專利名稱：智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種微電網(wǎng)智能開關(guān)裝置，應(yīng)用于微電網(wǎng)和主電網(wǎng)連接處，是微電網(wǎng)和主電網(wǎng)(即公共大電網(wǎng))聯(lián)結(jié)的關(guān)鍵設(shè)備，具體涉及一種能在故障后IOms內(nèi)快速切除故障的快速保護(hù)開關(guān)裝置。
背景技術(shù)：
微電網(wǎng)的應(yīng)用中包括并網(wǎng)和孤網(wǎng)兩種運(yùn)行狀態(tài)，并網(wǎng)狀態(tài)是指微網(wǎng)與主電網(wǎng)連接且二者同時(shí)運(yùn)行，由主電網(wǎng)提供電壓和頻率支撐，微電網(wǎng)向主電網(wǎng)提供多余的電能或由主電網(wǎng)補(bǔ)充微電網(wǎng)發(fā)電量的不足；孤網(wǎng)狀態(tài)是指主電網(wǎng)需按計(jì)劃檢修、發(fā)生故障或電能質(zhì)量不能滿足微電網(wǎng)要求時(shí)，微電網(wǎng)與主電網(wǎng)斷開獨(dú)自運(yùn)行，此時(shí)的電壓和頻率由微電網(wǎng)內(nèi)部負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)，當(dāng)主電網(wǎng)檢修完畢或故障消失后，微電網(wǎng)與主電網(wǎng)再次同時(shí)運(yùn)行。可見微電網(wǎng)的孤網(wǎng)運(yùn)行可為系統(tǒng)提供更高的供電可靠性和供電不可間斷性。微電網(wǎng)除了并網(wǎng)和孤網(wǎng)兩種穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)外，還存在著兩種狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換過渡過程，當(dāng)進(jìn)行并網(wǎng)/孤網(wǎng)間轉(zhuǎn)換時(shí)，為保證微電網(wǎng)內(nèi)電壓的連續(xù)平穩(wěn)過渡，實(shí)現(xiàn)無縫切換，以確保網(wǎng)內(nèi)重要敏感負(fù)荷的供電不受影響，對微電網(wǎng)與主電網(wǎng)連接處的開關(guān)的快速性要求較高，現(xiàn)有的傳統(tǒng)保護(hù)開關(guān)裝置的整組斷開動(dòng)作時(shí)間有的達(dá)到50ms多，最快的也多于20ms，因此在時(shí)效性上無法滿足微電網(wǎng)的工作模式切換的需要。另一方面，孤網(wǎng)狀態(tài)下，微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源所能提供的故障電流大小僅為正常電流的2倍或更小，傳統(tǒng)的保護(hù)開關(guān)裝置已不能做出正常響應(yīng)或需要幾十秒才能做出反應(yīng)，以至無法滿足微電網(wǎng)的故障診斷和保護(hù)要求。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決上述矛盾，本實(shí)用新型提供了一種專用于微電網(wǎng)保護(hù)的智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置，其整組斷開動(dòng)作時(shí)間可控制在IOms左右，可快速切除故障，保證微電網(wǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下的可靠性和在并網(wǎng)/孤網(wǎng)狀態(tài)間的平穩(wěn)切換。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置，包括單極小型化快速永磁開關(guān)，用于接入母線以控制所述母線通斷；快速保護(hù)單元，用于采集所述母線上的電流信號(hào)、對所述電流信號(hào)進(jìn)行處理和分析并在判斷出母線電流故障后輸出分閘控制指令；和永磁驅(qū)動(dòng)單元，用于接收所述快速保護(hù)單元的分閘控制指令并驅(qū)動(dòng)所述單極小型化快速永磁開關(guān)分閘。所述快速保護(hù)單元設(shè)有用于采集所述母線上的電流信號(hào)的電流互感器，所述電流互感器包括A、B、C三相電流互感器，還可以包括也可以不包括零序電流互感器。所述單極小型化快速永磁開關(guān)上可以設(shè)有用于直接連接在所述母線上的主觸頭。所述智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置還優(yōu)選設(shè)有用于對所獲取所述單極小型化快速永磁開關(guān)的位置信號(hào)進(jìn)行處理生成開關(guān)狀態(tài)信號(hào)的位置處理單元，所述位置處理單元的開關(guān)狀態(tài)信號(hào)輸出端連接所述快速保護(hù)單元的分/合閘狀態(tài)信號(hào)輸入端。所述智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置還可以包括與所述快速保護(hù)單元連接并雙向通信的通訊處理單元。所述通訊處理單元設(shè)有用于同遠(yuǎn)方主站通信的無線通信模塊。所述智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置還可以包括與所述快速保護(hù)單元連接并雙向通信的控制面板，所述控制面板上設(shè)有液晶顯示屏、指示燈、按鍵、按鈕等。所述智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置還可以包括連接在所述位置處理單元的狀態(tài)信號(hào)輸出端上的狀態(tài)指示單元。所述智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置還可以包括用于將外部輸入的電源參數(shù)轉(zhuǎn)換成所述保護(hù)開關(guān)裝置中各模塊所需電源參數(shù)的電源變換單元。所述單極小型化快速永磁開關(guān)、快速保護(hù)單元、永磁驅(qū)動(dòng)單元、位置處理單元、通訊處理單元、狀態(tài)指示單元、電源變換單元和控制面板優(yōu)選集成于一個(gè)箱體內(nèi)。對于上述任一一種所述智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置，所述快速保護(hù)單元的速斷快速保護(hù)動(dòng)作時(shí)間優(yōu)選不大于7毫秒，所述單極小型化快速永磁開關(guān)的本體分閘動(dòng)作時(shí)間優(yōu)選不大于3毫秒。本實(shí)用新型的有益效果由于采用了單極小型化快速永磁開關(guān)，其動(dòng)作時(shí)間短，特別是優(yōu)選采用其本體分閘動(dòng)作時(shí)間不大于3毫秒的單極小型化快速永磁開關(guān)，可以從硬件上顯著縮短整組斷開動(dòng)作時(shí)間；由于采用了快速保護(hù)單元，特別是快速出口時(shí)間在7ms以內(nèi)的快速保護(hù)單元，從軟件方面進(jìn)一步縮短了整組斷開動(dòng)作的時(shí)間，從而可將整組斷開動(dòng)作時(shí)間控制在IOms左右，遠(yuǎn)低于現(xiàn)有技術(shù)下傳統(tǒng)的保護(hù)開關(guān)裝置，因此可滿足微電網(wǎng)保護(hù)及并網(wǎng)/孤網(wǎng)間平穩(wěn)切換的需要。由于采用一體化設(shè)計(jì)，將單極小型化快速永磁開關(guān)、快速保護(hù)單元、永磁驅(qū)動(dòng)單元、位置處理單元、通訊處理單元、狀態(tài)指示單元、電源變換單元和控制面板集成于一個(gè)箱體內(nèi)，體積小巧；且由于單極小型化快速永磁開關(guān)上設(shè)有用于直接連接母線的主觸頭，用戶只要將母線直接連接到本裝置的主觸頭上即可馬上使用。由于設(shè)置了通訊處理單元以及設(shè)置其中的用于同遠(yuǎn)方主站通信的無線通信模塊，可方便地實(shí)現(xiàn)本裝置的各種狀態(tài)信息的上傳和來自所述主站的各種調(diào)度指令的接收，有利于實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的整合的能量管理與優(yōu)化，符合微電網(wǎng)應(yīng)用的節(jié)能降耗設(shè)計(jì)思路。

圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提供了一種智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置，應(yīng)用于微電網(wǎng)和主電網(wǎng)連接處，是微電網(wǎng)和主電網(wǎng)聯(lián)結(jié)的關(guān)鍵設(shè)備，是可將微電網(wǎng)保護(hù)測控和快速斷路器相結(jié)合的智能一體化裝置，如圖I所示，其包括用于與母線連接并控制所述母線通斷的單極小型化快速永磁開關(guān)、用于采集所述母線上的電流信號(hào)、對所述電流信號(hào)進(jìn)行處理和分析并在判斷出母線電流故障后輸出分閘控制指令的快速保護(hù)單元和接收所述快速保護(hù)單元的分閘控制指令并驅(qū)動(dòng)所述單極小型化快速永磁開關(guān)分閘的永磁驅(qū)動(dòng)單元。所述快速保護(hù)單元中內(nèi)置了適于微電網(wǎng)保護(hù)的系列參數(shù)判斷標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)線路的實(shí)測參數(shù)超出了微電網(wǎng)安全范圍之外(如實(shí)測的母線電流被認(rèn)定為故障電流)，則快速保護(hù)單元將立即輸出分閘控制指令給永磁驅(qū)動(dòng)單元，從而控制所述單極小型化快速永磁開關(guān)分閘，使微電網(wǎng)與主電網(wǎng)脫開。所述單極小型化快速永磁開關(guān)是利用渦流斥力原理配合永磁機(jī)構(gòu)制作的操作機(jī)構(gòu)，具有動(dòng)作快速，反應(yīng)時(shí)間短到l-3ms左右的特點(diǎn)，即在較短時(shí)間內(nèi)即可驅(qū)動(dòng)負(fù)載快速動(dòng)作，因此可實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)下的快速分閘。所述永磁驅(qū)動(dòng)單元采用了大電流控制技術(shù)。所述單極小型化快速永磁開關(guān)可以是多個(gè)。所述快速保護(hù)單元設(shè)有邏輯分析處理模塊和用于采集所述母線上的電流信號(hào)的電流互感器，作為線路實(shí)時(shí)狀況的自動(dòng)檢測裝置，為電網(wǎng)當(dāng)前運(yùn)行情況(正?；蚬收系?提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參考，所述電流互感器優(yōu)選包括A、B、C三相電流互感器，還可以包括或不包括零序電流互感器。上述各電流互感器通常用于檢測所述保護(hù)開關(guān)裝置所在線路上的電流，對于本實(shí)用新型的保護(hù)開關(guān)裝置，當(dāng)其安裝在微電網(wǎng)與主電網(wǎng)的連接處時(shí)，可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置在主電網(wǎng)的相應(yīng)線路上，實(shí)時(shí)地將所檢測的電流信息經(jīng)一定的預(yù)處理和轉(zhuǎn)換后傳遞 給邏輯分析處理模塊，邏輯分析處理模塊再進(jìn)行邏輯分析、計(jì)算和故障電流的判斷，當(dāng)判斷相應(yīng)的電流屬于故障電流，則發(fā)出分閘控制指令。所述單極小型化快速永磁開關(guān)上可以設(shè)有用于直接連接所述母線的主觸頭。安裝時(shí)，用戶只需用將外界的母線直接連接在該開關(guān)的主觸頭上即可使用，極其方便。所述智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置還優(yōu)選設(shè)有用于接收所述單極小型化快速永磁開關(guān)的位置狀態(tài)信號(hào)然后將其處理成所述快速保護(hù)單元可以識(shí)別的開關(guān)狀態(tài)信號(hào)的位置處理單元，所述位置處理單元的開關(guān)狀態(tài)信號(hào)輸出端連接所述快速保護(hù)單元的分/合閘狀態(tài)信號(hào)輸入端。當(dāng)主電網(wǎng)檢修完畢、故障排除或恢復(fù)供電質(zhì)量后，有必要重新回復(fù)到并網(wǎng)狀態(tài)，而利用所述位置處理單元可以使所述快速保護(hù)單元實(shí)時(shí)掌握所述單極小型化快速永磁開關(guān)的合分閘狀態(tài)，可避免所述快速保護(hù)單元無謂地發(fā)出與所述單極小型化快速永磁開關(guān)當(dāng)前正處于的狀態(tài)相對應(yīng)的分閘或合閘控制指令，也可在分閘、合閘控制指令發(fā)出前增加一次或多次判斷和確認(rèn)，提高本裝置的可靠性。所述智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置還可以包括與所述快速保護(hù)單元連接并雙向通信的通訊處理單元。所述通訊處理單元中優(yōu)選設(shè)有用于同遠(yuǎn)方主站通信的無線通信模塊。通訊處理單元以及其中的無線通信模塊的設(shè)置，可方便地實(shí)現(xiàn)本裝置的各種狀態(tài)信息的上傳和來自所述主站的各種調(diào)度指令的接收，有利于遙測、遙控、遙調(diào)、遙信的實(shí)現(xiàn)，有利于實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的整合的能量管理與優(yōu)化，符合微電網(wǎng)應(yīng)用的節(jié)能降耗設(shè)計(jì)思路。所述智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置還可以包括與所述快速保護(hù)單元連接并雙向通信的控制面板，所述控制面板上設(shè)有液晶顯示屏、指示燈、按鍵、按鈕等，構(gòu)成為現(xiàn)場維護(hù)人員與本裝置的多種信息交互接口，方便現(xiàn)場維護(hù)人員對本裝置的操作。所述智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置還可以包括連接在所述位置處理單元的狀態(tài)信號(hào)輸出端上的狀態(tài)指示單元。所述位置處理單元在將整體的位置信息輸出到快速保護(hù)單元的同時(shí)，還輸出到所述狀態(tài)指示單元，以方便本地作業(yè)人員掌握相關(guān)狀態(tài)情況。所述智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置還可以包括用于將外部輸入的電源參數(shù)轉(zhuǎn)換成所述保護(hù)開關(guān)裝置中各模塊所需電源參數(shù)的電源變換單元。所述單極小型化快速永磁開關(guān)、快速保護(hù)單元、永磁驅(qū)動(dòng)單元、位置處理單元、通訊處理單元、狀態(tài)指示單元、電源變換單元和控制面板集成于一個(gè)箱體內(nèi)。所述快速保護(hù)單元是本裝置的控制核心，它采集母線上的電流、控制面板送來的指令、單極小型化快速永磁開關(guān)的位置信息、主站傳遞來的信息，當(dāng)母線上出現(xiàn)短路等故障時(shí)，通過其內(nèi)部的快速保護(hù)算法，快速出口，將分閘控制指令送到永磁驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)單極小型化快速永磁開關(guān)跳閘，達(dá)到快速切斷故障的目的。本裝置采用一體化設(shè)計(jì)，將控制、保護(hù)、電流采集、開關(guān)集成在一個(gè)箱體里，體積小巧，只有普通保護(hù)裝置那么大。 對于前述任一一種智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置，所述快速保護(hù)單元優(yōu)選為速斷快速保護(hù)動(dòng)作時(shí)間不大于7毫秒的快速保護(hù)單元，所述單極小型化快速永磁開關(guān)優(yōu)選為其本體分閘動(dòng)作時(shí)間不大于3毫秒的單極小型化快速永磁開關(guān)。前、后兩者分別從軟件和硬件上顯著縮短了整組斷開動(dòng)作的時(shí)間，大約可控制在IOms左右，遠(yuǎn)低于現(xiàn)有技術(shù)下傳統(tǒng)的保護(hù)開關(guān)裝置，因此可滿足微電網(wǎng)保護(hù)及并網(wǎng)/孤網(wǎng)間平穩(wěn)切換的需要。
權(quán)利要求1.一種智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置，其特征在于包括 單極小型化快速永磁開關(guān)，用于接入母線以控制所述母線通斷； 快速保護(hù)單元，用于采集所述母線上的電流信號(hào)、對所述電流信號(hào)進(jìn)行處理和分析并在判斷出母線電流故障后輸出分閘控制指令；和 永磁驅(qū)動(dòng)單元，用于接收所述快速保護(hù)單元的分閘控制指令并驅(qū)動(dòng)所述單極小型化快速永磁開關(guān)分閘。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置，其特征在于所述快速保護(hù)單元設(shè)有用于采集所述母線上的電流信號(hào)的電流互感器，所述電流互感器包括A、B、C三相電流互感器，還包括或不包括零序電流互感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置，其特征在于所述單極小型化快速永磁開關(guān)上設(shè)有用于直接連接在所述母線上的主觸頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置，其特征在于還設(shè)有用于對所獲取所述單極小型化快速永磁開關(guān)的位置信號(hào)進(jìn)行處理生成開關(guān)狀態(tài)信號(hào)的位置處理單元，所述位置處理單元的開關(guān)狀態(tài)信號(hào)輸出端連接所述快速保護(hù)單元的分/合閘狀態(tài)信號(hào)輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置，其特征在于還包括與所述快速保護(hù)單元連接并雙向通信的通訊處理單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置，其特征在于所述通訊處理單元設(shè)有用于同遠(yuǎn)方主站通信的無線通信模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置，其特征在于還包括與所述快速保護(hù)單元連接并雙向通信的控制面板，所述控制面板上設(shè)有液晶顯示屏、指示燈、按鍵、按鈕。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置，其特征在于還包括連接在所述位置處理單元的狀態(tài)信號(hào)輸出端上的狀態(tài)指示單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置，其特征在于還包括用于將外部輸入的電源參數(shù)轉(zhuǎn)換成所述保護(hù)開關(guān)裝置中各模塊所需電源參數(shù)的電源變換單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一權(quán)利要求所述的智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置，其特征在于所述單極小型化快速永磁開關(guān)、快速保護(hù)單元、永磁驅(qū)動(dòng)單元、位置處理單元、通訊處理單元、狀態(tài)指示單元、電源變換單元和控制面板集成于一個(gè)箱體內(nèi)，所述快速保護(hù)單元的速斷快速保護(hù)動(dòng)作時(shí)間不大于7毫秒，所述單極小型化快速永磁開關(guān)的本體分閘動(dòng)作時(shí)間不大于3毫秒。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種智能一體化快速保護(hù)開關(guān)裝置，包括用于與母線連接并控制所述母線通斷的單極小型化快速永磁開關(guān)、用于采集所述母線上的電流信號(hào)、對所述電流信號(hào)進(jìn)行處理和分析并在判斷出母線電流故障后輸出分閘控制指令的快速保護(hù)單元和接收所述快速保護(hù)單元的分閘控制指令并驅(qū)動(dòng)所述單極小型化快速永磁開關(guān)分閘的永磁驅(qū)動(dòng)單元，快速保護(hù)單元的速斷快速保護(hù)動(dòng)作時(shí)間不大于7毫秒，單極小型化快速永磁開關(guān)的本體分閘動(dòng)作時(shí)間不大于3毫秒。本實(shí)用新型可在10ms內(nèi)識(shí)別并切除故障，有力地保證微電網(wǎng)在并網(wǎng)或孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下的可靠性以及在并網(wǎng)/孤網(wǎng)模式間的平穩(wěn)切換，且因?qū)⒖刂啤⒈Ｗo(hù)、電流采集、開關(guān)集成在一個(gè)箱體里，體積小巧，使用方便。
文檔編號(hào)H02H3/00GK202373951SQ201120507539
公開日2012年8月8日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者穆海波, 袁增貴, 鄭會(huì)榮 申請人:北京四方華能電氣設(shè)備有限公司