一种直流电网馈入保护装置及其控制系统的制作方法

1.本发明属于保护装置技术领域，具体涉及一种直流电网馈入保护装置及其控制系统。


背景技术：

2.直流电网，多采用带有机械触点的保护装置，在发生短路时，电压将跌落至不足10％，时间长达2ms以上。对于很多敏感的微电网设备，2ms的超低电压过程可能造成故障停机和生产损失。对于离网型微电网，2ms的超低电压过程可能导致电网崩溃。因此为了保证电网设备和微电网的可靠运行，需要在直流电网的馈入侧设置短路保护装置，在电源设备或发电机组发生短路故障时，进行及时的保护动作。
3.现有技术存在的问题：
4.现有技术中往往采用直流断路器对电源设备或发电机组进行短路保护，直流断路器的造价昂贵，导致保护装置的硬件成本大，并且直流断路器的维修困难，维修成本高，容易彻底损坏，进一步增加了硬件成本投入，最后直流断路器的保护和控制方式较为简单，无法根据直流断路器的状态判断当前直流电网的运行状态，实用性低。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术存在的硬件成本投入大、维修困难、控制方式简单以及实用性低的问题，本发明目的在于提供一种直流电网馈入保护装置及其控制系统。
6.本发明所采用的技术方案为：
7.一种直流电网馈入保护装置，包括正极直流单向阀组和负极直流单向阀组，正极直流单向阀组的输入端连接有外部的电源设备的正极，且正极直流单向阀组的输出端接入直流电网的直流正极线，负极直流单向阀组的输出端连接有外部的电源设备的负极，且负极直流单向阀组的输入端接入直流电网的直流负极线。
8.进一步地，正极直流单向阀组包括若干串联设置的正极二极管，位于首端的正极二极管的输入端连接有外部的电源设备的正极，位于末端的正极二极管的输出端接入直流电网的直流正极线；
9.负极直流单向阀组包括若干串联设置的负极二极管，位于首端的负极二极管的输入端接入直流电网的直流负极线，位于末端的负极二极管的输出端连接有外部的电源设备的负极。
10.进一步地，每个正/负极二极管的两端均并联设置有静态均压电路和过压抑制电路。
11.进一步地，过压抑制电路包括串联设置的过压抑制电阻和过压抑制电容，过压抑制电阻远离过压抑制电容的该端与正/负极二极管的输入端连接，过压抑制电容远离过压抑制电阻的该端与对应的正/负极二极管的输出端连接；
12.静态均压电路包括串联设置的至少一个的均压电阻。
13.进一步地，还包括双刀单掷结构的主接触器，主接触器的第一刀的第一端与正极直流单向阀组的输出端连接，主接触器的第一刀的第二端接入直流电网的直流正极线，主接触器的第二刀的第一端与负极直流单向阀组的输入端连接，且主接触器的第二刀的第二端接入直流电网的直流负极线。
14.进一步地，还包括均为双刀单掷结构的线路侧隔离开关和母线侧隔离开关，线路侧隔离开关的第一刀的第一端连接有外部的电源设备的正极，线路侧隔离开关的第一刀的第二端与正极直流单向阀组的输入端连接，线路侧隔离开关的第二刀的第一端连接有外部的电源设备的负极，且线路侧隔离开关的第二刀的第二端与负极直流单向阀组的输出端连接；
15.母线侧隔离开关的第一刀的第一端与主接触器的第一刀的第二端连接，母线侧隔离开关的第一刀的第二端接入直流电网的直流正极线，母线侧隔离开关的第二刀的第一端与主接触器的第二刀的第二端连接，且母线侧隔离开关的第二刀的第二端接入直流电网的直流负极线。
16.一种直流电网馈入保护装置的控制系统，基于直流电网馈入保护装置，包括电压检测装置、电流检测装置、控制装置以及远程通讯装置，控制装置分别与直流电网馈入保护装置的主接触器、电压检测装置、电流检测装置以及远程通讯装置连接，该支路的直流电网馈入保护装置的两端与地之间均并联有电压检测装置，电流检测装置的检测端接入该支路的直流电网馈入保护装置与直流母线连接的该端，远程通讯装置连接有该支路的所有电网设备，且远程通讯装置连接有外部的综合保护系统。
17.进一步地，还包括散热风机，散热风机设置于该支路的直流电网馈入保护装置处，且散热风机的控制端与控制装置连接。
18.进一步地，电流检测装置包括正极直流电流传感器和负极直流电流传感器，正极直流电流传感器的信号输出端与控制装置连接，且正极直流电流传感器的检测端接入该支路的正极直流单向阀组的输出端，负极直流电流传感器的信号输出端与控制装置连接，且负极直流电流传感器的检测端接入该支路的负极直流单向阀组的输入端。
19.进一步地，电压检测装置包括第一正极电压传感器、第二正极电压传感器、第一负极电压传感器以及第二负极电压传感器，第一正极电压传感器的信号输出端与控制装置连接，且该支路的正极直流单向阀组的输入端与地之间并联有第一正极电压传感器，第二正极电压传感器的信号输出端与控制装置连接，且第该支路的正极直流单向阀组的输出端与地之间并联有第二正极电压传感器；
20.第一负极电压传感器的信号输出端与控制装置连接，且该支路的负极直流单向阀组的输出端与地之间并联有第一负极电压传感器，第二负极电压传感器的信号输出端与控制装置连接，且该支路的负极直流单向阀组的输入端与地之间并联有第二负极电压传感器。
21.本发明的有益效果为：
22.1)本发明提供了一种拓扑结构简单的直流电网馈入保护装置，利用二极管对发电设备的连接侧短路故障进行保护动作，并且阻止直流电网向短路点持续注入短路电流导致事故扩大，提高了直流电网的安全性，并且直流电网馈入保护装置的硬件成本低，避免了昂贵的直流断路器的使用，同时直流电网馈入保护装置维修简单，元器件的更换方便，提高了
检修效率，避免了直流电网长时间停机。
23.2)本发明提供了一种直流电网馈入保护装置的控制系统，能够便捷的实现直流电网馈入保护装置的控制与检测，通过检测直流电网馈入保护装置两侧的电压判断其工作状态或功率流向，并且通过检测电流判断短路故障的发生，提高了控制系统的实用性。
24.本发明的其他有益效果将在具体实施方式中进一步进行说明。
附图说明
25.图1是实施例1中直流电网馈入保护装置的结构示意图。
26.图2是实施例2中直流电网馈入保护装置的结构示意图。
27.图3是实施例3中直流电网馈入保护装置的结构示意图。
28.图4是实施例4中控制系统的结构框图。
29.图5是实施例4中与控制系统连接的直流电网馈入保护装置的结构示意图。
具体实施方式
30.下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。
31.实施例1：
32.如图1所示，本实施例提供一种直流电网馈入保护装置，包括正极直流单向阀组和负极直流单向阀组，正极直流单向阀组的输入端连接有外部的电源设备(或发电设备)的正极，且正极直流单向阀组的输出端接入直流电网的直流正极线，负极直流单向阀组的输出端连接有外部的电源设备(或发电设备)的负极，且负极直流单向阀组的输入端接入直流电网的直流负极线。
33.工作原理：
34.1)正常运行时，当电源设备的电压高于直流电网的电网电压时，电源设备的正极流出直流电流，流入正极直流单向阀组的输入端，并从输出端流入电网的直流正极线，直流电流从电网的直流负极线流入负极直流单向阀组的输入端，并从输出端流入电源设备的负极；当电源设备停止输出电流，或者电压低于电网电压时，正/负极直流单向阀组截止；
35.2)当电源设备或者连接电源设备的电缆发生正负极间短路时，由于正/负极直流单向阀组的二极管具有反向恢复特性，在短路瞬间，短路电流从电网的直流正极线流入正极直流单向阀组的输出端，从其输入端流入馈入侧的短路点，从短路点流入负极直流单向阀组的输出端，从其输入端流入电网的直流负极线，正/负极直流单向阀组的二极管反向恢复完成后，短路电流自然截止。
36.本发明提供了一种拓扑结构简单的直流电网馈入保护装置，利用二极管对发电设备的连接侧短路故障进行保护动作，并且阻止直流电网向短路点持续注入短路电流导致事故扩大，提高了直流电网的安全性，并且直流电网馈入保护装置的硬件成本低，避免了昂贵的直流断路器的使用，同时直流电网馈入保护装置维修简单，元器件的更换方便，提高了检修效率，避免了直流电网长时间停机。
37.本实施例中，直流电网的直流正/负极线的额定电压为
±
10kv，直流电网馈入保护装置的额定电流为400a。
38.作为优选，正极直流单向阀组包括五只串联设置的正极二极管d1-d5，每只二极管
的额定电压为6.5kv，额定电流为900a，位于首端的正极二极管d1的输入端连接有外部的电源设备的正极，位于末端的正极二极管d5的输出端接入直流电网的直流正极线dc ；
39.负极直流单向阀组包括五只串联设置的负极二极管d6-d10，每只二极管的额定电压为6.5kv，额定电流为900a，位于首端的负极二极管d6的输入端接入直流电网的直流负极线dc-，位于末端的负极二极管d10的输出端连接有外部的电源设备的负极。
40.作为优选，每个正/负极二极管的两端均并联设置有静态均压电路和过压抑制电路。
41.作为优选，过压抑制电路包括串联设置的过压抑制电阻和过压抑制电容，过压抑制电阻为15ω，过压抑制电阻额定功率为100w，过压抑制电容为0.22uf，过压抑制电容额定电压为6.5kv，过压抑制电阻远离过压抑制电容的该端与正/负极二极管的输入端连接，过压抑制电容远离过压抑制电阻的该端与对应的正/负极二极管的输出端连接；
42.静态均压电路为一个均压电阻，均压电阻阻值为300kω，均压电阻额定功率为100w。
43.二极管上并联的过压抑制电路负责其动态均压和过压抑制，静态均压电路负责其静态均压。
44.本实施中，过压抑制电阻和过压抑制电容的串联次序可更改，不影响具体功能，在此不予赘述。
45.实施例2：
46.本实施例在实施例1的基础上进行改进，与实施例1的区别技术特征如下所述。
47.作为优选，如图2所示，还包括双刀单掷结构的主接触器km1，主接触器km1的额定电压为dc20kv，额定电流为630a，主接触器km1的第一刀的第一端与正极直流单向阀组的输出端连接，主接触器km1的第一刀的第二端接入直流电网的直流正极线dc ，主接触器km1的第二刀的第一端与负极直流单向阀组的输入端连接，且主接触器km1的第二刀的第二端接入直流电网的直流负极线dc-。
48.实施例3：
49.本实施例在实施例2的基础上进行改进，与实施例2的区别技术特征如下所述。
50.作为优选，如图3所示，还包括均为双刀单掷结构的线路侧隔离开关qs1和母线侧隔离开关qs2，线路侧隔离开关qs1和母线侧隔离开关qs2的额定电压均为dc20kv，额定电流均为630a，线路侧隔离开关qs1的第一刀的第一端连接有外部的电源设备的正极，线路侧隔离开关qs1的第一刀的第二端与正极直流单向阀组的输入端连接，线路侧隔离开关qs1的第二刀的第一端连接有外部的电源设备的负极，且线路侧隔离开关qs1的第二刀的第二端与负极直流单向阀组的输出端连接；
51.母线侧隔离开关qs2的第一刀的第一端与主接触器km1的第一刀的第二端连接，母线侧隔离开关qs2的第一刀的第二端接入直流电网的直流正极线dc ，母线侧隔离开关qs2的第二刀的第一端与主接触器km1的第二刀的第二端连接，且母线侧隔离开关qs2的第二刀的第二端接入直流电网的直流负极线dc-。
52.线路侧隔离开关qs1和母线侧隔离开关qs2用于在检修期间，制造可见的机械断口，将直流电网馈入保护装置从直流电网中切出，避免检修线路意外接通发生安全事故，保障检修人员的人身安全。
53.实施例4：
54.如图4所示，本实施例提供一种直流电网馈入保护装置的控制系统，基于如图5所示的直流电网馈入保护装置，包括电压检测装置、电流检测装置、控制装置以及远程通讯装置，控制装置分别与直流电网馈入保护装置的主接触器、电压检测装置、电流检测装置以及远程通讯装置连接，该支路的直流电网馈入保护装置的两端与地之间均并联有电压检测装置，电流检测装置的检测端接入该支路的直流电网馈入保护装置与直流母线连接的该端，远程通讯装置连接有该支路的所有电网设备，且远程通讯装置连接有外部的综合保护系统。
55.工作原理：
56.1)直流电网馈入保护装置投入使用时，手动闭合线路侧隔离开关qs1和母线侧隔离开关qs2，控制装置控制主接触器km1闭合；
57.2)直流电网馈入保护装置切出时，控制装置通过远程通讯装置向该支路的所有电网设备发出停机通知，确认所有电网设备已安全停机后，根据电流检测装置检测的电流，当电流小于阈值后，分断主接触器km1；
58.3)电压检测装置检测直流电网馈入保护装置的正/负极直流单向阀组两侧的电压差，若电压差过大，则正/负极直流单向阀组为断开状态，即正/负极直流单向阀组的二极管处于反向截止状态，电源设备或者连接电源设备的电缆发生正负极间短路，并将短路故障通知通过远程通讯装置上报至综合保护系统，直流电网的短路保护动作。
59.本发明提供了一种直流电网馈入保护装置的控制系统，能够便捷的实现直流电网馈入保护装置的控制与检测，通过检测直流电网馈入保护装置两侧的电压判断其工作状态或功率流向，并且通过检测电流判断短路故障的发生，提高了控制系统的实用性。
60.作为优选，还包括散热风机，散热风机设置于该支路的直流电网馈入保护装置处，且散热风机的控制端与控制装置连接。
61.作为优选，在直流电网馈入保护装置处还设置有温度传感器，温度传感器的控制端与控制装置连接，采集直流电网馈入保护装置的温度，根据电流检测装置采集的电流和直流单向阀组的温度控制散热风机进行散热。
62.作为优选，电流检测装置包括正极直流电流传感器和负极直流电流传感器，正极直流电流传感器的信号输出端与控制装置连接，且正极直流电流传感器的检测端w1接入该支路的正极直流单向阀组的输出端，负极直流电流传感器的信号输出端与控制装置连接，且负极直流电流传感器的检测端w2接入该支路的负极直流单向阀组的输入端。
63.正极直流电流传感器和负极直流电流传感器分别获取直流电网的正极电流和负极电流，便于直流电网馈入保护装置切出。
64.作为优选，电压检测装置包括第一正极电压传感器、第二正极电压传感器、第一负极电压传感器以及第二负极电压传感器，第一正极电压传感器的信号输出端与控制装置连接，且该支路的正极直流单向阀组的输入端与地之间并联有第一正极电压传感器，检测端为p1，第二正极电压传感器的信号输出端与控制装置连接，且该支路的正极直流单向阀组的输出端与地之间并联有第二正极电压传感器，检测端为p2；
65.第一负极电压传感器的信号输出端与控制装置连接，且该支路的负极直流单向阀组的输出端与地之间并联有第一负极电压传感器，检测端为p3，第二负极电压传感器的信
号输出端与控制装置连接，且该支路的负极直流单向阀组的输入端与地之间并联有第二负极电压传感器，检测端为p4。
66.第一正极电压传感器和第二正极电压传感器检测正极直流单向阀组两侧的电压，并输入控制装置获取正极电压差，第一负极电压传感器和第二负极电压传感器检测负极直流单向阀组两侧的电压，并输入控制装置获取负极电压差，实现直流电网馈入保护装置的电压检测。
67.本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。