一种多功能光伏断路器失压分闸脱扣方法及系统与流程

1.本发明属于低压配电领域，尤其涉及一种多功能光伏断路器失压分闸脱扣方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.目前市场对智能断路器应用越来越广泛，在光伏系统中，分布式光伏并网断路器位于分布式光伏系统的并网点，为保护光伏发电和市电连接的安全性，要求在市电断电后，光伏并网断路器能够切断光伏发电系统与市电的连接；目前分布式光伏并网断路器对于过压、欠压的情况下，能可靠地实现断路器的分闸脱扣，但失压时，电网无电压存在，因电子储能不足或电子式检测开关失效等原因，导致分布式光伏并网断路器不动作；另外光伏发电系统因存在电力电子器件，电路中会存在谐波干扰，影响光伏并网断路器的采样电压，进而造成分布式光伏并网断路器误动作。


技术实现要素：

4.为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种多功能光伏断路器失压分闸脱扣方法及系统，通过设置两种储能单元、两种脱扣方式、两种电网电压判断方式，在磁通脱扣器和电机动作脱扣双重防护下，完全解决失压不能脱扣和电机位置检测失效引起的分闸脱扣不良的问题，更好地提升智能多功能光伏断路器的防护能力。
5.为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：本发明第一方面提供了一种多功能光伏断路器失压分闸脱扣系统；一种多功能光伏断路器失压分闸脱扣系统，包括电网电压判断单元、磁通脱扣单元、电机脱扣单元、分合闸状态检测单元；所述电网电压判断单元，实时监测线路电压频率，判断线路是否出现失压故障；当线路出现失压故障时，所述磁通脱扣单元执行断路器脱扣动作，在限定时间后，所述电机脱扣单元空载归位，完成磁通脱扣分闸；所述分合闸状态检测单元对磁通脱扣分闸后的分合闸状态进行检测，未分闸状态，则电机脱扣单元执行断路器脱扣动作，已分闸状态，则驱动电机脱扣单元空载归位。
6.进一步的，还包括储能单元和mcu主控单元；所述储能单元包括：第一dc储能单元、第二dc储能单元。
7.进一步的，所述电网电压判断单元，包括单、三相电流电压采样处理单元和电网电压检测单元。
8.进一步的，所述单、三相电流电压采样处理单元，在线路存在谐波干扰时，高精度测量数据，精确判断线路的电压状态；所述电网电压检测单元，在线路失压时，快速检测到线路失压状态。
9.进一步的，所述磁通脱扣单元包括相连的磁通驱动单元和磁通脱扣执行单元；所述电机脱扣单元包括相连的电机驱动单元和电机脱扣执行单元。
10.进一步的，所述磁通脱扣单元由第一dc储能单元供电，由mcu主控单元进行控制，磁通驱动单元驱动磁通脱扣执行单元执行脱扣；电机驱动单元由第二dc储能单元供电，由mcu主控单元进行控制，电机驱动单元驱动电机脱扣执行单元执行脱扣。
11.进一步的，所述储能单元还包括第一开关电源转换处理单元和第二开关电源转换处理单元，第一dc储能单元由第一开关电源转换处理单元和第二开关电源转换处理单元共同提供电压，两路开关电源提高电源稳定性和蓄能效率，第二dc储能单元由第二开关电源转换处理单元单独供电。
12.进一步的，还包括单、三相供电输入和防护以及整流单元；所述单、三相供电输入和防护以及整流单元分别为第一开关电源转换处理单元、第二开关电源转换处理单元、电网电压检测单元和单、三相电流电压采样处理单元供电。
13.本发明第二方面提供了一种多功能光伏断路器失压分闸脱扣方法。
14.一种多功能光伏断路器失压分闸脱扣方法，包括：实时监测线路电压频率，判断线路是否出现失压故障；当线路出现失压故障时，磁通脱扣单元在限定时间s1内执行断路器脱扣动作，在限定时间s1后，所述电机脱扣单元空载归位，完成磁通脱扣分闸；对磁通脱扣分闸后的分合闸状态进行检测，未分闸状态，则电机脱扣单元在限定时间s2内执行断路器脱扣动作，已分闸状态，则驱动电机脱扣单元空载归位。
15.进一步的，限定时间s1为10ms，限定时间s2为500ms。
16.以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：本发明在线路存在谐波干扰时，可通过多功光伏断路器的单、三相电流、电压采样处理单元的高精度测量及谐波处理功能，精确判断线路的电压状态，提高谐波干扰环境下对线路电压状态判断的准确性；本发明在线路失压时，可通过多功能光伏断路器的电网电压采样处理单元，快速检测到线路失压状态，降低光伏断路器在线路失压后对储能电容的能量消耗，提高光伏断路器在线路失压状态下的分闸速度与可靠性；本发明在线路失压时，可以通过控制多功能光伏断路器的磁通驱动单元，使磁通脱扣执行单元在10ms内脱扣，随后驱动电机脱扣执行单元归位，完成多功能光伏断路器的失压分闸；本发明在线路失压、磁通脱扣执行单元动作失效时，可以通过控制多功能光伏断路器的电机驱动单元，使电机脱扣执行单元在500ms内动作，带动多功能光伏断路器的失压分闸；本发明在线路失压时，先采用磁通脱扣执行单元使断路器脱扣，后驱动电机脱扣执行单元空载状态下归位，降低分闸动作的能量消耗，可极大降低由于储能不足导致多功能断路器分闸失败的情况出现。
17.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
18.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
19.图1为第一个实施例的系统结构图。
20.图2为单、三相电流、电压采样处理单元的电路图。
21.图3为电网电压检测单元的电路图。
22.图4为第一dc储能单元的电路图。
23.图5为第二dc储能单元的电路图。
24.图6为第一开关电源转换处理单元的电路图。
25.图7为第二开关电源转换处理单元的电路图。
26.图8为磁通脱扣单元的电路图。
27.图9为电机脱扣单元的电路图。
28.图10为第二个实施例的方法流程图。
具体实施方式
29.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
30.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
31.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
32.实施例一本实施例公开了一种多功能光伏断路器失压分闸脱扣系统；如图1所示，一种多功能光伏断路器失压分闸脱扣系统，包括断路器本体、电网电压判断单元、磁通脱扣单元、电机脱扣单元、分合闸状态检测单元、储能单元、mcu主控单元，断路器本体，具有线路的过流、短路和隔离等功能。
33.电网电压判断单元电网电压判断单元，包括单、三相电流电压采样处理单元和电网电压检测单元，实时监测线路电压频率异常情况。
34.当线路存在谐波干扰时，通过单、三相电流、电压采样处理单元的高精度测量数据，精确判断线路的电压状态，提高谐波干扰环境下对线路电压状态判断的可靠性。
35.在线路失压时，可通过多功能光伏断路器的电网电压检测单元，快速检测到线路失压状态，降低光伏断路器在线路失压后对储能电容的能量消耗，提高光伏断路器在线路失压状态下的分闸速度与可靠性。
36.单、三相电流电压采样处理单元和电网电压检测单元的电路图分别如图2和图3所
示，通过单、三相电流电压采样处理单元和电网电压检测单元共同判断;多功能光伏断路器进线侧高电压通过两组独立的采样单元，分别将电压信号通过电网电压检测单元传输至mcu主控单元的adc和单、三相电流电压采样处理单元后传输至mcu主控单元，mcu主控单元通过adc实时采样电压信号，由dma传输至内存，经过数字滤波和软件计算，得到进线端电压实时值v1。单、三相电流电压采样处理单元通过内部的asic硬件电路对电压信号进行采样、整定和计算，通过spi将数据传输至mcu主控单元，mcu主控单元对其换算后得到进线端电压有效值v2。电网电压发生过、欠、失压以及谐波干扰时，主控芯片通过对v1和v2综合判定，快速且可靠地完成电压异常的判断。
37.电网电压检测单元传输信号到mcu主控单元的adc采样单元，单三相采样处理单元经专门的测量芯片内部电路处理后通过总线通讯方式（spi）传输至mcu主控单元；两种采样方式不同，一种为mcu的adc采样单元直接采集电压参数，该方式采集转换速度快，但精度较低；另一种是通过专门的测量芯片对线路电压电流采集处理后，通过spi通讯方式将测量结果发送到mcu主控单元，该方式测量精度高，但采集转换速度慢。
38.两种检测方式提高了产品对线路电压频率异常状态检测的准确性与及时性；两种检测方式的典型特征参数如下：采样单元名称单、三相电流、电压采样处理单元电网电压检测单元采样精度0.5%1%采样转换速度（ms）10020储能单元储能单元，包括第一dc储能单元、第二dc储能单元、第一开关电源转换处理单元、第二开关电源转换处理单元。
39.第一dc储能单元，电路图如图4所示，具有能量存储功能，以及接收第一开关电源转换处理单元和第二开关电源转换处理单元电压输入功能。
40.第二dc储能单元，电路图如图5所示，具有能量存储功能，接收开关电源转换处理单元2电压输入功能。
41.第一开关电源转换处理单元和第二开关电源转换处理单元，电路图分别如图6和图7所示，具有快速启动提供电压的功能。
42.第一dc储能单元由第一开关电源转换处理单元和第二开关电源转换处理单元共同提供电压，两路开关电源提高电源稳定性和蓄能效率，第二dc储能单元由第二开关电源转换处理单元单独供电，两种蓄能方案可以更好地为脱扣执行单元提供动作能量，提高线路失压状态下脱扣执行机构的动作可靠性，要保证整流最小电压大于70vdc,根据电容充放电能量可以得到如下关系：其中，是电容容量，为最小交流端的电压，为最小直流端电压，为输入电压从最高点降至最低点的时间，为充电完成所需的时间，为输出端电能转换功率，为开关电源的转换效率。
43.电容容量的计算公式为：第一dc储能单元和第二dc储能单元同时提供电压到dcdc电压转换单元工作，然后传输电压至mcu主控单元工作，主要作用是提供稳定的电压和能量到mcu主控单元处理失压、欠压事件指令正确下发，确保多功能光伏断路器在失压、欠压时正常脱扣。
44.两路开关电源独立工作，在多功能光伏断路器中使用两路开关电源可以提高产品分合闸时的稳定性，避免因其中一路电路失效带来的安全隐患，以及提高dc储能单元蓄能效率，确保在失压时磁通脱扣控制单元和电机脱扣控制单元可靠动作。
45.脱扣单元脱扣单元，包括磁通脱扣单元和电机脱扣单元，磁通脱扣单元包括相连的磁通驱动单元和磁通脱扣执行单元，电机脱扣单元包括相连的电机驱动单元和电机脱扣执行单元。
46.执行单元实现断路器自动合闸和脱扣等动作功能，磁通脱扣执行单元实现断路器自动脱扣动作功能，电机脱扣执行单元实现断路器自动合闸和脱扣动作功能，磁通驱动单元，具有驱动磁通脱扣执行单元脱扣动作功能，电机驱动单元，具有驱动电机脱扣执行单元自动合闸和脱扣动作功能。
47.磁通脱扣单元由第一dc储能单元供电，由mcu主控单元进行控制，磁通驱动单元驱动磁通脱扣执行单元执行脱扣，电路图如图8所示；第一dc储能单元由第一开关电源转换处理单元和第二开关电源转换处理单元同时进行供电储能，为磁通驱动单元和磁通脱扣执行单元供电，当电网电压出现欠压或失压时，由于两路开关电源同时供电会提高第一dc储能单元的稳定性和储能效率，确保磁通驱动单元工作和磁通脱扣执行单元正常脱扣。
48.电机驱动单元由第二dc储能单元供电，由mcu主控单元进行控制，电机驱动单元驱动电机脱扣执行单元执行脱扣，电路图如图9所示；第二dc储能单元是由第二开关电源转换处理单元进行供电储能，为电机驱动单元和电机脱扣执行单元供电。
49.多功能光伏断路器失压脱扣执行方式存在两种: 磁通脱扣（响应速度快、灵敏度高）和电机动作脱扣,具有双重防护功能，在过压和欠压时电网存在电压，可以提供能量给储能单元工作，但失压时电网无电压，无法提供能量给多功能光伏断路器长时间工作，会导致在失压时储能不足或储能失效，出现不能正常脱扣；因此单独增加一路直流磁通脱扣单元，当mcu主控单元检测到失压时会先下发脱扣指令到磁通脱扣单元，让磁通脱扣单元执行脱扣动作，然后mcu主控单元再发脱扣指令到电机脱扣单元，让电机脱扣单元执行脱扣动作，两种脱扣方式储能单元均是独立，在磁通脱扣器和电机动作脱扣双重防护下，完全解决失压不能脱扣及电机位置检测失效引起的分闸脱扣不良问题，通过磁通脱扣和电机动作脱扣两种方式更好提升智能多功能光伏断路器的动作可靠性。
50.单、三相供电输入和防护以及整流单元分别为第一开关电源转换处理单元、第二开关电源转换处理单元、电网电压检测单元和单、三相电流电压采样处理单元供电。
51.实施例二本实施例公开了一种多功能光伏断路器失压分闸脱扣方法；
如图10所示，一种多功能光伏断路器失压分闸脱扣方法，包括：实时监测线路电压频率，判断线路是否出现失压故障；当线路出现失压故障时，磁通脱扣单元在限定时间s1内执行断路器脱扣动作，在限定时间s1后，所述电机脱扣单元空载归位，完成磁通脱扣分闸；对磁通脱扣分闸后的分合闸状态进行检测，未分闸状态，则电机脱扣单元在限定时间s2内执行断路器脱扣动作，已分闸状态，则驱动电机脱扣单元空载归位。
52.在本实施例中，限定时间s1设定为10ms，限定时间s2设定为500ms。
53.实时监测线路电压频率，当线路存在谐波干扰时，通过单、三相电流电压采样处理单元的高精度测量数据，精确判断线路的电压状态，提高谐波干扰环境下对线路电压状态判断的可靠性。
54.在线路失压时，通过多功能光伏断路器的电网电压检测单元，快速检测到线路失压状态，降低光伏断路器在线路失压后对储能电容的能量消耗，提高光伏断路器在线路失压状态下的分闸速度与可靠性。
55.两种检测方式相互配合提高了产品对线路电压频率异常状态检测的准确性与及时性，两种检测方式的典型特征参数如下：采样单元名称单、三相电流电压采样处理单元电网电压检测单元采样精度0.5%1%采样转换速度（ms）10020当线路存在过欠失压情况时，mcu主控单元驱动磁通脱扣单元进行分闸处理，10ms内完成分闸，快速响应，同时分合闸状态检测单元对断路器状态进行判断识别，识别完成后，mcu主控单元驱动电机脱扣单元，完成电机的分闸或归位处理，其动作实施流程如图10，两种分闸方式的典型参数如下：以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
56.上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。