一种抗低电压穿越直流应急电源制造技术

一种抗低电压穿越直流应急电源，属应急装置领域。由储能单元、自举单元和DC/DC变换单元构成；储能单元正极与直流母线正极连接，储能单元负极经过自举单元与直流母线负极连接；自举单元输入端与DC/DC变换单元输出端对应连接，DC/DC变换单元输入端与直流母线正、负极分别对应连接；当发生直流失电或同时伴随直流负载短路情况时，直流应急电源通过储存在电容器中的能量立刻提供短路电流，使故障回路的空开“跳闸”，隔离故障点，并在自举单元的自举作用下，用电容中剩余的能量，恢复或保持直流母线电压在额定电压的87％～95％范围内0.5秒及以上，保证其他继电保护装置的正确动作功能，避免进一步扩大故障。免进一步扩大故障。免进一步扩大故障。

【技术实现步骤摘要】
一种抗低电压穿越直流应急电源


[0001]本专利技术属于应急装置领域，尤其涉及一种用于在继电保护设备的直流电源系统异常时投入运行的直流应急电源装置。

技术介绍

[0002]电力系统中各种电压的变电所及输配电线路组成的整体，称为电力网，简称电网。
[0003]电网的继电保护装置是保证电网安全运行的重要设备，继电保护设备所使用的直流电源，是保障继电保护装置正常运行的基础。
[0004]由于各种原因致使继电保护设备的直流电源发生异常，使得继电保护装置失灵引发的电网故障，在电力运行生产过程中时有发生，给国民经济带来重大隐患，严重威胁着电网安全运行。
[0005]近二十多年电网重大事故分析总结发现，目前继电保护用的直流电源系统可以应对任何单一原因的电网故障，也能够应对各类设备故障。
[0006]但是，一旦在多因素故障作用下，直流电源系统就会出现“漏洞”，最终导致直流失压，关键时刻继电保护该动而没有动。
[0007]这种多因素作用有些有因果关系，有些是各种偶发因素集合，因此，尽管业内都一直在努力寻找一个有效的解决方案，但始终未有理想技术手段。
[0008]具体的，变电站直流电源系统组成包括三大部分：充电装置、蓄电池组、馈线屏(其中安装有各种继电保护装置，故业内习惯用馈线屏来指代各种继电保护装置)，如图1中所示。
[0009]从图中看出，充电装置、蓄电池组以及继电保护装置这三大部分，均通过直流母线相连。
[0010]变电站直流电源系统正常运行方式是：充电装置的输入端接交流电源(业内通常称为所内交流电源或“市电”)，其输出端与直流母线连接，为直流母线提供直流电源；馈线屏所有负载均由充电装置供电，蓄电池组挂在直流母线上进行“浮充”(即处于“备用”状态)。
[0011]当发生充电装置“失电”时，蓄电池组替代充电装置继续对直流母线供电，保证位于馈线屏中的各种继电保护装置能够正常工作。
[0012]但如果蓄电池组此时失效，直流母线就会“失电”，使得继电保护装置停止工作，继电保护装置的“电网保护”功能丧失。
[0013]大的电网故障通常都是出现在这样的状态下：电网侧的市电(380V交流输入)突然中断的同时，蓄电池又因为某种原因失效，导致直流母线失去电压(亦称直流母线“失压”)，继电保护装置不能正常动作，事故被“放大”。
[0014]如电网发生瞬时低电压穿越和短时低电压穿越时，前述充电装置的电源模块自身将发生缺相或欠压保护，自动进行关机，此时如正好发生蓄电池故障，直流系统将发生“失压”。
[0015]通过对此类故障进行统计、分析，发现只要在不同原因造成的直流“失压”情况下，能有补救直流母线支撑0.5秒时间的供电(意即在此类特殊故障情况下，直流母线只要能再多坚持0.5秒左右的直流供电时间，等待“市电”侧供电的“自动”恢复)，就能避免电网故障，拯救电网危机和确保电网安全。
[0016]针对上述存在的问题，业内目前采取如下措施：
[0017]一、在“一段”直流母线和“二段”直流母线之间，设置直流互馈装置：
[0018]若在一个变电站的直流电源系统中，设置有两条直流母线(业内称之为“一段”直流母线和“二段”直流母线)，当在“一段”或“二段”直流母线发生“直流母线失压”时，立即从对段(“一段”直流母线与“二段”直流母线互为“对段”)直流母线通过DC/DC变换装置送出直流电源，来顶替本段缺失的直流电源，保证本段/该段“失压”母线继续有直流母线电压输出，使得由本段/该段直流母线供电的各继电保护装置能够正常动作，保护电网安全。
[0019]授权公告日为2023.03.21，授权公告号为CN 114400623 B的专利技术专利所公开的“一种变电站直流失电下低压侧故障切除保护系统及方法”，即采用上述解决问题的类似思路，其缺点是继电器切换存在动作时间和可靠性相对较低问题。
[0020]这种方法存在如下不足：
[0021]1)只能用在已经有二套直流电源(即前述的“一段”母线和“二段”母线)的变电站站点，而对于大部分只有一套直流电源的变电站无法应用；
[0022]2)有扩大故障的隐患。原本设置一、二段直流母线是为了继电保护双重化和电源独立性，但是增加了这个互馈装置后，“一段”和“二段”直流母线之间的独立性没有了，甚至会引发“一段”和“二段”直流母线同时“失压”，反而扩大了故障，丧失了最初分别设置“一段”直流母线和“二段”直流母线的意义；
[0023]3)若是对已有的老变电站新增这个直流互馈装置，由于在变电站正常运行期间，站内的直流电源不能停电施工(否则会导致整个变电站的继电保护功能在施工期间丧失)，该直流互馈装置的安装和施工，存在风险。
[0024]二、采用定制的具有低电压穿越功能的高频开关整流模块：
[0025]常规的继电保护用的直流电源，其模块正常的工作电压下限都是70％(意即当外部交流输入电压低于其模块之额定工作电压的70％后，整个直流电源模块停止工作，无直流输出)。
[0026]采用定制的具有低电压穿越功能的高频开关整流模块的技术方案，是对模块进行改造，将模块工作电压下限扩大，由70％下调至40％左右，以使得发生交流“失压”后能多一些时间继续输出直流电压。
[0027]这种方法存在如下不足：
[0028]1)不能百分之百有效，如当电网出现某种异常，导致模块交流输入侧出现“缺相”故障时，模块就会自动关机，倘若此时蓄电池因为内部的极柱等腐化(这种故障极难被发现)，出现“开路”，整个直流失电，所有继电保护功能均会丧失，就会出现严重的电网事故；
[0029]2)模块的改造需要对模块进行重新设计，在放大输入电压下限的同时，也一定牺牲了原有电源的某些设计参数，带来了潜在的无法预测的另一种安全隐患；
[0030]3)对于老的已有变电站，若想现场更换这种低电压穿越的新高频开关整流模块，同样会因为直流电源系统不能停电，改造工作本身的安全风险就很高，且成本和工作量都
较大。
[0031]三、增加直流电源中高频开关整流模块输出电容量：
[0032]该技术路线也是对模块进行改造，增大输出滤波容量，以期实现一定程度地支撑直流输出。但受限于模块体积，提高容量有限，能够改善而解决不了全部问题。
[0033]四、增加电容储能补偿模块：
[0034]该技术路线则是在直流母线侧直接并联一个电容器，当直流母线电压正常时，对电容器进行“浮充”储能，当直流母线电压下跌时，电容器放电，抵抗直流母线电压的跌落，维持直流母线电压的稳定。
[0035]申请公布日为2010.12.01，申请公布号为CN 101902035 A的专利技术专利申请“配电用直流电压补偿装置”，即采用类似上述解决问题的思路用继电器切换实现。
[0036]综上，现有的各种技术方案，均无法彻底解决“当电网发生瞬时低电压穿越和短时低电压穿越时，充电装置的电源模块自身将发生
‘
缺相
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗低电压穿越直流应急电源，其特征是：所述抗低电压穿越直流应急电源由储能单元、自举单元和DC/DC变换单元构成；其中，储能单元的正极与直流母线正极连接，储能单元的负极经过自举单元与直流母线负极连接；自举单元的输入端与DC/DC变换单元的输出端对应连接，DC/DC变换单元的输入端与直流母线的正、负极分别对应连接；当整个直流系统处于正常运行状态时，所述储能单元中的储能电容通过自举单元中的电阻进行充电，并处于全能量状态；当发生直流失电或同时伴随直流负载短路情况时，所述的直流应急电源通过储存在电容器中的能量，立刻提供短路电流，使故障回路的空开“跳闸”，隔离故障点，并在自举单元的自举作用下，用电容中剩余的能量，恢复或保持直流母线电压在额定电压的87％～95％范围内0.5秒及以上，保证其他继电保护装置的正确动作功能，避免进一步扩大故障。2.按照权利要求1所述的抗低电压穿越直流应急电源，其特征是所述的直流应急电源装置，在电容充满电且电压稳定后，进入DC/DC变换单元“待触发”状态；当直流母线“失电”后，电容电压下降到直流母线正常工作电压的95％时，DC/DC变换单元工作，通过电容电压Uc和DC/DC输出电压叠加，保持直流母线电压的稳定并在电容所储存的电能放电到零前，支撑直流母线电压的时间在0.5秒及以上。3.按照权利要求1所述的抗低电压穿越直流应急电源，其特征是所述的直流应急电源，采用自举升压工作模式，充分挖掘电容所储存的能量，将低于额定电压下的电容能量，通过自举电压叠加方式，维持在母线正常工作电压继续放电，直至电容电压接近零；同时DC/DC逆变工作电源取自直流母线，输出电压由DC/DC变换单元的输出电压和电容电压Uc叠加构成，提高电容所储存能量的利用率和整体工作效率。4.按照权利要求1所述的抗低电压穿越直流应急电源，其特征是所述的储能单元采用多个电解电容并联组合而成，提供直流系统负载短路电流和建立大于0.5秒母线电压的能量。5.按照权利要求1所述的抗低电压穿越直流应急电源，其特征是所述的自举单元在电容器充电储能的过程中，完成限流功能，防止过大的充电电流对原有直流系统的影响；在提供短路电流时，通过大功率二极管D...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴春怡，朱亚，马广新，王延明，
申请(专利权)人：戴春怡，
类型：发明
国别省市：