CN114123497A - 站用低压直流电源系统智能母联监测装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了站用低压直流电源系统智能母联监测装置，包括：第一直流母线、第二直流母线、第一备用电源、第二备用电源、故障监测单元、控制单元和操作单元；所述故障监测单元用于实现对第一直流母线与第二直流母线的故障监测，所述故障监测单元包括第一故障监测模块和第二故障监测模块，所述操作单元设置于第一直流母线和第二直流母线的供电线路上；所述控制单元用于对接收的故障监测单元的监测信息进行处理，并产生控制指令对操作单元进行控制。本发明还提供一种站用低压直流电源系统智能母联监测控制方法。本发明保证交流失电故障发生到智能母联合闸期间的直流负荷工作电源持续可靠，确保电力系统安全可靠运行。

Description

站用低压直流电源系统智能母联监测装置及控制方法
技术领域
本发明涉及站用低压直流技术领域，具体为站用低压直流电源系统智能母联监测装置及控制方法。
背景技术
“低压直流系统”是变电站为给信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备。为保证电力二次设备提供可靠不间断电源，直流系统设计蓄电池组作为后备电源；220kV等重要的变电站，设计两套直流系统，两套独立直流系统互为备用。
目前阿勒泰地区5座220千伏智能变电站直流电源系统存在两路独立电源长期运行状态不允许并联运行，母联刀闸需要人工操作才发挥作用，现有变电站基本都为无人值守变电站，单套直流电源出现故障时，不能及时供给电源，未保证负荷供电可靠性。
两套直流系统互为备用是通过母联刀闸实现互联，母联刀闸是需要人工操作；当单套直流系统电源故障时，只有人工合上母联刀闸才能使故障侧直流系统恢复供电。
由于蓄电池维护手段有限，近年来发现不少电力事故是由于站用交流失电故障发生同时蓄电池组故障不能提供直流系统事故电流导致。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种站用低压直流电源系统智能母联监测装置，包括：
第一直流母线、第二直流母线、第一备用电源、第二备用电源、故障监测单元、控制单元和操作单元；
所述故障监测单元用于实现对第一直流母线与第二直流母线的故障监测，所述故障监测单元包括第一故障监测模块和第二故障监测模块，所述第一故障监测模块设置于第一直流母线和第一备用电源的输出端并对第一直流母线的电压和第一备用电源的电流进行采集，所述第二故障监测模块设置于第二直流母线和第二备用电源的输出端用于对第二直流母线的电压和第二备用电源的电流进行采集；
所述操作单元设置于第一直流母线和第二直流母线的供电线路上；
所述控制单元用于对接收的故障监测单元的监测信息进行处理，并产生控制指令对操作单元进行控制；
所述第一直流母线与第一备用电源连接，所述第二直流母线与第二备用电源连接；所述第一故障监测模块和第二故障监测模块的输出端连接控制单元，所述控制单元的输出端连接操作单元。
作为本发明的进一步技术方案为，所述操作开关包括中间继电器和直流接触器，所述中间继电器的常闭节点与直流接触器连接，所述中间继电器常开节点闭合时，直流接触器闭合导通。
作为本发明的进一步技术方案为，所述第一备用电源和第二备用电源为超级电容。
作为本发明的进一步技术方案为，所述第一故障监测模块包括第一分流器、第二分流器、运算放大器、模数转换器，所述第一分流器和第二分流器分别串联设置于第一直流母线和第一备用电源的输出线路上，所述第二分流器的输出端连接电流电压转换器，所述第一分流器和电流电压转换器的输出端连接运算放大器，所述运算放大器的输出端连接模数转换器，所述模数转换器的输出端连接控制单元。
作为本发明的进一步技术方案为，所述控制单元包括：控制器、存储器、继电驱动器，所述控制器的输入端连接模数转换器，所述控制器的输出端连接继电驱动器，所述控制器与存储器连接。
作为本发明的进一步技术方案为，所述故障监测单元监测的故障包括短路故障和电源故障，其中短路故障为监测的电流和电压值大于告警值，当短路故障时，继电驱动器驱动操作开关打开；所述电源故障为监测的电流和电压值在正常范围内，继电驱动器驱动操作开关闭合，第一直流母线和第二直流母线并联运行。
本发明还提供一种站用低压直流电源系统智能母联监测控制方法，包括以下步骤：
故障监测单元对第一直流母线和第二直流母线的电压电流进行采集并进行预处理；
控制单元接收第一故障监测模块和第二故障监测模块采集的电压电流信息并对其进行处理生成控制指令；
操作单元接收控制单元的控制指令并执行操作。
作为本发明的进一步技术方案为，所述故障监测单元对第一直流母线和第二直流母线的电压电流进行采集并进行预处理；具体包括：
设置在第一直流母线上的第一故障监测模块对第一直流母线的输出电压和与第一直流母线连接的第一备用电源的输出电流进行采集；
设置在第二直流母线上的第二故障监测模块对第二直流母线的输出电压和与第二直流母线连接的第二备用电源的输出电流进行采集；
通过信息处理模块对第一故障监测模块和第二故障监测模块采集的电流电压信息进行转换、放大以及数模转换为预处理信息。
作为本发明的进一步技术方案为，所述控制单元接收第一故障监测模块和第二故障监测模块采集的电压电流信息并对其进行处理生成控制指令；具体包括：
控制单元对预处理信息与设置的报警值进行比对；
当预处理信息中的电流值和对应的电压值的变化速率大于告警值，则判断为短路事故，操作开关为打开状态；
当预处理信息中的电流值和对应的电压值的变化速率在正常范围内，则判断为电源故障，控制操作开关闭合。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过设计直流母线故障检测电路，实现直流电源系统故障监测功能；通过利用中间继电器的常开节点控制直流接触器，当直流电源系统检测到故障电流时，中间继电器常开节点闭合，直流接触器闭合导通，通过控制单元和操作单元，实现构建智能母联监测控制；
2、通过第一备用电源和第二备用电源，保证交流失电故障发生到智能母联合闸期间的直流负荷工作电源持续可靠；
3、本发明提供的智能母联监测装置，在直流系统母线正常运行时，智能母联系统检测母线电路故障为零，智能母联不动作，两套直流系统独立运行；当单套直流电源出现故障时，智能母联系统能够保证两套独立的站用直流系统自动智能化互为备用，正常运行无环网故障，确保电力系统安全可靠运行。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明提出的站用低压直流电源系统智能母联监测装置的结构示意图；
图2是本发明提出的站用低压直流电源系统智能母联监测装置控制结构图；
图3是本发明提出的站用低压直流电源系统智能母联监测装置故障监测单元原理图；
图4为本发明提出的操作开关结构图；
图5为本发明提出的站用低压直流电源系统智能母联监测装置控制方法结构图；
图中所示：
10-第一直流母线，20-第二直流母线，30-第一备用电源，40-第二备用电源，50-故障监测单元，60-控制单元，70-操作单元；
501-第一故障监测模块，502-第二故障监测模块；
511-第一分流器，512-第二分流器，513-运算放大器，514-模数转换器，515-电流电压转换器；
601-控制器，602-存储器，603-继电驱动器；
701-中间继电器，702-直流接触器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
如图1-图3所示，本发明提供一种站用低压直流电源系统智能母联监测装置，包括：
第一直流母线10、第二直流母线20、第一备用电源30、第二备用电源40、故障监测单元50、控制单元60和操作单元70；
所述故障监测单元50用于实现对第一直流母线10与第二直流母线20的故障监测，所述故障监测单元50包括第一故障监测模块501和第二故障监测模块502，所述第一故障监测模块501设置于第一直流母线10的输出端并对第一直流母线10的电压和第一备用电源30电流进行采集，所述第二故障监测模块502设置于第二直流母线20的输出端用于对第二直流母线20的电压和第一备用电源50电流进行采集；
所述操作单元70设置于第一直流母线10和第二直流母线20的供电线路上；
所述控制单元60用于对接收的故障监测单元的监测信息进行处理，并产生控制指令对操作单元70进行控制；
所述第一直流母线10与第一备用电源30连接，所述第二直流母线20与第二备用电源40连接；所述第一故障监测模块501和第二故障监测模块502的输出端连接控制单元60，所述控制单元60的输出端连接操作单元70。
本发明通过设计直流母线故障检测单元，实现直流电源系统故障监测功能；通过控制单元和操作单元，实现构建智能母联基础单元；通过第一备用电源和第二备用电源，保证交流失电故障发生到智能母联合闸期间的直流负荷工作电源持续可靠。能够保证两套独立的站用直流系统自动智能化互为备用，同时保证系统正常运行无环网故障，确保电力系统安全可靠运行。
本发明实施例中，操作开关70包括中间继电器701和直流接触器702，所述中间继电器701的常闭节点与直流接触器702连接，所述中间继电器701常开节点闭合时，直流接触器702闭合导通。
本发明实施例中，通过设计直流母线故障检测电路，实现直流电源系统故障监测功能；通过利用中间继电器的常开节点控制直流接触器，当直流电源系统检测到故障电流时，中间继电器常开节点闭合，直流接触器闭合导通，通过控制单元和操作单元，实现构建智能母联监测控制，通过第一备用电源和第二备用电源，保证交流失电故障发生到智能母联合闸期间的直流负荷工作电源持续可靠。本发明提供的智能母联监测装置，在直流系统母线正常运行时，智能母联系统检测母线电路故障为零，智能母联不动作，两套直流系统独立运行；当单套直流电源出现故障时，智能母联系统能够保证两套独立的站用直流系统自动智能化互为备用，正常运行无环网故障，确保电力系统安全可靠运行。
其中，第一备用电源30和第二备用电源40为超级电容。
其中，第一故障监测模块501包括第一分流器511、第二分流器512、运算放大器513、模数转换器514，所述第一分流器511和第二分流器512分别串联设置于第一直流母线10和第一备用电源30的输出线路上，所述第二分流器512的输出端连接电流电压转换器515，所述第一分流器511和电流电压转换器515的输出端连接运算放大器513，所述运算放大器513的输出端连接模数转换器514，所述模数转换器514的输出端连接控制单元60。第一故障监测模块和第二故障监测模块结构相同，第二故障监测模块设置于第二直流母线与第二备用电源上。
控制单元60包括：控制器601、存储器602、继电驱动器603，所述控制器601的输入端连接模数转换器514，所述控制器601的输出端连接继电驱动器603，所述控制器601与存储器602连接。
故障监测单元50监测的故障包括短路故障和电源故障，其中短路故障为监测的电流和电压值大于告警值，当短路故障时，继电驱动器驱动操作开关打开；所述电源故障为监测的电流和电压值在正常范围内，继电驱动器驱动操作开关闭合，第一直流母线和第二直流母线并联运行。
本发明实施例中，在第一直流母线和第二直流母线分别安装超级电容作为后备电源，实时高速监测超级电容的输出电流i1和i2，当超级电容有电流输出，使用内阻极小的分流器进行电流信号转电压信号，然后经过运算放大器对信号进行放大，再采用16bit的adc芯片进行模数转换得出实际的电流值。依据电流i大小和母线电压U的变化速率分析直流母线故障类别，若是电流i大小和母线电压U的变化速率大于告警值，判定为短路事故，智能母联禁止合闸。若是电流i大小和母线电压U的变化速率在正常范围内，判定为直流母线发生电源故障，控制电操开关K闭合，使得两段母线并联运行，保障电源故障测母线负载安全可靠持续供电。
本发明能够实现两段独立直流系统互为备用，减少因直流电源故障引起的保护拒动事故，避免造的经济损失，提高电力系统的安全、可靠性。
参见图4，本发明还提出一种站用低压直流电源系统智能母联监测控制方法，包括以下步骤：
步骤201，故障监测单元对第一直流母线和第二直流母线的电压电流进行采集并进行预处理；
步骤202，控制单元接收第一故障监测模块和第二故障监测模块采集的电压电流信息并对其进行处理生成控制指令；
步骤203，操作单元接收控制单元的控制指令并执行操作。
在步骤201中，所述故障监测单元对第一直流母线和第二直流母线的电压电流进行采集并进行预处理；具体包括：
设置在第一直流母线上的第一故障监测模块对第一直流母线的输出电压和与第一直流母线连接的第一备用电源的输出电流进行采集；
设置在第二直流母线上的第二故障监测模块对第二直流母线的输出电压和与第二直流母线连接的第二备用电源的输出电流进行采集；
通过信息处理模块对第一故障监测模块和第二故障监测模块采集的电流电压信息进行转换、放大以及数模转换为预处理信息。
在步骤202中，所述控制单元接收第一故障监测模块和第二故障监测模块采集的电压电流信息并对其进行处理生成控制指令；具体包括：
控制单元对预处理信息与设置的报警值进行比对；
当预处理信息中的电流值和对应的电压值的变化速率大于告警值，则判断为短路事故，操作开关为打开状态；
当预处理信息中的电流值和对应的电压值的变化速率在正常范围内，则判断为电源故障，控制操作开关闭合。
和母线电压U的变化速率分析直流母线故障类别，若是电流i大小和母线电压U的变化速率大于告警值，判定为短路事故，智能母联禁止合闸。若是电流i大小和母线电压U的变化速率在正常范围内，判定为直流母线发生电源故障，控制电操开关闭合，使得两段母线并联运行，保障电源故障测母线负载安全可靠持续供电。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种站用低压直流电源系统智能母联监测装置，其特征在于，包括：
第一直流母线、第二直流母线、第一备用电源、第二备用电源、故障监测单元、控制单元和操作单元；
所述故障监测单元用于实现对第一直流母线与第二直流母线的故障监测，所述故障监测单元包括第一故障监测模块和第二故障监测模块，所述第一故障监测模块设置于第一直流母线和第一备用电源的输出端并对第一直流母线的电压和第一备用电源的电流进行采集，所述第二故障监测模块设置于第二直流母线和第二备用电源的输出端用于对第二直流母线的电压和第二备用电源的电流进行采集；
所述操作单元设置于第一直流母线和第二直流母线的供电线路上；
所述控制单元用于对接收的故障监测单元的监测信息进行处理，并产生控制指令对操作单元进行控制；
所述第一直流母线与第一备用电源连接，所述第二直流母线与第二备用电源连接；所述第一故障监测模块和第二故障监测模块的输出端连接控制单元，所述控制单元的输出端连接操作单元。
2.根据权利要求1所述的一种站用低压直流电源系统智能母联监测装置，其特征在于，所述操作开关包括中间继电器和直流接触器，所述中间继电器的常闭节点与直流接触器连接，所述中间继电器常开节点闭合时，直流接触器闭合导通。
3.根据权利要求1所述的一种站用低压直流电源系统智能母联监测装置，其特征在于，所述第一备用电源和第二备用电源为超级电容。
4.根据权利要求1所述的一种站用低压直流电源系统智能母联监测装置，其特征在于，所述第一故障监测模块包括第一分流器、第二分流器、运算放大器、模数转换器，所述第一分流器和第二分流器分别串联设置于第一直流母线和第一备用电源的输出线路上，所述第二分流器的输出端连接电流电压转换器，所述第一分流器和电流电压转换器的输出端连接运算放大器，所述运算放大器的输出端连接模数转换器，所述模数转换器的输出端连接控制单元。
5.根据权利要求1所述的一种站用低压直流电源系统智能母联监测装置，其特征在于，所述控制单元包括：控制器、存储器、继电驱动器，所述控制器的输入端连接模数转换器，所述控制器的输出端连接继电驱动器，所述控制器与存储器连接。
6.根据权利要求1所述的一种站用低压直流电源系统智能母联监测装置，其特征在于，所述故障监测单元监测的故障包括短路故障和电源故障，其中短路故障为监测的电流和电压值大于告警值，当短路故障时，继电驱动器驱动操作开关打开；所述电源故障为监测的电流和电压值在正常范围内，继电驱动器驱动操作开关闭合，第一直流母线和第二直流母线并联运行。
7.一种站用低压直流电源系统智能母联监测控制方法，采用如权利要求1-6所述的一种站用低压直流电源系统智能母联监测装置，其特征在于，包括以下步骤：
故障监测单元对第一直流母线和第二直流母线的电压电流进行采集并进行预处理；
控制单元接收第一故障监测模块和第二故障监测模块采集的电压电流信息并对其进行处理生成控制指令；
操作单元接收控制单元的控制指令并执行操作。
8.根据权利要求7所述的一种站用低压直流电源系统智能母联监测控制方法，其特征在于，所述故障监测单元对第一直流母线和第二直流母线的电压电流进行采集并进行预处理；具体包括：
设置在第一直流母线上的第一故障监测模块对第一直流母线的输出电压和与第一直流母线连接的第一备用电源的输出电流进行采集；
设置在第二直流母线上的第二故障监测模块对第二直流母线的输出电压和与第二直流母线连接的第二备用电源的输出电流进行采集；
通过信息处理模块对第一故障监测模块和第二故障监测模块采集的电流电压信息进行转换、放大以及数模转换为预处理信息。
9.根据权利要求7所述的一种站用低压直流电源系统智能母联监测控制方法，其特征在于，所述控制单元接收第一故障监测模块和第二故障监测模块采集的电压电流信息并对其进行处理生成控制指令；具体包括：
控制单元对预处理信息与设置的报警值进行比对；
当预处理信息中的电流值和对应的电压值的变化速率大于告警值，则判断为短路事故，操作开关为打开状态；
当预处理信息中的电流值和对应的电压值的变化速率在正常范围内，则判断为电源故障，控制操作开关闭合。
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