CN204167982U - 一种变电站用继电保护装置的持续供电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种变电站用继电保护装置的持续供电系统，包括外部电源和继电保护装置，其特殊之处在于：还包括充放电模块、储能模块、控制单元和升压稳压模块，所述外部电源分别连接控制单元和升压稳压模块并为两者供电，所述升压稳压模块输出端连接继电保护装置并将电能输送给继电保护装置，所述的外部电源通过充放电模块连接储能模块，所述充放电模块包括充电模块和放点模块，所述的储能模块是由互相串联的可单独充电的三个超级电容组成超级电容组，所述控制单元对储能模块的三个超级电容的充放电进行控制，所述外部电源通过充电模块对储能模块进行充电，所述储能模块通过放电模块连接升压稳压模块进行放电，所述控制单元电源连接在升压稳压模块其中一个输出端，在外部电源出现意外时，控制单元控制储能单元作为备用电源。
Description
技术领域
本实用新型涉及变电站继电保护装置的电源系统，尤其是一种变电站用继电保护装置的持续供电系统。
背景技术
目前我国继电保护绝大部分采用微机保护，尽管微机保护装置的可靠性和性能相比传统电磁型保护有了很大提高，但在电网实际运行中由于电子元器件的老化、高电压的冲击等多方面的原因，会使继电保护的硬件设备损坏而不能正常工作，大多数继电器保护装置的电源采用开关电源作为其工作电源，由于外部电压变化、保护装置电源板寿命短等原因，导致开关电源在功率部分、调整部分、稳压部分等几个环节经常出现波纹系数过高、功率不足、电压失稳等的一些问题；现在许多重要的继电保护装置都使用蓄电池作为备用电源。在装置电源正常的情况下，由其本身电源进行供电，当电源出现异常时，则投入蓄电池为其供电，蓄电池和继电保护装置电源输出端并行连接，平时处于浮充状态。但是这种并联的方式，蓄电池不但得不到充电，反而通过继电保护装置的电源电路放电，导致电池的电压一直降低到与保护电源电压输出端相等为止，这样随着时间的推移电池的容量大大降低，到使用蓄电池作为备用电源供电时，由于其容量降低，致使其输出电压不达标。
本实用新型为了克服上述缺陷，进行了有益的改进。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决现有技术中的上述不足，提供了一种使用超级电容作为备用电源的变电站用继电保护装置的持续供电系统。
为了实现上述目的，本实用新型新型采用以下技术方案：
一种变电站用继电保护装置的持续供电系统，包括外部电源和继电保护装置，其特殊之处在于：还包括充放电模块、储能模块、控制单元和升压稳压模块，所述外部电源分别连接控制单元和升压稳压模块并为两者供电，所述升压稳压模块输出端连接继电保护装置并将电能输送给继电保护装置，所述的外部电源通过充放电模块连接储能模块，所述充放电模块包括充电模块和放点模块，所述的储能模块是由互相串联的可单独充电的三个超级电容组成超级电容组，所述控制单元对储能模块的三个超级电容的充放电进行控制，所述外部电源通过充电模块对储能模块进行充电，所述储能模块通过放电模块连接升压稳压模块进行放电，所述控制单元电源连接在升压稳压模块其中一个输出端，在外部电源出现意外时，控制单元控制储能单元作为备用电源，其中所述控制单元为89C51单片机；
进一步地，所述的充放电模块包括四个金氧半场效晶体管，其中金氧半场效晶体管G7、金氧半场效晶体管G9、金氧半场效晶体管G10并联，该并联电路与外部电源之间串联连接有金氧半场效晶体管G11和一个二极管，同时，所述金氧半场效晶体管G7和恒流源串联，所述金氧半场效晶体管G9和金氧半场效晶体管G10分别和一个二极管串联，构成一个可控的双向导通开关，所述的四个金氧半场效晶体管由控制单元控制其通断，在充电阶段时，控制单元控制金氧半场效晶体管G9和金氧半场效晶体管G10关断，金氧半场效晶体管G7、金氧半场效晶体管G11导通，外部电源为继电保护装置供电，同时通过恒流源为储能模块充电，当储能模块充电结束后，控制单元控制金氧半场效晶体管G7关断，金氧半场效晶体管G10、金氧半场效晶体管G10导通，储能模块的端电压与外部电压相等，当外部电源异常时，储能模块通过金氧半场效晶体管G10直接与继电保护装置连接，进行供电；
进一步地，所述的恒流源为输入电流和输出电流相等的电流镜电流；
进一步地，所述升压稳压模块包括五个金氧半场效晶体管和五个DC/DC变换器，其中金氧半场效晶体管G1与一个DC/DC变换器串联后给继电保护装置的逻辑电源提供电能，金氧半场效晶体管G2和金氧半场效晶体管G3分别与一个DC/DC变换器串联后给继电保护装置的模拟电源提供电能，金氧半场效晶体管G4与一个DC/DC变换器串联后给继电保护装置的逻辑电源提供电能，金氧半场效晶体管G5与一个DC/DC变换器串联后给单片机提供电能；
进一步地，所述储能模块包括超级电容C1、超级电容C2和超级电容C3、可控双向导通开关K1、可控双向导通开关K3、可控双向导通开关K5、旁路开关K2、旁路开关K4、旁路开关K6，所述可控双向导通开关K1、超级电容C1、可控双向导通开关K3、超级电容C2、可控双向导通开关K5和超级电容C3依次串联，其中，所述旁路开关K2和限流电阻R1串联后与可控双向导通开关K1和超级电容C1并联，所述旁路开关K4和限流电阻R2串联后与可控双向导通开关K3和超级电容C2并联，所述旁路开关K6和限流电阻R3串联后与可控双向导通开关K5和超级电容C3并联，所述单片机对双向导通开关和旁路开关进行控制。
本实用新型的有益效果：本实用新型采用单独充电的超级电容作为储能模块，能够实现快速充电，循环使用寿命长，且可以释放超强的电流，能量的转换效率比较高，具有绿色环保的优点，多个串联的超级电容采用单独充电方式和在充放电电路中采用电流镜的恒流源电路，能够有效降低充电过程中对于超级电容的损伤，本技术方案中的DC/DC变换器输入电压范围宽，采用不同的DC/DC变换器并联，可以满足对继电保护装置的不同部件进行供电的要求，具有很强的实用性。
附图说明
图1本实用新型继电保护装置持续供电系统结构示意图；
图2本实用新型继电保护装置持续供电系统充放电模块示意图；
图3本实用新型继电保护装置持续供电系统充放电电路示意图；
图4本实用新型继电保护装置持续供电系统升压稳压模块示意图；
图5本实用新型继电保护装置持续供电系统储能模块电路示意图；
图6本实用新型继电保护装置持续供电系统整体电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。
本实用新型的实施例参考图1-2、6所示，一种变电站用继电保护装置的持续供电系统，包括外部电源和继电保护装置，其特殊之处在于：还包括充放电模块、储能模块、控制单元和升压稳压模块，所述外部电源分别连接控制单元和升压稳压模块并为两者供电，所述升压稳压模块输出端连接继电保护装置并将电能输送给继电保护装置，所述的外部电源通过充放电模块连接储能模块，所述充放电模块包括充电模块和放点模块，所述的储能模块是由互相串联的可单独充电的三个超级电容组成超级电容组，所述控制单元对储能模块的三个超级电容的充放电进行控制，所述外部电源通过充电模块对储能模块进行充电，所述储能模块通过放电模块连接升压稳压模块进行放电，所述控制单元电源连接在升压稳压模块其中一个输出端，在外部电源出现意外时，控制单元控制储能单元作为备用电源，其中所述控制单元为89C51单片机。
充放电模块如图3所示，包括四个金氧半场效晶体管，其中金氧半场效晶体管G7、金氧半场效晶体管G9、金氧半场效晶体管G10并联，该并联电路与外部电源之间串联连接有金氧半场效晶体管G11和一个二极管，同时，所述金氧半场效晶体管G7和恒流源串联，所述金氧半场效晶体管G9和金氧半场效晶体管G10分别和一个二极管串联，构成一个可控的双向导通开关，它们既是充电过程中浮充阶段的充电电路，又是放电过程中的放电通路，四个金氧半场效晶体管由控制单元控制其通断，在充电阶段时，控制单元控制金氧半场效晶体管G9和金氧半场效晶体管G10关断，金氧半场效晶体管G7、金氧半场效晶体管G11导通，外部电源为继电保护装置供电，同时通过恒流源为储能模块充电，当储能模块充电结束后，控制单元控制金氧半场效晶体管G7关断，金氧半场效晶体管G10、金氧半场效晶体管G10导通，储能模块的端电压与外部电压相等，当外部电源异常时，储能模块通过金氧半场效晶体管G10直接与继电保护装置连接，进行供电，当外部电源恢复正常，可让金氧半场效晶体管G11导通，外部电源继续为继电保护装置供电，此时虽然外部电源的电压要比超级电容组的端电压高，但是金氧半场效晶体管G7、金氧半场效晶体管G9关断，金氧半场效晶体管G10支路由于有二极管的存在，自动截止，不会对超级电容造成冲击。
通过此模块的控制，当超级电容组充满电后，通过金氧半场效晶体管G9、金氧半场效晶体管G10支路处于浮充状态。当外部电源异常时不需要专门的投入操作，就可以使持续供电系统为继电保护装置供电，当外部电源恢复正常之后，又可以使持续供电系统安全有序退出，整个过程对继电保护装置的供电不会中断，实现可持续供电。
升压稳压模块如图4所示，包括五个金氧半场效晶体管和五个DC/DC变换器，其中金氧半场效晶体管G1与一个DC/DC变换器串联后给继电保护装置的逻辑电源提供电能，金氧半场效晶体管G2和金氧半场效晶体管G3分别与一个DC/DC变换器串联后给继电保护装置的模拟电源提供电能，金氧半场效晶体管G4与一个DC/DC变换器串联后给继电保护装置的逻辑电源提供电能，金氧半场效晶体管G5与一个DC/DC变换器串联后给单片机提供电能，在供电过程中，保护CPU逻辑用电源需要+5V，模拟量用电源需要正负12V，开入、开出插件电源需要+24V，其实现方式如图4所示。
在上电时，单片机一路首先导通，启动单片机后，在陆续导通其他支路，为继电保护装置安全供电，这种上电方式可以先让持续供电系统的控制单元首先投入运行，从而让控制单元控制持续供电系统的其它各个模块有序投入工作。
储能模块如图5所示，包括超级电容C1、超级电容C2和超级电容C3、可控双向导通开关K1、可控双向导通开关K3、可控双向导通开关K5、旁路开关K2、旁路开关K4、旁路开关K6，所述可控双向导通开关K1、超级电容C1、可控双向导通开关K3、超级电容C2、可控双向导通开关K5和超级电容C3依次串联，其中，所述旁路开关K2和限流电阻R1串联后与可控双向导通开关K1和超级电容C1并联，所述旁路开关K4和限流电阻R2串联后与可控双向导通开关K3和超级电容C2并联，所述旁路开关K6和限流电阻R3串联后与可控双向导通开关K5和超级电容C3并联，所述单片机对双向导通开关和旁路开关进行控制。
在充电过程为：在开始阶段，K1、K3、K5全部关闭，K2、K4、K6全部断开，外部电源为超级电容组充电，当其中某个超级电容充满电后，由控制单元控制相应的可控开关断开，其相应的旁路开关闭合，充电电流从限流电阻流过，继续为其它没有充满的超级电容充电，依次类推，直到充满。充满之后，断开可控开关，闭合旁路开关，此时超级电容组端电压与外部电源电压相等，超级电容组处于浮充状态。
以上所述实施方式仅表达了本实用新型的一种实施方式，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种变电站用继电保护装置的持续供电系统，包括外部电源和继电保护装置，其特殊之处在于：还包括充放电模块、储能模块、控制单元和升压稳压模块，所述外部电源分别连接控制单元和升压稳压模块并为两者供电，所述升压稳压模块输出端连接继电保护装置并将电能输送给继电保护装置，所述的外部电源通过充放电模块连接储能模块，所述充放电模块包括充电模块和放点模块，所述的储能模块是由互相串联的可单独充电的三个超级电容组成超级电容组，所述控制单元对储能模块的三个超级电容的充放电进行控制，所述外部电源通过充电模块对储能模块进行充电，所述储能模块通过放电模块连接升压稳压模块进行放电，所述控制单元电源连接在升压稳压模块其中一个输出端，在外部电源出现意外时，控制单元控制储能单元作为备用电源，其中所述控制单元为89C51单片机。
2.根据权利要求1所述的一种变电站用继电保护装置的持续供电系统，其特征在于：所述的充放电模块包括四个金氧半场效晶体管，其中金氧半场效晶体管G7、金氧半场效晶体管G9、金氧半场效晶体管G10并联，该并联电路与外部电源之间串联连接有金氧半场效晶体管G11和一个二极管，同时，所述金氧半场效晶体管G7和恒流源串联，所述金氧半场效晶体管G9和金氧半场效晶体管G10分别和一个二极管串联，构成一个可控的双向导通开关，所述的四个金氧半场效晶体管由控制单元控制其通断，在充电阶段时，控制单元控制金氧半场效晶体管G9和金氧半场效晶体管G10关断，金氧半场效晶体管G7、金氧半场效晶体管G11导通，外部电源为继电保护装置供电，同时通过 恒流源为储能模块充电，当储能模块充电结束后，控制单元控制金氧半场效晶体管G7关断，金氧半场效晶体管G10、金氧半场效晶体管G10导通，储能模块的端电压与外部电压相等，当外部电源异常时，储能模块通过金氧半场效晶体管G10直接与继电保护装置连接，进行供电。
3.根据权利要求2所述的一种变电站用继电保护装置的持续供电系统，其特征在于：所述的恒流源为输入电流和输出电流相等的电流镜电流。
4.根据权利要求1或3所述的一种变电站用继电保护装置的持续供电系统，其特征在于：所述升压稳压模块包括五个金氧半场效晶体管和五个DC/DC变换器，其中金氧半场效晶体管G1与一个DC/DC变换器串联后给继电保护装置的逻辑电源提供电能，金氧半场效晶体管G2和金氧半场效晶体管G3分别与一个DC/DC变换器串联后给继电保护装置的模拟电源提供电能，金氧半场效晶体管G4与一个DC/DC变换器串联后给继电保护装置的逻辑电源提供电能，金氧半场效晶体管G5与一个DC/DC变换器串联后给单片机提供电能。
5.根据权利要求4所述的一种变电站用继电保护装置的持续供电系统，其特征在于：所述储能模块包括超级电容C1、超级电容C2和超级电容C3、可控双向导通开关K1、可控双向导通开关K3、可控双向导通开关K5、旁路开关K2、旁路开关K4、旁路开关K6，所述可控双向导通开关K1、超级电容C1、可控双向导通开关K3、超级电容C2、可控双向导通开关K5和超级电容C3依次串联，其中，所述旁路开关 K2和限流电阻R1串联后与可控双向导通开关K1和超级电容C1并联，所述旁路开关K4和限流电阻R2串联后与可控双向导通开关K3和超级电容C2并联，所述旁路开关K6和限流电阻R3串联后与可控双向导通开关K5和超级电容C3并联，所述单片机对双向导通开关和旁路开关进行控制。
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