专利名称：微电网智能快速开关系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种微电网PCC智能成套设备，主要应用于微电网和大电网连接处，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。而目前配电网断路开关的用于驱动合闸、分闸的操动机构一般为弹操机构或永磁机构，固分时间通常在20ms以上，在时效性上无法满足微电网孤网运行及微电网孤网/并网工作模式切换的需要。
实用新型内容为解决上述问题，本实用新型提供了一种微电网智能快速开关系统，可实现快速分闸，在时效性上能够满足微电网孤网运行以及微电网在并网/孤网模式间平稳过渡的需要。本实用新型所采用的主要技术方案是一种微电网智能快速开关系统，包括用于驱动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分合闸动作的中央控制单元，所述快速永磁操动机构包括用于驱动快速分闸的斥力组件、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，所述斥力组件设有斥力线圈和受所述斥力线圈磁场作用的斥力金属盘，所述斥力金属盘的一侧盘面与所述斥力线圈的一个端面相对，所述斥力金属盘驱动连接灭弧装置的输出轴，所述电磁吸力机构包括动铁芯和与所述动铁芯配合的吸力线圈，所述动铁芯与所述斥力金属盘和所述输出轴固定连接在一起。所述中央控制单元还设有能够与外界能量管理用主机之间双向通信的数字通信电路。上述任一一种所述微电网智能快速开关系统的技术方案中，所述中央控制单元还设有能够接收遥控信号的遥控信号输入接口电路以及用于从线路上取电并将其转换成所述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。[0009]本实用新型的有益效果是由于采用斥力线圈和斥力金属盘组成的斥力组件快速驱动分间，相比现有的采用弹操机构的断路开关，进一步提高了分闸动作的快速性；本实用新型首次将真空永磁技术应用于微电网开关上，相比原来采用静态开关，在能够满足微电网对速断时效性要求的前提下，显著降低了设备的成本；由于设置有能够与外界能量管理用主机之间双向通信的数字通信电路和相应的数字化通信接口，可实现所述微电网智能快速开关系统的各种状态信息的上传和来自所述主机的各种调度指令的接收，有利于实现系统的能量优化管理，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。
图1为本实用新型的电气原理框图；图2为本实用新型的斥力组件的原理图；图3为本实用新型的工作过程示意图。
具体实施方式
本实用新型提供了一种微电网智能快速开关系统，属于一种微电网PCC智能成套设备，可应用于微电网和主电网连接处，成为微电网和公共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，能在故障后IOms内快速切除故障， 切换至孤网运行状态。如图1、2所示，所述微电网智能快速开关系统包括用于驱动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分合间动作的中央控制单元。所述快速永磁操动机构包括用于驱动快速分闸的斥力组件、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，所述斥力组件设有斥力线圈1和受所述斥力线圈磁场作用的斥力金属盘2，所述斥力金属盘可以采用斥力铜盘，所述斥力金属盘的一侧盘面与所述斥力线圈的一个端面相对，所述斥力金属盘驱动连接灭弧装置的输出轴，所述电磁吸力机构包括动铁芯和与所述动铁芯配合的吸力线圈，所述动铁芯与所述斥力金属盘和所述输出轴固定连接在一起。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4以及控制该回路电流通、断的开关控制器3，所述开关控制器采用大功率晶闸管开关。当开关控制器3使该环路闭合时，预充电电容4向斥力线圈1放电，并产生较大的脉冲电流，此时斥力金属盘2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4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。所述斥力组件是利用涡流斥力原理制作的，在短时间内即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，取得了比较满意的效果，具有动作快速、反应时间短的特点，反应时间可在l-3ms左右，远低于同类功能的永磁操动机构。所述斥力组件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。所述中央控制单元设有能够与外界能量管理用主机之间双向通信的数字通信电路。 所述数字通信电路设有数字化通信接口，所述数字通信电路可用于上传所述微电网智能快速开关系统的各种状态信息和接收来自所述主机的各种调度指令，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。如图1、3所示，所述中央控制单元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至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电路中设置有模数转换器，以将所述电流信息转换成中央控制单元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，所述中央控制单元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，以进一步缩短保护出口时间。所述电流检测装置可以包括A、B、C三相电流互感器，或者也可以包括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，对于本实用新型的微电网智能快速开关系统，当其安装在微电网与大电网的连接处时，所述电流检测装置也可以根据实际需要设置在大电网的相应线路上。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， 但判断所检测电流为故障电流，则经驱动电路送出相应的分闸控制指令，从而控制所述斥力组件动作分闸。上述任一一种所述微电网智能快速开关系统的技术方案中，所述中央控制单元还可以设有能够接收遥控信号的遥控信号输入接口电路。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，以此实现对本地微电网智能快速开关系统的远程控制和定值调整。所述中央控制单元的核心是信号处理电路，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。所述微电网智能快速开关系统还可以设有用于从线路上取电并将其转换成所述遥控信号输入接口电路和斥力线圈供电线路等线路用电的电压或电流变换单元，所述电压或电流变换单元可以采用电流或电压互感器作为电流或电压变换元件，解决了所述微电网智能快速开关系统内部用电要求各不相同的电路的供电问题，使用时无需另外寻址配套设备，也简化了设备的安装。所述永磁保持机构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，所述多个非环形永磁铁的分布方式为旋转对称。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，可见，本实用新型可保证微电网在并网和孤网运行状态下的可靠性。
根据申请人的样机实验，本实用新型的开关本体分闸动作时间小于:3ms， 本实用新型可用于微电网保护(孤网保护)以及常规保护(并网保护)。此外，本实用新型还具有成本低，体积小，能耗少，控制容量大，可靠性高，适合频繁操作等优点，特别适用于交流50HZ、电压400V及以下的三相四线制电网中，可满足国内市场和一些特殊地区严酷环境的需要。
权利要求1.一种微电网智能快速开关系统，其特征在于包括用于驱动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分合闸动作的中央控制单元，所述快速永磁操动机构包括用于驱动快速分闸的斥力组件、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，所述斥力组件设有斥力线圈和受所述斥力线圈磁场作用的斥力金属盘，所述斥力金属盘的一侧盘面与所述斥力线圈的一个端面相对，所述斥力金属盘驱动连接灭弧装置的输出轴，所述电磁吸力机构包括动铁芯和与所述动铁芯配合的吸力线圈，所述动铁芯与所述斥力金属盘和所述输出轴固定连接在一起。
2.如权利要求1所述的微电网智能快速开关系统，其特征在于所述中央控制单元设有能够与外界能量管理用主机之间双向通信的数字通信电路。
3.如权利要求2所述的微电网智能快速开关系统，其特征在于用于控制斥力线圈通、 断电的开关控制器采用大功率晶闸管开关。
4.如权利要求3所述的微电网智能快速开关系统，其特征在于所述中央控制单元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至所述检测信号输入接口电路的输入端。
5.如权利要求4所述的微电网智能快速开关系统，其特征在于所述输入接口电路设有用于对所述电流信息进行模数转换的高速、高精度模数转换器。
6.如权利要求5所述的微电网智能快速开关系统，其特征在于所述电流检测装置包括 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。
7.如权利要求1-6中任一权利要求所述的微电网智能快速开关系统，其特征在于所述中央控制单元还设有能够接收遥控信号的遥控信号输入接口电路。
8.如权利要求7所述的微电网智能快速开关系统，其特征在于还设有用于从线路上取电并将其转换成所述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。
9.如权利要求8所述的微电网智能快速开关系统，其特征在于所述电压或电流变换单元采用电流或电压互感器作为电流或电压变换元件。
10.如权利要求9所述的微电网智能快速开关系统，其特征在于所述永磁保持机构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，所述多个非环形永磁铁的分布方式为旋转对称。
专利摘要本实用新型涉及一种微电网智能快速开关系统，包括用于驱动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分合闸动作的中央控制单元，所述快速永磁操动机构采用斥力组件驱动分闸，从硬件方面实现了快速动作、快速切除故障的目的，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，在满足微电网特殊使用要求的前提下显著降低设备成本，同时有助于实现微电网整个系统的能量优化管理，对新能源推广、节能降耗意义重大。
文档编号H02J13/00GK202309214SQ20112032794
公开日2012年7月4日 申请日期2011年9月2日 优先权日2011年9月2日
发明者祝振鹏 申请人:北京新能汇智微电网技术有限公司