CN207410019U - 一种配电网分布式差动保护*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种配电网分布式差动保护***，包括分布式保护测控装置和远方调度主机；分布式保护测控装置包括若干个保护测控装置，所述保护测控装置包括模拟量采集模块、开关量采集模块、开关量输出模块、光纤测温模块、CPU模块和通讯模块；模拟量采集模块采集各区域电网节点处的电流和电压数据，并传输至CPU模块；开关量采集模块采集断路器的状态信号，并传输至CPU模块；光纤测温模块检测各区域电网节点处的温度信号，并传输至CPU模块；CPU模块接收数据，通过通讯模块将数据传输至远方调度主机，通过远方调度主机向保护测控装置发送同步数据。本实用新型在差动保护区域内故障时能够同时通过保护测控装置控制各自对应断路器跳闸动作。
Description
技术领域
本实用新型涉及差动保护***，具体涉及一种配电网分布式差动保护***。
背景技术
随着光伏电站等分布式电源接入配电网的增多，致使配电网中的功率潮流方向产生不确定性，以往基于电流幅值和方向原理的配电网故障识别和隔离方法越来越不能满足现场运行的要求，有必要引入基于电流或功率的差动保护作为配电网保护配置方案。但是以往变电站中的差动保护如果应用到配电网存在以下困难：1)配电网中的断路器相距较远，通过电缆把电流连接到一个集中的差动保护装置不太现实；2)如果采用智能变电站中合并单元分布式同步采样模式，配电网中数量庞大的断路器又难以配置卫星钟对时***；3)光纤纵差保护中针对异地两个或三个断路器的主从式采样同步方法，也不适合于网络拓扑运行状态有较大不确定性的配电网应用场景。
综上所述，现有技术中对于现有差动保护***不适用于配电网中的断路器相距较远，且不适合于网络拓扑运行状态有较大不确定性的配电网应用的问题，尚缺乏有效的解决方案。
实用新型内容
为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种配电网分布式差动保护***，该***不受配电网潮流方向影响、不受网络拓扑运行状态变化影响等优势，具有较好的选择性、灵活性、可靠性、和快速动作能力。
本实用新型所采用的技术方案是：
一种配电网分布式差动保护***，在配电网的各区域电网节点处均设置有断路器，包括分布式保护测控装置和远方调度主机；
所述分布式保护测控装置包括若干个设置在配电网各区域电网节点处的保护测控装置，所述保护测控装置包括模拟量采集模块、开关量采集模块、开关量输出模块、光纤测温模块、 CPU模块和通讯模块；
其中，所述模拟量采集模块，用于采集各区域电网节点处的电流和电压数据，将所述电流和电压数据传输至CPU模块；
所述开关量采集模块，用于采集断路器的分合状态信号，并将分合状态信号传输至CPU 模块；
所述光纤测温模块，用于检测各区域电网节点处的温度信号，并将温度信号传输至CPU 模块；
所述开关量输出模块，用于接收CPU模块发送的控制信号，控制断路器的分合闸操作；
所述CPU模块，用于接收电流、电压、温度和分合状态数据，通过通讯模块与***内其它保护测控装置中CPU模块和远方调度主机交换数据；
所述远方调度主机，用于接收每个保护测控装置输出的数据，进行相应的报警和显示，同时向每个保护测控装置发送同步数据。
进一步的，所述模拟量采集模块包括第一电流互感器、电压互感器、信号调理电路和A/D 转换电路，所述第一电流互感器和电压互感器的输出端分别与信号调理电路的输入端连接，所述信号调理电路的输出端与A/D转换电路连接，所述第一电流互感器输出的电流信号和电压互感器输出的电压信号分别经信号调理电路和A/D转换电路后输出至CPU模块。
进一步的，所述开关量采集模块包括依次连接的滤波整流电路、降压管、限流电阻、取样电阻和光耦隔离电路。
进一步的，所述开关量输出模块包括光电耦合器和三极管，所述光电耦合器的输入端与 CPU模块连接，接收用于控制继电器线圈通断的继电器控制信号，所述光电耦合器的输出回路一端与继电器线圈的一端连接，另一端与三极管的集电极连接，所述三极管的发射极与继电器线圈的另一端连接。
进一步的，所述通讯模块包括本地通信接口、有线网络接口和无线网络接口，所述本地通信接口包括RS232接口、RS485接口和USB接口，所述有线网络接口包括光纤以太网端口；所述无线网络接口包括GSM、CDMA、WCDMA的公用无线通信网络接口或者Wifi、LoRa、ZigBee无线通讯接口。
进一步的，所述保护测控装置还包括电源管理模块、电压互感器、太阳能电池和蓄电池，所述电源管理模块的输入端连接CPU模块，所述电源管理模块的的输出端连接电压互感器、太阳能电池和蓄电池；所述电源管理单元通过电压互感器为***提供电源，同时利用电压互感器和太阳能电池对蓄电池进行充电，在电压互感器一次侧停电时，自动接入太阳能电池为***供电，在太阳能也没有能量时，接入蓄电池为***供电。
进一步的，所述保护测控装置还包括过载保护模块，所述过载保护模块包括第二电流互感器和过流检测控制回路，所述过流检测控制回路包括整流电路、滤波电路和阈值比较器，所述第二电流互感器的输出端与整流电路的输入端连接，所述整流电路的输出端通过滤波电路与阈值比较器的输入端连接，所述阈值比较器的输出端与开关量输出模块的输入端连接，所述阈值比较器与CPU模块之间串接有数据锁存器和D/A转换器。
进一步的，所述保护测控装置还包括人机接口模块，所述人机接口模块采用液晶显示屏；用于实时显示装置采集数据。
进一步的，所述远方调度主机包括DSP控制器、无线通信模块和带有两个以上扩展功能接口的主机，所述DSP控制器、无线通信模块和带有两个以上扩展功能接口的主机之间相互连接；所述DSP控制器通过无线通信模块与每个保护测控装置无线连接，用于接收每个保护测控装置输出的模拟量信号和开关量信号，传输至主机；所述主机通过有线方式与每个保护测控装置连接，用于接收每个保护测控装置输出的模拟量信号和开关量信号，并向每个保护测控装置发送同步数据。
进一步的，所述主机包括处理器，所述处理器连接有显示器、存储器、打印机和网络适配器。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型在配电网内分布式布置了若干个保护测控装置，若干个保护测控装置分别通过有线或无线方式实现数据互联，通过远程调度主机控制所有保护测控装置具有完全一样的动作行为，在差动保护区域内故障时同时通过保护测控装置控制各自对应断路器跳闸动作，在差动保护区外故障时同时通过保护测控装置控制各自对应断路器保持本差动保护不动作。
附图说明
图1是本实用新型实施例公开的配电网分布式差动保护***结构示意图；
图2是本实用新型实施例公开的保护测控装置结构框图；
其中，1、保护测控装置，2、有线或无线网络，3、远方调度主机，4、主机，5、模拟量采集模块，6、开关量采集模块，7、开关量输出模块，8、光纤测温模块，9、CPU模块，10、人机接口模块，11、通讯模块，12、DSP控制器，13、无线通信模块。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进一步说明。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种配电网分布式差动保护***，在配电网的各区域电网节点处均设置有能够断开故障电流的断路器，该***包括分布式保护测控装置和远方调度主机3。
所述分布式保护测控装置包括若干个设置在配电网的各区域电网节点处的保护测控装置1，每个断路器的一旁设置一个所述保护测控装置；每个保护测控装置1分别通过有线或无线网络2实现互联互通。
所述保护测控装置1包括模拟量采集模块5、开关量采集模块6、开关量输出模块7、光纤测温模块8、CPU模块9、人机接口模块10和通讯模块11，所述模拟量采集模块5、开关量采集模块6、开关量输出模块7、光纤测温模块8、人机接口模块10和通讯模块11分别与 CPU模块9连接；
其中，所述模拟量采集模块5的输出端连接CPU模块，用于采集各线路区段的电流和电压数据，将所述电流和电压数据传输至CPU模块；
所述开关量采集模块6，用于采集断路器的分合状态信号，并将分合状态信号传输至CPU 模块；
所述光纤测温模块8，用于检测各线路区段的温度信号，并将温度信号传输至CPU模块；
所述开关量输出模块7，用于接收CPU模块发送的控制信号，控制断路器的分合闸操作；
所述CPU模块9，用于接收电流、电压和温度测量数据，并通过有线或无线方式传输至远方调度主机，并接收远方调度主机发送的电压、电流和温度保护数据，比较测量数据与保护数据的差值，进行差动保护判断，再通过开关量输出模块输出控制信号到断路器的控制回路，控制断路器跳闸；
所述通讯模块11，用于将所在保护测控装置中CPU模块的数据向其***内它保护测控装置中CPU模块和远方调度监控***发送，同时接收***内其它保护测控装置中CPU模块和远方调度监控***发来的数据、并传递给所在保护测控装置中CPU模块；
所述远方调度主机3包括DSP控制器12、无线通信模块13和带有两个以上扩展功能接口的主机14，所述DSP控制器12、无线通信模块13和带有两个以上扩展功能接口的主机14之间相互连接；所述DSP控制器通过无线通信模块与每个保护测控装置无线连接，用于接收每个保护测控装置输出的模拟量信号和开关量信号，传输至主机；所述主机通过有线方式与每个保护测控装置连接，用于接收每个保护测控装置输出的模拟量信号和开关量信号，并向每个保护测控装置发送电压、电流和温度保护数据。其中，模拟量信号包括电压、电流和温度数据信号，所述开关量信号包括继电器的分合阀状态信号。
本实施例公开的配电网分布式差动保护***，分布式布置了若干个保护测控装置，若干个保护测控装置分别通过有线或无线方式实现数据交互，通过远方调度主机控制所有保护测控装置具有完全一样的动作行为，在差动保护区域内故障时同时通过保护测控装置控制各自对应断路器跳闸动作，在差动保护区外故障时同时通过保护测控装置控制各自对应断路器保持本差动保护不动作。
在本实施例中，所述模拟量采集模块5包括第一电流互感器、电压互感器、信号调理电路和A/D转换电路，所述第一电流互感器和电压互感器的输出端分别与信号调理电路的输入端连接，所述信号调理电路的输出端与A/D转换电路连接，所述第一电流互感器输出的电流信号和电压互感器输出的电压信号分别经信号调理电路和A/D转换电路后输出至CPU模块。
在本实施例中，所述开关量采集模块6包括依次连接的滤波整流电路、降压管、限流电阻、取样电阻和光耦隔离电路。
在本实施例中，所述开关量输出模块7包括所述开关量输出模块包括光电耦合器和三极管，所述光电耦合器的输入端与CPU模块连接，接收用于控制继电器线圈通断的继电器控制信号，所述光电耦合器的输出回路一端与继电器线圈的一端连接，另一端与三极管的集电极连接，所述三极管的发射极与继电器线圈的另一端连接。
在本实施例中，所述CPU模块9为保护测控装置的核心，采用高性能CPU及FPGA组成的单片机***。
在本实施例中，所述通讯模块11包括本地通信接口、有线网络接口和无线网络接口，所述本地通信接口包括RS232接口、RS485接口和USB接口，所述有线网络接口包括光纤以太网端口；所述无线网络接口包括GSM、CDMA、WCDMA的公用无线通信网络接口或者Wifi、LoRa、ZigBee的无线通讯接口。
在本实施例中，所述主机14包括处理器，所述处理器连接有显示器、存储器、打印机和网络适配器。
在上述实施例的基础上，本发明一个实施例中所述保护测控装置还包括电源管理模块、电压互感器、太阳能电池和蓄电池，所述电源管理模块的输入端连接CPU模块，所述电源管理模块的的输出端连接电压互感器、太阳能电池和蓄电池；所述电源管理单元通过电压互感器为***提供电源，同时利用电压互感器和太阳能电池对蓄电池进行充电，在电压互感器一次侧停电时，自动接入太阳能电池为***供电，在太阳能也没有能量时，接入蓄电池为***供电。
在本实施例中，所述电源管理模块包括包括五个集成芯片：LM3671、UCC28C45、UCC28C45、ICE2A265和NE555，LM3671实现直流变换，通过ICE2A265给电池充电，由UCC28C45将电池电压转换给***供电，再由LM3671转换成不同的电压等级，实现不同的电压需要，放电的时候，由NE555检测低压，当电池电压低于某个设定值时，关闭UCC28C45 控制器，以起到保护功能，以上协同完成电源管理。
在上述实施例的基础上，本发明一个实施例中所述保护测控装置还包括过载保护模块，所述过载保护模块包括第二电流互感器和过流检测控制回路，所述过流检测控制回路包括整流电路、滤波电路和阈值比较器，所述第二电流互感器的输出端与整流电路的输入端连接，所述整流电路的输出端通过滤波电路与阈值比较器的输入端连接，所述阈值比较器的输出端与开关量输出模块的输入端连接，所述阈值比较器与CPU模块之间串接有数据锁存器和D/A 转换器；
在本实施例中，所述整流电路选用全波整流桥，所述滤波电路采用RC滤波器。
在上述实施例的基础上，所述保护测控装置还包括人机接口模块，所述人机接口模块采用液晶显示屏；用于实时显示装置采集数据。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种配电网分布式差动保护***，在配电网各区域电网节点处均设置有断路器，其特征是，包括分布式保护测控装置和远方调度主机；
所述分布式保护测控装置包括若干个设置在配电网各区域电网节点处的保护测控装置，所述保护测控装置包括模拟量采集模块、开关量采集模块、开关量输出模块、光纤测温模块、CPU模块和通讯模块；
其中，所述模拟量采集模块，用于采集各区域电网节点处的电流和电压数据，将所述电流和电压数据传输至CPU模块；
所述开关量采集模块，用于采集断路器的分合状态信号，并将分合状态信号传输至CPU模块；
所述光纤测温模块，用于检测各区域电网节点处的温度信号，并将温度信号传输至CPU模块；
所述开关量输出模块，用于接收CPU模块发送的控制信号，控制断路器的分合闸操作；
所述CPU模块，用于接收电流、电压、温度和分合状态数据，通过通讯模块与***内其它保护测控装置中CPU模块和远方调度主机交换数据；
所述远方调度主机，用于接收每个保护测控装置输出的数据，进行相应的报警和显示，同时向每个保护测控装置发送同步数据。
2.根据权利要求1所述的配电网分布式差动保护***，其特征是，所述模拟量采集模块包括第一电流互感器、电压互感器、信号调理电路和A/D转换电路，所述第一电流互感器和电压互感器的输出端分别与信号调理电路的输入端连接，所述信号调理电路的输出端与A/D转换电路连接，所述第一电流互感器输出的电流信号和电压互感器输出的电压信号分别经信号调理电路和A/D转换电路后输出至CPU模块。
3.根据权利要求1所述的配电网分布式差动保护***，其特征是，所述开关量采集模块包括依次连接的滤波整流电路、降压管、限流电阻、取样电阻和光耦隔离电路。
4.根据权利要求1所述的配电网分布式差动保护***，其特征是，所述开关量输出模块包光电耦合器和三极管，所述光电耦合器的输入端与CPU模块连接，用于接收控制继电器线圈通断的继电器控制信号，所述光电耦合器的输出回路一端与继电器线圈的一端连接，另一端与三极管的集电极连接，所述三极管的发射极与继电器线圈的另一端连接。
5.根据权利要求1所述的配电网分布式差动保护***，其特征是，所述通讯模块包括本地通信接口、有线网络接口和无线网络接口，所述本地通信接口包括RS232接口、RS485接口和USB接口，所述有线网络接口包括光纤以太网端口；所述无线网络接口包括GSM、CDMA、WCDMA的公用无线通信网络接口或者Wifi、LoRa、ZigBee无线通讯接口。
6.根据权利要求1所述的配电网分布式差动保护***，其特征是，所述保护测控装置还包括电源管理模块、电压互感器、太阳能电池和蓄电池，所述电源管理模块的输入端连接CPU模块，所述电源管理模块的输出端连接电压互感器、太阳能电池和蓄电池；所述电源管理单元通过电压互感器为***提供电源，同时利用电压互感器和太阳能电池对蓄电池进行充电，在电压互感器一次侧停电时，自动接入太阳能电池为***供电，在太阳能也没有能量时，接入蓄电池为***供电。
7.根据权利要求1所述的配电网分布式差动保护***，其特征是，所述保护测控装置还包括过载保护模块，所述过载保护模块包括第二电流互感器和过流检测控制回路，所述过流检测控制回路包括整流电路、滤波电路和阈值比较器，所述第二电流互感器的输出端与整流电路的输入端连接，所述整流电路的输出端通过滤波电路与阈值比较器的输入端连接，所述阈值比较器的输出端与开关量输出模块的输入端连接，所述阈值比较器与CPU模块之间串接有数据锁存器和D/A转换器。
8.根据权利要求1所述的配电网分布式差动保护***，其特征是，所述保护测控装置还包括人机接口模块，所述人机接口模块采用液晶显示屏，用于实时显示装置采集数据。
9.根据权利要求1所述的配电网分布式差动保护***，其特征是，所述远方调度主机包括DSP控制器、无线通信模块和带有两个以上扩展功能接口的主机，所述DS控制器、无线通信模块和带有两个以上扩展功能接口的主机之间相互连接；所述DSP控制器通过无线通信模块与每个保护测控装置无线连接，用于接收每个保护测控装置输出的模拟量信号和开关量信号，传输至主机；所述主机通过有线方式与每个保护测控装置连接，用于接收每个保护测控装置输出的模拟量信号和开关量信号，并向每个保护测控装置发送同步数据。
10.根据权利要求1所述的配电网分布式差动保护***，其特征是，所述主机包括处理器，所述处理器连接有显示器、存储器、打印机和网络适配器。
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