一种超导磁储能系统的组合保护电路装置制造方法
【专利摘要】一种超导磁储能系统的组合保护电路装置，包括直流母线泄能回路、磁体泄能开关、氧化锌压敏电阻（8）、硬件保护板（14）、不间断电源控制电源（15），电网（10）通过三相进线断路器（9）接入整流器（11），整流器（11）、直流母线电容（1）、直流母线泄能回路、斩波器（12）、超导磁体（4）、磁体泄能回路、氧化锌压敏电阻（8）依次并联连接。本实用新型通过数字信号处理器保护和硬件保护相结合的方式，有效的解决了设备运行过程中出现的过电压、过电流问题，形成了对超导磁储能系统的完整保护，提高了设备运行的安全性。
【专利说明】 一种超导磁储能系统的组合保护电路装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电子电路技术和电工【技术领域】，具体涉及一种超导磁储能系统的组合保护电路装置。
【背景技术】
[0002]超导磁储能是目前超导研究的热点，其利用超导体的低损耗和快速响应来储存和释放能量，并通过电力电子整流器连到电网，达到调节电网能量，提高电网稳定性的作用。
[0003]由于技术的限制，当前超导线材的价格十分昂贵，另外，低温超导磁体要用液氦冷却、高温超导磁体要用液氮冷却，因此整个超导磁储能系统磁体部分价格十分昂贵；另外，超导磁储能系统用整流器的开关器件为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)，IGBT的价格也昂贵，因此，整个磁储能系统成本很高。当前的超导装置保护集中在磁体的失超保护上，没有对系统运行过程中出现的过电压、过电流故障给出完备的解决方案。
实用新型内容
[0004]本实用新型主要针对超导磁储能系统运行过程中的过电压、过电流故障，提出了一种超导磁储能系统的组合保护电路装置，能有效的保障系统运行过程中的安全性。
[0005]本实用新型通过以下技术方案实现:
[0006]一种超导磁储能系统的组合保护电路装置，包括直流母线泄能回路、磁体泄能开关、氧化锌压敏电阻、硬件保护板、不间断电源控制电源，电网通过三相进线断路器接入整流器，整流器、直流母线电容、直流母线泄能回路、斩波器、超导磁体、磁体泄能回路、氧化锌压敏电阻依次并联连接；
[0007]其中，
[0008]直流母线泄能晶闸管串联直流母线泄能电阻形成直流母线泄能回路；磁体泄能开关由磁体泄能晶闸管和磁体泄能接触器并联连接构成，磁体泄能开关串联磁体泄能电阻形成磁体泄能回路；
[0009]在三相进线断路器和整流器之间分别接入数字信号处理器、硬件保护板；数字信号处理器还分别与三相进线断路器、整流器、直流母线泄能晶闸管、斩波器、磁体泄能晶闸管、磁体泄能接触器连接；硬件保护板还分别与三相进线断路器、直流母线泄能晶闸管、磁体泄能晶闸管、磁体泄能接触器连接；不间断控制电源分别与数字信号处理器、硬件保护板连接。
[0010]泄能开关保护:采用磁体泄能晶闸管并联磁体泄能接触器的形式，磁体泄能晶闸管和磁体泄能接触器都能接收到数字信号处理器和硬件保护板的信号，磁体泄能晶闸管响应速度快，能迅速动作保护超导磁体，当磁体泄能晶闸管损坏磁体泄能晶闸管保护无法进行时，接触器开关作为后备保护，泄放掉超导磁体上的能量，保护超导磁体；有故障信号时，断路器断开，直流母线泄能晶闸管导通，可以泄放掉直流母线电容上能量，保护直流母线电容。
[0011]氧化锌压敏电阻:氧化锌压敏电阻并联在超导磁体两端，当上述所述保护均未动作而实际超导磁体电压值超过了氧化锌保护的阈值时，氧化锌压敏电阻导通，泄放到超导磁体两端的能量，保护超导磁体。
[0012]使用数字信号处理器对采集到的电压、电流信号做判断，当电压、电流值达到或超过设定的阈值时，断开超导磁储能用整流器三相进线断路器，停止IGBT触发，导通直流母线泄能晶闸管，超导磁储能系统用整流器停止运行，保护整流器，导通并联在超导磁体两端的磁体泄能晶闸管，闭合并联在超导磁体两端的磁体泄能接触器，泄放掉超导磁体上的能量，保护超导磁体。
[0013]硬件保护板保护:若数字信号处理器运行不正常，数字信号处理器失去作用，系统可能运行到危险参数区域，当超导磁体电压、电流值达到或超过硬件保护动作的阈值时，硬件保护板发出相应指令，断开超导磁储能用整流器三相进线断路器，切除系统与电网的联系，导通直流母线泄能晶闸管，保护整流器，闭合超导磁体两端的磁体泄能接触器，泄放掉超导磁体上的能量，保护超导磁体。
[0014]不间断电源控制电源:使用UPS作为控制电的备用电源，当设备运行过程中实验区域突然断电时，UPS投入使用，保证控制电正常，数字信号处理器根据判断，断开超导磁储能用整流器三相进线断路器，停止IGBT触发，导通直流母线泄能晶闸管，结束系统运行，保护整流器，导通并联在超导磁体两端的磁体泄能晶闸管，闭合并联在超导磁体两端的磁体泄能接触器，泄放掉超导磁体上的能量，保护超导磁体。
[0015]本实用新型具有以下的优点和技术效果:
[0016]1、本实用新型中加入了不间断电源，能在设备运行过程中突然断电的情况下保证系统的安全运行；
[0017]2、本实用新型中加入了硬件保护板和接触器，能在数字信号处理器工作不正常时作为系统的近后备保护；
[0018]3、本实用新型中加入了氧化锌压敏电阻，能在数字信号处理器保护和硬件保护板工作不正常时作为系统的远后备保护。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是超导磁储能系统主电路拓扑图。
[0020]图中标号:1、直流母线电容；2、直流母线泄能晶闸管；3、直流母线泄能电阻；4、超导磁体；5、磁体泄能晶闸管；6、磁体泄能接触器；7、磁体泄能电阻；8、氧化锌压敏电阻；9、三相进线断路器；10、电网；11、整流器；12、斩波器；13、数字信号处理器；14、硬件保护板；15、不间断控制电源；16、采集到的电压电流信号；17、开关控制信号。
【具体实施方式】
[0021]一种超导磁储能系统的组合保护电路装置，包括直流母线泄能回路、磁体泄能开关、氧化锌压敏电阻8、硬件保护板14、不间断电源控制电源15，电网10通过断路器9接入整流器11，整流器11、直流母线电容1、直流母线泄能回路、斩波器12、超导磁体4、磁体泄能回路、氧化锌压敏电阻8依次并联连接；
[0022]其中，
[0023]直流母线泄能晶闸管2串联直流母线泄能电阻3形成直流母线泄能回路；磁体泄能开关由磁体泄能晶闸管5和磁体泄能接触器6并联连接构成，磁体泄能开关串联磁体泄能电阻7形成磁体泄能回路；
[0024]在三相进线断路器9和整流器11之间分别接入数字信号处理器13、硬件保护板14 ;数字信号处理器13还分别与三相进线断路器9、整流器11、直流母线泄能晶闸管2、斩波器12、磁体泄能晶闸管5、磁体泄能接触器6连接；硬件保护板14还分别与三相进线断路器9、直流母线泄能晶闸管2、磁体泄能晶闸管5、磁体泄能接触器6连接；不间断控制电源15分别与数字信号处理器13、硬件保护板14连接。
[0025]泄能开关保护:采用磁体泄能晶闸管5并联磁体泄能接触器6的形式，磁体泄能晶闸管5和磁体泄能接触器6都能接收到数字信号处理器13和硬件保护板14的信号，磁体泄能晶闸管响应速度快，能迅速动作保护超导磁体，当磁体泄能晶闸管损坏磁体泄能晶闸管保护无法进行时，接触器开关作为后备保护，泄放掉超导磁体上的能量，保护超导磁体；有故障信号时，三相进线断路器9断开，直流母线泄能晶闸管2导通，可以泄放掉直流母线电容I上能量，保护直流母线电容I。
[0026]氧化锌压敏电阻:氧化锌压敏电阻8并联在超导磁体4两端，当上述所述保护均未动作而实际超导磁体4电压值超过了氧化锌保护的阈值时，氧化锌压敏电阻8导通，泄放到超导磁体两端的能量，保护超导磁体。
[0027]使用数字信号处理器13对采集到的电压、电流信号16做判断，当电压、电流值达到或超过设定的阈值时，数字信号处理器动作，断开超导磁储能用整流器三相进线断路器9，停止IGBT触发，导通直流母线泄能晶闸管2，超导磁储能系统用整流器停止运行，保护整流器，导通并联在超导磁体两端的磁体泄能晶闸管5，闭合并联在超导磁体两端的磁体泄能接触器6，泄放掉超导磁体上的能量，保护超导磁体。
[0028]硬件保护板保护:若数字信号处理器13运行不正常，数字信号处理器失去作用，系统可能运行到危险参数区域，当超导磁体4电压、电流值达到或超过硬件保护动作的阈值时，硬件保护板14发出相应指令，断开超导磁储能用整流器三相进线断路器9，切除系统与电网的联系，导通直流母线泄能晶闸管2，保护整流器，闭合超导磁体两端的磁体泄能接触器6，泄放掉超导磁体上的能量，保护超导磁体。
[0029]不间断电源控制电源:使用UPS作为控制电的备用电源，当设备运行过程中实验区域突然断电时，UPS投入使用，保证控制电正常，数字信号处理器根据判断，断开超导磁储能用整流器三相进线断路器9，停止IGBT触发，导通直流母线泄能晶闸管2，结束系统运行，保护整流器，导通并联在超导磁体两端的磁体泄能晶闸管5，闭合并联在超导磁体两端的磁体泄能接触器6，泄放掉超导磁体上的能量，保护超导磁体。
[0030]220V市电接入不间断控制电源15，不间断控制电源的输出作为控制电电源；磁体泄能晶闸管5、磁体泄能接触器6并联形成磁体泄能开关，磁体泄能开关串联磁体泄能电阻7形成磁体泄能回路，磁体泄能回路并联于超导磁体4两端，磁体泄能电阻7吸收超导磁体上的能量，直流母线泄能晶闸管2串联直流母线泄能电阻3形成直流母线泄能回路，直流母线泄能回路并联于直流母线电容I两端，直流母线泄能电阻3吸收直流母线电容I上储存的能量；采集到的电压电流信号16分别送入硬件保护板14和数字信号处理器13，硬件保护板14的阈值设定略高于数字信号处理器设定的阈值，当运行参数达到或超过数字信号处理器的阈值时，数字信号处理器动作，保护超导磁储能系统，当数字信号处理器13工作不正常而运行参数达到硬件保护的阈值时，硬件保护板14发出保护信号，保护超导磁储能系统；氧化锌压敏电阻8并联于超导磁体4两端，当上述保护均未动作而产生过电压时，氧化锌压敏电阻8击穿，将磁体两端过电压箝位至较低水平，保护超导磁体4。
【权利要求】
1.一种超导磁储能系统的组合保护电路装置，包括直流母线泄能回路、磁体泄能开关、氧化锌压敏电阻(8^硬件保护板(^)、不间断电源控制电源(15),其特征在于: 电网(10)通过三相进线断路器(9)接入整流器(11),整流器(10、直流母线电容〔0、直流母线泄能回路、斩波器(12^超导磁体“)、磁体泄能回路、氧化锌压敏电阻(8)依次并联连接； 其中， 直流母线泄能晶闸管(2)串联直流母线泄能电阻(3)形成直流母线泄能回路；磁体泄能开关由磁体泄能晶闸管(5)和磁体泄能接触器(6)并联连接构成，磁体泄能开关串联磁体泄能电阻(7)形成磁体泄能回路； 在三相进线断路器(9)和整流器(11)之间分别接入数字信号处理器(口)、硬件保护板(14)；数字信号处理器(13)还分别与三相进线断路器(幻、整流器〔10、直流母线泄能晶闸管口)、斩波器(^)、磁体泄能晶闸管(5^磁体泄能接触器(6)连接；硬件保护板(14)还分别与三相进线断路器(幻、直流母线泄能晶闸管口)、磁体泄能晶闸管(5^磁体泄能接触器(6)连接；不间断控制电源(15)分别与数字信号处理器(口)、硬件保护板(14)连接。
【文档编号】H02H9/00GK204131106SQ201420431810
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】宋萌, 胡南南, 曹昆南, 马宏明, 黑颖顿 申请人:云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院, 云南电网公司技术分公司