分布式光伏智能并网箱的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种分布式光伏智能并网箱，其箱体内安装有断路器、所述断路器的操动机构以及用于控制其动作的中央处理单元，所述操动机构为快速永磁操动机构，所述快速永磁操动机构包括输出轴，所述输出轴的上端连接斥力机构的金属斥力板，所述斥力机构的斥力线圈下方分别设有分闸位置挡板和合闸位置挡板，所述动铁心位于所述分闸位置挡板和合闸位置挡板之间，所述动铁心的外侧分别设有与所述动铁心配套的消磁线圈、永久磁铁和合闸线圈，所述输出轴的上部还设有分闸弹簧。本实用新型分闸动作快，时间短，同时还具有成本低，体积小，能耗少，控制容量大，可靠性高，适合频繁操作等优点，可用于光伏电源或各种微电网的并网。
【专利说明】分布式光伏智能并网箱
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种分布式光伏智能并网箱，主要用于将光伏电源接入大电网，并实现并离网的智能化，也可用于微电网或其他类似系统同大电网之间的连接。
【背景技术】
[0002]随着国民经济的发展，电力需求迅速增长，电网规模不断扩大，但超大规模电力系统的弊端也日益凸显，成本高、运行难度大，难以适应用户越来越高的安全和可靠性要求以及多样化的供电需求。光伏分布式发电倡导就近发电，就近并网，就近转换，就近使用的原贝U，具有污染少、可靠性高、能源利用效率高、安装地点灵活等优点，是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式，获得了快速发展。在中国，分布式光伏获得了国家能源局、国网政策的扶持和支持，被定义为需要“大力发展”的产业。
[0003]分布式光伏并网是光伏发电的主流发展模式，但同时，分布式光伏并网也会给公共大电网带来严重影响:
[0004](I)改变了公共大电网故障特征，影响大电网继电保护:当大电网接有分布式光伏电源时，会改变大电网原有的潮流方向，改变大电网原有的故障特征，这样会引起大电网继电保护的误动或失效，如果不能消除这种影响，就需要投入大量资金更换现有大电网继电保护装置，增加了并网难度和改造成本。
[0005](2)产生非预期的孤岛效应，当大电网因故障或检修停电时，分布式光伏仍然给停电线路上的负荷供电，危害人身、设备安全，影响配电网的运维安全。
[0006]以上问题导致分布式光伏发电并网的发展障碍，影响分布式光伏发电并网的发展前景。
实用新型内容
[0007]为解决上述问题，本实用新型提供了一种分布式光伏智能并网箱，这种并网箱在大电网出现故障时能够快速离网，消除分布式光伏系统接入对公共大电网的影响，提高并离网的安全性和可靠性。
[0008]本实用新型所采用的技术方案是:
[0009]一种分布式光伏智能并网箱，包括箱体断路器，所述断路器设有操动机构，所述操动机构设有用于控制其动作的中央控制单元，所述断路器、操动机构和中央控制单元安装在一个箱体内，所述操动机构为快速永磁操动机构，所述快速永磁操动机构包括输出轴，所述输出轴的上端连接所述金属斥力板，所述输出轴中部固定连接有动铁心，所述金属斥力板的下面设有与其配套的斥力线圈，所述斥力线圈的下方分别设有分闸位置挡板和合闸位置挡板，所述动铁心位于所述分闸位置挡板和合闸位置挡板之间，所述动铁心的外侧分别设有与其配套的消磁线圈、永久磁铁和合闸线圈，所述输出轴的上部还设有分闸弹簧，所述分闸弹簧上端与所述金属斥力板压力接触，下端与所述分闸位置挡板压力接触。
[0010]优选地，所述动铁心外形可以呈圆柱形，套接在所述输出轴上，所述消磁线圈、永久磁铁和合闸线圈可以呈圆筒形，围在所述输出轴外侧，并与所述动铁心之间留有间隙。
[0011]所述金属斥力板通常可以呈圆盘状，相应地所述斥力线圈呈圆环状。
[0012]优选地，所述斥力机构线圈的回路上可以设有电容及回路开关。
[0013]优选地，所述中央控制单元连接可以有用于检测线路电流的电流检测装置，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。
[0014]优选地，所述检测信号输入接口电路可以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。
[0015]所述电流检测装置可以包括A、B、C三相电流互感器，也可以包括A、B、C三相电流互感器和零序电流互感器。
[0016]所述中央控制单元还可以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，所述数字通信电路用于上传所述快速开关的各种状态信息和接收来自所述主机的各种调度指令。
[0017]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。
[0018]这种并网箱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用电的电压或电流变换单元，例如电流互感器。
[0019]本实用新型的有益效果是:
[0020]由于设置了与动铁心配套的消磁线圈、永久磁铁和合闸线圈，通过永久磁铁与动铁心的相互作用，可以将动铁心保持在分闸或合闸位置上，通过消磁线圈可以在分闸或合闸动作使抵消永久磁铁对动铁心的固定作用，通过分闸弹簧进一步增强了分闸时的驱动力，由此提高了所述驱动机构的可靠性，提高了分闸动作的速度。
[0021]由于采用了斥力线圈和金属斥力板组成的斥力机构，并可以通过预充电电容放电的方式为斥力线圈提供大电流，由此提高了分闸动作的快速性；
[0022]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，可实现所述分布式光伏智能并网箱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。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本实用新型的电气原理框图；
[0024]图2为本实用新型的斥力机构的原理图；
[0025]图3为本实用新型的工作过程示意图；
[0026]图4为本实用新型涉及的操动机构的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]参见图1-4，本实用新型提供了一种分布式光伏智能并网箱，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，能在故障后快速切除故障，切换至孤网运行状态，其箱体内安装有断路器、所述断路器的操动机构以及用于控制其动作的中央控制单元。
[0028]所述快速永磁操动机构用于驱动断路器的合分闸动作，所述中央控制单元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操动机构分合闸动作，所述断路器设有大电网接线端子和光伏/微电网接线端子。
[0029]参见图2,所述快速永磁操动机构可以包括固定的斥力线圈I和受所述斥力线圈磁场作用的金属斥力板2，所述金属斥力板可以采用斥力铜盘，所述金属斥力板固定连接至用于驱动灭弧装置动作的操动机构输出轴。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C 4以及控制该回路电流通、断的开关控制器K 3。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I放电，并产生较大的脉冲电流，此时斥力铜盘2因感应涡流而受到电磁推力F的作用向上运动，从而推动所述操动机构的操动机构输出轴向上运动。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。
[0030]所述斥力线圈和金属斥力板组成斥力机构，所述斥力机构是利用涡流斥力原理制作的开关操动机构，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，反应时间在l-3ms左右，远低于同类功能的永磁操动机构。
[0031]所述斥力机构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。
[0032]所述快速永磁操动机构采用永磁机构实现驱动合闸以及分、合闸保持，在快速分闸的同时减小过冲和反弹，从而保证快速开关的可靠合闸。通常情况下，合闸状态为所述分布式光伏智能并网箱的常态。
[0033]如图4所示，所述快速永磁操动机构的输出轴6的上端连接所述金属斥力板2，下端用于连接/驱动开关或灭弧装置，所述输出轴中部固定连接有动铁心，所述金属斥力板的下面设有与其配套的斥力线圈1，所述斥力线圈的下方分别设有分闸位置挡板11和合闸位置挡板7，所述动铁心位于所述分闸位置挡板和合闸位置挡板之间，所述动铁心的外侧分别设有与所述动铁心配套的消磁线圈10、永久磁铁9和合闸线圈8，所述输出轴的上部还设有分闸弹簧5，所述分闸弹簧上端与所述金属斥力板压力接触，下端与所述分闸位置挡板压力接触，所述动铁心以及消磁线圈、永久磁铁和合闸线圈外可以设置有同时其磁轭作用的框架或壳体，以便形成完整的磁路并起到遮蔽和保护作用。
[0034]如图1、3所示，所述分布式光伏智能并网箱还可以包括用于检测线路电流的电流检测装置，如电流传感器、电流互感器等，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应设置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。
[0035]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的线路上的电流，对于本实用新型的分布式光伏智能并网箱，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，当判断所述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，从而控制所述斥力机构动作分闸。
[0036]所述中央控制单元还优选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，相应地，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分布式光伏智能并网箱的各种状态信息和接收来自所述主机的各种调度指令，从而实现整个系统的能量优化管理，特别符合智能电网的核心设计理念，对新能源推广、节能降耗、降低碳排放量具有重要意义。
[0037]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，以此实现对本地分布式光伏智能并网箱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。
[0038]所述分布式光伏智能并网箱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，解决了所述分布式光伏智能并网箱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。
[0039]可以通过适宜的软件改进以提高运算速度，减少故障判断时间。
[0040]本实用新型分闸动作快，时间短，同时还具有成本低，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】
1.一种分布式光伏智能并网箱，包括断路器，所述断路器设有操动机构，所述操动机构设有用于控制其动作的中央控制单元，所述断路器、操动机构和中央控制单元安装在一个箱体内，其特征在于所述操动机构为快速永磁操动机构，所述快速永磁操动机构包括输出轴，所述输出轴的上端连接所述金属斥力板，所述输出轴中部固定连接有动铁心，所述金属斥力板的下面设有与其配套的斥力线圈，所述斥力线圈的下方分别设有分闸位置挡板和合闸位置挡板，所述动铁心位于所述分闸位置挡板和合闸位置挡板之间，所述动铁心的外侧分别设有与所述动铁心配套的消磁线圈、永久磁铁和合闸线圈，所述输出轴的上部还设有分闸弹簧，所述分闸弹簧上端与所述金属斥力板压力接触，下端与所述分闸位置挡板压力接触。
2.如权利要求1所述的分布式光伏智能并网箱，其特征在于所述动铁心外形呈圆柱形，套接在所述输出轴上，所述消磁线圈、永久磁铁和合闸线圈呈圆筒形，围在所述输出轴外侧，并与所述动铁心之间留有间隙。
3.如权利要求2所述的分布式光伏智能并网箱，其特征在于所述金属斥力板呈圆盘状，所述斥力线圈呈圆环状。
4.如权利要求3所述的分布式光伏智能并网箱，其特征在于所述斥力机构线圈的回路上设有电容及回路开关。
5.如权利要求4所述的分布式光伏智能并网箱，其特征在于所述中央控制单元连接有用于检测线路电流的电流检测装置，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。
6.如权利要求5所述的分布式光伏智能并网箱，其特征在于所述检测信号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。
7.如权利要求6所述的分布式光伏智能并网箱，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。
8.如权利要求7所述的分布式光伏智能并网箱，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。
9.如权利要求8所述的分布式光伏智能并网箱，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J Li ο
【文档编号】H02J3/38GK203660549SQ201320575538
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年9月17日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】袁增贵, 张云珠, 安林杰, 孔启翔 申请人:北京北变微电网技术有限公司