一种变电站用直流电源故障快速隔离装置及隔离方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种变电站用直流电源故障快速隔离装置，所述隔离装置串联于直流电源与直流馈出支路之间，每条直流馈出支路与直流电源之间均设有所述隔离装置；隔离装置的输入端与直流电源连接，隔离装置的输出端连接直流负载；所述隔离装置包括单片机控制电路、驱动电路、IGBT模块、电力电子断路器、接地故障检测电路以及隔离二极管；单片机控制电路的控制信号输出端通过驱动电路隔离放大后与IGBT模块和电力电子断路器的控制信号输入端连接；当装置处于直流正常工作模式时，单片机控制电路关断电力电子断路器的PWM驱动信号，通过IGBT模块直接给直流负荷供电；当装置处于直流故障工作模式时，单片机控制电路关断IGBT模块的驱动信号，通过电力电子断路器给直流负荷供电。

A Fast Isolation Device and Isolation Method for DC Power Supply Faults in Substations

The invention discloses a fast fault isolation device of DC power supply for substation, which is connected in series between DC power supply and DC feeding branch, and each DC feeding branch and DC power supply is provided with the isolation device; the input end of the isolation device is connected with DC power supply, and the output end of the isolation device is connected with DC load; the isolation device includes a single chip computer control. Making circuit, driving circuit, IGBT module, power electronic circuit breaker, grounding fault detection circuit and isolation diode; the control signal output terminal of MCU control circuit is connected with the control signal input terminal of IGBT module and power electronic circuit breaker after isolation and amplification through driving circuit; when the device is in normal DC mode, the control circuit of MCU turns off power electronic circuit. The PWM driving signal of the circuit directly supplies power to the DC load through the IGBT module. When the device is in the mode of DC fault operation, the single chip computer controls the circuit to turn off the driving signal of the IGBT module and supply power to the DC load through the power electronic circuit breaker.

【技术实现步骤摘要】
一种变电站用直流电源故障快速隔离装置及隔离方法
本专利技术涉及一种变电站用直流电源故障快速隔离装置及隔离方法，还涉及上述隔离装置的隔离方法，属于电力自动化

技术介绍
变电站直流电源是变电站二次系统的重要组成部分，是电力系统控制和保护的基础，同时也是确保事故能得到快速处理的保障。直流电源出现故障时，轻则继电保护或安稳装置拒动，重则造成重大设备损坏或变电站全停，给电网企业和国民经济造成重大经济损失。就目前而言，变电站直流电源系统通过绝缘监察装置来监测直流系统的运行状态，实现直流故障的告警，直流电源系统的直流母线通过断路器与各个直流馈出支路相连。若变电站直流系统中某直流馈出支路出现直流接地故障时，馈出断路器不会跳闸，绝缘监察装置虽然可以实现对上述直流故障的检测与告警，但是相应的直流接地故障会迅速传递到整个直流系统，造成整个直流系统出现接地故障，无法实现接地故障的隔离。因此一种能够隔离各直流馈出支路接地故障的隔离装置的开发很有必要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种变电站用直流电源故障快速隔离装置，该隔离装置能够实现变电站直流电源系统中直流母线与直流支路之间故障的快速隔离以及不同直流支路之间故障的快速隔离，从而有效防止了直流电源系统的直流故障的越级传递，减小了故障影响的范围，保证变电站直流电源系统的安全稳定运行。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种变电站用直流电源故障快速隔离装置，所述隔离装置串联于直流电源与直流馈出支路之间，每条直流馈出支路(各直流馈出支路之间相互并联)与直流电源之间均设有所述隔离装置；隔离装置的输入端与直流电源连接，隔离装置的输出端连接直流负载；所述隔离装置包括单片机控制电路、驱动电路、IGBT模块、电力电子断路器、接地故障检测电路以及隔离二极管；单片机控制电路的控制信号输出端通过驱动电路隔离放大后与IGBT模块和电力电子断路器的控制信号输入端连接；当装置处于直流正常工作模式时，单片机控制电路关断电力电子断路器的PWM驱动信号，通过IGBT给直流负荷供电；当装置处于直流故障工作模式时，单片机控制电路关断IGBT的驱动信号，通过电力电子断路器给直流负荷供电。其中，当装置处于直流正常工作模式时，直流母线的输出端与IGBT模块的输入端连接，IGBT模块的输出端通过隔离二极管与直流负载连接；当装置处于直流故障工作模式时，直流母线的输出端与电力电子断路器的输入端连接，电力电子断路器的输出端通过隔离二极管与直流负载连接。其中，所述隔离装置还包括故障报警电路，故障报警电路与单片机控制电路连接。其中，单片机控制电路采用的单片机型号为STM32F101RBT，其包括输入电压采样端口AN0，输出电压采样端口AN2，输出电流采样端口AN1以及馈出支路中直流正负母线对地电压采样端口AN4、AN5，还包括PWM1、PWM2和PWM3信号驱动端，PWM1和PWM2信号驱动端用于控制电力电子断路器两个MOS管QA和QB的导通和关断，PWM3信号驱动端用于控制IGBT的导通和关断。其中，驱动电路包括三路驱动信号电路，三路驱动信号电路的信号输入端分别与单片机PWM1、PWM2和PWM3信号驱动端连接，与单片机PWM1信号驱动端连接的驱动信号电路的驱动信号PWMA-G和PWMA-S与电力电子断路器MOS管QA驱动端相连，与单片机PWM2信号驱动端连接的驱动信号电路的驱动信号PWMB-G和PWMB-S与电力电子断路器MOS管QB驱动端相连，与单片机PWM3信号驱动端连接的驱动信号电路的驱动信号PWM-G和PWM-E为IGBT模块的驱动控制信号。上述变电站用直流电源故障快速隔离装置的隔离方法，具体为：单片机通过接地故障检测电路实时来采样直流馈出支路中正负母线对地电压，并将采样数据送到单片机进行数据处理和计算，根据计算结果进行对应驱动信号的输出，当出现正极母线或负极母线接地故障时，单片机将系统工作模式切换成直流故障工作模式，单片机输出互补导通的驱动信号PWM1和PWM2，控制电力电子断路器MOS管QA和QB交替导通，给直流负载继续供电，实现接地故障隔离(直流有故障供电工作模式)，同时发出相应故障支路的报警信号；当没有出现接地故障时，单片机将系统工作模式切换成直流正常工作模式，单片机给出控制信号驱动IGBT模块导通，直流电源通过IGBT模块传输给直流负载(直流无故障供电工作模式)。电力电子断路器MOS管QA和QB交替导通才能将直流电逆变成交流电，经过隔离变压器进行电压变换，然后经过整流变成直流电输出；电力电子断路器主要是通过MOS管和隔离变压器实现输出端和输入端的故障隔离，即支路出现故障不会影响到直流电源，也不会影响到其他支路。其中，单片机根据正负母线对地电压的采样值进行正负母线对地绝缘电阻的计算，得到正负母线对地绝缘电阻的阻值分别为R+和R-；将得到的阻值与程序中设定的正负母线对地绝缘电阻报警阈值进行比较，正负母线对地绝缘电阻报警阈值分别R+_SET和R-_SET，当R+＜R+_SET时，单片机报正母线绝缘下降故障；当R-＜R-_SET时，单片机报负母线绝缘下降故障。其中，单片机采样正负母线对地电压数据来进行正负母线对地绝缘电阻的计算，计算过程如下，其中R1＝R3，R2＝R4，R5＝R6；闭合S1，断开S2，延时一定时间，测量正负母线对地电压分别为U1+、U1-，得：断开S1，闭合S2，延时一定时间，测量正负母线对地电压分别为U2+、U2-，得：联立式(1)和(2)可得：单片机根据正负母线对地电压的采样值，利用式(3)和式(4)进行正负母线对地绝缘电阻的计算，得到正负母线对地绝缘电阻的阻值分别为R+和R-。相比于现有技术，本专利技术技术方案具有的有益效果为：本专利技术隔离装置不仅可以实现传统断路器的开断功能，还可以实现直流故障的快速隔离功能，将故障限制在发生故障的支路，不会传递到直流母线侧和其他的直流支路，实现了故障的快速隔离，从而提高了变电站直流电源系统工作的可靠性与安全性。附图说明图1为本专利技术直流电源故障快速隔离装置的系统原理图；图2为电力电子断路器电路原理图；图3为直流馈出支路接地故障检测原理图；图4a为与单片机PWM1信号驱动端连接的驱动信号电路的电路原理图；图4b为与单片机PWM2信号驱动端连接的驱动信号电路的电路原理图；图4c为与单片机PWM3信号驱动端连接的驱动信号电路的电路原理图；图5为单片机控制电路原理图；图6为直流正负母线对地绝缘电阻计算流程图；图7为本专利技术单片机的控制流程图。具体实施方式根据下述实施例，可以更好地理解本专利技术。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本专利技术，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本专利技术。如图1所示，本专利技术变电站用直流电源故障快速隔离装置，隔离装置串联于直流电源与直流馈出支路之间，每条直流馈出支路(各直流馈出支路之间相互并联)与直流电源之间均设有本专利技术隔离装置；隔离装置的输入端与直流电源连接，隔离装置的输出端连接直流负载；隔离装置包括单片机控制电路、驱动电路、IGBT模块、电力电子断路器、接地故障检测电路以及隔离二极管；单片机控制电路的控制信号输出端通过驱动电路隔离放大后与IGBT模块和电力电子断路器的控制信号输入端连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变电站用直流电源故障快速隔离装置，其特征在于：所述隔离装置串联于直流电源与直流馈出支路之间，每条直流馈出支路与直流电源之间均设有所述隔离装置；隔离装置的输入端与直流电源连接，隔离装置的输出端连接直流负载；所述隔离装置包括单片机控制电路、驱动电路、IGBT模块、电力电子断路器、接地故障检测电路以及隔离二极管；单片机控制电路的控制信号输出端通过驱动电路隔离放大后与IGBT模块和电力电子断路器的控制信号输入端连接；当装置处于直流正常工作模式时，单片机控制电路关断电力电子断路器的PWM驱动信号，通过IGBT给直流负荷供电；当装置处于直流故障工作模式时，单片机控制电路关断IGBT的驱动信号，通过电力电子断路器给直流负荷供电。

【技术特征摘要】
1.一种变电站用直流电源故障快速隔离装置，其特征在于：所述隔离装置串联于直流电源与直流馈出支路之间，每条直流馈出支路与直流电源之间均设有所述隔离装置；隔离装置的输入端与直流电源连接，隔离装置的输出端连接直流负载；所述隔离装置包括单片机控制电路、驱动电路、IGBT模块、电力电子断路器、接地故障检测电路以及隔离二极管；单片机控制电路的控制信号输出端通过驱动电路隔离放大后与IGBT模块和电力电子断路器的控制信号输入端连接；当装置处于直流正常工作模式时，单片机控制电路关断电力电子断路器的PWM驱动信号，通过IGBT给直流负荷供电；当装置处于直流故障工作模式时，单片机控制电路关断IGBT的驱动信号，通过电力电子断路器给直流负荷供电。2.根据权利要求1所述的变电站用直流电源故障快速隔离装置，其特征在于：当装置处于直流正常工作模式时，直流母线的输出端与IGBT模块的输入端连接，IGBT模块的输出端通过隔离二极管与直流负载连接；当装置处于直流故障工作模式时，直流母线的输出端与电力电子断路器的输入端连接，电力电子断路器的输出端通过隔离二极管与直流负载连接。3.根据权利要求1所述的变电站用直流电源故障快速隔离装置，其特征在于：所述隔离装置还包括故障报警电路，故障报警电路与单片机控制电路连接。4.根据权利要求2所述的变电站用直流电源故障快速隔离装置，其特征在于：单片机控制电路采用的单片机型号为STM32F101RBT，其包括输入电压采样端口AN0，输出电压采样端口AN2，输出电流采样端口AN1以及馈出支路中直流正负母线对地电压采样端口AN4、AN5，还包括PWM1、PWM2和PWM3信号驱动端，PWM1和PWM2信号驱动端用于控制电力电子断路器两个MOS管QA和QB的导通和关断，PWM3信号驱动端用于控制IGBT的导通和关断。5.根据权利要求4所述的变电站用直流电源故障快速隔离装置，其特征在于：驱动电路包括三路驱动信号电路，三路驱动信号电路的信号输入端分别与单片机PWM1、PWM2和PWM3信号驱动端连接，与单片机PWM1信号驱动端连接的驱动信号电路的驱动信号PWMA-G和PWMA-S与电力电子...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱钰，张武洋，汪洋，邹学毅，张保，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，国网瑞盈电力科技北京有限公司，南京国臣直流配电科技有限公司，南京国臣信息自动化技术有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21