专利名称：一种基于动态电源路径管理技术的自供电保护装置的制作方法
技术领域：
本发明创造涉及电力系统自动化技术和电源路径管理技术，特别涉及一种自供电
的继电保护装置。
背景技术：
自供电的微机馈线保护装置是无需外部专用供电电源，借助CT回路或者辅助电 源回路，从一次回路的电流或电压互感器汲取电源，获取能量，实现数字采样和装置供能的 自供电数字式继电器，可以应用于电力系统和工业领域，为二次配电网中的馈线或变压器 提供选择性短路和接地保护，这为没有辅助电源条件的安装现场或者条件恶劣的变电所实 现保护功能提供了极大的便利。 无论是环网供电单元、开闭所，还是工厂、企事业单位配电设备中，对它的保护配 置一般有两种一种利用断路器；另一种是利用负荷开关-熔断器组合电器。当采取断路器 作为保护时，用户10KV配电设备进出线断路器开关无论采用何种过流、速断，一般都由断 路器柜、计量柜PT及避雷器柜组成，此外有时尚需加置220VAC电源柜、直流屏柜等。当采 用负荷开关-熔断器组合电器时，可以使变压器得到短路保护；而一旦出现长时间过载电 流且处于熔断器最小限定电流范围内(即过载电流比熔断电流门槛值小)，设备就不能得 到有效保护，从而引起设备单元事故扩大，造成上一级开闭所跳闸，进而扩大了故障范围。 总之，目前现有的保护要么需要很多附加设备，增加造价；要么无法满足实际需 求。而目前所提出的相关自供电保护理论中，并没有提出如何取电的相关方法和技术应用， 而对装置如何取电并对有限的电源进行优化管理则更是目前无人涉足的命题。 发明或
实用新型内容为了解决现有技术中存在的缺陷，本发明采用如下技术方案 本装置包括取电动态电源路径管理组件、交流采样滤波组件，HMI组件、低能跳闸 输出组件、串行通信组件、主控组件等。 取电动态电源路径管理组件包括CT取电、辅助电源取电(含PT、市电等交直流电 压源)和后备电源(含超级电容、可充电电池等)取电，组件采用动态电源路径管理技术具 有电源共享功能，可在为系统供电的同时对后备电源进行充电，而且可以在多组供电回路 自动进行切换。这就避免了充电终止和安全等问题，从而尽可能降低了取电组件的额定功 率并提高了系统稳定性。倘若主、辅供电电源丧失，可以用后备电源进行短时供电，维持装 置一段时间的运行，把相关信息通过通信端口主动上传给监控网络，以让监控方及时采取 相应措施；同时也有效避免了电网短时掉电对装置的冲击，从而提高了保护装置的可靠性。 因为CT的工作有死区范围，电网电流变化范围很大，CT取能线圈提供的能量功率受到电网 电流的影响也比较大。在只有CT回路供电时，只要线路负载达到额定值的10%，通过该组 件的管理获取的能量即可保证装置的正常工作；而在线路处于超过额定电流或者故障电流 状态，该组件又可以快速有效地保护好CT取电回路。 交流采样滤波组件的采样点源自同一CT，可以实现在取电的同时进行采样、滤波。
3[0010] HMI组件包含HEX开关输入和LED的输出指示，HEX开关和LED灯与保护项一一对 应，并附有可选择的LCD显示模件。 低能跳闸输出组件对应于保护装置的动作出口 。 串行通信组件包含RS232和RS485两种通信模式，支持上位机软件进行参数设置 和实时通信监测。 主控组件包含高性能、低功耗微处理器Cortex-M32、4Mb超大容量非易失存储器
及看门狗等，可以实现定值、参数和故障录波存储以及可靠的复位电路。 本发明创造的有益效果 本发明对自供电保护的电源路径进行动态管理，有效解决了常规只靠大电容稳压 与上电速度的矛盾冲突，保证了上电速度快而稳，同时可以监测供电路径所在，并用超大容 量的后备超级电容作为后备电源，在主、辅取电回路失电后，后备电源可以提供装置工作一 段时间的能量，更大程度的保证了继保装置的稳定性和可靠性。
图1是本发明创造装置总体结构图； 图2是本发明创造动态电源路径管理结构框具体实施方式以下通过具体实施例对本发明技术方案做进一步的说明。
以下结合附图对本发明创造进行具体介绍如下 电源路径管理后备电源充电的结构简图如图2所示。 当主供电回路(CT供电回路)接通电源时，MOSFET Ql对系统总线电压Vout进行 预稳压，该值高于最大后备电源稳压值Vbat。这就建立起了主供电回路输入端与系统之间 的直接路径。M0SFET Q2专门用于后备电源充电，所以该后备电源与系统互不干扰。当接 通并选中辅助电源回路时，M0SFET Q3全部开启，Q3输出提供与CT输出几乎等量的输出电 压，同样由MOSFET Q2来控制后备电源充电。 由于超级电容(法拉电容)在重量与容量两方面都具有较高的能量密度，且充电 次数高达几十万次，尤其适应与较恶劣环境中，因此于本装置中的后备电源Vbat用超级电 容来充当。 动态电源路径管理技术可动态监控系统总线电压。当系统与后备电源充电的电流 总量超过CT供电或者辅助供电的电流限制，或者由于CT供电回路或辅助电源回路的输入 电流较小而引起系统总线电压降至预置门槛值时，与系统总线相连的电容C则开始放电， 且系统总线电压也开始随之降低，后备电源充电电流就会自动减少直至输出电压停止下 降，从而防止因充电模块过载或供能不足而导致系统崩溃。在该管理系统控制尽可能处于 稳态条件时，系统就可以获得所需电流，并利用剩余电流对后备电源进行充电。而如果充电 电流降至零时仍然无法维持系统总线电压，则后备电源将暂时放电，并向系统供电以防止 系统崩溃。 正因如此，该保护装置的电源管理模块完全可以基于系统平均功率而设计的，而 不是系统最大峰值功率。这样变使设计人员可以采用额定功率较小且造价更低的器件和模块，也符合装置整体低功耗的要求，更大程度上有效提升了装置的性价比。
电源管理模块可以通过IC寄存器的配置以控制充电电流的大小以及动态管理的
电压门槛值。 动态电源路径管理技术完全可以消除系统供电与后备电源充电的冲突和干扰问 题。
权利要求一种基于动态电源路径管理技术的自供电保护装置，包括取电动态电源路径管理组件、交流采样滤波组件、HMI组件、低能跳闸输出组件、串行通信组件、主控组件，其特征在于，所述取电动态电源路径管理组件、交流采样滤波组件、HMI组件、低能跳闸输出组件、串行通信组件分别与主控组件相连，所述取电动态电源路径管理组件包括CT取电、辅助电源取电和后备超级电容取电。
2. 根据权利要求1所述的自供电保护装置，其特征在于，所述交流采样滤波组件的采 样点源自同一 CT ，可以实现在取电的同时进行采样、滤波。
3. 根据权利要求1所述的自供电保护装置，其特征在于，所述HMI组件包含HEX开关 输入和LED的输出指示，HEX开关和LED灯与保护项一一对应，并附有可选择的LCD显示模 件。
4. 根据权利要求1所述的自供电保护装置，其特征在于，所述低能跳闸输出组件对应 于保护装置的动作出口。
5. 根据权利要求1所述的自供电保护装置，其特征在于，所述串行通信组件包含RS232 和RS485两种通信模式，支持上位机软件进行参数设置和实时通信监测。
6. 根据权利要求1所述的自供电保护装置，其特征在于，所述主控组件包含高性能、低 功耗微处理器Cortex-M32、4Mb超大容量非易失存储器及看门狗，可以实现定值、参数和故 障录波存储以及可靠的复位电路。
专利摘要本实用新型公开了一种基于动态电源路径管理技术的自供电保护装置，包括取电动态电源路径管理组件、交流采样滤波组件、HMI组件、低能跳闸输出组件、串行通信组件、主控组件等。本实用新型对自供电保护的电源路径进行动态管理，有效解决了常规只靠大电容稳压与上电速度的矛盾冲突，保证了上电速度快而稳，同时可以监测供电路径所在，并用超大容量的后备超级电容作为后备电源，在主、辅取电回路失电后，后备电源可以提供装置工作一段时间的能量，更大程度的保证了继保装置的稳定性和可靠性。
文档编号H02H3/08GK201523210SQ20092023085
公开日2010年7月7日 申请日期2009年9月8日 优先权日2009年9月8日
发明者张杭, 李晨阳, 王俊峰 申请人:南京因泰莱电器股份有限公司