CN203554067U - 网关接口柜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种网关接口柜，包括柜体，所述柜体内安装有快速开关、用于驱动快速开关合分闸的快速永磁操动机构、用于检测线路电流信息的电流检测装置以及用于接收电流信息、对该电流信息进行处理和逻辑分析并在判断出电流故障后输出控制指令控制快速永磁操动机构驱动快速开关合分闸的中央处理装置，所述柜体上设有大电网接口和微电网接口，快速开关的一端连接大电网接口，另一端连接微电网接口，中央处理装置设有人机交互模块。本实用新型将快速开关及相关元器件集成于一体，可以做到即插即用，实现了微电网系统的简单易用，另外，从硬件方面实现了快速动作，可有力地保证微电网在并网或孤网运行状态下的可靠性以及在并网/孤网模式间的平稳过渡。

Description

网关接口柜

技术领域

本实用新型涉及一种智能化供配电设备，主要应用于微电网和配电电网（以下简称大电网或电网）的连接，是微电网和大电网联结的关键设备，是将微电网保护测控和快速断路器相结合的智能化成套设备。 

背景技术

微电网具有并网/孤网两种稳态运行模式，并网模式是指在正常情况下，微网与大电网连接，二者同时运行，微电网向大电网提供多余的电能或由大电网补充微电网发电量的不足；孤网运行是指大电网发生故障或电能质量不能满足微电网要求时，微电网与大电网断开独自运行，可见微电网的孤网运行可为系统提供了更高的供电可靠性和供电不可间断性。 

当进行并网/孤网两种模式间转换时，为保证微电网内电压的连续平稳过渡，实现无缝切换，以确保网内重要敏感负荷的供电不受影响，对微电网与大电网连接处的开关的快速性要求较高。而目前微电网接入大电网的往往通过断路开关实现，而对电路开关的控制则采用相应的电子控制装置，目前这类技术存在下列缺陷，一是各部分装置相互独立设置，没有统一的开关柜，由此不仅造成现场不规整，安装、维护和操作起来不方便，而且各独立装置的配套也增加了技术上的难度和风险，二是所采用的开关动作相对较慢，影响了离网速度。 

实用新型内容

为克服现有技术下的上述缺陷，本实用新型的目提供了一种网关接口柜，集成微电网接入大电网所需的各装置，便于安装和使用，并在在大电网出现故障是能够快速离网。 

本实用新型采用的技术方案为： 

一种网关接口柜，包括柜体，所述柜体内安装有快速开关和中央处理装置，所述快速开关连接有电网连接端子和微电网连接端子，并设有用于驱动其动作的驱动机构，所述中央处理装置连接有信号采集装置，所述驱动机构的控制信号输入端连接所述中央处理装置的控制信号输出端。

所述信号采集装置通常可以包括用于采集电网电流信号的电流互感器和/或用于采集电网电压信号的电压互感器。 

所述电流互感器通常可以包括A、B、C三相电流互感器，也可以包括A、B、C三相电流互感器和零序电流互感器。 

所述中央处理装置通常可以包括包括中央处理器，所述中央处理器通常应设有存储器。 

所述中央处理装置还可以设有与所述中央处理器连接的人工输入装置和显示装置。 

所述中央处理装置还可以设有远程通信装置。 

所述远程通信装置可以为GPRS/GSM通信装置。 

所述驱动机构可以为快速永磁操动机构。 

优选地，所述快速永磁操动机构的输出轴上端连接电磁斥力机构的金属斥力板，中部连接动铁心，所述电磁斥力机构主要由所述金属斥力板和位于所述金属斥力板下方的斥力线圈组成，所述动铁心的上方设有分闸位置挡板，下方设置合闸位置挡板，所述分闸位置挡板和合闸位置挡板之间分别设有与所述动铁心配套的消磁线圈、永久磁铁和合闸线圈，所述输出轴的上部还设有分闸弹簧，所述分闸弹簧上端与所述金属斥力板压力接触，下端与所述分闸位置挡板压力接触。 

优选地，斥力机构线圈的回路上设有预充电电容及回路开关。 

本实用新型的有益效果：本实用新型将微电网与大电网连接处的开关及相关元器件集成于一体，实现了结构和功能的高度集成，使用时只需将大电网和微电网的引出线接/插入柜体上的相应的接口（接线端子）即可，可以做到即插即用，实现了微电网系统的简单易用。 

由于采用斥力线圈和金属斥力板组成的斥力机构，并可以通过预充电电容放电的方式为斥力线圈提供大电流，由此提高了分闸动作的快速性； 

由于设置了与动铁心配套的消磁线圈、永久磁铁和合闸线圈，通过永久磁铁与动铁心的相互作用，可以将动铁心保持在分闸或合闸位置上，通过消磁线圈可以在分闸或合闸动作使抵消永久磁铁对动铁心的固定作用，通过分闸弹簧进一步增强了分闸时的驱动力，由此提高了所述驱动机构的可靠性，提高了分闸动作的速度。

由于设置有能够与上级基站之间双向通信的远程通信装置，可以通过相应的数字通信电路和数字化通信接口等实现网关接口柜的各种状态信息的上传和来自上级基站的各种调度指令的接收，有利于实现网关接口柜的能量优化管理，与智能电网的核心设计理念相一致，对新能源推广、节能降耗具有重要意义； 

由于设置了中央处理装置（可以与其他有关电路一起构成包含主要电路部分的核心单元），可以采用快速保护算法等先进技术，以进一步提高并离网的速度。

本实用新型具有自动并网、孤岛保护、快速故障隔离、接受调度、电能计量等功能，既保证了配电网的安全性，减少了分布式电源对配电网的影响，又提高了分布式电源的利用效率。 

附图说明

图1是本实用新型的电气原理框图； 

图2是本实用新型的工作过程示意图。

具体实施方式

参见图1、图2，本实用新型提供了一种网关接口柜，属于一种新型智能化供配电设备，是一种可以为微电网系统提供稳定、可靠的并网控制技术，与大电网灵活连接、快速断开，形成有机整体，既可以与大电网并网，也可以在电网故障时通过快速开关进行快速分闸与大电网断开，降低对大电网质量的影响，保证大电网及微电网的正常稳定运行的装置，主要应用于微电网与大电网的连接处，成为微电网和大电网联结的关键设备，是将微电网保护测控和快速开关相结合的智能化成套设备，能在故障后10ms内快速切除故障，切换至孤网运行状态。所述网关接口柜包括柜体，所述柜体内安装有快速开关、用于驱动所述快速开关合分闸的快速永磁操动机构、用于检测线路电流信息的电流检测装置（如电流传感器、电流互感器等）以及用于接收电流检测装置的电流信息、对该电流信息进行处理和逻辑分析并在判断出电流故障后输出控制指令控制所述快速永磁操动机构驱动所述快速开关合分闸的中央处理装置，所述柜体上设有大电网接口和微电网接口，所述快速开关的一端连接所述大电网接口，另一端连接所述微电网接口。 

所述中央处理装置设有人机交互模块，所述人机交互模块与所述中央处理装置之间采用现有技术连接并双向通信，通过所述人机交互模块可以完成对所述中央处理装置中的设定值的查看和修改以及对测量值的查看等。所述人机交互模块可以包括输入子模块（例如键盘或按键等人工输入装置）和输出子模块（例如各种显示器和打印机），所述输入子模块的输入端和输出子模块的输出端露在所述柜体外，所述输入子模块可以包括按键，所述输出子模块可以包括液晶显示屏。所述中央处理装置可以通过所述输出子模块向使用者传递所述中央处理装置的电流测量值、保护设定值、告警等信息，使用者可以通过输入子模块中的按键向所述中央处理装置传递查询、修改等信息。 

所述中央处理装置可以设有能够与上级基站之间双向通信的通信电路（远程通信装置及中央处理装置的相应接口电路），通信方式可以采用GPRS或GSM通信方式。所述通信电路可以设有数字化通信接口，所述通信电路可用于上传所述网关接口柜的各种状态信息和接收来自上级基站的各种调度指令，有助于实现微电网的能量优化管理，与智能电网的核心设计理念相一致，对新能源推广、节能降耗、降低碳排放量具有重要意义。 

所述中央处理装置可以设有用于接收所述电流信息的检测信号输入接口电路，所述电流检测装置的输出端连接所述检测信号输入接口电路的输入端。对于输出为模拟量的所述电流检测装置，所述检测信号输入接口中设置有模数转换器，以将所述电流信息转换成所述中央处理装置可以运算和处理的数字信息，所述模数转换器优选采用高速、高精度模数转换器，相应地，所述中央处理装置优选采用高速数字芯片为核心的高速信号处理电路对所述电流信息进行处理、逻辑分析和判断，以进一步缩短故障电流信号程序判断处理时间，能够在1～２ms内计算出故障电流的大小，从而能够在最短的时间内判断出故障，保证所述快速开关的速断保护动作时间小于7ms。 

所述电流检测装置可以包括A、B、C三相电流互感器，或者包括A、B、C三相电流互感器和零序电流互感器。所述电流检测装置通常用于检测所述快速开关所在线路的电流，所述电流检测装置实时地将所检测的电流信息传递给检测信号输入接口电路，经所述检测信号输入接口电路进行模数转换，然后根据前述的所述处理和逻辑分析步骤进行计算和故障电流的判断，当判断所检测电流为故障电流时，则发出相应的分闸控制指令，从而控制所述斥力机构动作分闸。 

所述中央处理装置可以设有能够接收遥控信号的遥控信号输入接口电路，通常即为所述的远程通信装置。所述遥控信号输入接口电路可以接收远程的遥控信号，包括可控制快速永磁操动机构动作的指令信号和保护定值等参数的新设定值等，以此实现对本地的网关接口柜的远程控制和定制调整。所述中央处理装置的核心是信号处理电路（微处理器芯片），可用于前述的所述处理和逻辑分析，所述遥控信号输入接口电路将遥控信号经过必要的处理后送入所述信号处理电路，参与故障电流的计算以及控制指令的生成。 

所述网关接口柜还可以包括用于从线路上取电并将其转换成所述柜体内各元件（遥控信号输入接口电路和斥力线圈供电线路）用电的电压或电流变换单元，通常可以采用电流互感器，解决了所述网关接口柜内部用电要求各不相同的电路的供电问题，使用时无需另外设置供电电源，也简化了设备的安装。 

所述快速永磁操动机构可以包括用于驱动快速分闸的斥力机构、用于驱动合闸的电磁吸力机构和用于保持分/合闸状态的永磁保持机构。所述斥力机构可以包括斥力线圈和受其磁场作用的金属斥力板，所述金属斥力板可以采用铜盘，所述金属斥力板的一侧盘面与所述斥力线圈的一个端面相对，所述金属斥力板驱动连接操动机构输出轴（灭弧装置的输出轴），所述电磁吸力机构可以包括动铁芯和与其配合的吸力线圈，所述动铁芯与所述金属斥力板和所述输出轴的中部固定连接在一起，所述输出轴的下端用于连接/驱动开关或灭弧装置。 

所述斥力线圈的供电回路上串联有向所述斥力线圈放电的预充电电容C以及控制该回路电流通断的开关控制器K,所述开关控制器可以采用大功率晶闸管开关。当开关控制器使该电路闭合时，预充电电容向斥力线圈放电，并产生较大的脉冲电流，此时斥力铜盘因感应涡流而受到电磁推力F的作用向上运动，从而推动所述快速永磁操动机构的输出轴向上运动，实现分闸。所述预充电电容还连接在一个充电电路上，在下一次放电前所述充电电路可以向所述预充电电容充电。 

所述斥力机构是利用涡流斥力原理制作的，在短时间内可以驱动负载快速动作，因此可实现快速分闸。经过样机试验，具有动作快速、反应时间短的特点，反应时间可在1-3ms左右，远低于同类功能的永磁操动机构。所述斥力机构相比目前配电网断路开关的弹操机构或永磁机构，显著缩短了分闸时间，能较好地满足微电网快速分闸的需要。 

所述永磁保持机构可以包括固定安装的永磁铁，所述永磁铁呈包围在所述动铁芯外侧的环形或者为位于所述动铁芯侧面的一个非环形或环绕在所述动铁芯外侧的多个非环形，当所述永磁铁为环绕在所述动铁芯外侧的多个非环形时，多个所述永磁铁旋转对称分布。所述永磁保持机构可以在快速分闸的同时减小过冲和反弹以及保证快速开关的可靠合闸。通常情况下，合闸状态为所述微电网智能快速开关的常态，通过采用永久磁铁产生磁力，有利于减小电能消耗。 

通过设置消磁线圈克服永久磁铁对动铁心的固定作用，以避免因永久磁铁的作用了减缓分合闸的速度。 

本实用新型采用快速永磁操动机构实现快速分闸和可靠合闸，从硬件方面实现了快速动作、快速切除故障的目的，既可以连接在微电网与大电网之间，实现两网间的无缝切换，又可以设置在微电网内部线路上，实现微电网孤网运行时的故障切除，可保证微电网在并网和孤网运行状态下的可靠性。 

根据申请人的实验，本实用新型可达到如下技术指标： 

（1）             快速保护动作时间<7ms；

（2）             快速开关固有分闸时间<3ms；

（3）             与配电网故障隔离时间<10ms；

（4）             支持MODBUS、IEC101规约通信；

（5）             电磁兼容EMC：4级；

（6）             模拟量测量误差≤0.5%；保护精度：2%；保护动作时间与整定值的误差：不大于30ms。

本实用新型具有完善的数据采集及处理功能，包括各种量测量和状态量的采集。量测量包括：电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数、以及有功、无功电度量；状态量包括开关状态信息以及保护信号等。量测量和状态量采集后，经计算和逻辑处理后，可通过人机交互模块进行展现，也可以生成事件及告警信息，或者通过通信电路传送给上级基站。 

此外，本实用新型还具有成本低，能耗少，控制容量大，可靠性高，适合频繁操作等优点，特别适用于分布式发电系统中。 

Claims (10)

1.一种网关接口柜，包括柜体，其特征在于所述柜体内安装有快速开关和中央处理装置，所述快速开关连接有电网连接端子和微电网连接端子，并设有用于驱动其动作的驱动机构，所述中央处理装置连接有信号采集装置，所述驱动机构的控制信号输入端连接所述中央处理装置的控制信号输出端。

2.如权利要求1所述的网关接口柜，其特征在于所述信号采集装置包括用于采集电网电流信号的电流互感器和/或用于采集电网电压信号的电压互感器。

3.如权利要求2所述的网关接口柜，其特征在于所述电流互感器包括A、B、C三相电流互感器，或者所述电流互感器包括A、B、C三相电流互感器和零序电流互感器。

4.如权利要求3所述的网关接口柜，其特征在于所述中央处理装置包括中央处理器，所述中央处理器设有存储器。

5.如权利要求4所述的网关接口柜，其特征在于所述中央处理装置还设有与所述中央处理器连接的人工输入装置和显示装置 。

6.如权利要求5所述的网关接口柜，其特征在于所述中央处理装置还设有远程通信装置。

7.如权利要求6所述的网关接口柜，其特征在于所述远程通信装置为GPRS/GSM通信装置。

8.如权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的网关接口柜，其特征在于所述驱动机构为快速永磁操动机构。

9.如权利要求8所述的网关接口柜，其特征在于所述快速永磁操动机构的输出轴上端连接电磁斥力机构的金属斥力板，中部连接动铁心，所述电磁斥力机构主要由所述金属斥力板和位于所述金属斥力板下方的斥力线圈组成，所述动铁心的上方设有分闸位置挡板，下方设置合闸位置挡板，所述分闸位置挡板和合闸位置挡板之间分别设有与所述动铁心配套的消磁线圈、永久磁铁和合闸线圈，所述输出轴的上部还设有分闸弹簧，所述分闸弹簧上端与所述金属斥力板压力接触，下端与所述分闸位置挡板压力接触。

10.如权利要求9所述的网关接口柜，其特征在于所述斥力机构线圈的回路上设有预充电电容及回路开关。

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