配网消弧不间断电源电路及消弧系统的制作方法

1.本实用新型涉及电源技术领域，尤其是涉及一种配网消弧不间断电源电路及消弧系统。


背景技术：

2.供电系统对地有电容存在，在接地故障时会产生电容电流，且电容电流存在对系统影响很大，因此在发生接地故障时，此设备接入配网后会形成一个与接地电容电流方向相反的电感电流，电感电流对接地的电容电流起补偿作用。使其减小或接近余零，从而消除接地点的电弧，避免危险。
3.在目前的配电系统中，一般在电网中性点设消弧线圈，通过它能有效地减小接地电流、减缓故障相恢复电压的上升速度和抑制弧光接地电压。为了最大限度减小接地电流，发生接地故障时，应调节消弧线圈运行在谐振点，短路时对地电容电流的影响因素很多，消弧线圈需要调节灵活。但一般消弧线圈是固定设计的或者是绕组可调式，需要配合限压电阻或者线圈抽头来改变消弧线圈特性，实际操作不便，响应也慢。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种配网消弧不间断电源和配网消弧系统，能够及时响应配网消弧监测系统指令，迅速提供补偿电压进行灭弧。
5.第一方面，本实用新型的一个实施例提供了配网消弧不间断电源，包括检测单元、整流单元、逆变单元、电池单元和消弧控制单元，所述整流单元的输出端经由直流母线与所述逆变单元的输入端连接，且所述电池单元与所述直流母线连接；
6.所述检测单元连接同步跟踪源，并实时检测和输出所述同步跟踪源的电压参数；所述消弧控制单元与所述检测单元的输出端连接，与配网消弧监测系统实时通讯，并在为负载供电的交流电源出现单相接地故障时，控制所述逆变单元向所述负载的供电端输出与所述消弧控制单元获取的消弧指令相适配的补偿电压。
7.本实用新型实施例的配网消弧不间断电源应用在中性点不直接接地的电力系统中，接入配网后形成一个与接地电容电流方向相反的电感电流，电感电流对接地的电容电流起到补偿作用，使电容电流减小或接近为零，从而消除接地点的电弧对系统的影响。
8.进一步，所述检测单元经由选通开关与所述同步跟踪源连接，且所述选通开关在所述消弧控制单元获取的消弧指令控制，与所述同步跟踪源的任意一相连接。
9.进一步，所述控制单元与消弧监测系统实时通讯，向消弧监测系统反馈不间断电源的状态信息并获取消弧指令，所述消弧指令包括：电压幅值补偿指令、电压相位补偿指令和电压投切指令。
10.进一步，所述配网消弧不间断电源包括滤波器，所述逆变单元的输出端经由所述滤波器连接负载，并通过所述滤波器向负载输出纯净的正弦波；所述配网消弧不间断电源
还包括第一保险丝，所述第一保险丝连接在所述滤波器的后级。
11.根据本实用新型的另一些实施例的配网消弧不间断电源，所述配网消弧不间断电源还包括第一电抗器，所述整流单元的输入端经由所述第一电抗器连接市电，并通过所述第一电抗器限制在整流单元工作过程中出现的冲击电流。
12.根据本实用新型的另一些实施例的配网消弧不间断电源，所述配网消弧不间断电源还包括输出变压器，所述输出变压器的输入端连接所述逆变单元的输出端，所述输出变压器的输出端连接所述滤波器。
13.进一步，所述滤波器和负载之间还包括晶闸管，所述消弧控制单元通过控制所述晶闸管的通断控制所述逆变单元与负载的通断。
14.根据本实用新型的另一些实施例的配网消弧不间断电源，所述配网消弧不间断电源还包括电池保护单元和电池检测单元，所述电池单元经由所述电池保护单元连接所述直流母线，所述电池检测单元用于检测电池的输入电流，并将检测结果发送给消弧控制单元。
15.进一步，所述电池保护单元包括第二电抗器和第二保险丝，所述第二电抗器连接在所述电池和直流母线之间；所述第二保险丝的一端连接电池的负输出端，另一端连接第二电抗器。
16.第二方面，本实用新型的一个实施例提供了配网消弧系统，包括如上所述的配网消弧不间断电源。
附图说明
17.图1是本实用新型实施例中配网消弧不间断电源的一具体实施例模块框图；
18.图2是本实用新型实施例中配网消弧不间断电源的另一具体实施例模块框图；
19.图3是本实用新型实施例中配网消弧不间断电源的一具体实施例的电路示意图。
具体实施方式
20.以下将结合实施例对本实用新型的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本实用新型的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。
21.参考图1，本实用新型实施例提供了配网消弧不间断电源,包括检测单元2、整流单元3、逆变单元4、电池单元5和消弧控制单元1，整流单元3的输出端经由直流母线与逆变单元4的输入端连接，且电池单元5与直流母线连接。其中，检测单元2连接同步跟踪源，并实时检测和输出同步跟踪源的电压参数；消弧控制单元1与检测单元2的输出端连接，并在为负载供电的交流电源输出现单相接地故障时，控制逆变单元4向负载的供电端输出与消弧控制单元1获取的消弧指令相适配的补偿电压。
22.其中，检测单元2与同步跟踪源之间还设置一选通开关s1，检测单元2经由选通开关s1与同步跟踪源连接，且选通开关s1受消弧控制单元1获取的消弧指令控制，与同步跟踪源中的任意一相连接。并且控制单元与消弧监测系统实时通讯，向消弧监测系统反馈不间断电源的状态信息并获取消弧指令，本实施例的消弧指令包括：电压幅值补偿指令、电压相位补偿指令和电压投切指令。
23.具体地，系统正常工作时，不间断电源中的整流单元3和逆变单元4对输入的交流电源进行整流和逆变处理，提供一个稳定的交流电压，但不向负载供电。交流电源的输入端和整流单元3之间还包括电流互感器ct1，用于检测交流电源的输入电流，根据输入电流的变化判断交流电源是否出现异常。当远端电网电压出现单相接地故障时，配网消弧监测系统会迅速计算出需要提供的补偿电压幅值和相位，并将与补偿电压幅值和相位相应的消弧指令发送给配网消弧不间断电源的消弧控制单元1，配网消弧不间断电源通过消弧控制单元1根据消弧指令选择同步跟踪源中a、b、c三相的任意一相作为跟踪目标，例如本实用新型实施例选择a相，消弧控制单元1就将a相电压的频率和相位作为补偿电压的锁相目标，结合消弧指令中的电压幅值补偿指令、电压相位补偿指令，通过软件调节并控制逆变单元4向负载输出与消弧指令相适配的补偿电压，从而达到消除接地点电弧的目的，保证电路供电的安全性。
24.本实用新型提供的配网消弧不间断电源，其不间断电源应用在中性点不直接接地的电力系统中，消弧监测系统实时监测交流电压的运行情况，当交流电压出现单相接地的状况时，计算出需要提供的补偿电压幅值和相位，并将命令发送给配网消弧不间断电源，消弧控制单元1通过实时通讯接收消弧指令，并将输出补偿电压的命令发送给逆变单元4，逆变单元4根据相应的指令在很短时间内输出补偿电压。具体地，配网消弧不间断电源根据输出的补偿电压，产生一个与接地电容电流方向相反的电感电流，电感电流对接地的电容电流起到补偿作用，使电容电流减小或接近为零，从而减小或消除电弧的影响。当在远端电网恢复正常工作，配网消弧不间断电源工作一直处于待机状态，以便能及时响应消弧指令提供补偿电压。
25.本实用新型另一个实施例的配网消弧不间断电源，具体参考图2。还包括滤波器c2，逆变单元4的输出端经由滤波器c2连接负载，并通过滤波器c2向负载输出纯净的正弦波。本实用新型实施例的配网消弧不间断电源可以通过滤波器c2，有效地过滤掉与同步跟踪源的电压频率不适配的信号，确保逆变器41向输出与消弧指令相对应的补偿电压。滤波器c2和负载之间还包括晶闸管q1，消弧控制单元1通过控制晶闸管q1的通断控制逆变单元4与负载的通断。
26.参考图2，本实用新型另一个实施例提供的的配网消弧不间断电源，还包括输出变压器6，输出变压器6的输入端连接逆变单元4的输出端，输出变压器6的输出端连接滤波器c2，配网消弧不间断电源通过输出变压器6并根据消弧指令调节输出电压的大小。
27.本实用新型另一个实施例提供的的配网消弧不间断电源，还包括第一电抗器l1，第一电抗器l1的输入端连接市电，整流单元3的输入端经由第一电抗器l1连接市电，并通过第一电抗器l1限制在整流单元3工作过程中出现的冲击电流。为了防止冲击电流的影响，配网消弧不间断电源还设置了第一保险丝f1，第一保险丝f1连接在滤波器的后级。第一保险丝f1用于防止电流输出异常时断开不间断电源与负载的连接，避免损坏配网消弧不间断电源的其他电子源元器件。
28.参考图2，本实用新型另一个实施例提供的配网消弧不间断电源，配网消弧不间断电源还包括电池保护单元8和电池检测单元，并且电池单元5包括电池。电池单元5经由电池保护单元8连接直流母线，电池检测单元用于检测电池的输入电流，并将检测结果发送给消弧控制单元1。本实用新型实施例的配网消弧不间断电源可将电池单元5作为备选输入源以
满足不同的需求，在直流母线上接入电池是为了确保市电掉电时，能够不间断的经过电池单元5直接给直流母线提供能量，从而持续向负载供电，保证任何时刻都可以响应消弧指令。其中，电池保护单元8包括第二电抗器l2和第二保险丝f2，第二电抗器l2连接在电池和直流母线之间，用于防止电池向负载供电时出现的冲击电流；第二保险丝f2的一端连接电池的负输出端，另一端连接第二电抗器l2，用于保护电池，当配网消弧不间断电源的电流过大时，可以切断电池与直流母线的连接。
29.参考图3，本实用新型一个实施例的配网消弧不间断电源部分电路的具体实现如图3所示。其中，三相交流输入首先接入断路器k1输入极，后极与三相输入电抗器相连。三相输入电抗器为第一电抗器l1，第一电抗器l1主要是防止在整流器31工作过程中出现的冲击电流。第一电抗器l1与整流器31之间接有电流互感器ct1，电流互感器ct1用于检测三相交流输入电流，最终用于控制三相交流输入的功率，实现输入功率可控。第一电抗器l1后极接入整流器31。整流21既可以采用不控整流，也可以采用全控整流电路，用于不同等级直流母线电压的配套选择，扩大三相交流电源输入的电压范围，使其应用领域更广。
30.直流母线的第一电阻r1和第一电容正c1负极与逆变器41的正负极直接相连。逆变器41采用单相全桥逆变电路，逆变器41后级接有滤波器7，滤波器7包括的滤波电容c2与逆变器41配合，使逆变器41输出纯净的正弦波。滤波电容c2后级接有第一保险f1，主要是防止输出异常时损坏逆变侧器件，在保险后级接有晶闸管q1，消弧控制单元1通过所述晶闸管q1控制所述逆变器41与输出负载的连通。在晶闸管q1后极接有第三电流互感器ct3，第三电流互感器ct3用于采样输出电流并将输出电流反馈给消弧控制单元1，从而控制输出功率，逆变器41输出接断路器k2输入极，后极接负载。本实用新型的配网消弧不间断电源通过软件控制，可以实现输出电压50
‑
345v可调。
31.选通开关s1对同步跟踪源的选择是通过软件实现的，受消弧控制单元1获取的消弧指令控制，可选择a、b、c三相同步跟踪源中任意一相作为逆变器41跟踪目标，再经过控制软件调节输入逆变器41的pwm信号，最终实现输出符合消弧相位和幅值要求的补偿电压。
32.参考图3，配网消弧不间断电源电路可将电池作为备选供电单元以满足不同需求，首先接入接触器k2前极，后极接第二电抗器l2。直流母线上接电池主要是在交流电源输入掉电时，能切换电池直接给直流母线供电，从而使不间断电源输出不掉电。电池检测单元包括第二电流互感器ct2，第二电流互感器ct2用于检测电池的输入电流并将检测结果发送到消弧控制单元1。电池的输出端还设置了一电池保护单元8，电池保护单元8包括第二电抗器l2和第二保险丝f2，第二电抗器l2用于防止直流母线上的纹波接入电池，提高电池单元5中电池的寿命；第二保险丝f2的一端连接电池的负输出端，另一端连接第二电抗器l2，用于切断电池与直流母线的连接，防止电流异常(如电流过大)时损坏电池。
33.本实用新型的配网消弧不间断电源具有以下功能：
34.其一，保护功能。其输出为有源负载，装置需要自我保护，在输出侧发生短时间(20ms)过压时，通过输出端口的第一保险丝f1，能够及时从电网脱扣，保证装置本身不被损坏。并且为了防止电池侧接入的电感温度过高影响电池，加入了电池电感温度检测功能，在电感温度高于保护值时，消弧控制单元1会产生过温告警且有保护动作，逆变器41、整流器31关闭。
35.其二，输出跟踪及补偿功能。决定消弧效果的两个重要因素是补偿电压的及时性
和正确性，正确性包括电压幅值和相位。检测单元2的跟踪功能及逆变单元4的补偿功能正是为了配合配网消弧不间断电源及时响应，迅速提供补偿电压。
36.同步跟踪：设置检测单元2的跟踪目标(同步跟踪源的a/b/c三相通过选通开关s1可选)，根据消弧控制单元1获取消弧指令控制，确认后选择同步源，否则逆变器41保持之前的补偿电压参数，同步跟踪源选定后在规定时间内跟踪到稳态。
37.同步补偿：消弧控制单元1根据检测单元2检测到的同步跟踪源的电压参数以及消弧指令中的幅值和相位补偿等命令设置逆变器41同步补偿电压角度大小和方向，最大补偿角度为60度。配网消弧不间断电源在收到补偿相角后，逆变器41迅速调整电压发波角，再经过控制软件调节最终实现输出符合消弧相位和幅值要求的电压。
38.本实用新型的配网消弧不间断电源有以下两种运行模块：第一，后备式运行模式，无指令时逆变待机，接受控制指令后切入运行。此时配网消弧不间断电源不输出时对电池进行充电，配网消弧不间断电源输出时自动转电池供电。第二，在线式运行模式，无指令时逆变待机，接受控制指令后切入运行。此时配网消弧不间断电源不输出时对电池进行充电，配网消弧不间断电源输出时根据整流器31运行情况决定由交流电源供电、电池供电还是联合供电。
39.本实用新型另一实施例提供的一种配网消弧系统，包括了以上所述的配网消弧不间断电源。本实施例中的配网消弧系统与上述图1
‑
3对应实施例中的配网消弧不间断电源属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的实施例，且实施例中的技术特征在本系统实施例中均对应适用，这里不再赘述。
40.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理器中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
41.上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。