CN113890397A - 低压供电网络下逆变电源辅助并网装置 - Google Patents

低压供电网络下逆变电源辅助并网装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低压供电网络下逆变电源辅助并网装置，采用一主多从的配置方式配置控制站，每个控制站采集对应供电区域开关断路器状态信号、人工合分闸操作输入指令和逆变电源状态反馈信息，输出到对应供电区域的断路器合分闸输出指令、逆变电源工作状态控制输出指令；所有控制站通过主从通讯总线进行相互通讯；仅主控制站具有的冗余主控PLC。装置实现复杂供电网络中逆变电源并网辅助控制功能，装置获取输入的人工合分闸操作输入指令后自动实现获取供电网络状态，识别出逆变电源待并联的主网，并将主网三相电相位信息传输至待并网逆变电源，并在识别到逆变电源与柴油发电机并联后及时告知逆变电源切换工作状态，无需人员介入即可实现自动并网。

Description

低压供电网络下逆变电源辅助并网装置
技术领域
本发明涉及一种电网控制技术，特别涉及一种低压供电网络下逆变电源辅助并网装置。
背景技术
随着新能源技术的发展，偏远山区、海岛等独立电力***越来越多的采用新能源发电设备与柴油发电机混合供电方式。针对这类***，逆变电源存在单独供电以及与柴油发电机并联供电的功能需求。其中逆变电源处于不同的工作状态，其单独供电时采用电压源控制，与柴油发电机并联供电时采用电流源控制为基础，并且逆变电源与逆变器或者柴油发电机并联时需要获取主网相位作为整步源，调节自身电源相位与主网相位同步，才能进行并网操作。
对于简单供电网络而言，如***中仅有一台逆变电源与一台柴油发电机，则仅需将柴油发电机出口端三相电压输送至逆变电源处即可实现逆变电源与柴油发电机的并网操作，但是独立电力***供电网络通常比较复杂，由多台逆变电源以及多台柴油发电机构成多个环形网络。一台逆变电源存在与多个主网的多种并网工况，同时一台逆变电源与特定主网的并网点也存在多种情况，并网后需要知悉逆变电源当前是否已经与柴油发电机并联运行，进而及时通知逆变电源切换工作状态，可见对于包含逆变电源且网络结构复杂的供电网络，通过一套装置辅助逆变电源与任意主网在任意点进行有效并网是非常有必要的。
对于复杂供电***，***网络通常可按发电以及负载物理区域进行分区，区域内采用导线、铜排以及断路器进行供电电源的投切，区域间采用电缆以及断路器进行区域间的联网运行，复杂的电网结构形成了逆变电源的诸多并网工况，如何获取供电网络状态，识别出逆变电源待并联的主网，并将主网三相电相位信息传输至待并网逆变电源，并在识别到逆变电源与柴油发电机并联后及时告知逆变电源切换工作状态是供电网络复杂程度增加后，逆变电源并网所不能避免的一个问题。
发明内容
针对含逆变电源的复杂供电网络的并网问题，提出了一种低压供电网络下逆变电源辅助并网装置。
本发明的技术方案为：一种低压供电网络下逆变电源辅助并网装置，采用一主多从的配置方式配置控制站，每个控制站通过数字量输入信号线缆采集对应供电区域开关断路器状态信号、人工合分闸操作输入指令和逆变电源状态反馈信息，通过数字量输出信号线缆输出到对应供电区域的断路器合分闸输出指令、逆变电源工作状态控制输出指令；所有控制站通过主从通讯总线进行相互通讯；所述从控制站不包含只有主控制站具有的冗余主控PLC，其余配置与主控制站一致。
优选的，所述控制站除了仅有主控制站具有的冗余主控PLC外，均包括箱体、电源模块、数字量输入模块、数字量输出模块、耦合模块、尾端模块、模块背板和安装板；冗余主控PLC和所有模块固定安装在箱体内的安装板上；24V直流电源接入电源模块，电源模块输出通过模块背板上的线路连接为冗余主控PLC和箱体内所有模块供电；模块背板上的线路连接数字量输入模块、数字量输出模块、耦合模块、尾端模块实现各模块间信息互动，将数字输入传递至耦合模块、尾端模块发送至冗余主控PLC，并将冗余主控PLC发出的控制指令下发至数字量输出模块。
优选的，所述冗余主控PLC由两块PLC组成，实现冗余切换，两块PLC通过光纤进行数据同步；主控制站内冗余主控PLC的2块PLC与各控制站内耦合模块、尾端模块形成2个独立的环形网络用于分布式IO控制，其中耦合模块具备2路网络输入接口选择连接2块PLC上的网络输出接口或一个尾端模块上的2路网络输出接口，尾端模块具备2路网络输出接口选择连接2块PLC上的网络输入接口或一个耦合模块上的2路网络输入接口，其中各控制站内的耦合模块与尾端模块间是通过模块背板实现环形网络的一部分，各控制站间冗余主控PLC、耦合模块及尾端模块通过主从通讯总线实现环形网络的剩余部分。
优选的，所述控制站还包括选线继电器板，所述继电器板包括三组继电器、输入接线端子、输出接线端子、继电器板PCB板本体；每个供电区域供电电源来源包括所有逆变电源或柴油发电机组，第一组中信号输入继电器用于将供电电源的三相电压作为参考电压选定送入控制站，设置的数量等于供电电源数量；第二组信号中转继电器用于将三相电压进行跨区域传输，设置的数量与所在本控制站所在供电区域的相邻供电区域个数相匹配；第三组信号输出继电器实现三相电压传输至需要进行整步的逆变电源，设置数量与所控供电区域中逆变电源数量匹配，选线继电器板控制指令直接控制三组继电器动作实现供电区域三相电压的准确分配和传输。
优选的，所述选线继电器板通过三相电压输入电缆接收控制站的三相电压，同时接收控制站的数字量输出模块给出的选线继电器板控制指令，控制指令对应控制选线继电器板上继电器的吸合与断开，选线继电器板通过三相电压输出电缆将三相电压送出至指定的逆变电源或者是其他供电区域进行下一步信号传递，选线继电器板内部电路逻辑在继电器板PCB板本体内实现。
本发明的有益效果在于：本发明低压供电网络下逆变电源辅助并网装置，可以实现复杂供电网络中逆变电源并网辅助控制功能，装置获取输入的人工合分闸操作输入指令后可以自动实现获取供电网络状态，识别出逆变电源待并联的主网，并将主网三相电相位信息传输至待并网逆变电源，并在识别到逆变电源与柴油发电机并联后及时告知逆变电源切换工作状态，无需人员介入即可实现辅助逆变电源实现自动并网。并且实现装置通过分布式IO设计、冗余PLC、双环网设计，提高了装置自身的可靠性与生命力。
附图说明
图1为本发明低压供电网络下逆变电源辅助并网装置的设备配置及对外接口图；
图2为本发明主控制站内部设备配置布置图；
图3为本发明选线继电器板元器件配置布置图；
图4位本发明选线继电器板电气原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示低压供电网络下逆变电源辅助并网装置的设备配置及对外接口图，装置包括多个控制站，且采用一主多从的配置形式。图1中虚线框表示物理供电区域，其中DC/AC指代逆变电源，DG指代柴油发电机组，Q指代断路器，实线指代母线，在同一虚线框内表示逆变电源、柴油发电机组、断路器、母线等设备在同一物理区域。通常供电物理区域距离比较远，在本区域就地布置控制站进行开关量采集及控制，各控制站之间通过数据通讯方式传递信息可避免大量铺设远距离控制线。具体控制站数量与复杂供电网络物理区域个数有关，以3个供电物理区域为例，复杂供电网络下逆变器并网辅助装置拥有主控制站1、第一从控制站2、第二从控制站3、主从通讯总线4、电信号航空插头5、控制站供电电缆6、数字量输入信号线缆7、数字量输出信号线缆8、三相电压输入电缆9、三相电压输出电缆10。各控制站由供电电缆6引入的直流24V电源给各控制站提供工作电源，数字量输入信号线缆7主要包括以下三种信息，供电区域开关断路器状态信号、人工合分闸操作输入指令、逆变电源状态反馈信息，数字量输出信号线缆8也包含断路器合分闸输出指令、逆变电源工作状态控制输出指令，其中选线继电器板控制指令不对外输出。
如图2所示主控制站内部设备配置及布置图，主控制站1包含箱体011、电源模块012、冗余主控PLC013、数字量输入模块015、数字量输出模块016、耦合模块017、尾端模块018、输出扩展继电器019、选线继电器板020、箱门021、螺钉022、模块背板023、安装板024、导线槽014。所述从控制站2及从控制站3中不包含冗余主控PLC013，其余配置与主控制站1一致，箱体011采用金属材料加工制成，与箱门021通过多个螺钉022装配，提高装置IP防护等级、抗冲击及抗电磁干扰能力。箱体011内部元器件采用导轨或螺钉机械连接固定在安装板024，便于整体拆卸维修，且具有较好的抗冲击振动能力。
24V直流电源接入电源模块012可通过模块背板023上的线路连接为冗余主控PLC013、数字量输入模块015、数字量输出模块016、耦合模块017、尾端模块018供电同时模块背板023还可以实现数字量输入模块015、数字量输出模块016、耦合模块017、尾端模块018模块间通讯，将数字输入传递至耦合模块017、尾端模块018发送至冗余主控PLC013，并将控制指令下发至数字量输出模块016。冗余主控PLC013由两块PLC组成，可以实现冗余切换，在其中一个PLC故障的情况下，另外一块PLC可以接管控制，装置依旧可以继续运行，两块PLC通过光纤进行数据同步。主控制站内的冗余主控PLC013的2块PLC与各站内耦合模块017及尾端模块018可以形成2个独立的环形网络用于分布式IO控制，其中耦合模块017具备2路网络输入接口可以连接2块PLC上的网络输出接口或一个尾端模块018上的2路网络输出接口，尾端模块018具备2路网络输出接口可以连接2块PLC上的网络输入接口或一个耦合模块017上的2路网络输入接口，其中各站内的耦合模块017与尾端模块018间是通过模块背板023实现环形网络的一部分，站间冗余主控PLC013、耦合模块017及尾端模块018通过主从通讯总线4实现环形网络的剩余部分，环形网络起到输入输出信号的传递即将各站数字量输入模块015输入传递至冗余主控PLC013，将冗余主控PLC013产生的逻辑控制输出指令传输至数字量输出模块016，主从通讯总线4物理链路采用光纤。
如图3、4所示选线继电器板元器件配置布置、原理图，选线继电器板020由三组继电器组成，分别为信号输入继电器0201、信号中转继电器0202、信号输出继电器0203、输入接线端子0204、输出接线端子0205、继电器板PCB板本体0206组成。由于逆变电源与主网的并联点可能在该逆变电源所在供电区域也可能在其他供电区域，所以需要将其他区域的三相电压送至该逆变电源，对于每个供电区域，三相电压来源包括所有逆变电源或柴油发电机组，若称他们为供电电源，则第一组中信号输入继电器0201用于将供电电源的三相电压作为参考电压选定送入控制站，信号输入继电器0201设置的数量等于供电电源数量。第二组信号中转继电器0202主要用于将三相电压进行跨区域传输到相邻供电区域，中转继电器0202设置的数量与所在本控制站所在供电区域的相邻供电区域个数相匹配；而第三组信号输出继电器0203实现三相电压传输至需要进行整步的逆变电源，输出继电器0203设置的数量与所控供电区域中逆变电源数量匹配。
其中主网三相电压由三相电压输入电缆9经过输入接线端子0204引入选线继电器板020，同时接入的还有数字量输出模块016给出的选线继电器板020控制指令，该控制指令可以控制上述继电器的吸合与断开，并通过输出接线端子0205由三相电压输出电缆10将三相电压送出至指定的逆变电源或者是其他供电区域进行下一步信号传递。选线继电器板020内部电路逻辑在继电器板PCB板本体内实现。
本发明的一种适用于复杂供电网络的逆变电源辅助并网装置具体运行过程如下：
各供电区域开关断路器状态，人工合分闸操作输入指令，逆变电源状态反馈信息作为数字量输入通过各站的电信号航空插头(所有线路都是通过航插对外连接的)接入装置并通过铺设在导线槽内部的常规导线传输至各站数字量输入模块，所述从控制站2以及从控制站3中的数字量输入模块采集本供电区域上述信号并通过本站内耦合模块以及尾端模块形成的环形网络发送至冗余主控PLC013中当前处于工作状态的PLC，冗余主控PLC013通过各供电区域开关断路器状态可分析当前整个供电网络结构，当接收到人工合分闸操作输入指令后，装置自动分析并进行三相电压选线操作，即将主网三相电压准确的传输至待并逆变电源处(例如图1中DG2与DC/AC1通过Q12实现并联，(Q4、Q3、Q1、Q16、Q18、Q11已合闸，最后合闸Q12实现并联)，DC/AC1逆变电源需获取QF12断路器开关另一侧的三相电压即此处及DG2发电机出口电压，用于逆变电源电压整步，电压整步是逆变电源并联的必要前提。此时PLC控制各控制站内的选线继电器板内各组继电器合分闸，将DG2出口电压传递至DG/AC1逆变电源处)，当逆变电源状态反馈信息指示逆变电源整步完成后，装置输出断路器合闸指令(如上例，此时Q12断路器合闸)，待该断路器成功合闸后，装置再次识别整个供电网络结构并发出逆变电源工作状态控制输出指令至指定逆变电源。上述断路器合分闸输出指令、逆变电源工作状态控制输出指令、选线继电器板控制指令通过各站内耦合模块以及尾端模块形成的环形网络下发到各站数字量输出模块，所述断路器合分闸输出指令、逆变电源工作状态控制输出指令通过输出扩展继电器进行扩展后由电信号航空插头经数字量输出信号线缆8输出至指定逆变电源或者断路器，选线继电器板控制指令直接通过接线端子引入本站内选线继电器板控制三组继电器动作从而实现三相电压的准确传输。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种低压供电网络下逆变电源辅助并网装置，其特征在于，采用一主多从的配置方式配置控制站，每个控制站通过数字量输入信号线缆采集对应供电区域开关断路器状态信号、人工合分闸操作输入指令和逆变电源状态反馈信息，通过数字量输出信号线缆输出到对应供电区域的断路器合分闸输出指令、逆变电源工作状态控制输出指令；所有控制站通过主从通讯总线进行相互通讯；所述从控制站不包含只有主控制站具有的冗余主控PLC，其余配置与主控制站一致。
2.根据权利要求1所述低压供电网络下逆变电源辅助并网装置，其特征在于，所述控制站除了仅有主控制站具有的冗余主控PLC外，均包括箱体、电源模块、数字量输入模块、数字量输出模块、耦合模块、尾端模块、模块背板和安装板；冗余主控PLC和所有模块固定安装在箱体内的安装板上；24V直流电源接入电源模块，电源模块输出通过模块背板上的线路连接为冗余主控PLC和箱体内所有模块供电；模块背板上的线路连接数字量输入模块、数字量输出模块、耦合模块、尾端模块实现各模块间信息互动，将数字输入传递至耦合模块、尾端模块发送至冗余主控PLC，并将冗余主控PLC发出的控制指令下发至数字量输出模块。
3.根据权利要2所述低压供电网络下逆变电源辅助并网装置，其特征在于，所述冗余主控PLC由两块PLC组成，实现冗余切换，两块PLC通过光纤进行数据同步；主控制站内冗余主控PLC的2块PLC与各控制站内耦合模块、尾端模块形成2个独立的环形网络用于分布式IO控制，其中耦合模块具备2路网络输入接口选择连接2块PLC上的网络输出接口或一个尾端模块上的2路网络输出接口，尾端模块具备2路网络输出接口选择连接2块PLC上的网络输入接口或一个耦合模块上的2路网络输入接口，其中各控制站内的耦合模块与尾端模块间是通过模块背板实现环形网络的一部分，各控制站间冗余主控PLC、耦合模块及尾端模块通过主从通讯总线实现环形网络的剩余部分。
4.根据权利要3所述低压供电网络下逆变电源辅助并网装置，其特征在于，所述控制站还包括选线继电器板，所述继电器板包括三组继电器、输入接线端子、输出接线端子、继电器板PCB板本体；每个供电区域供电电源来源包括所有逆变电源或柴油发电机组，第一组中信号输入继电器用于将供电电源的三相电压作为参考电压选定送入控制站，设置的数量等于供电电源数量；第二组信号中转继电器用于将三相电压进行跨区域传输，设置的数量与所在本控制站所在供电区域的相邻供电区域个数相匹配；第三组信号输出继电器实现三相电压传输至需要进行整步的逆变电源，设置数量与所控供电区域中逆变电源数量匹配，选线继电器板控制指令直接控制三组继电器动作实现供电区域三相电压的准确分配和传输。
5.根据权利要求4所述低压供电网络下逆变电源辅助并网装置，其特征在于，所述选线继电器板通过三相电压输入电缆接收控制站的三相电压，同时接收控制站的数字量输出模块给出的选线继电器板控制指令，控制指令对应控制选线继电器板上继电器的吸合与断开，选线继电器板通过三相电压输出电缆将三相电压送出至指定的逆变电源或者是其他供电区域进行下一步信号传递，选线继电器板内部电路逻辑在继电器板PCB板本体内实现。
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