专利名称：微电网继电保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及微电网继电保护技术领域，具体涉及一种既可用于微电网孤网运行时的继电保护又能适应微电网在孤网与并网工作状态间切换的继电保护装置。
背景技术：
微电网(Micro Grid)是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，其既可以连接到外部大电网上运行(称为“并网”运行)，也可以脱开外部大电网孤立运行(称为“孤网”运行)。在孤网状态下，若微电网内负载出现短路，由于微电网电源设备容量有限，此时的短路电流比并网状态下的短路电流要小得多，但是由于微电网内部有数量众多的分布式电源，且它们之间的距离短，因此孤网状态下短路电流的增长较并网状态时的增长急剧，可见，微电网处于孤网运行状态时，其短路电流与并网状态时的短路电流有很大的不同，因此，如果不加以区分地统一采用传统的继电保护装置，由于这些继电保护装置都是应用于 IOKV及以上电压的大电网线路上的，在对小电流的感知以及对急剧增长的电流的及时反应方面都不能满足微电网的快速切除故障的保护需要，即在微电网孤网运行时很难起到应有的保护作用。
实用新型内容为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种微电网继电保护装置，能够适应微电网在孤网/并网间切换，并可在微电网处于孤网运行状态时起到应有的继电保护作用。本实用新型所采用的主要技术方案是一种微电网继电保护装置，包括能够接收微电网与大电网之间连接的微电网开关的分合间状态信号的开入模块、能接收所述微电网的各电流数据信号并将其转换成数字信息的模入模块、能够接收来自模入模块和开入模块的信息并进行逻辑处理后输出控制指令信息的主控制单元、能够接收来自所述主控制单元的控制指令信息并控制所述微电网内部线路上的各断路开关分合闸的控制输出模块和用于安装上述各模块和单元并对上述各模块和单元构成有效电磁屏蔽的铁制外壳。所述微电网继电保护装置还包括与所述主控制单元连接并双向通信的通信模块， 所述通信模块上设有用于与外界通信的RS232和/或RS485接口。所述微电网继电保护装置还可以包括遥控模块，所述遥控模块与所述主控制单元连接并双向通信。所述遥控模块可以包括相互配套并无线连接的遥控发射子模块和遥控接收子模块，所述遥控接收子模块与所述主控制单元集成于一体，所述遥控发射子模块独立于所述外壳设置。[0010] 所述遥控发射子模块包括信号发射电路、用于为所述信号发射电路瞬时供电的储能电路、为所述储能电路充电的遥控器电源以及分别用于操控所述信号发射电路发送遥控指令和控制所述储能电路充电的控制按键和储能按键。 本实用新型的工作过程(如图3所示)是本装置上电，进行初始化(包括对输入输出口、定时器、定值、通信参数等的初始化)，通过开入模块进行开入信号采集，当开入模块送来的是孤网模式信号或非并网模式信号时，开始对模入模块送来的电流信号进行采集并进行比较运算，进行模拟量采样变换，将采集的电流数据与预先设定的保护定值进行比较， 进行保护逻辑判断，一旦发现任意电流数据在其预定的延迟时间内始终达到或超过其保护定值，则在该延迟时间结束时通过控制输出模块控制相应线路上的断路开关跳闸。其中，针对短路电流，无延迟地迅速输出跳间控制指令以驱动所述断路开关立即跳间，整个过程可在IOms内完成。当开入模块送来的是并网模式信号或非孤网模式信号时，本装置退出继电保护状态。本实用新型的有益效果是本实用新型的微电网继电保护装置能够适应微电网在孤网和并网两种工作状态间的切换，并且可满足400V及以下的微电网孤网运行时的全面保护需要，包括其短路电流相比于并网状态下更小的、但增长更急剧的情况时的电路保护需要；由于所述微电网继电保护装置的通信模块采用了用于与外界通信的RS232和/或 RS485接口，既可与本地用PC机连接实现定值查询和配置数据，又可与GSM模块等多种网络设备相配合，通过短消息模式实现遥控、遥信、遥测和遥调等功能；由于所述微电网继电保护装置设置了配套的遥控发射子模块和遥控接收子模块， 可通过所述微电网继电保护装置遥控其所控制的继电器动作，从而控制断路器的合、分闸， 可以使工作人员不用上杆即可完成对断路器的合、分闸操作。由于采用了铁质外壳，并通过所述铁质外壳形成对安装在其内部的各个模块和/ 或单元等电路实现了有效的电磁屏蔽，由此可以在不增加屏蔽设施的情况下，有效地防止外部电磁干扰，保证系统运行的可靠性，降低运行成本。
图1为本实用新型的双网切换原理图；图2为本实用新型的一个实施例的内部结构框图；图3为本实用新型的程序流程图。
具体实施方式
如图1、2所示，本实用新型保护一种微电网继电保护装置，包括能够接收微电网与大电网之间连接的微电网开关(即图1中的微电网PCC开关)的分合闸状态信号的开入模块、能接收所述微电网的各电流数据信号并将其转换成数字信息的模入模块、能够接收来自模入模块和开入模块的信息并进行逻辑处理后输出控制指令信息的主控制单元、能够接收来自所述主控制单元的控制指令信息并控制所述微电网内部线路上的各断路开关分合闸的控制输出模块和用于安装上述各模块和单元并对上述各模块和单元构成有效电磁屏蔽的铁制外壳。[0021]下面结合申请人发明的型号为MG2100的保护装置进行具体说明。所述开入模块可以将外界的开关量信息传递给主控制单元，包括微电网内受所述控制输出模块控制的断路开关的开合闸信息、微电网孤网/并网工作模式信息和手动分合闸指令信息，分别用于判断是否具备重合闸操作条件、是否应该投入或退出微电网继电保护状态、是否应进行手动分合闸操作，为了接收到上述信息，所述开入模块分别设置了用于同所述断路开关分合闸位置检测装置、孤网模式检测装置(即所述微电网开关的分合间位置检测装置)、手动分合闸指令输入装置连接的输入端。当微电网开关处于合闸位置，微电网与外部大电网连接， 主控制单元接到开入模块发来的并网模式信号或未接到开入模块发来的孤网模式信号，实践中也可以设定当接到非孤网模式信号时，表示微电网工作在并网模式，所述微电网继电保护装置退出继电保护工作状态，此时由外界的传统继电保护设备进行线路故障保护。当外部大电网出现供电故障断电后，微电网开关迅速跳闸，微电网开关处于分闸位置，微电网与外部大电网隔离，主控制单元接到开入模块发来的孤网模式信号，表示微电网工作在孤网模式，所述微电网继电保护装置进入继电保护状态，保护微电网内的用电负载。所述模入模块连接各电流检测装置并接收其检测的所述微电网的各电流数据信号，所述各电流检测装置可以包括A、B、C相电流检测装置和零序电流检测装置。由于利用三相电流合成的计算方法，通过三相电流的矢量和的精确计算可以得到零序电流的大小， 因此也可以只设置A、B、C三相电流检测装置。所述各电流检测装置优选采用精密电流互感器进行电流检测。所述控制输出模块接收来自主控制单元的信息，接通合间、分间回路。所述外壳可以起到保护、防尘和抗电磁干扰作用。当A、B、C三相中任一相电流大大超过速断电流定值，本装置将在IOms内跳闸出口。通过上述电流检测，本装置可以实现三段式电流保护、小电流接地/系统单相接地保护、快速速断保护等功能。所述微电网继电保护装置还包括与所述主控制单元连接并双向通信的通信模块， 所述通信模块上设有用于与外界通信的RS232和/或RS485接口，支持MODBUS规约，通讯功能强大，互操作性好。通过该接口，所述微电网继电保护装既可与本地用PC机连接实现定值查询和配置数据，又可与GSM模块支持光MODEM、GSM/GPRS (配置短消息模块后，可以通过手机对开关实现控制监视功能)等多种网络设备相配合，通过短消息模式实现遥控、遥信、遥测和遥调等功能。可以通过跳线选择RS232或RS485接口。所述微电网继电保护装置还可以包括与所述主控制单元连接并双向通信的人机交互模块，通过所述人机交互模块完成使用者对定值的查看和修改、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和输出子模块，所述输入子模块包括按键，所述输出子模块包括液晶显示屏和/或LED指示灯。所述主控制单元可通过输出子模块向使用者传递所述主控制单元的电流测量值、保护定值、告警等信息，使用者可以通过输出子模块中的按键向主控制单元传递查询、修改等信息。所述液晶显示屏(用于响应各按键命令、显示人机对话界面、主动显示事故告警) 和/或LED指示灯以及按键设置在该装置的控制面板上，所述控制面板采用用一体化设计， 便于嵌入式安装。以MG2100型微电网继电保护装置为例，所述LCD指示灯包括运行指示灯 (用于表示装置上电、电源工作正常)、通讯指示灯(用于表示液晶屏与CPU通讯，召唤数据正常)、保护指示灯(用于过流或速断保护事件告警)和备用指示灯。所述按键包括复位键(用于复位液晶显示)、上、下移按键(用于移动光标、翻页操作及修改定值大小)、左、右移按键(用于移动定值有效位光标)、确认按键(用于激活主菜单、进人下级菜单、修改定值后确认执行以及保护动作后复归)和退出按键(用于返回上级菜单)。所述主控制单元采用第三代微机保护硬件的设计原则，应用多种新技术进一步提高硬件的可靠性，该单元除进行系统自检外，还要接收来自人机交互模块、模入模块、开入模块、通信模块传递的信息，经过逻辑处理后向人机交互模块、通信模块、控制输出模块传递信息。此外，主控制单元中还设有可控制外部数据采集的专用数据采集控制子模块，因此同时具有高精度的测量功能和保护功能。所述微电网继电保护装置主要针对50Hz输入信号设计，实际可适应45 55Hz之间变化的输入信号的采集。所述微电网继电保护装置还可以包括将输入的电源电压变换成各个所述模块需要的工作电压的电压变换模块，为各个所述模块供电。所述微电网继电保护装置既可以外接电源，也可以自备电源，这些电源用以提供所述电源电压。所述模入模块中用于将所述微电网的各电流数据信号转换成数字信息的模数转换器优选为高速、高精度模数转换器，进一步提高比较运算速度和精度。所述通信模块和控制输出模块与外界通信的接口均优选为采用了电磁隔离和光电隔离措施的接口，以提高装置的抗干扰能力。对于任何出口信号均采用双重监控，确保出口信号的可靠性。前述的各种微电网继电保护装置还可以包括遥控模块，所述遥控模块与所述主控制单元连接并双向通信。所述遥控模块可以包括相互配套并无线连接的遥控发射子模块和遥控接收子模块，所述遥控接收子模块与所述主控制单元集成于一体，所述遥控发射子模块独立于所述外壳设置。通过该遥控模块，可以实现遥控、遥信、遥测和遥调。优选地，所述遥控发射子模块包括信号发射电路、用于为所述信号发射电路瞬时供电的储能电路、为所述储能电路充电的遥控器电源以及分别用于操控所述信号发射电路发送遥控指令和控制所述储能电路充电的控制按键和储能按键。通过所述控制按键，可遥控其所控制的继电器动作，从而控制相应断路器的合、分闸，可以使工作人员不用上杆即可完成对断路器的合、分闸操作。为了避免误动作，必须先按储能按键数秒钟(如5秒)储能完毕后再按所述控制按键(如合间、分间按钮)控制断路器的分合。是否采用遥控方式，优选通过设置遥控器软压板退此功能，例如，当遥控器软压板置1时可以投入遥控功能，置0时退出遥控功能。所述微电网继电保护装置的监控软件中含有多种智能算法，使得本装置能够在其失去通信能力后，延时实现故障隔离、网络重构、自动恢复供电等功能。所述微电网继电保护装置还采用了抗雷电波冲击和抗电磁干扰设计，抗雷电波冲击设计使得各输入、输出带电端子分别对地、交流回路与直流回路之间、交流直流回路与交流电压回路之间，能承受5KV、1. 2/50的雷电波冲击。抗电磁干扰设计使得该装置能承受频率为IMHz及IOOKHz衰减振荡波(第一半波电压幅值共模2. 5KV,差模1KV)的脉冲干扰试验，以及能承受IEC 61000-4-4 :1995标准规定的4级快速瞬变脉冲群抗扰度试验。本实用新型具有功耗低、安装方便、匹配方式灵活多样，适宜多种运行及环境场所等特点。
权利要求1.一种微电网继电保护装置，其特征在于包括能够接收微电网与大电网之间连接的微电网开关的分合闸状态信号的开入模块、能接收所述微电网的各电流数据信号并将其转换成数字信息的模入模块、能够接收来自模入模块和开入模块的信息并进行逻辑处理后输出控制指令信息的主控制单元、能够接收来自所述主控制单元的控制指令信息并控制所述微电网内部线路上的各断路开关分合闸的控制输出模块和用于安装上述各模块和单元并对上述各模块和单元构成有效电磁屏蔽的铁制外壳。
2.如权利要求1所述的微电网继电保护装置，其特征在于还包括与所述主控制单元连接并双向通信的通信模块，所述通信模块上设有用于与外界通信的RS232和/或RS485接
3.如权利要求2所述的微电网继电保护装置，其特征在于还包括人机交互模块，所述人机交互模块与所述主控制单元连接并双向通信。
4.如权利要求3所述的微电网继电保护装置，其特征在于所述人机交互模块包括输入子模块和输出子模块，所述输入子模块包括按键，所述输出子模块包括液晶显示屏和/或 LED指示灯。
5.如权利要求4所述的微电网继电保护装置，其特征在于还包括将输入的电源电压变换成各个所述模块需要的工作电压的电压变换模块。
6.如权利要求5所述的微电网继电保护装置，其特征在于所述模入模块中用于将所述微电网的各电流数据信号转换成数字信息的模数转换器为高速、高精度模数转换器。
7.如权利要求6所述的微电网继电保护装置，其特征在于所述通信模块和控制输出模块与外界通信的接口均为采用了电磁隔离和光电隔离措施的接口。
8.如权利要求1-7中任意一个权利要求所述的微电网继电保护装置，其特征在于还包括遥控模块，所述遥控模块与所述主控制单元连接并双向通信。
9.如权利要求8所述的微电网继电保护装置，其特征在于所述遥控模块包括相互配套并无线连接的遥控发射子模块和遥控接收子模块，所述遥控接收子模块与所述主控制单元集成于一体，所述遥控发射子模块独立于所述外壳设置。
10.如权利要求9所述的微电网继电保护装置，其特征在于所述遥控发射子模块包括信号发射电路、用于为所述信号发射电路瞬时供电的储能电路、为所述储能电路充电的遥控器电源以及分别用于操控所述信号发射电路发送遥控指令和控制所述储能电路充电的控制按键和储能按键。
专利摘要本实用新型涉及一种微电网继电保护装置，包括能接收微电网与大电网之间连接的微电网开关的分合闸状态信号的开入模块、能接收所述微电网的各电流数据信号并将其转换成数字信息的模入模块、能接收来自模入模块和开入模块的信息并进行逻辑处理后输出控制指令信息的主控制单元、能够接收来自所述主控制单元的控制指令信息并控制所述微电网内部线路上的各断路开关分合闸的控制输出模块和用于安装上述各模块和单元并构成有效电磁屏蔽的铁制外壳，并配有可实现遥控、遥信、遥测和遥调功能的通信接口。本实用新型能可适应微电网在孤网/并网间切换，可在微电网处于孤网运行状态时起到三段式电流保护、小电流接地/系统单相接地保护、快速速断保护等作用。
文档编号H02H7/26GK202206127SQ20112032796
公开日2012年4月25日 申请日期2011年9月2日 优先权日2011年9月2日
发明者孔启翔 申请人:北京新能汇智微电网技术有限公司