭合，手动跳闸回路接通，光伏并网断路器的跳闸线圈TQ受电使光伏并网断路器跳闸，跳闸后光伏并网断路器常开触点QF-1断开，切断手动跳闸回路，避免跳闸线圈TQ长时间受电；

(2)手动跳闸时欠电压继电器单元FV1和延时单元KT均不动作，跳闸信号自保持继电器单元ZBJ也不会动作，跳闸信号自保持继电器常开触点ZBJ-1保持分位，可以与欠电压继电器单元触发跳闸区分开。

2.3由于短路、过负荷等故障导致断路器自动跳闸

光伏并网断路器自动跳闸时欠电压继电器单元FV1和延时单元KT均不动作，跳闸信号自保持继电器单元ZBJ也不会动作，跳闸信号自保持继电器常开触点ZBJ-1保持分位，可与欠电压继电器单元触发跳闸区分开。

3、光伏并网断路器分闸运行状态

3.1欠电压继电器单元触发跳闸后分闸运行

(1)光伏并网断路器在欠电压继电器单元FV1触发跳闸后，光伏并网断路器常开触点QF-1为分位，光伏并网断路器常闭触点QF-2为合位；

(2)光伏并网断路器常开触点QF-1为分位，欠电压跳闸回路被闭锁；

(3)光伏并网断路器常闭触点QF-2为合位，合闸回路部分接通，但仍被过电压继电器常开触点FV2-1闭锁；

(4)光伏并网断路器常闭触点QF-2为合位，位置扩展回路接通，触点扩展单元KA受电，触点扩展单元常开触点KA-1为合位，触点扩展单元常闭触点KA-2为分位；

(5)触点扩展单元常开触点KA-1为合位，检有压回路接通，过电压继电器单元FV2受电，实时监测电压变化，做好检有压合闸准备；

(6)触点扩展单元常闭触点KA-2处于分位，欠电压检测回路切断，欠电压继电器单元FV1失电，确保不误动；

(7)触点扩展单元常闭触点KA-2处于分位，延时回路切断，延时单元KT失电，延时单元常开触点KT-1断开，但跳闸信号自保持继电器常开触点ZBJ-1为合位，欠电压跳闸状态自保持回路接通，跳闸信号自保持继电器单元ZBJ自保持；

(8)跳闸信号自保持继电器常开触点ZBJ-1为合位，触点扩展单元常开触点KA-1为合位，欠电压跳闸指示回路接通，欠电压跳闸指示灯1HG点亮(绿灯)，提醒本次跳闸由欠电压继电器单元触发。

3.2手动分闸和故障自动跳闸后分闸运行

(1)手动合闸和故障自动跳闸后跳闸信号自保持继电器常开触点ZBJ-1保持分位，欠电压跳闸指示回路不通，欠电压跳闸指示灯1HG不会点亮，与欠电压继电器单元FV1触发跳闸明显区分开；

(2)跳闸信号自保持继电器常开触点ZBJ-1保持分位，检有压自动合闸回路被闭锁，即使检有压自动合闸功能选择按钮SA闭合也不会触发自动合闸，避免人为跳闸后或者故障跳闸后错误自动重合闸；

(3)其余回路状态与欠电压继电器单元触发跳闸后相同。

4、光伏并网断路器合闸过程

光伏并网断路器合闸前处于分闸运行状态，在检测到电压满足要求时可采用自动合闸或者手动合闸，自动合闸功能只有在欠电压继电器单元FV1触发跳闸后方可使用，其余原因跳闸后闭锁检有压自动合闸回路，同时自动合闸功能设置有功能选择开关。两种方式下的动作过程分别分析如下：

4.1检有压自动合闸

(1)检有压自动合闸功能选择按钮SA旋至启用位置，检有压自动合闸功能选择按钮SA闭合，检有压自动合闸模式指示回路接通，检有压自动合闸指示灯1HR点亮(红灯)，表示启用检有压自动合闸功能，同时检有压自动合闸功能选择按钮SA闭合后做好自动合闸准备；

(2)在欠电压继电器单元FV1触发跳闸后，跳闸信号自保持继电器常开触点ZBJ-1自保持为合位，过电压继电器单元FV2检测到电网电压恢复至设定阈值之上时动作，其过电压继电器常开触点FV2-1闭合，接通检有压自动合闸回路，光伏并网断路器的合闸线圈HQ受电使光伏并网断路器合闸，合闸后光伏并网断路器常闭触点QF-2断开，切断检有压自动合闸回路，避免合闸线圈HQ长时间受电；

(3)合闸后断路器恢复至合闸运行状态。

4.2检有压手动合闸

手动分闸和故障自动跳闸后或者欠电压继电器单元触发跳闸但未启用检有压自动合闸功能时，将自动进入检有压手动合闸模式，其工作逻辑如下：

(1)过电压继电器单元FV2检测到电网电压恢复至设定阈值之上时动作，其过电压继电器常开触点FV2-1闭合，合闸回路进入允许合闸状态；

(2)手动按下合闸按钮1SB2，合闸按钮1SB2闭合，接通检有压手动合闸回路，光伏并网断路器的合闸线圈HQ受电使光伏并网断路器合闸，合闸后光伏并网断路器常闭触点QF-2断开，切断检有压手动合闸回路，避免合闸线圈HQ长时间受电；

(3)合闸后断路器恢复至合闸运行状态。

该装置将各功能单元集中封装在一个封装体内，便于现场安装，减少现场接线，提高该装置的运行稳定性和安全性；欠电压继电器单元、过电压继电器单元形成相应的欠电压检测回路和检有压回路，将欠电压检测和检有压检测分开，可以对相应继电器的动作阈值进行现场整定，大大提高了使用自由度和动作精度，同时解决了一个欠电压脱扣器线圈时动作电压和恢复电压距离不足的问题，能够达到光伏并网入网对欠电压跳闸整定为20％Un、检有压合闸整定为85％Un的要求。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种分布式光伏并网开关配套用的欠电压保护控制装置，其特征在于，包括电源保护开关单元(1KK)、欠电压继电器单元(FV1)、过电压继电器单元(FV2)、延时单元(KT)、触点扩展单元(KA)、跳闸信号自保持继电器单元(ZBJ)、自保持恢复继电器单元(BHJ)，所述电源保护开关单元(1KK)、欠电压继电器单元(FV1)、过电压继电器单元(FV2)、延时单元(KT)、触点扩展单元(KA)、跳闸信号自保持继电器单元(ZBJ)、自保持恢复继电器单元(BHJ)设置在封装体内；

保持电路通断电的电源保护开关单元(1KK)设置在光伏并网断路器(QF)上端；

所述欠电压继电器单元(FV1)与触点扩展常闭触点(KA-2)电连接形成欠电压检测回路，所述过电压继电器单元(FV2)与触点扩展常开触点(KA-1)电连接形成检有压回路；

所述延时单元(KT)与欠电压继电器常开触点(FV1-1)、触点扩展常闭触点(KA-2)电连接形成延时回路；

所述跳闸信号自保持继电器单元(ZBJ)与自保持恢复继电器常闭触点(BHJ-2)、延时单元常开触点(KT-1)、跳闸信号自保持继电器常开触点(ZBJ-1)电连接形成欠电压跳闸状态自保持回路；

所述触点扩展单元(KA)与光伏并网断路器常闭触点(QF-2)电连接形成位置扩展回路；

延时单元常开触点(KT-1)与跳闸线圈(TQ)、光伏并网断路器常开触点(QF-1)电连接形成欠电压跳闸回路。

2.根据权利要求1所述的一种分布式光伏并网开关配套用的欠电压保护控制装置，其特征在于：还包括分闸按钮(1SB1)、合闸按钮(1SB2)；

所述分闸按钮(1SB1)与跳闸线圈(TQ)、光伏并网断路器常开触点(QF-1)电连接形成手动跳闸回路；

所述合闸按钮(1SB2)与过电压继电器常开触点(FV2-1)、自保持恢复继电器单元(BHJ)、合闸线圈(HQ)、光伏并网断路器常闭触点(QF-2)电连接形成检有压手动合闸回路。

3.根据权利要求1所述的一种分布式光伏并网开关配套用的欠电压保护控制装置，其特征在于：还包括检有压自动合闸功能选择按钮(SA)，所述检有压自动合闸功能选择按钮(SA)与跳闸信号自保持继电器常开触点(ZBJ-1)、过电压继电器常开触点(FV2-1)、自保持恢复继电器单元(BHJ)、合闸线圈(HQ)、光伏并网断路器常闭触点(QF-2)电连接形成检有压自动合闸回路。

4.根据权利要求3所述的一种分布式光伏并网开关配套用的欠电压保护控制装置，其特征在于：还包括检有压自动合闸指示灯(1HR)，所述检有压自动合闸指示灯(1HR)与检有压自动合闸功能选择按钮(SA)电连接形成检有压自动合闸指示回路。

5.根据权利要求1所述的一种分布式光伏并网开关配套用的欠电压保护控制装置，其特征在于：还包括欠电压跳闸指示灯(1HG)，所述欠电压跳闸指示灯(1HG)与跳闸信号自保持继电器常开触点(ZBJ-1)、触点扩展常开触点(KA-1)电连接形成欠电压跳闸指示回路。

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