一种集电线路来电远程闭合高压断路器的控制系统和方法与流程 专利技术说明

发电;变电;配电装置的制造技术1.本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种可远程操控集电线路高压断路器的控制系统和方法。背景技术：2.近年来，风力发电行业迅猛发展，越来越多的海上风电场和山地风电场投入了建设和运营。相较于平原型陆上风电机组，海上风电机组和山地发电机组的可达性差，运维受制于大雾、潮汐、海浪、雨雪等天气因素，等待时间长，运维成本高。海上风电机组单机容量往往较大，而山地风电场通常有部分机位可利用小时数也较好，在集电线路恢复供电后快速的恢复风电机组供电对减少发电量的损失至关重要。3.然而，不同于升压站有着较大容量的蓄电池系统作为断路器的操作电源，风力发电机组受限于空间和成本往往使用一定容量的ups在作为风机机组系统的控制和后备电源的同时兼做环网柜高压开关的操作电源。当前行业内，风力发电机所配备的ups自主供电时间通常只有1~2小时，超过自主供电时间后，风电机组的控制和环网柜断路器的控制均无法实施。因此，在ups自主供电情况下，当可用容量降低到一定程度，如额度容量的20~30%时，通常采取ups休眠的办法节约电能损耗。在后期发电机组恢复送电时，ups可以就地启动，恢复发电机组的正常控制，也为环网柜断路器提供操作电源。4.风电场集电线路由于升压站调试或站内设备检修、电网断电、台风天气等原因，出现数小时或若干天的停电时，风电机组环网柜高压断路器按电网规程要求须断开运行。在集电线路恢复送电时，ups电源已进入休眠状态。此时，由于风电机组无本地操作电源，中控室scada远程无法合上风电机组的环网柜高压断路器，也就无法实现风电机组的并网。为恢复风电机组送电，海上需要出动船只或直升机，山地也需要人员到达机位点，耗费大量人力物力并白白损失了应发电量。部分业主提出了采用集电线路进线口安装高压pt引入额外电源操作进线断路器的方案，但该方案成本较高，难以为业内所接受。技术实现要素：5.有鉴于此，本发明目的在于采用经济可行的方案，在集电线路来电时，采集集电线路高压母线电能量并产生触发信号，唤醒风电机组ups，为风电机组环网柜高压断路器提供就地操作电源，及时远程操控环网柜开关，恢复风电机组供电。6.为了实现上述目的，本发明提出了一种集电线路来电远程闭合高压断路器的控制系统，包括：电容式高压传感器、电能量采集及信号发生装置和ups。所述电容式高压传感器将集电线路高压电能量转换为微电流电能量并作为所述电能量采集及信号发生装置的输入，所述电能量采集及信号发生装置将输入的微电流电能量存储并转换为ups自唤醒触发信号提供给所述ups，所述ups具有自唤醒功能在收到自唤醒触发信号后自唤醒。7.其中，电容式高压传感器为下述四种形式之一：形式1，接触式传感器，上端法兰与进线侧集电线路高压母线直接相连，下端经导线与电能量采集及信号发生装置相连接；形式2，接触式传感器，且为中间带抽头的电容分压式结构，上端法兰与进线侧集电线路高压母线直接相连，下端直接接地，中间抽头经屏蔽导线与电能量采集及信号发生装置相连接；形式3，感应式传感器，上端接收面对准进线侧集电线路高压母线但不与高压母线接触，下端经屏蔽导线与电能量采集及信号发生装置相连接；形式4，感应式传感器，且为中间带抽头的电容分压式结构，上端法兰与进线侧集电线路高压母线直接相连，下端直接接地，中间抽头经屏蔽导线与电能量采集及信号发生装置相连接；电容式高压传感器安装于环网柜内，集电线路进线侧三相高压母线至少一相安装电容式高压传感器。8.本发明控制系统中的电能量采集及信号发生装置与电容式高压传感器经屏蔽导线相连接并可靠接地，用以采集集电线路传输的电能量。同时，电能量采集及信号发生装置产生ups自唤醒触发信号，提供给ups。9.电能量采集及信号发生装置包括保护电路模块、滤波电路模块、整流电路模块、储能电路模块、稳压电路模块和电压检测电路模块。10.优选的，保护电路模块配置tvs管，或同时配置tvs管和放电管，用以抑制特殊天气雷电产生时或临近线路断路器操作时等情况下传入装置的过电压，对浪涌电流和电磁干扰进行吸收，保护装置的安全；优选的，滤波电路模块配置无源低通滤波电路，或同时配置无源低通滤波电路和共模滤波电路，用以减少馈线上的谐波干扰、高频暂态信号和其他杂波，提高装置可靠性；优选的，整流电路模块配置单相半波、全波或桥式整流电路，对于高压母线三相均安装电容式高压传感器的场景，可采用三相桥式整流电路；优选的，储能电路模块配置电容器，储能电容器电容值通常为电容式高压传感器电容值的数百倍以上，以存储足够能量保证后续ups自唤醒信号的稳定性；优选的，稳压电路模块配置齐纳二级管或三端稳压器，确保所述储能电路储存能量短时过高时泄放部分能量稳定储能电路电压；优选的，电压检测电路模块配置低功耗电压检测芯片，当输入电压低于设定门槛值模块输出为一种电平；当输入电压高于设定门槛电压时，模块输出电压为另一种电平；设定门槛值与稳压电路稳压值匹配。11.可选的，电能量采集及信号发生装置还包括合闸闭锁电路模块，在电能量采集及信号发生装置的屏蔽导线入口与保护电路模块间串入与电容式高压传感器对应相的高压断路器的常闭辅助接点，或串入三相高压断路器的常闭辅助节点，使得电能量采集及信号发生装置仅在高压断路器开断时才工作，在此情况下，如电容式高压传感器与电能量采集及信号发生装置相连的屏蔽导线是从电容式高压传感器下端引出，则在电能量采集及信号发生装置入口并接对地电容器，以防高压断路器的常闭辅助接点打开时电能量采集及信号发生装置输入端口电压过高损坏电能量采集及信号发生装置。12.可选的，所述电能量采集及信号发生装置还包括合闸闭锁电路模块，在所述电能量采集及信号发生装置的整流电路模块与储能电路模块间串入与所述电容式高压传感器对应相的高压断路器的常闭辅助接点，或串入三相高压断路器的常闭辅助接点，使得所述电能量采集及信号发生装置仅在高压断路器开断时才工作，在此情况下，如所述电容式高压传感器与电能量采集及信号发生装置相连的屏蔽导线是从电容式高压传感器下端引出，且所述电能量采集及信号发生装置交流侧未连接对地电容器，则在所述电能量采集及信号发生装置入口并接对地电容器，以防高压断路器的常闭辅助接点打开时电能量采集及信号发生装置输入端口电压过高损坏电能量采集及信号发生装置。13.可选的，电能量采集及信号发生装置还包括固态电子开关电路模块，固态电子开关可为mos管或bjt管。电能量采集及信号发生装置的电压检测电路输出电平的变化控制固态电子开关的通断。14.本发明控制系统中的ups控制器具备自唤醒功能。可选的，自唤醒触发无需外部电源。在此情况下，电能量采集及信号发生装置固态电子开关电路模块输出经屏蔽导线与ups控制器自唤醒触发接口外部相连。自唤醒触发条件为自唤醒触发接口外部通断状态发生变化。15.可选的，ups控制器自唤醒触发需要外部电源，自唤醒功能电路含光耦元件，其受光器由ups自供电，发光器供电由自唤醒触发接口外部提供。在此情况下，电能量采集及信号发生装置电压检测电路模块输出电平值不低于光耦元件发光器工作电压，该电路输出经屏蔽导线与ups控制器自唤醒触发接口外部相连。自唤醒触发条件为触发接口外部电压满足发光器工作条件。16.在集电线路来电时，本发明的控制系统唤醒风电机组ups。ups自唤醒后，恢复风电机组主控系统的供电和运行，并为环网柜提供操作电源。风电机组主控系统检查主变及所连接断路器无异常后通过本地光电转换模块经光纤环网向风电场中控室scada系统发送ups已恢复运行、请求闭合环网柜高压断路器信息，在收到确认指令后闭合高压断路器，恢复风电机组供电，并为ups电池充电。如在设定时间内未收到确认合闸指令，则关闭ups输出，重新进入休眠模式。17.本发明的有益效果是：解决了风电机组ups已休眠、集电线路恢复送电后，无法远程操控环网柜断路器的行业难题。大幅度节省风电机组恢复送电时间，减少了发电量的损失，避免人员必须到机位手动闭合断路器。本发明所述控制系统器件均为常规器件，可实施性强，经济性好，实用价值高。附图说明18.图1是本发明控制系统和方法总体示意图；图2是本发明电容式高压传感器的4种形式；图3是本发明的实施例1的系统示意图；图4是本发明的实施例2的系统示意图图5是本发明的实施例3的系统示意图其中：1-电容式高压传感器；2-电能量采集及信号发生装置；3-ups；4-进线侧集电线路；5-高压断路器；11-电容式高压传感器形式1；12-电容式高压传感器形式2；13-电容式高压传感器形式3；14-电容式高压传感器形式4；21-合闸闭锁电路模块；22-保护电路模块；23-滤波电路模块；24-整流电路模块；25-储能电路模块；26-稳压电路模块；27-电压检测电路模块；28-固态电子开关电路模块；30-光耦模块实施方式19.为解决风电机组ups已休眠、集电线路恢复送电后，无法远程操控环网柜断路器的行业难题，本发明提出了一种集电线路来电远程闭合高压断路器的控制系统和方法。20.下面结合附图（图1-图4）对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。实施例121.如图1所示，本发明所提出的集电线路来电远程闭合高压断路器的控制系统，包括：电容式高压传感器（1）、电能量采集及信号发生装置（2）和ups（3）。22.本实施例采用如图2所示的电容式高压传感器（12），即接触式传感器，且为中间带抽头的电容分压式结构，上端法兰与进线侧集电线路（4）高压母线直接相连，下端直接接地，中间抽头经屏蔽导线与电能量采集及信号发生装置（2）相连接。该电容式高压传感器（12）安装于环网柜内，进线侧集电线路（4）的一相安装电容式高压传感器（1）。不失一般性，本实施例中进线侧集电线路（4）a相安装了电容式高压传感器（12）。23.本发明控制系统中的电能量采集及信号发生装置（2）与电容式高压传感器（3）经屏蔽导线相连接并可靠接地，用以采集集电线路传输的电能量。同时，电能量采集及信号发生装置（2）产生ups（3）自唤醒触发信号，提供给ups（3）。24.如图3所示，电能量采集及信号发生装置（2）包括合闸闭锁电路模块（21）、保护电路模块（22）、滤波电路模块（23）、整流电路模块（24）、储能电路模块（25）、稳压电路模块（26）、电压检测电路模块（27）和固态电子开关电路模块（28）。25.优选的，保护电路模块（22）配置tvs管，用以抑制特殊天气雷电产生时或临近线路断路器操作时等情况下传入装置的过电压，对浪涌电流和电磁干扰进行吸收，保护装置的安全；优选的，滤波电路模块（23）配置无源低通rc滤波电路，用以减少馈线上的谐波干扰、高频暂态信号和其他杂波，提高装置可靠性；优选的，整流电路模块（24）配置单相桥式整流电路；优选的，储能电路模块（25）配置电容器，储能电容器电容值通常为电容式高压传感器（12）电容值的数百倍以上，以存储足够能量保证后续ups（3）自唤醒信号的稳定性；优选的，稳压电路模块（26）配置齐纳二级管，确保所述储能电路储存能量短时过高时泄放部分能量稳定储能电路电压；优选的，电压检测电路模块（27）配置低功耗电压检测芯片，当输入电压低于设定门槛值模块输出为一种电平；当输入电压高于设定门槛电压时，模块输出电压为另一种电平；设定门槛值与稳压电路稳压值匹配。26.本实施例中，电能量采集及信号发生装置（2）还包括合闸闭锁电路模块（21），在电能量采集及信号发生装置（2）的屏蔽导线入口与保护电路（22）间串入与电容式高压传感器（12）对应相，即a相的高压断路器（5）的常闭辅助接点，使得电能量采集及信号发生装置（2）仅在高压断路器（5）开断时才工作。27.本实施例中，电能量采集及信号发生装置（2）还包括固态电子开关电路模块（28），固态电子开关由两个共源极和共栅极的增强型mos管组成。mos管栅极驱动电压与电能量采集及信号发生装置（2）的电压检测电路（27）输出电平相匹配。电压检测电路（27）输出电平为高时，固态电子开关导通，反之，固态电子开关关断。发明控制系统中的ups（3）控制器具备自唤醒功能。本实施例中，自唤醒触发无需外部电源。在此情况下，电能量采集及信号发生装置（2）固态电子开关电路模块（28）输出经屏蔽导线与ups（3）控制器自唤醒触发接口外部相连。自唤醒触发条件为自唤醒触发接口外部导通，对应于电压检测电路（27）输出电平为高、固态电子开关（28）导通时的情况。实施例228.如图1所示，本发明所提出的集电线路来电远程闭合高压断路器的控制系统，包括：电容式高压传感器（1）、电能量采集及信号发生装置（2）和ups（3）。29.本实施例采用如图2所示的电容式高压传感器（13），即感应式传感器，上端接收面对准进线侧集电线路（4）高压母线但不与高压母线接触，下端经屏蔽导线与所述电能量采集及信号发生装置（2）相连接。该电容式高压传感器（13）安装于环网柜内，进线侧集电线路（4）的三相均安装电容式高压传感器（13）。图2 中，电容式高压传感器（13）与进线侧集电线路（4）高压母线间虚线电容为电容式高压传感器（13）上端接收面与进线侧集电线路（4）高压母线间的杂散电容。30.本发明控制系统中的电能量采集及信号发生装置（2）与电容式高压传感器（3）经屏蔽导线相连接并可靠接地，用以采集集电线路传输的电能量。同时，电能量采集及信号发生装置（2）产生ups（3）自唤醒触发信号，提供给ups（3）。31.如图4所示，电能量采集及信号发生装置（2）包括合闸闭锁电路模块（21）、保护电路模块（22）、滤波电路模块（23）、整流电路模块（24）、储能电路模块（25）、稳压电路模块（26）和电压检测电路模块（27）。32.优选的，保护电路模块（22）配置tvs管，用以抑制特殊天气雷电产生时或临近线路断路器操作时等情况下传入装置的过电压，对浪涌电流和电磁干扰进行吸收，保护装置的安全；优选的，滤波电路模块（23）配置无源低通rc滤波电路，用以减少馈线上的谐波干扰、高频暂态信号和其他杂波，提高装置可靠性；优选的，整流电路模块（24）配置三相四线式的桥式整流电路；优选的，储能电路模块（25）配置电容器，储能电容器电容值通常为电容式高压传感器（12）电容值的数百倍以上，以存储足够能量保证后续ups（3）自唤醒信号的稳定性，本实施例中电容器由两个等电容值的串联电容组成，中间接地，用以滤除部分共模信号；优选的，稳压电路模块（26）配置三端稳压模块，确保所述储能电路储存能量短时过高时泄放部分能量稳定储能电路电压；优选的，电压检测电路模块（27）配置低功耗电压检测芯片，当输入电压低于设定门槛值模块输出为一种电平；当输入电压高于设定门槛电压时，模块输出电压为另一种电平；设定门槛值与稳压电路稳压值匹配。33.本实施例中，电能量采集及信号发生装置（2）还包括合闸闭锁电路模块（21），在电能量采集及信号发生装置（2）的屏蔽导线入口与保护电路（22）间串入与电容式高压传感器（12）对应相的高压断路器（5）的常闭辅助接点，使得电能量采集及信号发生装置（2）仅在高压断路器（5）开断时才工作。由于本实施例的电容式高压传感器与电能量采集及信号发生装置相连的屏蔽导线是从电容式高压传感器下端引出的，故在电能量采集及信号发生装置入口并接对地电容器，以防高压断路器的常闭辅助接点打开时电能量采集及信号发生装置输入端口电压过高损坏电能量采集及信号发生装置。34.本实施例中，ups（3）控制器自唤醒触发需要外部电源，自唤醒功能电路含光耦元件，其受光器由ups（3）自供电，发光器供电由自唤醒触发接口外部提供。在此情况下，电能量采集及信号发生装置（2）电压检测电路模块（27）输出电平值不低于光耦元件发光器工作电压，该电路输出经屏蔽导线与ups（3）控制器自唤醒触发接口外部相连。自唤醒触发条件为触发接口外部电压满足发光器工作条件，即电压检测电路模块（27）输出电平值高于光耦元件发光器工作电压时，触发ups（3）自唤醒。实施例335.除以下内容外，其余内容均与实施例2相同，请参见图5。36.本实施例采用如图2所示的电容式高压传感器（11），即接触式传感器，上端法兰与进线侧集电线路（4）高压母线直接相连，下端经导线与电能量采集及信号发生装置（2）相连。37.本实施例中，电能量采集及信号发生装置（2）的合闸闭锁电路模块（21）串入位置和方式不同，在电能量采集及信号发生装置（2）的整流电路模块（24）与储能电路模块（25）间串入三相高压断路器（5）的常闭辅助接点，使得电能量采集及信号发生装置（2）仅在高压断路器（5）的三相触头均开断时才工作。因电能量采集及信号发生装置交流侧低通滤波回路中有对地电容器，在所述电能量采集及信号发生装置入口无需再并接电容器。实施例438.基于集电线路来电远程闭合高压断路器的控制系统，本发明还提出了一种集电线路来电远程闭合高压断路器的控制方法。39.如图1所示，在集电线路（4）来电时，电容式高压传感器（1）将集电线路（4）高压电能量转换为微电流电能量并作为所述电能量采集及信号发生装置（2）的输入，电能量采集及信号发生装置（2）将输入的微电流电能量存储并转换为ups（3）自唤醒触发信号提供给ups（3），ups（3）具有自唤醒功能在收到自唤醒触发信号后自唤醒。40.ups（3）自唤醒后，恢复风电机组主控系统的供电和运行，并为环网柜提供操作电源。风电机组主控系统在统检查主变及所连接断路器无异常后通过本地光电转换模块经光纤环网向风电场中控室scada系统发送ups（3）已恢复运行、请求闭合环网柜高压断路器（5）信息，在收到确认指令后，启动合闸继电器线圈hq，直接闭合集电线路进口高压断路器（5），或先闭合操作电源电机回路为断路器操作预储能后，再闭合集电线路进口高压断路器（5），恢复风电机组供电，并为ups（3）电池充电。在环网柜高压断路器（5）闭合后，电能量采集及信号发生装置（2）的闭锁回路打开，电能量采集及信号发生装置（2）不再工作，既延长了电能量采集及信号发生装置（2）的使用寿命，也避免ups（3）持续收到合闸信号，干扰设备的正常工作。如在设定时间内未收到确认合闸指令，则关闭ups（3）输出，重新进入休眠模式。41.综上所述，本发明的有益效果是：解决了风电机组ups已休眠、集电线路恢复送电后，无法远程操控环网柜断路器的行业难题。大幅度节省风电机组恢复送电时间，减少了发电量的损失，避免人员必须到机位手动闭合断路器。本发明所述控制系统器件均为常规器件，可实施性强，经济性好，实用价值高。42.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效工作模式变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。









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