同步開關控制裝置的製作方法

2023-10-23 17:49:57

專利名稱：同步開關控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及開關控制裝置，尤其是涉及同步開關控制裝置。
技術背景
由於開關分合閘操作的暫態過程會帶來不可忽略的負面效應，為了滿足電網發展和電力用戶對高質量、高可靠供電的需求，目前所採用的傳統措施又存在這樣或那樣的不足，不能從根本上解決問題。近年來隨著開關製造工藝、現代電力電子和測控技術的不斷提高，開關正朝著智能化方向發展。同時，電力市場的競爭日趨激烈，要求進一步減少設備費用，延長維修周期，提高供電質量，提高系統運行的經濟性和可靠性。在此背景下，開關選相投切技術日益受到製造部門與用戶的關注。選相投切技術是由相控開關(又稱同步開關或選相控制開關)來實現的。相控實質是根據不同負載(如電容器組、空載變壓器、架空輸電線等)的特性，控制開關在電壓或電流的最佳電角度完成合閘或分閘，實現無衝擊的平滑過渡，能有效地削弱開關瞬態電磁效應。目前，相控開關以常規領域(參考信號具有周期性)應用為主，尤以選相投切電容器組的應用最多。具有短路故障電流選相開斷功能的控制裝置尚未見實用報導，這主要是由於相關的非周期、不對稱暫態過程使得目標相位難以有效地預測與控制。發明內容
本發明主要是解決現有技術所存在的技術問題；提供了一種精確控制斷路器觸頭分離相位，使開斷故障電流時電弧電流在經過最佳燃弧時間後過零，從而有效減少觸頭燒損，延長開關的電壽命的同步開關控制裝置。
本發明還有一目的是解決現有技術所存在的技術問題；提供了一種能精確控制合閘相位，以減小操作過電壓和湧流的同步開關控制裝置。
本發明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的 一種同步開關控制裝置，包括一電源模塊將輸入的交流或直流電，轉化為各種低壓直流電，提供裝置電源； 一信號調理模塊接入斷路器母線側的電壓信號、接入斷路器線路電流信號、勵磁電容控制電壓，並將接入的模擬信號進行過濾調整；一模數轉換器ADC 將經過信號調理模塊過濾調整過的模擬信號變換成數字量信號； 一可編程邏輯器件FPGA 接收模數轉換器ADC變換的數字量信號並對其進行濾波處理；一 DSP處理器接收經過可編程邏輯器件FPGA濾波處理後的處理結果； 一存儲器MM 用於程序中間變量的存儲和軟體的調試； 一存儲器EEPROM 用於存儲各種設定的參數；一通信接口 DSP處理器通過該接口與外部設備通信，用於接收外部指令或發送本體數據。
本發明根據採樣的電流值預測系統的電流零點；根據預測的電流零點確定開斷的目標相位，計算動作同步時間，並在由零點時刻經所述動作同步時間後發出所述電力開關設備的控制動作指令，使開關設備經最佳燃弧時間之後觸頭分離，電流過零熄滅。
本發明根據採樣的電壓值提取系統的電壓零點；根據提取的電壓零點控制合閘的目標相位，使開關設備在最佳合閘時間點閉合觸頭。
本發明測量對電力開關設備操作機構動作時間產生影響的各種環境溫度和控制電壓等參數；通過這些測定的參數對開關設備的動作時間進行補償。
在上述的同步開關控制裝置，還包括一溫度傳感器測量當前的環境溫度，並將當前的環境溫度輸送給上述可編程邏輯器件FPGA處理後傳遞給DSP處理器，並由DSP處理器計算動作同步時間後，發出動作信號； 一開關量輸出模塊接收所述DSP處理器發出的動作信號；一開關量輸入模塊接收電力系統分合閘命令開入、斷路器三相分、合閘位置輔助接點ο
在上述的同步開關控制裝置，所述開關量輸出模塊的輸出端分別接合閘線圈和分閘線圈。
在上述的同步開關控制裝置，還包括一按鍵顯示通過按鍵顯示對裝置進行檢測， 同時顯示裝置的參數狀態。
因此，本發明具有如下優點1.精確控制斷路器觸頭分離相位，使開斷故障電流時電弧電流在經過最佳燃弧時間後過零，從而有效減少觸頭燒損，延長開關的電壽命；2. 能精確控制合閘相位，以減小操作過電壓和湧流。


圖1是本發明電路原理框圖。
圖2是短路故障電流波形、動作時刻及動作時間的說明圖。
圖3是常電流波形、動作時刻及動作時間的說明圖。
圖4是合閘電壓波形、動作時刻及其時間說明圖。
具體實施方式
下面通過實施例，並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。
實施例一種同步開關控制裝置，包括一電源模塊1 將輸入的交流或直流電，轉化為各種低壓直流電，提供裝置電源； 一信號調理模塊5 接入斷路器母線側的電壓信號、接入斷路器線路電流信號、勵磁電容控制電壓，並將接入的模擬信號進行過濾調整；一模數轉換器ADC4 將經過信號調理模塊5過濾調整過的模擬信號變換成數字量信號；一可編程邏輯器件FPGA3 接收模數轉換器ADC4變換的數字量信號並對其進行濾波處理；一 DSP處理器O)接收經過可編程邏輯器件FPGA3濾波處理後的處理結果；4一存儲器RAM8 用於程序中間變量的存儲和軟體的調試； 一存儲器EEPR0M9 用於存儲各種設定的參數；一通信接口 10 :DSP處理器2通過該接口與外部設備通信，用於接收外部指令或發送本體數據。
一溫度傳感器12 測量當前的環境溫度，並將當前的環境溫度輸送給上述可編程邏輯器件FPGA3處理後傳遞給DSP處理器2，並由DSP處理器2計算動作同步時間後，發出動作信號；一開關量輸出模塊7 接收所述DSP處理器2發出的動作信號，開關量輸出模塊7的輸出端分別接合閘線圈和分閘線圈；一開關量輸入模塊6 接收電力系統分合閘命令開入、斷路器三相分、合閘位置輔助接點ο
一按鍵顯示11 通過按鍵顯示11對裝置進行檢測，同時顯示裝置的參數狀態。
下面詳細闡述一下本發明的幾個應用 應用一短路故障電流分閘控制流程。
當系統出現故障時，此時故障電流IS含有衰減的直流分量Isdc，電流是電流零點時間間隔為非周期的非對稱電流。圖2是斷開動作時的短路故障電流波形、動作時刻及動作時間的說明圖。
控制裝置一旦收到斷開指令，裝置通過電流傳感器採樣流過斷路器的系統電流， 該採樣的電流值經信號調理模塊5變換成電壓信號輸入到模數轉換器ADC4，ADC4將電壓信號變換成數字量傳給可編程邏輯器件FPGA3，FPGA3對數字量信號進行濾波處理，然後將處理結果傳遞給DSP處理器2處理。
DSP根據採樣的電流值，提取出故障電流衰減直流分量的初值、時間常數，基波的幅值和故障初始相位，估算出故障電流的一般表達式，然後再由電流的一般表達式計算出故障電流零點，將計算電流零點設定為目標斷路點Ttarget。設定任意時刻為基準點Tstandard，同時，DSP採樣操作機構環境溫度Temp、控制電壓Vcontrol，計算作為這些量的函數提供的固有動作時間topen。使用EEPROM中預設的燃弧時間tare，由式 (Ttarget-Tstandard-topen-tarc)，計算動作同步時間 tcont。並在從基準點 Tstandard起經動作同步時間tcont後在Topen時刻向斷路器發出控制通斷指令，使斷路器動作。
通過上述控制開始動作的斷路器，經斷開動作時間topen後，在Ts^arate時刻分離觸頭，從而在預定燃弧時間tare後，達到目標斷路點Ttarget，觸頭在電流過零點斷開，斷路器分斷動作完成。 應用二 正常電流分閘控制流程。
當系統正常工作時，系統電流是電流零點時間間隔為周期的對稱性電流。圖3是斷開動作時的電流波形、動作時刻及動作時間的說明圖。
控制裝置一旦收到斷開指令，裝置通過電流傳感器採樣流過斷路器的系統電流， 該採樣的電流值經信號調理模塊5變換成電壓信號輸入到模數轉換器ADC4，ADC4將電壓信號變換成數字量傳給可編程邏輯器件FPGA3，FPGA3對數字量信號進行濾波處理，然後將處理結果傳遞給DSP處理器2處理，DSP處理器2計算電流零點。
通過溫度傳感器和電壓變換器分別採樣操作機構環境溫度Temp、控制電壓 Vcontrol, DSP處理器2計算作為這些量的函數提供的動作時間topen。使用EEPROM中預設的燃弧時間tare。
將DSP處理器2計算的電流零點設定為基準點Tstandard。然後，將預測產生斷路器斷開指令時出現的電流零點設定為目標斷路點Ttarget，由式 (Ttarget-Tstandard-topen-tarc)計算動作同步時間tcont，使在預定的燃弧時間tare 到達斷路點，並在由設定的基準點Tstandard經動作同步時間tcont後的動作開始時刻 Topen，向斷路器發出控制通斷指令，從而開始斷路器的斷開動作。
通過上述控制開始動作的斷路器，經斷開動作時間topen後，在Ts^arate時刻分離觸頭，從而在預定燃弧時間tare後，達到目標斷路點Ttarget，觸頭在電流過零點斷開，斷路器分斷動作完成。
應用三系統合閘控制流程。
圖4是接通動作時的電壓波形、動作時刻及其時間說明圖。
控制裝置一旦收到合閘指令，裝置通過電壓傳感器採樣系統電壓，該採樣的電壓值經信號調理模塊5變換成電壓信號輸入到模數轉換器ADC4，ADC4將電壓信號變換成數字量傳給可編程邏輯器件FPGA3，FPGA3對數字量信號進行濾波處理，然後將處理結果傳遞給 DSP處理器2處理，DSP處理器2計算電壓零點。
通過溫度傳感器和電壓變換器分別採樣操作機構環境溫度Temp、控制電壓 Vcontrol, DSP處理器2計算作為這些量的函數提供的動作時間telose。使用EEPROM中預設的控制相位時間tp。
將DSP處理器2計算的電壓零點設定為基準點Tstandard。然後，由預測為產生斷路器接通指令時出現的電壓零點設定目標斷路點Ttarget，由式 (Ttarget-Tstandard-tclose+tp)計算動作同步時間tcont，使在預定的目標相位時間tp 到達閉合點，並在由設定的基準點Tstandard經動作同步時間tcont後的動作開始時刻 Tclose，向斷路器發出控制合閘指令，從而開始斷路器的合閘動作。
通過上述控制開始動作的斷路器，經合閘時間後，在Tcontact時刻觸頭閉合，斷路器合閘動作完成。
本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。
儘管本文較多地使用了電源模塊1、DSP處理器2、可編程邏輯器件FPGA3、模數轉換器ADC4、信號調理模塊5、開關量輸入模塊6、開關量輸出模塊7、存儲器RAM8、存儲器 EEPR0M9、通信接口 10、按鍵顯示11、溫度傳感器12等術語，但並不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發明的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發明精神相違背的。
權利要求
1.一種同步開關控制裝置，其特徵在於，包括一電源模塊(1)將輸入的交流或直流電，轉化為各種低壓直流電，提供裝置電源；一信號調理模塊(5)接入斷路器母線側的電壓信號、接入斷路器線路電流信號、勵磁電容控制電壓，並將接入的模擬信號進行過濾調整；一模數轉換器ADC (4):將經過信號調理模塊(5)過濾調整過的模擬信號變換成數字量信號；一可編程邏輯器件FPGA (3):接收模數轉換器ADC (4)變換的數字量信號並對其進行濾波處理；一 DSP處理器O)接收經過可編程邏輯器件FPGA (3)濾波處理後的處理結果；一存儲器RAM (8)用於程序中間變量的存儲和軟體的調試；一存儲器EEPROM (9)用於存儲各種設定的參數；一通信接口(10):DSP處理器( 通過該接口與外部設備通信，用於接收外部指令或發送本體數據。
2.根據權利要求1所述的一種同步開關控制裝置，其特徵在於，還包括一溫度傳感器(12)測量當前的環境溫度，並將當前的環境溫度輸送給上述可編程邏輯器件FPGA(3)處理後傳遞給DSP處理器O)，並由DSP處理器O)計算動作同步時間後， 發出動作信號；一開關量輸出模塊(7)接收所述DSP處理器(2)發出的動作信號；一開關量輸入模塊(6):接收電力系統分合閘命令開入、斷路器三相分、合閘位置輔助接點。
3.根據權利要求1所述的一種同步開關控制裝置，其特徵在於，所述開關量輸出模塊 (7)的輸出端分別接合閘線圈和分閘線圈。
4.根據權利要求1所述的一種同步開關控制裝置，其特徵在於，還包括一按鍵顯示 (11)通過按鍵顯示(11)對裝置進行檢測，同時顯示裝置的參數狀態。
全文摘要
本發明涉及一種同步開關控制裝置，它包括電源模塊、DSP處理器、可編程邏輯器件FPGA、模數轉換器ADC、信號調理模塊、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、存儲器RAM、存儲器EEPROM、通信接口、按鍵顯示、溫度傳感器。裝置考慮斷路器的電氣特性、機械特性及相關影響因素，精確控制斷路器觸頭分離相位，使開斷故障電流時電弧電流在經過最佳燃弧時間後過零，從而有效減少觸頭燒損，延長開關的電壽命；同時，裝置能精確控制合閘相位，以減小操作過電壓和湧流。
文檔編號G05B19/04GK102520628SQ20121000589
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者包湧泉, 李世學, 袁鐸寧, 趙成宏, 鄧為, 鄒偉華 申請人:武漢長海電氣科技開發有限公司