一种反孤岛保护装置的制作方法

1.本发明涉及电力技术领域，尤其涉及分布式电源反孤岛领域，具体为一种反孤岛保护装置。


背景技术：

2.随着风电技术、光伏技术的发展，作为绿色能源，分布式电源越来越多。分布式电源在给电网提供绿色能源的同时，也会在电网断电时向电网返送电源，导致分布式电源系统损坏、电网上的负载设备损坏。因此防止孤岛的产生的技术成为一种非常必要的要解决的技术问题。目前，多采用采集线路的电能参数作为指标，如线路上的负载频率减低、电压压降过大等，然后根据采集的参数是否满足离网条件来适时地断开分布式电源与电网的连接。出现上述问题，主要是在出现故障后，电网异常停电，但是分布式电源依然供电，如果采用上述方案，必然是分布式电源的电源已经供给到线路负载，是由于负载过大而分布式电源供电功能较小导致的频率减低、压降增大，即已经对设备产生的损坏，为了避免这种现象的发生，设计一种可以快速分断电网与分布式电源的一种反孤岛保护装置成为一种迫切的要求。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是：提供一种可以快速分断电网与分布式电源的一种反孤岛保护装置。
4.本发明要解决的技术问题的技术方案是：一种反孤岛保护装置，作用于分布式电源与电网并网的断路器，其特征在于包括用以检测连接断路器的导线上的行波信号的行波检测模块、与行波检测模块电气连接的控制器。检测到与断路器连接的导线上产生行波信号之后，控制器给断路器下发分闸指令控制断路器分闸。
5.更好的，在检测到两次行波信号之后，控制器给断路器下发分闸指令。
6.更好的，在检测到行波信号之后，启动计时；再次检测到行波信号之后，停止计时；当两次检测到行波信号的间隔时间大于上限值时，保持断路器处于闭合的状态。
7.更好的，所述行波检测模块包括第一检测终端、第二检测终端；所述第一检测终端设置在供电线路所连接的变配电站的相应回路的出线端；所述第二检测终端设置断路器所在端；所述第一检测终端、第二检测终端分别与控制器电气连接；第一检测终端、第二检测终端其中一个检测终端检测到行波信号之后启动计时，另一个检测终端再次检测到行波信号之后停止计时，当检测到两个行波信号的时间间隔大于上限值时，保持断路器处于闭合状态；当检测到两个行波信号的时间间隔小于上限值时，控制断路器分闸。
8.更好的，所述第一检测终端、第二检测终端、控制器设置有通信模块；所述第二检
测终端、第一检测终端通过通信模块与控制器连接。
9.更好的，所述第一检测终端、第二检测终端设置有光发送模块；所述控制器设置有光接收模块，所述光发送模块与光接收模块通过光纤连接。
10.更好的，所述第一检测终端设置有离网信号输入接口；所述离网信号输入接口连接按钮开关或者供电线路继电保护装置的分闸信号输出接口；所述第一检测终端的离网信号输入接口接收到信号后，给控制器发生离网指令，之后控制器控制断路器分闸。
11.更好的，所述光发送模块包括光纤接头，设置于光纤接头内侧的密封盖，所述密封盖的内部设置有发光二极管，所述发光二极管通过三极管与电源连接，所述三极管的基极为信号控制极，当检测到行波信号时，给三极管的基极置一个高电平信号。
12.更好的，所述光接收模块包括光纤接头、设置于光纤接头内侧的密封盖，所述密封盖的内部设置有光敏二极管，所述光敏二极管正极与电源连接，负极作为信号输出端与控制器的信号输入端电气连接。
13.更好的，所述第一检测终端的离网信号输入接口接收到信号后，控制发光二极管连续发送两个光脉冲信号。
14.本发明的有益效果为：可以在线路出现故障的时候，及时检测到故障并对分布式电源进行离网操作，防止重大事故的发生。
附图说明
15.图1是本发明一种端检测功能的实施例的示意图。
16.图2是本发明一种具有两端检测功能的实施例的示意图。
17.图3是本发明一种具有两端检测功能的实施例的示意图。
18.图中：400、带电检测模块；120、第二检测终端；110、第一检测终端；300、控制器；200、分合闸控制模块；900、断路器；100、行波检测模块。
具体实施方式
19.为使本发明的技术方案和有益效果更加清楚，下面对本发明的实施方式做进一步的详细解释。
20.一种反孤岛保护装置，作用于分布式电源与电网并网的断路器900，该装置包括行波检测模块100和控制器300。
21.行波检测模块100用以检测连接断路器900的导线上的行波信号。行波检测模块100包括采集传感器、ad转换模块以及由fpga和dsp组成的数据处理模块。采集传感器可以是单独的电流互感器或者电压互感器，也可以是同时设置电压互感器和电流互感器。电压互感器或者电流互感器采集的模拟信号经过ad转换模块进行数字化处理。在由fpga和dsp组成的数据处理模块对数字信号进行处理，判定是不是行波信号。如果是行波信号则数据处理模块可以输出一个控制信号。
22.控制器300设置有输入接口和输出接口，主要用以将输入接口采集的数据进行处理，并根据处理结果在输出接口将控制信号输出到设备。控制器为带有处理器的以及相关辅助电路的控制模块，常见的有plc、单片机、嵌入式系统等等都可以作为控制器使用。为了实现对大功率模块的控制，控制器还可以设置驱动模块，本实施例中，控制器300设置有分合闸控制模块200用以实现对断路器900进行分合闸控制。分合闸控制模块200包括驱动继电器。驱动继电器的线圈绕组通过功率元件与控制器的输出接口连接，如通过三极管、开关管等与驱动继电器的线圈绕组连接，同时三极管、开关管等的控制极与控制器300的输出接口连接。驱动继电器的常开触点可以作为控制开关控制断路器的分合闸控制回路，进而实现断路器的分合闸控制。
23.其中，在检测到与断路器900连接的导线上产生行波信号之后，控制器300给断路器900下发分闸指令控制断路器900分闸。
24.如图1所示，是一种分布式电源并网的示意图，其中分布式电源g可以是光伏发电系统，也可以是风电系统或者上储电系统，其直流电能经过逆变装置转换为交流电并在满足条件的情况下实现并网，向电网输出电能。其中，行波检测模块100设置在断路器900连接的导线上。即行波检测模块100的电流互感器套设在断路器连接的导线上。
25.如果是计划停电，则往往会通知到相应的分布式电源的管理人员，对分布式电源进行提前离网控制。分布式电源的管理者在接收到通知并完成离网之后，会进行挂牌操作，直到计划停电结束之后才可以进行并网操作。发生分布式电源给停电线路供电的事故主要是异常停电导致的。异常停电主要是短路故障、接地故障等造成的意外断电。而在短路故障、接地故障产生的时候，会同时产生一个电缆上行进的行波信号。因此，可以通过检测行波信号确定供电线路是否有出现停电的可能，如果检测到就可以进行停电处理，以防止意外的事故发生。
26.更好的，为了保证设备的安全，在检测行波信号之后，分断断路器900，同时给分布式电源的管理人员发送报警信息，提示管理人员分布式电源已经离网，以便管理人员对分布式电源做出合理的处置。
27.进一步的，为了保证分布式电源所有者的利益，在将断路器900分闸之后，对供电线路进行检测，即还设置带电检测模块400。带电检测模块400包括电压互感器。控制器300通过带电检测模块400在断路器900分闸之后检测断路器900靠近电网端一侧的导线是否带电，如果带电说明检测到的行波信号是异常信号，可以进行再次并网操作，并将可进行并网操作的指令发送到相应的管理人员和控制模块。
28.更好的，为了保证离网操作的准确性，在检测到两次行波信号之后，控制器300给断路器900下发分闸指令。由于行波在发生故障产生的时候向两端传播，即向供电线路的电源端传播也向分布式电源侧传播，在向供电线路的电源端传播的时候，在遇到电源端的开关之后发生发生，并且反射的行波会在此传播的分布式电源端的行波检测模块100上，行波检测模块100就会再次检测到行波信号。因此，此时可以更为准确的确定是线路发生了故障具备实现离网的条件，可以控制断路器分闸。
29.进一步地，在行波检测模块100检测到行波信号之后，启动计时，此时将当前的时间t1存入起始时间寄存器的内部。当再次检测到行波信号之后，停止计时，此时将当前的时间t2存入结束时间寄存器的内部。然后读取两个时间寄存器内部的时间数据，并用结束时
间寄存器内部的时间减去启示时间寄存器内部的时间得到两个行波之间的时间的差值，即行波间隔时间tc=t2-t1。最后，用该行波间隔时间tc与时间上限值ts进行比较，如果tc≤ts则，控制断路器900分闸；如果tc＞ts，则保持断路器900处于合闸的状态。
30.由于故障多发生在线路上，即断路器900与线路电源端的开关之间，即图1中，开关q4与断路器900之间的供电线路上。因此，在发生短路故障产生行波向两端传播，假设断路器900与线路电源端的开关q4之间的供电线路长度为l，故障点距离断路器的距离为lg，距离线路电源端的开关的长度为lk，lg+lk=l。故障发生后，到达断路器900的时间为，tg=lg/v；其中v为行波的传播速度。经线路电源端的开关的反射在此到达断路器的时间tk=l/v+lk/v。两个的时间差为tm=tk-tg=(l+lk-lg)/v，其中lg=l-lk，带入上述公式可得tm=(l+lk-(l-lk))/v=2lk/v。
31.其中lk的取值范围为0≤lk≤l，取其最大值可得tm=2l/v。其中行波的速度可以根据导线可以确定。为了确保稳定性，0.6tm≤ts≤0.9tm。
32.本发明还公开了一种具有两个检测终端的技术方案，即包含一个主机和一个从机。本方案中行波检测模块100包括第一检测终端110和第二检测终端120。如图1所示，变配电中的母线上的开关q4给供电线路提供电源，该供电线路给该线路连接的负载提供电源，并且接收分布式电源输出的电能。在本方案中，如图2所示，第一检测终端110设置在靠近开关q4的一端。第二检测终端120设置的供电线路的靠近断路器900的一端。第一检测终端110和第二检测终端120通过通信的方式与控制器300电气连接，或者通过光纤与控制器300电气连接，用以将检测到行波信号发送到控制器300以便控制器进行数据处理。
33.此时，在第一检测终端110、第二检测终端120其中一个检测终端检测到行波信号之后启动计时。由于故障点可能在靠近开关q4的一半供电线路上，也可能在靠近断路器900的一半供电线路上，因此第一检测终端110、第二检测终端120都有可能先检测到行波信号。而另一个检测终端会在头一个检测终端检测到行波信号之后检测到行波信号。并且，另一个检测终端再次检测到行波信号之后停止计时。
34.启动计时的时候将当时的时间存入到起始时间寄存器的内部，停止计时的时候将当时的时间存入到结束时间寄存器的内部。在获取两个时间之后对两个时间做差值处理，计算出第一检测终端110、第二检测终端120检测到行波信号的时间差值tc，并且将该时间差值与时间上限值ts比较，如果tc大于ts则保持断路器900处于闭合的状态，如果tc小于ts则控制断路器900分闸。
35.第一检测终端110和第二检测终端120可以通过通信网络实现数据的交换。即第一检测终端110、第二检测终端120设置有通信模块，其中通信模块可以是光通信模块、无线通信模块、载波通信模块等。相应的，控制器300设置有与第一检测终端110、第二检测终端120匹配的通信模块。在第一检测终端110或者第二检测终端120检测到行波信号的时候，通过通信的方式，将数据发送到控制器300。控制器在接收到信号之后在对数据进行处理。
36.或者，第一检测终端110和第二检测终端120也可以通过光纤传递信号。即第一检
测终端110、第二检测终端120设置有光发送模块；控制器300设置有光接收模块，光发送模块与光接收模块通过光纤连接。
37.具体的，采用光纤作为光传播的介质。光发送模块包括光纤接头。光纤接头包括公头和母头，公头连接光纤，母头连接第一检测终端110。其中母头可以应用sc-sc连接器，sc-sc连接器一端插接光纤公头，即与sc-sc连接器匹配的sc光纤接头。sc-sc连接器的另一端设置一个密封盖，可以是密封盖套设sc-sc连接器，也可将密封盖插接设置于光纤接头内侧。密封盖的内部设置有发光二极管。发光二极管通过三极管与电源连接。三极管的基极为信号控制极，当检测到行波信号时，第一检测终端110或者第二检测终端120给三极管的基极置一个高电平信号。此时发光二极管发出的光线通过光纤传输的光接收模块。
38.所述光接收模块也包括光纤接头、设置于光纤接头内侧的密封盖，所述密封盖的内部设置有光敏二极管，所述光敏二极管正极与电源连接，负极作为信号输出端与控制器300的信号输入端电气连接。此时通过光信号的传输，可以提高传输效率，减少数据转换需要消耗的时间。
39.为了便于主动离网，第一检测终端110设置有离网信号输入接口；所述离网信号输入接口连接按钮开关或者供电线路继电保护装置的分闸信号输出接口；所述第一检测终端110的离网信号输入接口接收到信号后，给控制器300发生离网指令，之后控制器300控制断路器900分闸。
40.第一检测终端110与行波检测模块100的内部结构相同，具有进行数据处理以及输入输出接口处理的dsp和fpga组成的控制系统。按钮开关通过第一检测终端110的输入接口连接，当需要主动离网时，操作按钮开关，第一检测终端110在接收到按钮开关的信号之后，向控制器发送一个控制断路器900分闸的指令。控制器在接收到指令后控制断路器分闸。
41.同样可以应用上述光发送模块和光接收模块实现主动离网信号的发送。所述第一检测终端110的离网信号输入接口接收到信号后，控制发光二极管连续发送两个光脉冲信号。或者连续发送三个光脉冲信号。
42.本发明还公开了一种防止分布式电源孤岛运行的方法，包括以下步骤：步骤1、检测与电网连接的导线上是否产生行波信号：如果产生行波信号则执行步骤2；如果没有产生则重复执行步骤1；步骤2、检测此刻之前ts时间段内是否接收到行波信号：如果接收到行波信号，则控制分布式电源离网；如果没有接收到行波信号，则保持分布式电源并网，并保存接收到行波信号的信息，之后执行步骤1。
43.综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的范围，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，凡依本发明的要求范围所述的形状、构造、特征及精神所谓的均等变化与修饰，均应包括与本发明的权利要求范围内。