便携式直流电源的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种临时备用及试验用的便携式直流电源。包括防雷装置、交流配电单元、充电模块、降压单元、控制回路及集中监控及绝缘监测单元，适用于电力系统中小型发电厂、水电站、各类变电站，和其他使用直流设备的用户，如石化、矿山、铁路等，可提供实验直流电源，也可临时替代原有直流电源，适用于二次回路中的仪器、仪表、继电保护和故障照明等场合备用直流电源。为了满足现场运行的需要，本装置不仅能够实现直流电源的使用，还可以监视母线过/欠压等，并可通过485远程通讯接口与当地的监控系统连接，实现远方及就地对便携式备用直流电源系统的监控功能。
【专利说明】便携式直流电源
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种直流电源，尤其涉及一种临时备用及试验用的便携式直流电源，适用于电力系统中小型发电厂、水电站、各类变电站，和其他使用直流设备的用户，如石化、矿山、铁路等，可提供实验直流电源，也可临时替代原有直流电源，适用于二次回路中的仪器、仪表、继电保护和故障照明等场合备用直流电源，属于继电保护领域。
【背景技术】
[0002]直流电源广泛用于如变、配电站、发电厂，一般是通过交流220V给直流充电机充电，直流充电机供直流母线，保证短时间内直流母线上的负荷需求。自动化装置的控制交流不停电电源等用电装置的直流供电电源。
[0003]现有技术中，当66千伏及以下变电站内的直流电源发生故障时，不能及时提供直流电源，将导致设备无法稳定运行，造成经济损失；另外，现有技术在设备试验时连接电源操作繁琐，效率低。
【发明内容】
[0004]本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供一种临时备用及试验用的便携式直流电源，解决了现有技术中当变电站内的直流电源故障时设备无法稳定运行，同时，在设备试验时能够提供临时电源。
[0005]本发明的技术方案如下:
防雷装置、交流配电单元、充电模块、降压单元和控制回路依次连接；防雷装置、交流配电单元、充电模块、降压单元和控制回路均与集中监控及绝缘监测单元相连；集中监控及绝缘监测单元连接远程接口 ；交流输入经防雷装置、交流配电单元提供给充电模块；充电模块输出稳定的直流，降压单元提供控制输出，为负载提供正常的临时工作电流；集中监控及绝缘监测单元实现对防雷装置、交流配电单元、充电模块、降压单元及控制回路的运行参数的采集、控制和管理，在线监测各支路的对地绝缘状况；并通过远程接口接受后台监控。
[0006]所述的交流配电单元实现交流输入电压的采样，输出交流电压的采样信号。
[0007]所述的交流配电单元在交流电压采样后，和设置的交流过压参考电压、交流欠压参考电压进行比较，产生相应的逻辑控制信号，控制交流接触器执行切换和保护动作；所述的交流接触器驱动为高压吸合、低压维持方式。
[0008]所述的充电模块为，EMI滤波电路、全桥整流电路、LC滤波电路1、全桥移相电路、高频变压器、高频整流电路、LC滤波电路II依次连接，脉宽调制电路连接EMI滤波电路和LC滤波电路II的输出端，脉宽调制电路的输出端连接全桥移相电路；三相交流电输入后，先经EMI滤波电路，再经全桥整流电路、LC滤波电路I整流滤波变成高压直流电，经全桥移相电路逆变、整流为脉冲电压波，经LC滤波电路II滤波后输出220V的直流电。
[0009]所述的充电模块实现AC/DC变换；充电模块具有自动/手动控制功能，在自动工作方式下，充电模块接收集中监控及绝缘监测单元的指令；手动状态下，由充电模块面板上的电位器调节充电模块的输出电压；输出电压调整范围在输出电压下限和上限之间，198V\99V-286V\143V ;所述的充电模块采用无级限流，即在输出电流额定范围内，限流在任意点，分辨率为1% ;所述的充电模块中的每个充电模块都有一个地址，地址范围为16-31 ；所述的充电模块采用软开关，开关频率恒定；所述的充电模块采用低差自主均流。
[0010]所述的充电模块的面板上设有电源指示灯、保护指示灯、故障指示灯和电压\电流显示表头。
[0011]所述的降压单元采用降压硅堆，降压硅堆是由硅整流二极管串接而成，利用PN结基本恒定的正向压降作为调整电压，通过改变串入线路的硅管数量获得压降；降压硅堆均分为4节串联而成，在每节硅堆两端并联调压执行继电器的常闭触电。
[0012]所述的集中监控及绝缘监测单元中，绝缘监测模块用于监测直流系统电压及其绝缘情况，在异常情况下发出声光告警，并将对应告警信息发至集中监控器。
[0013]所述的绝缘监测模块采用绝缘监测仪，绝缘监测仪为普通型绝缘监测仪或带支路巡检型绝缘监测仪，绝缘监测仪安装在馈线柜上，带支路巡检型绝缘监测仪配有传感器，带支路巡检型绝缘监测仪和传感器分别装在每回馈线开关的下部，各馈线开关的引出线穿过传感器的中心孔。
[0014]本发明的优点效果如下；
本发明提供便携式备用直流电源。包括充电模块、电压调节、限流、信息指示、绝缘监测单元、监控单元、交流配电单元、保护及报警功能、故障及报警功能，适用于66kV及以下变电站直流电源故障时，及时提供直流电源保证设备稳定运行、直流屏更换时提供临时电源。本装置还设置了降压模块，降压硅堆是由多只大功率硅整流二极管串接而成，利用PN结基本恒定的正向压降作为调整电压，通过改变串入线路的硅管数量获得适当的压降，达到电压调节的目的。维护旁路开关时在硅堆降压单元维护更换时，为控制直流母线提供一个旁路直通回路，保证控制直流母线连续不间断供电。本发明最终扩展了继电保护备用电源的功能。
[0015]保证当变电站内的直流电源故障时，能及时提供直流电源，保证设备稳定运行，同时，在更换直流屏的时候能够提供临时电源。
[0016]本发明便携式直流电源体积小、重量轻、携带方便，性能指标好、调节方便等，适用变电站、电厂继电保护设备的校验，提供继保整组校验电源，可测试继电器动作点电压和脱离电压以及不同工作电压下设备的运行情况。用于新建变电站、电厂继电保护设备的调试电源，继电保护设备的调试不受电站直流系统工程进度影响，从而保证电网稳定性和安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，该描述的附图仅仅是本发明的一些实施例。
[0018]图1为本发明实施例公开的结构原理示意框图。
[0019]图2为本发明实施例公开的集中监控及绝缘监测单元示意框图。
[0020]图3为本发明实施例公开的充电模块原理示意框图。[0021]图4为本发明实施例公开的母线过欠压逻辑示意框图。
[0022]图5为本发明实施例公开的控制或合闸回路故障逻辑示意框图。
【具体实施方式】
[0023]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部。
[0024]如图1所示，防雷装置、交流配电单元、充电模块、降压单元和控制回路依次连接；防雷装置、交流配电单元、充电模块、降压单元和控制回路均与集中监控及绝缘监测单元相连；集中监控及绝缘监测单元连接远程接口 ；交流输入经防雷装置、交流配电单元提供给充电模块；充电模块输出稳定的直流，降压单元提供控制输出，为负载提供正常的临时工作电流；集中监控及绝缘监测单元实现对防雷装置、交流配电单元、充电模块、降压单元及控制回路的运行参数的采集、控制和管理，在线监测各支路的对地绝缘状况；并通过远程接口接受后台监控。
[0025]充电模块的主要功能是实现AC/DC变换，此外，还有系统控制、告警等功能；充电模块具有自动/手动控制功能，在自动工作方式下，充电模块接收来自集中监控及绝缘监测单元的指令。通常情况下，所有合闸模块应工作于自动状态下，以实现集中监控及绝缘监测单元的智能管理。手动状态下，由充电模块面板上的电位器来调节充电模块的输出电压。
[0026]充电模块接受集中监控及绝缘监测单元的指令，调节输出电压到设定值。电压调整范围可以在输出电压下限(一般为198V\99V)和上限(一般为86V\143V)之间。
[0027]充电模块的最大输出电流限制在一定的范围内，以控制充电电流，防止过流充电。充电模块采用无级限流技术，即在输出电流额定范围内，可限流在任意点，分辨率为1% ;
为了使集中监控及绝缘监测单元能够识别各充电模块，每个充电模块都设有一个地址，地址范围为16-31。
[0028]充电模块的面板上设有电源指示灯、保护指示灯、故障指示灯和电压\电流显示表头。电源指示灯指示充电模块内部工作电源是否正常；保护指示灯指示充电模块处于保护状态，包括交流输入过/欠压，输入缺相，输出欠压等；故障指示灯指充电模块因故停止输出，且故障因素消除后，充电模块仍不能回复工作，如输出过压等；电压\电流显示表头指示充电模块输出的电压和电流，有切换开关来切换显示。
[0029]充电模块主要性能为，采用软开关技术，由于电压变换率(dv/dt)或电流变化率(di/dt)相对减小很多，功率开关期间承受的电应力较小，可靠性得到了提高；另外，由于dv/dt或di/dt的减小，高频开关电源产生的电磁干扰也有很大的改善。
[0030]充电模块采用FBZVS-PWM软开关先进技术，开关频率恒定，易于控制，整机满载效率接近95%，传到干扰符合欧洲标准EN55011。
[0031]充电模块设有COM模件；C0M模件完成接入监控系统的功能，同时提供两个RS-485口，传输规约为CDT规约供用户选择。
[0032]充电模块采用先进的低差自主均流技术，各模块的均流单元通过同一放大系数采样各自的输出电流，建立采样电压，各采样电压通过比较，以最大值作为均流总线上的基准电压Ubus ;基准电压对应的模块自动成为“主模块”，它的输出电流相对最大，其余模块自动成为“从模块”;基准电压通过均流总线进入到各模块均流单元，同其采样电压进行误差比较放大后控制模块开关脉冲宽度，微调各模块的输出电压而让输出电流趋于一致；均流调整达到平衡后，“从模块”的输出电流都接近于“主模块”的输出电流，模块间输出电流差值趋于零。
[0033]降压单元采用降压硅堆，降压硅堆是由多只大功率硅整流二极管串接而成，利用PN结基本恒定的正向压降作为调整电压，通过改变串入线路的硅管数量获得适当的压降，达到电压调节的目的。相比于其它电压调节方式，采用硅堆调压具有抗电流冲击性号、安全、可靠的优点；降压硅堆均分为4节(AS1-AS4)串联而成，在每节硅堆两端并联调压执行继电器(K1-K4)的常闭触电，若驱动执行继电器动作，令其触电断开，使得该节硅堆被传入线路，降压单元的压降增大；反之，若执行继电器返回，其触电闭合，使得串入线路中的硅堆数量减少，降压单元的压降减少。
[0034]维护旁路开关时在硅堆降压单元维护更换时，为控制直流母线提供一个旁路直通回路，保证控制直流母线连续不间断供电。
[0035]所述的集中监控及绝缘监测单元中，绝缘监测模块用于监测直流系统电压及其绝缘情况，在直流电压过、欠压或直流系统绝缘强度降低等异常情况下发出声光告警，并将对应告警信息发至集中监控器。
[0036]根据用户的不同需要，绝缘监测仪可配置普通型或带支路巡检型，一般安装在馈线柜上，带支路巡查的监测仪配有传感器，分别装在每回馈线开关的后下部，各馈线开关的引出线穿过传感器的中心孔。
[0037]内置绝缘监测仪监测直流母线电压、正负母线对地电压、正负母线对地电阻；当电压过高、过低或绝缘电阻过低时发出相应的告警信号，告警定值可通过键盘设置。
[0038]电源系统的交流输入设有交流配电单元，当出现交流失电、缺相故障时，通过无源接点将告警信号送集中监控器，集中监控器发出交流电源故障告警信号；当系统配有智能交流电压、电流表时，这些表计能直接显示交流输入电压、电流，并通过串行总线将测量到的数据送集中监控器，集中监控器可显示这些数据，并判断交流输入是否过压、欠压、失电、缺相或三相不平衡，故障时发出交流电源故障告警信号；正常情况下电源系统设有母线电压、电流表或变送器，这些表计能直接显示母线电压、电流，并通过串行总线将测量到的数据送集中监控器，集中监控器可显示这些数据，判断母线是否过压、欠压，故障时发出告警信号；重要回路(充电机)的熔断器设有熔断器故障附件，故障信号直接送集中监控器，故障时发出熔断器故障告警信号；当馈线回路设有馈线脱扣故障告警触电时，各脱扣故障告警信号并连后送集中监控器，故障时发出馈线脱扣故障告警信号；当电源系统配有馈线状态检测模块时，馈线状态检测模块通过串行总线将测量到的馈线开关分合状态送集中监控器；充电机的输出开关及母联开关、放电开关的状态可由其辅助接点送给集中监控器，在历史记录中显示和送给后台；电压监控器，重要回路可选配独立的电压监控器，当电压异常时，可通过空接点发出报警信号；当电源系统选用监控器内置接地仪时，可同时监测到两端母线的对地绝缘电阻，并显示接地电阻值，当监测到的接地电阻值小于设定值时，发出接地故障告警信号；当电源系统选用带支路检测的接地仪时，接地仪通过RS485数字通信接口将测量到的数据送集中监控器，故障时发出接地故障告警信号及显示接地支路号和接地电阻值；当电源系统选用绝缘监查继电器时，可监测一段母线的对地绝缘地那组，并显示接地电流，当接地电流大于设定值时，发出告警信号。[0039]充电模块通过串行总线接受集中监控器的监控，实时向集中监控器传送工作状态和工作数据，并接受集中监控器的控制；集中监控器监控的功能有:遥控充电模块的开/关机及均/浮充；遥测充电模块的输出电压和电流；遥信充电模块的运行状态；遥调充电模块的输出电压。
[0040]交流配电单元主要实现交流输入电压的采样，输出交流电压的采样信号；交流自动切换可根据采样电压，进行交流过压保护、欠压保护。其具体情况如下:在交流电压采样后，和设置的交流过压参考电压、交流欠压参考电压进行比较，产生相应的逻辑控制信号，控制交流接触器执行切换和保护动作；交流接触器驱动为高压吸合、低压维持方式，由于交流接触器需要长期加电吸合，其线圈势必产生一定的热量，这种热量的长期积累降低了接触器的寿命。交流接触器采用高压吸合保证了接触器的可靠吸合，在交流接触器可靠吸合后，交流控制盒输出额定低压直流信号，维持交流接触器的吸合。有效延长接触器的使用寿命和提高了接触器的可靠性。
[0041]图2所示，交流量采集模块:改模块负责对输入的交流电源进行采集、滤波。并通过RS485接口将处理后的数据送入监控单元进行显示。
[0042]模拟量采集模块:该模块负责对输入的模拟量进行采集、滤波。并通过RS485接口将处理后的数据送入监控单元进行显示。
[0043]绝缘监测模块:该模块用来监测正、负母线接地状况，可通过RS485接口将正、负母线接地电阻值送入监控单元进行显示并根据需要产生相应的报警信号。
[0044]集中监控器:集中监控器是控制系统的核心，对系统中各模块的操作都是通过该模块进行的；同时各模块的运行数据和各种参量也是通过该模块传送；该模块还可以对系统运行中所需的各种参数进行设置、修改，并且对一些模块直接进行手动控制。
[0045]图3所示，充电模块采用全桥移相软开关技术。其工作原理是:四个主功率开关管的驱动脉冲为占空比不变(D=50%)的固定频率脉冲。其中一个桥臂功率开关管的驱动脉冲的相位固定不变，另一个桥臂功率开关管的驱动脉冲的相位是可调的。通过调节该桥臂功率开关管的驱动脉冲的相位，即调节对角桥臂功率开关管在该周期内同时导通时间，来调节直流输出电压。在对角桥臂功率开关管在该周期内同时导通时，全桥逆变部分对后一级输出功率；在该周期内的其余时间内，因为上桥臂或下桥臂功率开关管处于同时导通状态，同时谐振电感需要释放储能，并与谐振电容产生谐振。所以在全桥逆变电路内部存在环流，该环流创造了功率开关管的零电压开通条件。从而实现了功率开关管的零电压开通。从而极大地减少了功率开关管的电压、电流应力和损耗。极大地减少了功率开关管在开关状态下产生的EMI噪声。进而提高了整机的可靠性、使用寿命和效率。
[0046]充电模块:EMI滤波电路、全桥整流电路、LC滤波电路1、全桥移相电路、高频变压器、高频整流电路、LC滤波电路II依次连接，脉宽调制电路连接EMI滤波电路和LC滤波电路II的输出端，脉宽调制电路的输出端连接全桥移相电路；三相交流电输入后，先经EMI滤波电路，再经全桥整流电路、LC滤波电路I整流滤波变成高压直流电，经全桥移相电路逆变、整流为140kHz左右的脉冲电压波，经LC滤波电路II滤波后输出220V的直流电。
[0047]图4为母线过欠压逻辑图，包括以下步骤。
[0048]步骤401:测量母线电压是否过压，若是进入步骤402，若不是进入步骤403 ；
步骤403:测量结果是否正确，若是进入步骤404，若不是进入步骤405 ； 步骤405:高压采样板输入信号是否正确，若是进入步骤404，若不是进入步骤406 ； 步骤404:监控模块过/欠告警点是否合理，若是进入步骤407，若不是进入步骤408。
[0049]图5为控制或合闸回路故障逻辑图，包括以下步骤。
[0050]步骤501:空气开关是否跳闸，若是进入步骤502，若不是进入步骤503 ；
步骤503:高压采样板输入信号是否正常，若是进入步骤504，若不是进入步骤505 ； 步骤504:开关报警点是否损坏，若是进入步骤506，若不是进入步骤507。
[0051]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合于本文所公开的原理和新颖特点相一致范围。
【权利要求】
1.便携式直流电源，其特征在于防雷装置、交流配电单元、充电模块、降压单元和控制回路依次连接；防雷装置、交流配电单元、充电模块、降压单元和控制回路均与集中监控及绝缘监测单元相连；集中监控及绝缘监测单元连接远程接口 ；交流输入经防雷装置、交流配电单元提供给充电模块；充电模块输出稳定的直流，降压单元提供控制输出，为负载提供正常的临时工作电流；集中监控及绝缘监测单元实现对防雷装置、交流配电单元、充电模块、降压单元及控制回路的运行参数的采集、控制和管理，在线监测各支路的对地绝缘状况；并通过远程接口接受后台监控。
2.根据权利要求1所述的便携式直流电源，其特征在于所述的交流配电单元实现交流输入电压的米样，输出交流电压的米样信号。
3.根据权利要求1所述的便携式直流电源，其特征在于所述的交流配电单元在交流电压采样后，和设置的交流过压参考电压、交流欠压参考电压进行比较，产生相应的逻辑控制信号，控制交流接触器执行切换和保护动作；所述的交流接触器驱动为高压吸合、低压维持方式。
4.根据权利要求1所述的便携式直流电源，其特征在于所述的充电模块为，EMI滤波电路、全桥整流电路、LC滤波电路1、全桥移相电路、高频变压器、高频整流电路、LC滤波电路II依次连接，脉宽调制电路连接EMI滤波电路和LC滤波电路II的输出端，脉宽调制电路的输出端连接全桥移相电路；三相交流电输入后，先经EMI滤波电路，再经全桥整流电路、LC滤波电路I整流滤波变成高压直流电，经全桥移相电路逆变、整流为脉冲电压波，经LC滤波电路II滤波后输出220V的直流电。
5.根据权利要求1所述的便携式直流电源，其特征在于所述的充电模块实现AC/DC变换；充电模块具有自动/手动控制功能，在自动工作方式下，充电模块接收集中监控及绝缘监测单元的指令；手动状态下，由充电模块面板上的电位器调节充电模块的输出电压；输出电压调整范围在输出电压下限和上限之间，198V\99V-286V\143V ;所述的充电模块采用无级限流，即在输出电流额定范围内，限流在任意点，分辨率为1% ;所述的充电模块中的每个充电模块都有一个地址，地址范围为16-31 ;所述的充电模块采用软开关，开关频率恒定；所述的充电模块采用低差自主均流。
6.根据权利要求1所述的便携式直流电源，其特征在于所述的充电模块的面板上设有电源指示灯、保护指示灯、故障指示灯和电压\电流显示表头。
7.根据权利要求1所述的便携式直流电源，其特征在于所述的降压单元采用降压硅堆，降压硅堆是由硅整流二极管串接而成，利用PN结基本恒定的正向压降作为调整电压，通过改变串入线路的硅管数量获得压降；降压硅堆均分为4节串联而成，在每节硅堆两端并联调压执行继电器的常闭触电。
8.根据权利要求1所述的便携式直流电源，其特征在于所述的集中监控及绝缘监测单元中，绝缘监测模块用于监测直流系统电压及其绝缘情况，在异常情况下发出声光告警，并将对应告警信息发至集中监控器。
9.根据权利要求8所述的便携式直流电源，其特征在于所述的绝缘监测模块采用绝缘监测仪，绝缘监测仪为普通型绝缘监测仪或带支路巡检型绝缘监测仪，绝缘监测仪安装在馈线柜上，带支路巡检型绝缘监测仪配有传感器，带支路巡检型绝缘监测仪和传感器分别装在每回馈线开关的下部，各馈线开关的引出线穿过传感器的中心孔。
【文档编号】H02M7/04GK104009652SQ201410272392
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】李英锋, 牛春娇, 潘徉安, 罗贤斌, 李想, 曹頔, 薛晓丰, 王通, 金彪, 郝世清 申请人:国家电网公司, 国网辽宁省电力有限公司铁岭供电公司