基于过电压保护技术的集中式小水电并网系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了基于过电压保护技术的集中式小水电并网系统，包括多个小水电站和一个并网变电站，所述多个小水电站通过并网专线与并网变电站连接，所述并网变电站的并网输出端与入网的并网柜连接，所述小水电站包括交流发电机和并网开关，所述交流发电机通过并网开关连接至并网专线上，还包括一过压保护电路，所述过压保护电路包括依次连接的交流隔离检测单元、绝对值放大单元、峰值采样单元、过压回差单元，小水电站通过并网专线直接将所发的电送到变电站进行平衡，确保用户使用的电压符合电压质量要求。本实用新型过压保护电路结构简单，检测速度快；而且具有在静态输入电压时的过压保护功能和任何输入电压上升过程的动态过压保护)功能。
【专利说明】基于过电压保护技术的集中式小水电并网系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力工程领域，特别是基于过电压保护技术的集中式小水电并网系统。
【背景技术】
[0002]小水电以清洁、可再生、成本较低、技术成熟，及对环境影响小等特点在大力发展清洁能源的阶段，有很大的发展潜力。而且目前山区的用电紧张，严重制约着本地区域经济的发展，因此，为了改善用电状况，加快山区经济发展，实现小水电并网供电非常紧要。水电站并网，为了节约成本，一般选择离电站较近的1kV线路T接。而且现有部分的小水电站技术差，其过压保护电路时常有保护电路反复动作；同时，在交流输入电压恢复正常后，电路不能及时的自动恢复供电，影响小水电站的及时供电。
[0003]为了保证把水电站所发出的电能送出，且达到电压质量要求，其送出电压必须高处变电站出线电压，由于T接点附近的电压较高，导致周边低压用户的电压超过其额定电压，很可能造成用户设备加速老化，甚至烧毁设备。
实用新型内容
[0004]为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种能解决小水电过压保护反复动作问题、且能避免由于超过周边低压用户电压导致用户设备老化、烧毁问题的基于过电压保护技术的集中式小水电并网系统。
[0005]本实用新型解决其问题所采用的技术方案是:
[0006]基于过电压保护技术的集中式小水电并网系统，包括多个小水电站和一个并网变电站，所述多个小水电站通过并网专线与并网变电站连接，所述并网变电站的并网输出端与入网的并网柜连接，所述小水电站包括交流发电机和并网开关，所述交流发电机通过并网开关连接至并网专线上，还包括一过压保护电路，所述过压保护电路包括依次连接的交流隔离检测单元、绝对值放大单元、峰值采样单元、过压回差单元，所述交流隔离检测单元的输入端与交流发电机的输出端连接，过压回差单元的输出端与并网开关连接。
[0007]进一步，所述过压保护电路还包括一限流输入单元，所述交流隔离检测单元通过限流输入单元与交流发电机连接，用以将所述交流电限流后送给所述交流隔离检测单元。
[0008]进一步，所述限流输入单元由一限流电抗器组成，所述限流电抗器与交流发电机的输出端连接。
[0009]进一步，所述交流隔离检测单元由电阻R2，电阻R4，电阻R5以及电压互感器PTl组成，所述电压互感器PTl的输入端连接交流发电机的输出端，所述电压互感器PTl的输出端与所述电阻R2两端并联，所述电阻R4的第一端和电阻R5的第一端连接后接地，所述电阻R4的第二端和电阻R5的第二端并联连接于所述电阻R2两端。
[0010]进一步，所述绝对值放大单元由电阻R6，电阻R7，电阻R8，电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电容Cl，二极管D1A，二极管D1B，二极管D2A，二极管D2B，以及运算放大器UlA和运算放大器UlB组成，所述电阻R6的第一端连接所述电阻Rll的第一端和所述运算放大器UlA的正输入端，所述电阻Rll的第二端接地，所述电阻R7的第一端连接所述运算放大器UlA的负输入端和所述电阻R12的第一端，所述电阻R8的第一端连接所述运算放大器UlB的正输入端和电阻R13的第一端，所述电阻R8的第二端连接所述电阻R7的第二端且所述电阻R8的第二端和所述电阻R7的第二端同时连接所述交流隔离检测单元中的电阻R5的第二端，所述电阻R13的第二端接地，所述电阻RlO的第一端连接所述电阻R6的第二端且所述电阻RlO的第一端和所述电阻R6的第二端同时连接所述交流隔离检测单元中的电阻R4的第二端，所述电阻RlO的第二端连接所述运算放大器UlB的负输入端和所述电阻R14的第一端，所述运算放大器UlA的输出端连接所述二极管DlA和二极管DlB的正极，所述运算放大器UlB的输出端连接所述二极管D2A和二极管D2B的正极，所述电阻R12的第二端和所述电阻R14的第二端分别与所述二极管DlA的负极和所述二极管D2B的负极连接，所述二极管D2A的负极和二极管DlB的负极连接，所述电容Cl的第一端连接所述运算放大器UlA工作电源的正极，所述电容Cl的第二端接地。
[0011 ] 进一步，所述峰值电压采样单元由电阻R15，电容C3和电阻R16组成，其中，所述电阻15第一端连接所述电容C3的第一端和所述电阻R16的第一端，所述电阻15的第二端连接所述二极管D2A和二极管DlB的负极，所述电容C3的第二端与所述电阻R16连接后并接地。
[0012]进一步，所述过压回差单元由电阻R3，电阻R9，电阻R17，电阻R18，比较器U2，电容C2以及稳压管Zl组成，所述电阻R9的第一端接一预设电压，所述电阻R17的第一端连接所述峰值电压采样单元中的所述电阻R15的第一端，所述电阻R9的第二端和所述电阻R17的第二端分别与所述比较器U2的正输入端和负输入端连接，所述比较器U2输出端连接所述电阻R3的第一端，所述电阻R3的第二端连接所述稳压管Zl的正极和所述电阻R18的第一端，所述电阻R18的第二端连接所述电阻R9的第二端，所述稳压管Zl的负极接地。
[0013]进一步，所述并网变电站内设置有电容补偿装置。
[0014]本实用新型的有益效果是:本实用新型采用的基于过电压保护技术的集中式小水电并网系统，小水电站通过并网专线直接将所发的电送到变电站进行平衡，无论是直接上网还是从线路送到各户，都有了科学的选择性，确保用户使用的电压符合电压质量要求。另夕卜，本实用新型中的过压保护电路，通过在交流输入过压保护电路中加入了过压回差单元，使得电路不会因电压波动而出现反复触发并网开关动作，本实用新型过压保护电路结构简单，检测速度快，电路可靠；而且具有在静态输入电压时的过压保护功能和任何输入电压上升过程的动态过压保护功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明。
[0016]图1是本实用新型的系统原理图；
[0017]图2是本实用新型过压保护电路的结构框图；
[0018]图3是本实用新型过压保护电路的具体结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]参照图1-图3，本实用新型的基于过电压保护技术的集中式小水电并网系统，包括多个小水电站I和一个并网变电站5，所述多个小水电站I通过并网专线6与并网变电站5连接，所述并网变电站5的并网输出端与入网的并网柜连接，所述小水电站I包括交流发电机4和并网开关3，所述交流发电机4通过并网开关3连接至并网专线6上，还包括一过压保护电路2，所述过压保护电路2包括依次连接的交流隔离检测单元21、绝对值放大单元22、峰值采样单元23、过压回差单元24，所述交流隔离检测单元21的输入端与交流发电机4的输出端连接，过压回差单元的输出端与并网开关3连接。
[0020]本实用新型采用的基于过电压保护技术的集中式小水电并网系统，小水电站I通过并网专线6直接将所发的电送到变电站进行平衡，无论是直接上网还是从线路送到各户，都有了科学的选择性，确保用户使用的电压符合电压质量要求。
[0021]交流输入保护是对水电站的一个重要的保护，当输入电压超出交流发电机4的安全工作电压时，该电路动作，保证了水电站不被损坏。目前的保护电路，由于缺少回差的设置，常有保护电路反复动作，同时，交流输入电压恢复正常后，电路不能及时的自动恢复供电，影响水电站的及时供电。本实用新型通过在交流输入过压保护电路2中加入了过压回差单元24，使得电路不会因电压波动而出现反复的动作，保证了水电站的可靠运行，其具体方案详述如下。
[0022]参照图3所示为过压保护电路的电路原理示意图，包括交流隔离检测单元21、绝对值放大单元22、峰值电压采样单元23、以及过压回差单元24。
[0023]其中，所述交流隔离检测单元21用以接收交流发电机4电压信号并将交流发电机4电压信号转化成低电压信号后予以输出，所述低电压由第一低电压信号211和第二低电压信号212组成；所述绝对值放大单元22连接所述交流隔离检测单元21并接收所述低电压信号，用于根据低电压信号中所输出的第一低电压信号211和第二低电压信号212之间的电压差来选择性地对所述第一低电压信号211和第二低电压信号212之间的电压差进行放大并输出:若所述第一低电压信号211大于第二低电压信号212，则所述绝对值放大单兀22对所述第一低电压信号和第二低电压信号212之间的电压差进行放大后予以输出电压差放大信号，或者若所述第一低电压信号小于第二低电压信号212，则所述绝对值放大单元22对所述对所述第一低电压信号和第二低电压信号212之间的电压差进行放大后予以输出电压差放大信号；峰值电压采样单元23，连接所述绝对值放大单元22，用以接收所述电压差放大信号并对所述电压差放大信号作峰值电压采集以取得所述电压差放大信号的峰值电压；所述过压回差单元24连接于所述峰值电压采样单元23并提供一预设电压，用于接收所述峰值电压并将所述峰值电压与所述预设电压进行比较，进而根据比较结果输出高或低电平信号3。
[0024]所述交流隔离检测单元21由电阻R2，电阻R4，电阻R5以及电压互感器PTl组成，其中，所述电压互感器PTl的输入端连接所述交流发电机4，所述电压互感器PTl的输出端与所述电阻R2两端并联，所述电阻R4的第一端和电阻R5的第一端连接后接地，所述电阻R4的第二端和电阻R5的第二端与所述电阻R2两端并联。
[0025]所述绝对值放大单元22由电阻R6，电阻R7，电阻R8，电阻R10，电阻Rll，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电容Cl，二极管D1A，二极管D1B，二极管D2A，二极管D2B，以及运算放大器UlA和运算放大器UlB组成，其中，所述电阻R6的第一端连接所述电阻Rll的第一端和所述运算放大器UlA的正输入端，所述电阻Rll的第二端接地，所述电阻R7的第一端连接所述运算放大器UlA的负输入端和所述电阻R12的第一端，所述电阻R8的第一端连接所述运算放大器UlB的正输入端和电阻R13的第一端，所述电阻R8的第二端连接所述电阻R7的第二端且所述电阻R8的第二端和所述电阻R7的第二端同时连接所述交流隔离检测单元21中的电阻R5的第二端，所述电阻R13的第二端接地，所述电阻RlO的第一端连接所述电阻R6的第二端且所述电阻RlO的第一端和所述电阻R6的第二端同时连接所述交流隔离检测单元21中的电阻R4的第二端，所述电阻RlO的第二端连接所述运算放大器UlB的负输入端和所述电阻R14的第一端，所述运算放大器UlA的输出端连接所述二极管DlA和二极管DlB的正极，所述运算放大器UlB的输出端连接所述二极管D2A和二极管D2B的正极，所述电阻R12的第二端和所述电阻R14的第二端分别与所述二极管DlA的负极和所述二极管D2B的负极连接，所述二极管D2A的负极和二极管DlB的负极连接，所述电容Cl的第一端连接所述运算放大器UlA工作电源的正极，所述电容Cl的第二端接地。
[0026]所述峰值电压采样单元23由电阻R15电容R3和电阻R16组成，其中，所述电阻15第一端连接所述电容C3的第一端和所述电阻R16的第一端，所述电阻15的第二端连接所述二极管D2A负极/ 二极管DlB的负极，所述电容C3的第二端与所述电阻R16连接后同时接地。
[0027]所述过压回差单元24由电阻R3，电阻R9241，电阻R17，电阻R18242，比较器U2，电容C2以及稳压管Z1243，其中，所述电阻R9241的第一端接一预设电压，所述电阻R17的第一端连接所述峰值电压采样单元23中的所述电阻R15的第一端，所述电阻R9241的第二端和所述电阻R17的第二端分别与所述比较器U2的正输入端和负输入端连接，所述比较器U2输出端连接所述电阻R3的第一端，所述电阻R3的第二端连接所述稳压管Z1243的正极和所述电阻R18242的第一端，所述电阻R18242的第二端连接所述电阻R9241的第二端，所述稳压管Z1243的负极接地。
[0028]另外，以上所述交流输入过压保护电路2中还包括一限流输入单元20，所述交流隔离检测单元通过限流输入单元20与交流发电机4连接，用以将所述交流电限流后送给所述交流隔离检测单元。其中，所述限流输入单元20由一限流电抗器LI组成，所述限流电抗器LI与交流发电机4的输出端连接。
[0029]所述过压保护电路2的具体运行过程如下:
[0030]其中，在图中以VJCl线上电压Ul作为第一低电压，并以VCJ2线上电压U2作为第二低电压，其工作原理如下:交流输入电压由电阻Rl限流后通过交流隔离检测单元21的电压互感器PTl将信号传送到另一端，由电阻R2将电流转化成低电压信号；在绝对值放大单元22中，通过接入来自交流隔离检测单元21中的位于VJCl线上的电压Ul和位于VCJ2线上的电压U2，如果VJCl线上电压Ul大于VCJ2线上电压U2，运算放大器UlA对第一低电压信号211和第二低电压信号212的电压差进行放大，运算放大器UlA输出为正，双二极管Dl导通，将放大后的信号传递给峰值采样单元，运算放大器UlB对第一低电压信号211和第二低电压信号212的电压差进行放大,运算放大器UlB输出为负，双二极管D2截止；若VJCl线上电压Ul小于VCJ2线上电压U2，运算放大器UlA对第一低电压信号211和第二低电压信号212的电压差进行放大,UlA输出为负,双二极管Dl截止,运算放大器UlB对第一低电压信号211和第二低电压信号212的电压差进行放大,运算放大器UlB输出为正,双二极管D2导通，将放大后得到的电压差放大信号传递给峰值采样单元；在峰值电压采样单元23中，经放大后的电压差放大信号由电阻R15限流后对电容C3和电阻R16充放电，流向过压回差单元24。此时，当比较器U2的反相输入端V-的电压超过比较器U2正相输入端预设的高的电压V+时，比较器U2的输出端输出低电平；当比较器U2的反相输入端V-的电压低于比较器U2正相输入端预设的低的电压V+时，比较器U2的输出端输出高电平；比较器U2的正相输入端预设的高的电压V+称为高门限电压，比较器U2的正相输入端预设的低的电压V+称为低门限电压，两者之差为过压回差，回差值由电阻R9241、电阻R18242和稳压管Z1243决定；R16的设置，有利于电压过压后，下降到正常值的过程中，让检测电压及时地跟随变化。
[0031]更加简单地来说，即所述交流电压隔离检测单元将接收到的限流输入单元20转换成低电压传递给绝对值放大单元22 ;绝对值放大单元22将低电压信号进行电压差放大处理后输出电压差放大信号给峰值采样单元；峰值采样单元将所述电压差放大信号取峰值输出给过压回差单元24 ;过压回差单元24将峰值电压与预设电压进行比较，并根据比较结果来输出高或低电平信号(例如，如果峰值电压大于预设电压输出低电平，如果峰值电压小于预设电压输出高电平)。总的来讲，本实用新型提供的所述交流输入过压保护电路2结构简单，检测速度快，电路可靠，具有在静态输入电压时的过压保护功能和任何输入电压上升过程的动态过压保护功能，其中，回差电阻R18的设置，避免了在过压点附近的输出信号来回振荡，同时，放电电阻231 (即电阻R16)的设置，当输入电压低于设定值时，能迅速自动取消过电压保护信号。
[0032]综上所述，本实用新型通过在交流输入过压保护电路2中加入了过压回差单元24，使保护电路不因电压波动而出现反复的动作，保证了交流发电机4的可靠运行。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0033]以上所述，只是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本实用新型的技术效果，都应属于本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.基于过电压保护技术的集中式小水电并网系统，其特征在于:包括多个小水电站和一个并网变电站，所述多个小水电站通过并网专线与并网变电站连接，所述并网变电站的并网输出端与入网的并网柜连接，所述小水电站包括交流发电机和并网开关，所述交流发电机通过并网开关连接至并网专线上，还包括一过压保护电路，所述过压保护电路包括依次连接的交流隔离检测单元、绝对值放大单元、峰值采样单元、过压回差单元，所述交流隔离检测单元的输入端与交流发电机的输出端连接，过压回差单元的输出端与并网开关连接。
2.根据权利要求1所述的基于过电压保护技术的集中式小水电并网系统，其特征在于:所述过压保护电路还包括一限流输入单元，所述交流隔离检测单元通过限流输入单元与交流发电机连接，用以将所述交流电限流后送给所述交流隔离检测单元。
3.根据权利要求2所述的基于过电压保护技术的集中式小水电并网系统，其特征在于:所述限流输入单元由一限流电抗器组成，所述限流电抗器与交流发电机的输出端连接。
4.根据权利要求1所述的基于过电压保护技术的集中式小水电并网系统，其特征在于:所述交流隔离检测单元由电阻R2，电阻R4，电阻R5以及电压互感器PTl组成，所述电压互感器PTl的输入端连接交流发电机的输出端，所述电压互感器PTl的输出端与所述电阻R2两端并联，所述电阻R4的第一端和电阻R5的第一端连接后接地，所述电阻R4的第二端和电阻R5的第二端并联连接于所述电阻R2两端。
5.根据权利要求4所述的基于过电压保护技术的集中式小水电并网系统，其特征在于:所述绝对值放大单元由电阻R6，电阻R7，电阻R8，电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13,电阻R14，电容Cl，二极管D1A，二极管D1B，二极管D2A，二极管D2B，以及运算放大器UlA和运算放大器UlB组成，所述电阻R6的第一端连接所述电阻Rll的第一端和所述运算放大器UlA的正输入端，所述电阻Rll的第二端接地，所述电阻R7的第一端连接所述运算放大器UlA的负输入端和所述电阻R12的第一端，所述电阻R8的第一端连接所述运算放大器UlB的正输入端和电阻R13的第一端，所述电阻R8的第二端连接所述电阻R7的第二端且所述电阻R8的第二端和所述电阻R7的第二端同时连接所述交流隔离检测单元中的电阻R5的第二端，所述电阻R13的第二端接地，所述电阻RlO的第一端连接所述电阻R6的第二端且所述电阻RlO的第一端和所述电阻R6的第二端同时连接所述交流隔离检测单元中的电阻R4的第二端，所述电阻RlO的第二端连接所述运算放大器UlB的负输入端和所述电阻R14的第一端，所述运算放大器UlA的输出端连接所述二极管DlA和二极管DlB的正极，所述运算放大器UlB的输出端连接所述二极管D2A和二极管D2B的正极，所述电阻R12的第二端和所述电阻R14的第二端分别与所述二极管DlA的负极和所述二极管D2B的负极连接，所述二极管D2A的负极和二极管DlB的负极连接，所述电容Cl的第一端连接所述运算放大器UlA工作电源的正极，所述电容Cl的第二端接地。
6.根据权利要求5所述的基于过电压保护技术的集中式小水电并网系统，其特征在于:所述峰值电压采样单元由电阻R15，电容C3和电阻R16组成，其中，所述电阻15第一端连接所述电容C3的第一端和所述电阻R16的第一端，所述电阻15的第二端连接所述二极管D2A和二极管DlB的负极，所述电容C3的第二端与所述电阻R16连接后并接地。
7.根据权利要求6所述的基于过电压保护技术的集中式小水电并网系统，其特征在于:所述过压回差单元由电阻R3，电阻R9，电阻R17，电阻R18，比较器U2，电容C2以及稳压管Zl组成，所述电阻R9的第一端接一预设电压，所述电阻R17的第一端连接所述峰值电压采样单元中的所述电阻R15的第一端，所述电阻R9的第二端和所述电阻R17的第二端分别与所述比较器U2的正输入端和负输入端连接，所述比较器U2输出端连接所述电阻R3的第一端，所述电阻R3的第二端连接所述稳压管Zl的正极和所述电阻R18的第一端，所述电阻R18的第二端连接所述电阻R9的第二端，所述稳压管Zl的负极接地。
8.根据权利要求1所述的基于过电压保护技术的集中式小水电并网系统，其特征在于:所述并网变电站内设置有电容补偿装置。
【文档编号】H02H9/04GK204030627SQ201420442490
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】江霞 申请人:开平市翰联电力设计有限公司