一種變電站用繼電保護(hù)裝置的持續(xù)供電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種變電站用繼電保護(hù)裝置的持續(xù)供電系統(tǒng)，包括外部電源和繼電保護(hù)裝置，其特殊之處在于：還包括充放電模塊、儲(chǔ)能模塊、控制單元和升壓穩(wěn)壓模塊，所述外部電源分別連接控制單元和升壓穩(wěn)壓模塊并為兩者供電，所述升壓穩(wěn)壓模塊輸出端連接繼電保護(hù)裝置并將電能輸送給繼電保護(hù)裝置，所述的外部電源通過充放電模塊連接儲(chǔ)能模塊，所述充放電模塊包括充電模塊和放點(diǎn)模塊，所述的儲(chǔ)能模塊是由互相串聯(lián)的可單獨(dú)充電的三個(gè)超級電容組成超級電容組，所述控制單元對儲(chǔ)能模塊的三個(gè)超級電容的充放電進(jìn)行控制，所述外部電源通過充電模塊對儲(chǔ)能模塊進(jìn)行充電，所述儲(chǔ)能模塊通過放電模塊連接升壓穩(wěn)壓模塊進(jìn)行放電，所述控制單元電源連接在升壓穩(wěn)壓模塊其中一個(gè)輸出端，在外部電源出現(xiàn)意外時(shí)，控制單元控制儲(chǔ)能單元作為備用電源。
【專利說明】—種變電站用繼電保護(hù)裝置的持續(xù)供電系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及變電站繼電保護(hù)裝置的電源系統(tǒng)，尤其是一種變電站用繼電保護(hù)裝置的持續(xù)供電系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前我國繼電保護(hù)絕大部分采用微機(jī)保護(hù)，盡管微機(jī)保護(hù)裝置的可靠性和性能相比傳統(tǒng)電磁型保護(hù)有了很大提高，但在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中由于電子元器件的老化、高電壓的沖擊等多方面的原因，會(huì)使繼電保護(hù)的硬件設(shè)備損壞而不能正常工作，大多數(shù)繼電器保護(hù)裝置的電源采用開關(guān)電源作為其工作電源，由于外部電壓變化、保護(hù)裝置電源板壽命短等原因，導(dǎo)致開關(guān)電源在功率部分、調(diào)整部分、穩(wěn)壓部分等幾個(gè)環(huán)節(jié)經(jīng)常出現(xiàn)波紋系數(shù)過高、功率不足、電壓失穩(wěn)等的一些問題；現(xiàn)在許多重要的繼電保護(hù)裝置都使用蓄電池作為備用電源。在裝置電源正常的情況下，由其本身電源進(jìn)行供電，當(dāng)電源出現(xiàn)異常時(shí)，則投入蓄電池為其供電，蓄電池和繼電保護(hù)裝置電源輸出端并行連接，平時(shí)處于浮充狀態(tài)。但是這種并聯(lián)的方式，蓄電池不但得不到充電，反而通過繼電保護(hù)裝置的電源電路放電，導(dǎo)致電池的電壓一直降低到與保護(hù)電源電壓輸出端相等為止，這樣隨著時(shí)間的推移電池的容量大大降低，到使用蓄電池作為備用電源供電時(shí)，由于其容量降低，致使其輸出電壓不達(dá)標(biāo)。
[0003]本實(shí)用新型為了克服上述缺陷，進(jìn)行了有益的改進(jìn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，提供了一種使用超級電容作為備用電源的變電站用繼電保護(hù)裝置的持續(xù)供電系統(tǒng)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型新型采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種變電站用繼電保護(hù)裝置的持續(xù)供電系統(tǒng)，包括外部電源和繼電保護(hù)裝置，其特殊之處在于:還包括充放電模塊、儲(chǔ)能模塊、控制單元和升壓穩(wěn)壓模塊，所述外部電源分別連接控制單元和升壓穩(wěn)壓模塊并為兩者供電，所述升壓穩(wěn)壓模塊輸出端連接繼電保護(hù)裝置并將電能輸送給繼電保護(hù)裝置，所述的外部電源通過充放電模塊連接儲(chǔ)能模塊，所述充放電模塊包括充電模塊和放點(diǎn)模塊，所述的儲(chǔ)能模塊是由互相串聯(lián)的可單獨(dú)充電的三個(gè)超級電容組成超級電容組，所述控制單元對儲(chǔ)能模塊的三個(gè)超級電容的充放電進(jìn)行控制，所述外部電源通過充電模塊對儲(chǔ)能模塊進(jìn)行充電，所述儲(chǔ)能模塊通過放電模塊連接升壓穩(wěn)壓模塊進(jìn)行放電，所述控制單元電源連接在升壓穩(wěn)壓模塊其中一個(gè)輸出端，在外部電源出現(xiàn)意外時(shí)，控制單元控制儲(chǔ)能單元作為備用電源，其中所述控制單元為89C51單片機(jī)；
[0007]進(jìn)一步地，所述的充放電模塊包括四個(gè)金氧半場效晶體管，其中金氧半場效晶體管G7、金氧半場效晶體管G9、金氧半場效晶體管GlO并聯(lián)，該并聯(lián)電路與外部電源之間串聯(lián)連接有金氧半場效晶體管Gll和一個(gè)二極管，同時(shí)，所述金氧半場效晶體管G7和恒流源串聯(lián)，所述金氧半場效晶體管G9和金氧半場效晶體管GlO分別和一個(gè)二極管串聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)可控的雙向?qū)ㄩ_關(guān)，所述的四個(gè)金氧半場效晶體管由控制單元控制其通斷，在充電階段時(shí)，控制單元控制金氧半場效晶體管G9和金氧半場效晶體管GlO關(guān)斷，金氧半場效晶體管G7、金氧半場效晶體管Gll導(dǎo)通，外部電源為繼電保護(hù)裝置供電，同時(shí)通過恒流源為儲(chǔ)能模塊充電，當(dāng)儲(chǔ)能模塊充電結(jié)束后，控制單元控制金氧半場效晶體管G7關(guān)斷，金氧半場效晶體管G10、金氧半場效晶體管GlO導(dǎo)通，儲(chǔ)能模塊的端電壓與外部電壓相等，當(dāng)外部電源異常時(shí)，儲(chǔ)能模塊通過金氧半場效晶體管GlO直接與繼電保護(hù)裝置連接，進(jìn)行供電；
[0008]進(jìn)一步地，所述的恒流源為輸入電流和輸出電流相等的電流鏡電流；
[0009]進(jìn)一步地，所述升壓穩(wěn)壓模塊包括五個(gè)金氧半場效晶體管和五個(gè)DC/DC變換器，其中金氧半場效晶體管Gl與一個(gè)DC/DC變換器串聯(lián)后給繼電保護(hù)裝置的邏輯電源提供電能，金氧半場效晶體管G2和金氧半場效晶體管G3分別與一個(gè)DC/DC變換器串聯(lián)后給繼電保護(hù)裝置的模擬電源提供電能，金氧半場效晶體管G4與一個(gè)DC/DC變換器串聯(lián)后給繼電保護(hù)裝置的邏輯電源提供電能，金氧半場效晶體管G5與一個(gè)DC/DC變換器串聯(lián)后給單片機(jī)提供電能；
[0010]進(jìn)一步地，所述儲(chǔ)能模塊包括超級電容Cl、超級電容C2和超級電容C3、可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K1、可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K3、可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K5、旁路開關(guān)K2、旁路開關(guān)K4、旁路開關(guān)K6，所述可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K1、超級電容Cl、可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K3、超級電容C2、可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K5和超級電容C3依次串聯(lián)，其中，所述旁路開關(guān)K2和限流電阻Rl串聯(lián)后與可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)Kl和超級電容Cl并聯(lián)，所述旁路開關(guān)K4和限流電阻R2串聯(lián)后與可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K3和超級電容C2并聯(lián)，所述旁路開關(guān)K6和限流電阻R3串聯(lián)后與可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K5和超級電容C3并聯(lián)，所述單片機(jī)對雙向?qū)ㄩ_關(guān)和旁路開關(guān)進(jìn)行控制。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型采用單獨(dú)充電的超級電容作為儲(chǔ)能模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電，循環(huán)使用壽命長，且可以釋放超強(qiáng)的電流，能量的轉(zhuǎn)換效率比較高，具有綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，多個(gè)串聯(lián)的超級電容采用單獨(dú)充電方式和在充放電電路中采用電流鏡的恒流源電路，能夠有效降低充電過程中對于超級電容的損傷，本技術(shù)方案中的DC/DC變換器輸入電壓范圍寬，采用不同的DC/DC變換器并聯(lián)，可以滿足對繼電保護(hù)裝置的不同部件進(jìn)行供電的要求，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1本實(shí)用新型繼電保護(hù)裝置持續(xù)供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2本實(shí)用新型繼電保護(hù)裝置持續(xù)供電系統(tǒng)充放電模塊示意圖；
[0014]圖3本實(shí)用新型繼電保護(hù)裝置持續(xù)供電系統(tǒng)充放電電路示意圖；
[0015]圖4本實(shí)用新型繼電保護(hù)裝置持續(xù)供電系統(tǒng)升壓穩(wěn)壓模塊示意圖；
[0016]圖5本實(shí)用新型繼電保護(hù)裝置持續(xù)供電系統(tǒng)儲(chǔ)能模塊電路示意圖；
[0017]圖6本實(shí)用新型繼電保護(hù)裝置持續(xù)供電系統(tǒng)整體電路結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
[0019]本實(shí)用新型的實(shí)施例參考圖1_2、6所示，一種變電站用繼電保護(hù)裝置的持續(xù)供電系統(tǒng)，包括外部電源和繼電保護(hù)裝置，其特殊之處在于:還包括充放電模塊、儲(chǔ)能模塊、控制單元和升壓穩(wěn)壓模塊，所述外部電源分別連接控制單元和升壓穩(wěn)壓模塊并為兩者供電，所述升壓穩(wěn)壓模塊輸出端連接繼電保護(hù)裝置并將電能輸送給繼電保護(hù)裝置，所述的外部電源通過充放電模塊連接儲(chǔ)能模塊，所述充放電模塊包括充電模塊和放點(diǎn)模塊，所述的儲(chǔ)能模塊是由互相串聯(lián)的可單獨(dú)充電的三個(gè)超級電容組成超級電容組，所述控制單元對儲(chǔ)能模塊的三個(gè)超級電容的充放電進(jìn)行控制，所述外部電源通過充電模塊對儲(chǔ)能模塊進(jìn)行充電，所述儲(chǔ)能模塊通過放電模塊連接升壓穩(wěn)壓模塊進(jìn)行放電，所述控制單元電源連接在升壓穩(wěn)壓模塊其中一個(gè)輸出端，在外部電源出現(xiàn)意外時(shí)，控制單元控制儲(chǔ)能單元作為備用電源，其中所述控制單元為89C51單片機(jī)。
[0020]充放電模塊如圖3所示，包括四個(gè)金氧半場效晶體管，其中金氧半場效晶體管G7、金氧半場效晶體管G9、金氧半場效晶體管GlO并聯(lián)，該并聯(lián)電路與外部電源之間串聯(lián)連接有金氧半場效晶體管Gll和一個(gè)二極管，同時(shí)，所述金氧半場效晶體管G7和恒流源串聯(lián)，所述金氧半場效晶體管G9和金氧半場效晶體管GlO分別和一個(gè)二極管串聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)可控的雙向?qū)ㄩ_關(guān)，它們既是充電過程中浮充階段的充電電路，又是放電過程中的放電通路，四個(gè)金氧半場效晶體管由控制單元控制其通斷，在充電階段時(shí)，控制單元控制金氧半場效晶體管G9和金氧半場效晶體管GlO關(guān)斷，金氧半場效晶體管G7、金氧半場效晶體管GlI導(dǎo)通，外部電源為繼電保護(hù)裝置供電，同時(shí)通過恒流源為儲(chǔ)能模塊充電，當(dāng)儲(chǔ)能模塊充電結(jié)束后，控制單元控制金氧半場效晶體管G7關(guān)斷，金氧半場效晶體管G10、金氧半場效晶體管GlO導(dǎo)通，儲(chǔ)能模塊的端電壓與外部電壓相等，當(dāng)外部電源異常時(shí)，儲(chǔ)能模塊通過金氧半場效晶體管GlO直接與繼電保護(hù)裝置連接，進(jìn)行供電，當(dāng)外部電源恢復(fù)正常，可讓金氧半場效晶體管Gll導(dǎo)通，外部電源繼續(xù)為繼電保護(hù)裝置供電，此時(shí)雖然外部電源的電壓要比超級電容組的端電壓高，但是金氧半場效晶體管G7、金氧半場效晶體管G9關(guān)斷，金氧半場效晶體管GlO支路由于有二極管的存在，自動(dòng)截止，不會(huì)對超級電容造成沖擊。
[0021]通過此模塊的控制，當(dāng)超級電容組充滿電后，通過金氧半場效晶體管G9、金氧半場效晶體管GlO支路處于浮充狀態(tài)。當(dāng)外部電源異常時(shí)不需要專門的投入操作，就可以使持續(xù)供電系統(tǒng)為繼電保護(hù)裝置供電，當(dāng)外部電源恢復(fù)正常之后，又可以使持續(xù)供電系統(tǒng)安全有序退出，整個(gè)過程對繼電保護(hù)裝置的供電不會(huì)中斷，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)供電。
[0022]升壓穩(wěn)壓模塊如圖4所示，包括五個(gè)金氧半場效晶體管和五個(gè)DC/DC變換器，其中金氧半場效晶體管Gl與一個(gè)DC/DC變換器串聯(lián)后給繼電保護(hù)裝置的邏輯電源提供電能，金氧半場效晶體管G2和金氧半場效晶體管G3分別與一個(gè)DC/DC變換器串聯(lián)后給繼電保護(hù)裝置的模擬電源提供電能，金氧半場效晶體管G4與一個(gè)DC/DC變換器串聯(lián)后給繼電保護(hù)裝置的邏輯電源提供電能，金氧半場效晶體管G5與一個(gè)DC/DC變換器串聯(lián)后給單片機(jī)提供電能，在供電過程中，保護(hù)CPU邏輯用電源需要+5V，模擬量用電源需要正負(fù)12V，開入、開出插件電源需要+24V，其實(shí)現(xiàn)方式如圖4所示。
[0023]在上電時(shí)，單片機(jī)一路首先導(dǎo)通，啟動(dòng)單片機(jī)后，在陸續(xù)導(dǎo)通其他支路，為繼電保護(hù)裝置安全供電，這種上電方式可以先讓持續(xù)供電系統(tǒng)的控制單元首先投入運(yùn)行，從而讓控制單元控制持續(xù)供電系統(tǒng)的其它各個(gè)模塊有序投入工作。
[0024]儲(chǔ)能模塊如圖5所示，包括超級電容Cl、超級電容C2和超級電容C3、可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K1、可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K3、可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K5、旁路開關(guān)K2、旁路開關(guān)K4、旁路開關(guān)K6，所述可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K1、超級電容Cl、可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K3、超級電容C2、可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K5和超級電容C3依次串聯(lián)，其中，所述旁路開關(guān)K2和限流電阻Rl串聯(lián)后與可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)Kl和超級電容Cl并聯(lián)，所述旁路開關(guān)K4和限流電阻R2串聯(lián)后與可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K3和超級電容C2并聯(lián)，所述旁路開關(guān)K6和限流電阻R3串聯(lián)后與可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K5和超級電容C3并聯(lián)，所述單片機(jī)對雙向?qū)ㄩ_關(guān)和旁路開關(guān)進(jìn)行控制。
[0025]在充電過程為:在開始階段，K1、K3、K5全部關(guān)閉，Κ2、Κ4、Κ6全部斷開，外部電源為超級電容組充電，當(dāng)其中某個(gè)超級電容充滿電后，由控制單元控制相應(yīng)的可控開關(guān)斷開，其相應(yīng)的旁路開關(guān)閉合，充電電流從限流電阻流過，繼續(xù)為其它沒有充滿的超級電容充電，依次類推，直到充滿。充滿之后，斷開可控開關(guān)，閉合旁路開關(guān)，此時(shí)超級電容組端電壓與外部電源電壓相等，超級電容組處于浮充狀態(tài)。
[0026]以上所述實(shí)施方式僅表達(dá)了本實(shí)用新型的一種實(shí)施方式，但并不能因此而理解為對本實(shí)用新型范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種變電站用繼電保護(hù)裝置的持續(xù)供電系統(tǒng)，包括外部電源和繼電保護(hù)裝置，其特殊之處在于:還包括充放電模塊、儲(chǔ)能模塊、控制單元和升壓穩(wěn)壓模塊，所述外部電源分別連接控制單元和升壓穩(wěn)壓模塊并為兩者供電，所述升壓穩(wěn)壓模塊輸出端連接繼電保護(hù)裝置并將電能輸送給繼電保護(hù)裝置，所述的外部電源通過充放電模塊連接儲(chǔ)能模塊，所述充放電模塊包括充電模塊和放點(diǎn)模塊，所述的儲(chǔ)能模塊是由互相串聯(lián)的可單獨(dú)充電的三個(gè)超級電容組成超級電容組，所述控制單元對儲(chǔ)能模塊的三個(gè)超級電容的充放電進(jìn)行控制，所述外部電源通過充電模塊對儲(chǔ)能模塊進(jìn)行充電，所述儲(chǔ)能模塊通過放電模塊連接升壓穩(wěn)壓模塊進(jìn)行放電，所述控制單元電源連接在升壓穩(wěn)壓模塊其中一個(gè)輸出端，在外部電源出現(xiàn)意外時(shí)，控制單元控制儲(chǔ)能單元作為備用電源，其中所述控制單元為89C51單片機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變電站用繼電保護(hù)裝置的持續(xù)供電系統(tǒng)，其特征在于:所述的充放電模塊包括四個(gè)金氧半場效晶體管，其中金氧半場效晶體管G7、金氧半場效晶體管G9、金氧半場效晶體管GlO并聯(lián)，該并聯(lián)電路與外部電源之間串聯(lián)連接有金氧半場效晶體管Gll和一個(gè)二極管，同時(shí)，所述金氧半場效晶體管G7和恒流源串聯(lián)，所述金氧半場效晶體管G9和金氧半場效晶體管GlO分別和一個(gè)二極管串聯(lián)，構(gòu)成一個(gè)可控的雙向?qū)ㄩ_關(guān)，所述的四個(gè)金氧半場效晶體管由控制單元控制其通斷，在充電階段時(shí)，控制單元控制金氧半場效晶體管G9和金氧半場效晶體管GlO關(guān)斷，金氧半場效晶體管G7、金氧半場效晶體管Gll導(dǎo)通，外部電源為繼電保護(hù)裝置供電，同時(shí)通過恒流源為儲(chǔ)能模塊充電，當(dāng)儲(chǔ)能模塊充電結(jié)束后，控制單元控制金氧半場效晶體管G7關(guān)斷，金氧半場效晶體管G10、金氧半場效晶體管GlO導(dǎo)通，儲(chǔ)能模塊的端電壓與外部電壓相等，當(dāng)外部電源異常時(shí)，儲(chǔ)能模塊通過金氧半場效晶體管GlO直接與繼電保護(hù)裝置連接，進(jìn)行供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種變電站用繼電保護(hù)裝置的持續(xù)供電系統(tǒng)，其特征在于:所述的恒流源為輸入電流和輸出電流相等的電流鏡電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種變電站用繼電保護(hù)裝置的持續(xù)供電系統(tǒng)，其特征在于:所述升壓穩(wěn)壓模塊包括五個(gè)金氧半場效晶體管和五個(gè)DC/DC變換器，其中金氧半場效晶體管Gl與一個(gè)DC/DC變換器串聯(lián)后給繼電保護(hù)裝置的邏輯電源提供電能，金氧半場效晶體管G2和金氧半場效晶體管G3分別與一個(gè)DC/DC變換器串聯(lián)后給繼電保護(hù)裝置的模擬電源提供電能，金氧半場效晶體管G4與一個(gè)DC/DC變換器串聯(lián)后給繼電保護(hù)裝置的邏輯電源提供電能，金氧半場效晶體管G5與一個(gè)DC/DC變換器串聯(lián)后給單片機(jī)提供電能。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種變電站用繼電保護(hù)裝置的持續(xù)供電系統(tǒng)，其特征在于:所述儲(chǔ)能模塊包括超級電容Cl、超級電容C2和超級電容C3、可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K1、可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K3、可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K5、旁路開關(guān)K2、旁路開關(guān)K4、旁路開關(guān)K6，所述可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K1、超級電容Cl、可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K3、超級電容C2、可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K5和超級電容C3依次串聯(lián)，其中，所述旁路開關(guān)K2和限流電阻Rl串聯(lián)后與可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)Kl和超級電容Cl并聯(lián)，所述旁路開關(guān)K4和限流電阻R2串聯(lián)后與可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K3和超級電容C2并聯(lián)，所述旁路開關(guān)K6和限流電阻R3串聯(lián)后與可控雙向?qū)ㄩ_關(guān)K5和超級電容C3并聯(lián)，所述單片機(jī)對雙向?qū)ㄩ_關(guān)和旁路開關(guān)進(jìn)行控制。
【文檔編號】H02J7/34GK204167982SQ201420542765
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】張連城, 李鑫, 劉建波, 魏懷周, 馮守磊, 王勇, 韓寧, 胥欣 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)山東省電力公司東營供電公司, 國網(wǎng)山東墾利縣供電公司