CN113659703B - 一种环网柜内供电电源的控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电力配电设备技术领域，提供一种环网柜内供电电源的控制系统及控制方法，该控制系统包括储能装置、主回路开关、联络回路开关和测控装置，利用测控装置监测供电绕组和储能绕组状态信息，根据状态信息输出控制信号，主回路开关和联络回路开关上设置有控制元件，利用控制元件接收控制信号以控制开关开合，储能装置包括双向功率变换器，双向功率变换器上设置有控制端口，利用控制端口接收控制信号以切换双向功率变换器充电和供电模式。该系统及方法利用测控装置实时监测，并根据监测结果自动切换供电电源内的开关，当绕组发生故障时切换至其他正常绕组供电，当停电故障时由储能装置应急供电，保证环网柜供电电源的供电可靠性。

Description

一种环网柜内供电电源的控制系统及控制方法

技术领域

本申请涉及电力配电设备技术领域，尤其涉及一种环网柜内供电电源的控制系统及控制方法。

背景技术

环网柜作为配电网的主要电力设备之一，具有结构简单、成本低和运行可靠的有点，广泛应用于配电线路的开闭所、环网室、配电所和预装式箱变等，能够大大提高配电网的供电可靠性和经济性，并降低劳动强度。环网是指环形配电网，即供电干线形成一个闭合的环形，环网柜内部的供电电源装置向这个环形干线供电。通常情况下，供电电源装置包括多组供电绕组和电源模块，供电绕组和电源模块一一对应相连接，供电电源装置从外部获取外高压电力能源，再通过供电绕组后输送至各电源模块以满足不同供电需求。

环网柜在长期运行过程中，由于各种客观原因，容易造成其在安装和投运后，出现电缆搭接处故障、气室故障、操作机构故障和避雷器故障等，从而对电网的可靠运行带来了隐患。基于上述情况，环网柜的在线监测技术应运而生，通常利用高灵敏度的传感器连续提取能够反映电气设备绝缘状态的信息参量，根据连续的信息参量实现对环网柜电缆的温度、母线桩头的温度、环境温湿度、操作机构的特性和气室内SF₆气体的微水以及密度进行实时监测。

然而，在环网柜在线监测时，常常会出现由于供电系统故障导致环网柜在线监测系统无法运行，例如，某一供电绕组故障导致与该供电绕组连接的电源模块无法供电，又例如所有供电绕组故障导致环网柜停电，当发生上述情况时需要报警后等人力来诊断和维修，则会影响环网柜的监测效果和监测数据，无法实在环网柜全故障的在线监测。

发明内容

本申请提供环网柜内供电电源的控制系统及控制方法，以提供一种供电系统发生故障时持续对环网柜进行可靠供电的供电电源控制系统及控制方法。

本申请第一方面提供一种环网柜内供电电源的控制系统，所述环网柜内供电电源的控制系统包括储能装置、主回路开关、联络回路开关和测控装置；

所述储能装置连接储能绕组，用于给接收储能绕组配电；

所述储能装置连接相邻的电源模块；

所述主回路开关有多个，分别设置在供电绕组与电源模块的连接线上，以及设置在所述储能绕组与所述储能装置的连接线上；

所述联络回路开关有多个，分别设置在相邻电源模块之间的连接线上，以及设置在相邻的电源模块与所述储能装置的连接线上；

所述测控装置包括电压端和控制信号端，所述电压端连接储能绕组和全部的供电绕组，用于监测每组供电绕组和储能绕组的状态信息，所述控制信号端用于根据所述状态信息输出控制信号；

所述储能装置包括双向功率变换器，所述双向功率变换器上设置有控制端口，所述控制端口连接所述测控装置的控制信号端，用于接收所述控制信号，以根据控制信号切换双向功率变换器的充电和供电模式；

所述主回路开关和所述联络回路开关上设置有控制元件，所述控制元件连接所述测控装置的控制信号端，用于接收所述控制信号，以根据所述控制信号控制开关开合。

可选的，所述主回路开关和联络回路开关均为金属氧化物半导体场效应晶体管，所述控制信号端连接在金属氧化物半导体场效应晶体管的G极上。

可选的，还包括闭锁装置和显示装置；

所述测控装置还包括数据端，所述数据端连接所述闭锁装置和所述显示装置，用于传输所述电压端监测的状态信息数据。

所述闭锁装置包括设置在主回路开关和联络回路开关之间的电气闭锁；

所述显示装置包括显示屏和操作按键，所述显示屏用于显示所述电压端监测的状态信息数据，所述操作按钮用于切换。

可选的，所述储能装置还包括储能电池和超级电容，所述储能电池和所述超级电容并联连接在双向功率变换器和地之间。

本申请第二方面提供一种环网柜内供电电源的控制方法，所述一种环网柜内供电电源的控制方法应用于本申请第一方面提供的一种环网柜内供电电源的控制系统，包括：

通过测控装置实时监测每组供电绕组和储能绕组的状态信息，所述状态信息包括供电绕组和储能绕组的当前电压；

获取每组供电绕组和储能绕组的当前电压和额定电压，根据当前电压和额定电压判断供电绕组或储能绕组是否发生故障；

若所有供电绕组和储能绕组均正常运行，则所述测控装置发出控制信号控制各个主回路开关闭合、各个联络回路开关断开以及储能装置的双向功率变换器运行在充电模式；

若任一供电绕组或储能绕组发生故障，则所述测控装置发出控制信号断开故障的供电绕组或储能绕组临近主回路开关，合上故障的供电绕组或储能绕组任一相邻的联络回路开关；

若所有供电绕组和储能绕组均发生故障，所述测控装置发出控制信号断开所有主回路开关，再依次合上所有联络回路开关，以及，控制储能装置的双向功率变换器运行在供电模式。

可选的，所述获取每组供电绕组和储能绕组的当前电压和额定电压，根据当前电压和额定电压判断供电绕组或储能绕组是否发生故障的过程，包括：

若供电绕组或储能绕组的当前电压在额定电压的80％至120％之间，则判定供电绕组或储能绕组正常运行，若供电绕组或储能绕组的当前电压低于额定电压的80％或高于额定电压的120％，则判定供电绕组或储能绕组故障。

可选的，还包括：

利用测控装置的数据端将供电绕组和储能绕组的电压、电流和各个开关的分合信息传输至显示装置，并通过显示装置的显示屏进行直观显示；若存在有供电绕组或储能绕组发生故障，利用测控装置向显示装置传递供电绕组或储能绕组的故障信息，所述故障信息包括故障的绕组序号、故障的绕组电压和故障时间。

可选的，所述若所有供电绕组和储能绕组均正常运行，则所述测控装置发出控制信号控制各个主回路开关闭合、各个联络回路开关断开以及储能装置的双向功率变换器运行在充电模式的过程，还包括：

在各个主回路开关闭合后，闭锁装置触发联络回路开关的控制元件将其触发电路闭锁。

可选的，所述若任一供电绕组或储能绕组发生故障，则所述测控装置发出控制信号断开故障的供电绕组或储能绕组临近主回路开关，合上故障的供电绕组或储能绕组任一相邻的联络回路开关的过程，还包括：

闭锁装置先解除故障的供电绕组或储能绕组任一相邻的联络回路开关的闭锁，待与故障供电绕组或储能绕组临近的主回路开关断开后，闭锁装置将此主回路开关闭。

本申请提供一种环网柜内供电电源的控制系统及控制方法，所述一种环网柜内供电电源的控制方法应用于所述一种环网柜内供电电源的控制系统，包括储能装置、主回路开关、联络回路开关和测控装置，储能绕组连接储能装置，用于给储能装置输电，测控装置用于监测每组供电绕组和储能绕组的状态信息，并根据该状态信息输出控制信号，主回路开关和联络回路开关上设置有控制元件，该控制元件接收控制信号以控制开关开合，储能装置包括双向功率变换器，双向功率变换器上设置有控制端口，该控制端口接收控制信号以根切换双向功率变换器的充电和供电模式。

由上述技术方案可知，本申请实施例提供的一种环网柜内供电电源的控制系统及控制方法，通过设置储能装置、主回路开关、联络回路开关和测控装置，利用测控装置实时监测绕组的状态信息，根据状态信息发送控制信号以控制主回路开关和联络回路开关的开合，以及控制储能装置的充电和供电模式的切换，实现当供电电源内某一绕组发生故障时自动切换至其他正常绕组供电，当供电电源发生停电故障时，由储能装置应急供电，保证环网柜供电电源的持续供电，进一步的，主回路开关和联络回路开关之间具有相互闭锁功能，防止误操作或者绕组对系统反向送电，具有可靠性、安全性高和切换速度快的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的环网柜内供电电源的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

在电力配电设备技术领域，环网柜内部的供电电源从外部获取外高压电力能源，通过绕组后输送至各电源模块以满足不同供电需求，通常情况下，绕组和电源模块一一对应连接，当某个绕组故障时或者全部绕组故障时，会导致环网柜无法供电。因此，本申请实施例提供一种环网柜内供电电源的控制系统，包括储能装置、主回路开关、联络回路开关和测控装置，需要说明的是，储能装置与外部的绕组单独连接，此绕组作为储能绕组，用于给储能装置配电，而不是连接在电源模块对应的绕组上。

参见图1，为本申请实施例提供的环网柜内供电电源的控制系统的结构示意图。以现有技术提供两个供电绕组和一个储能绕组举例说明，两个供电绕组分别为供电绕组1和供电绕组2，供电绕组1连接电源模块1，供电绕组2连接电源模块2，电源模块1与电源模块2连接，一个储能绕组用于给储能装置配电。本申请实施例提供的一种环网柜内供电电源的控制系统包括储能装置、主回路开关、联络回路开关和测控装置。

所述储能装置连接储能绕组，用于接收储能绕组的配电，所述储能装置连接相邻的电源模块2，储能装置包括双向功率变换器，双向功率变换器上设置有控制端口，控制端口用于接收信号以切换双向功率变换器的充电和供电模式。

所述主回路开关有3个，分别为主回路开关QF1、主回路开关QF2和主回路开关QF3，主回路开关QF1一端连接供电绕组1，另一端连接电源模块1，主回路开关QF2一端连接供电绕组2，另一端连接电源模块2，主回路开关QF3一端连接储能绕组，另一端连接储能装置；所述联络回路开关有2个，分别为联络回路开关QFA和联络回路开关QFB，联络回路开关QFA一端连接电源模块1，另一端连接电源模块2，联络回路开关QFB一端连接电源模块2，另一端连接储能装置。每个主回路开关和联络回路开关上设置有控制元件，该控制元件用于接收信号，以控制开关的开合。

所述测控装置包括电压端和控制信号端，电压端连接供电绕组1、供电绕组2和储能绕组，用于实时监测供电绕组1、供电绕组2和储能绕组的状态信息，该状态信息包括供电绕组1、供电绕组2和储能绕组的电压和电流；控制信号端连接全部的主回路开关和联络回路开关；进一步的，主回路开关和联络回路开关均为金属氧化物半导体场效应晶体管，控制信号端连接在金属氧化物半导体场效应晶体管的G极上；以及，控制信号端还连接储能装置双向功率变换器上的控制端口，测控装置根据实时监测的状态信息向主回路开关、联络回路开关和储能装置输送控制信号。

进一步的，本申请实施例提供的环网柜内供电电源的控制系统还包括闭锁装置和显示装置，所述测控装置还包括数据端，所述数据端连接所述闭锁装置和所述显示装置，用于传输电压端监测的状态信息数据和控制信号端连接的主回路开关和联络回路开关的开合信息。

所述闭锁装置包括设置在主回路开关和联络回路开关之间的电气闭锁。

所述显示装置包括显示屏和操作按键，所述显示屏用于显示所述电压端监测的状态信息数据，所述操作按钮用于显示切换。

进一步的，储能装置还包括储能电池和超级电容，所述储能电池和所述超级电容并联连接在双向功率变换器和地之间。

在供电绕组和储能绕组均正常运行时，测控装置发出控制信号控制主回路开关QF1、主回路开关QF2和主回路开关QF3全部闭合，联络回路开关QFA和联络回路开关QFB断开，以及，控制储能装置运行在充电模式，储能绕组通过主回路开关QF3想储能装置的储能蓄电池和超级电容充电，进一步的，闭锁装置将主回路开关和联络回路开关之间相互闭锁，在主回路开关QF1、主回路开关QF2和主回路开关QF3全部闭合后，关断需要闭锁的联络回路开关QFA和联络回路开关QFB的门级G的触发电路，测控装置将实时监控的供电绕组1、供电绕组2和储能绕组的电压电流以及个开关的开合信息传输至显示装置，显示装置通过显示屏进行直观显示。

在某一绕组发生故障时，例如，供电绕组1发生故障，测控装置发出控制信号断开供电绕组1临近的主回路开关QF1，合上主回路开关QF1相邻的联络回路开关QFA，由供电绕组2通过主回路开关QF2和联络回路开关QFA向电源模块1供电，进一步的，供电绕组1发生故障时，闭锁装置先解除联络回路开关QFA门级触发电路的闭锁，经过短暂延时并且主回路开关QF1断开后，闭锁主回路开关QF1的门级触发电路；又例如，供电绕组2发生故障，闭锁装置解除闭锁，测控装置发出指令断开供电绕组2临近的主回路开关QF2，合上主回路开关QF2任一相邻的联络回路开关，例如联络回路开关QFA，由供电绕组1通过主回路开关QF1和联络回路开关QFA向电源模块2供电，进一步的，供电绕组2发生故障时，闭锁装置先解除联络回路开关QFA门级触发电路的闭锁，经过短暂延时并且主回路开关QF2断开后，闭锁主回路开关QF2的门级触发电路。

在供电绕组1、供电绕组2和储能绕组均发生故障时，测控装置发出控制信号断开所有主回路开关，经过短暂延时依次合上联络回路开关，控制储能装置的双向功率变换器切换为供电模式，由储能蓄电池和超级电容继续为电源模块1和电源模块2供电，进一步的，测控装置向显示装置传递绕组故障信息，包括故障绕组的序号、故障时的电压和故障时的时间。

进一步的，储能装置充电到最大充电电压时自动停止充电，供电至最小供电电压后停止供电，储能装置通过双向功率变换器的控制端口向测控装置实时传递储能装置的运行模式、储能装置的电量和储能装置的电压，测控装置将上述储能装置的信息实时传输至显示装置进行直观显示。

与前述一种环网柜内供电电源的控制系统的实施例相对应，本申请还提供了一种环网柜内供电电源的控制方法的实施例，所述一种环网柜内供电电源的控制方法应用于本申请实施例上述提供的一种环网柜内供电电源的控制系统，包括：

通过测控装置实时监测每组供电绕组和储能绕组的状态信息，所述状态信息包括供电绕组和储能绕组的当前电压。

获取每组供电绕组和储能绕组的当前电压和额定电压，根据当前电压和额定电压判断供电绕组或储能绕组是否发生故障。

若所有供电绕组和储能绕组均正常运行，则所述测控装置发出控制信号控制各个主回路开关闭合、各个联络回路开关断开以及储能装置的双向功率变换器运行在充电模式。

若任一供电绕组或储能绕组发生故障，则所述测控装置发出控制信号断开故障的供电绕组或储能绕组临近主回路开关，合上故障的供电绕组或储能绕组任一相邻的联络回路开关。

若所有供电绕组和储能绕组均发生故障，所述测控装置发出控制信号断开所有主回路开关，再依次合上所有联络回路开关，以及，控制储能装置的双向功率变换器运行在供电模式。

进一步的，所述获取每组供电绕组和储能绕组的当前电压和额定电压，根据当前电压和额定电压判断供电绕组或储能绕组是否发生故障的过程，包括：

若供电绕组或储能绕组的当前电压在额定电压的80％至120％之间，则判定供电绕组或储能绕组正常运行，若供电绕组或储能绕组的当前电压低于额定电压的80％或高于额定电压的120％，则判定供电绕组或储能绕组故障。

进一步的，还包括：

利用测控装置的数据端将供电绕组和储能绕组的电压、电流和各个开关的分合信息传输至显示装置，并通过显示装置的显示屏进行直观显示；若存在有供电绕组或储能绕组发生故障，利用测控装置向显示装置传递供电绕组或储能绕组的故障信息，所述故障信息包括故障的绕组序号、故障的绕组电压和故障时间。

进一步的，所述若所有供电绕组和储能绕组均正常运行，则所述测控装置发出控制信号控制各个主回路开关闭合、各个联络回路开关断开以及储能装置的双向功率变换器运行在充电模式的过程，还包括：

在各个主回路开关闭合后，闭锁装置触发联络回路开关的控制元件将其触发电路闭锁。

进一步的，所述若任一供电绕组或储能绕组发生故障，则所述测控装置发出控制信号断开故障的供电绕组或储能绕组临近主回路开关，合上故障的供电绕组或储能绕组任一相邻的联络回路开关的过程，还包括：

闭锁装置先解除故障的供电绕组或储能绕组任一相邻的联络回路开关的闭锁，待与故障供电绕组或储能绕组临近的主回路开关断开后，闭锁装置将此主回路开关闭。

本申请实施例提供一种环网柜内供电电源的控制系统及控制方法，所述一种环网柜内供电电源的控制方法应用于所述一种环网柜内供电电源的控制系统，包括储能装置、主回路开关、联络回路开关和测控装置，储能绕组连接储能装置，用于给储能装置输电，测控装置用于监测每组供电绕组和储能绕组的状态信息，并根据该状态信息输出控制信号，主回路开关和联络回路开关上设置有控制元件，该控制元件接收控制信号以控制开关开合，储能装置包括双向功率变换器，双向功率变换器上设置有控制端口，该控制端口接收控制信号以根切换双向功率变换器的充电和供电模式。

可见，本申请实施例提供的一种环网柜内供电电源的控制系统及控制方法，通过设置储能装置、主回路开关、联络回路开关和测控装置，利用测控装置实时监测绕组的状态信息，根据状态信息发送控制信号以控制主回路开关和联络回路开关的开合，以及控制储能装置的充电和供电模式的切换，实现当供电电源内某一绕组发生故障时自动切换至其他正常绕组供电，当供电电源发生停电故障时，由储能装置应急供电，保证环网柜供电电源的持续供电，进一步的，主回路开关和联络回路开关之间具有相互闭锁功能，防止误操作或者绕组对系统反向送电，具有可靠性、安全性高和切换速度快的优点。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种环网柜内供电电源的控制系统，其特征在于，包括储能装置、主回路开关、联络回路开关、测控装置、闭锁装置和显示装置；

所述储能装置连接储能绕组，用于接收储能绕组的配电；

所述储能装置连接相邻的电源模块；

所述主回路开关有多个，分别设置在供电绕组与电源模块的连接线上，以及设置在所述储能装置与储能绕组的连接线上；

所述联络回路开关有多个，分别设置在相邻电源模块之间的连接线上，以及设置在相邻的电源模块与所述储能装置的连接线上；

所述测控装置包括电压端和控制信号端，所述电压端连接储能绕组和全部的供电绕组，用于监测每组供电绕组和储能绕组的状态信息，所述控制信号端用于根据所述状态信息输出控制信号；

所述储能装置包括双向功率变换器，所述双向功率变换器上设置有控制端口，所述控制端口连接所述测控装置的控制信号端，用于接收所述控制信号，以根据控制信号切换双向功率变换器的充电和供电模式；

所述主回路开关和所述联络回路开关上设置有控制元件，所述控制元件连接所述测控装置的控制信号端，用于接收所述控制信号，以根据所述控制信号控制开关开合；

所述测控装置还包括数据端，所述数据端连接所述闭锁装置和所述显示装置，用于传输所述电压端监测的状态信息数据和控制信号端连接的主回路开关和联络回路开关的开合信息；

所述闭锁装置包括设置在主回路开关和联络回路开关之间的电气闭锁；

所述显示装置包括显示屏和操作按键，所述显示屏用于显示所述状态信息数据和所述开合信息，所述操作按键用于显示切换。

2.根据权利要求1所述的一种环网柜内供电电源的控制系统，其特征在于，所述主回路开关和联络回路开关均为金属氧化物半导体场效应晶体管，所述控制信号端连接在金属氧化物半导体场效应晶体管的G极上。

3.根据权利要求1所述的一种环网柜内供电电源的控制系统，其特征在于，所述储能装置还包括储能电池和超级电容，所述储能电池和所述超级电容并联连接在双向功率变换器和地之间。

4.一种环网柜内供电电源的控制方法，其特征在于，所述控制方法应用于权利要求1至3任一项所述的一种环网柜内供电电源的控制系统，所述控制方法包括以下步骤：

通过测控装置实时监测每组供电绕组和储能绕组的状态信息，所述状态信息包括供电绕组和储能绕组的当前电压；

获取每组供电绕组和储能绕组的当前电压和额定电压，根据当前电压和额定电压判断供电绕组或储能绕组是否发生故障；

若所有供电绕组和储能绕组均正常运行，则所述测控装置发出控制信号控制各个主回路开关闭合、各个联络回路开关断开以及储能装置的双向功率变换器运行在充电模式；

若任一供电绕组或储能绕组发生故障，则所述测控装置发出控制信号断开故障的供电绕组或储能绕组临近主回路开关，合上故障的供电绕组或储能绕组任一相邻的联络回路开关；

若所有供电绕组和储能绕组均发生故障，所述测控装置发出控制信号断开所有主回路开关，再依次合上所有联络回路开关，以及，控制储能装置的双向功率变换器运行在供电模式；

利用测控装置的数据端将供电绕组和储能绕组的电压、电流和各个开关的分合信息传输至显示装置，并通过显示装置的显示屏进行直观显示；若存在有供电绕组或储能绕组发生故障，利用测控装置向显示装置传递供电绕组或储能绕组的故障信息，所述故障信息包括故障的绕组序号、故障的绕组电压和故障时间。

5.根据权利要求4所述的一种环网柜内供电电源的控制方法，其特征在于，所述获取每组供电绕组和储能绕组的当前电压和额定电压，根据当前电压和额定电压判断供电绕组或储能绕组是否发生故障的过程，包括：

若供电绕组或储能绕组的当前电压在额定电压的80％至120％之间，则判定供电绕组或储能绕组正常运行，若供电绕组或储能绕组的当前电压低于额定电压的80％或高于额定电压的120％，则判定供电绕组或储能绕组故障。

6.根据权利要求4所述的一种环网柜内供电电源的控制方法，其特征在于，所述若所有供电绕组和储能绕组均正常运行，则所述测控装置发出控制信号控制各个主回路开关闭合、各个联络回路开关断开以及储能装置的双向功率变换器运行在充电模式的过程，还包括：

在各个主回路开关闭合后，闭锁装置触发联络回路开关的控制元件将其触发电路闭锁。

7.根据权利要求4所述的一种环网柜内供电电源的控制方法，其特征在于，所述若任一供电绕组或储能绕组发生故障，则所述测控装置发出控制信号断开故障的供电绕组或储能绕组临近主回路开关，合上故障的供电绕组或储能绕组任一相邻的联络回路开关的过程，还包括：

闭锁装置先解除故障的供电绕组或储能绕组任一相邻的联络回路开关的闭锁，待与故障供电绕组或储能绕组临近的主回路开关断开后，闭锁装置将此主回路开关闭锁。