專利名稱：同步開關(guān)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開關(guān)控制裝置，尤其是涉及同步開關(guān)控制裝置。
技術(shù)背景
由于開關(guān)分合閘操作的暫態(tài)過程會帶來不可忽略的負面效應(yīng)，為了滿足電網(wǎng)發(fā)展和電力用戶對高質(zhì)量、高可靠供電的需求，目前所采用的傳統(tǒng)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(guān)制造工藝、現(xiàn)代電力電子和測控技術(shù)的不斷提高，開關(guān)正朝著智能化方向發(fā)展。同時，電力市場的競爭日趨激烈，要求進一步減少設(shè)備費用，延長維修周期，提高供電質(zhì)量，提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和可靠性。在此背景下，開關(guān)選相投切技術(shù)日益受到制造部門與用戶的關(guān)注。選相投切技術(shù)是由相控開關(guān)(又稱同步開關(guān)或選相控制開關(guān))來實現(xiàn)的。相控實質(zhì)是根據(jù)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(guān)在電壓或電流的最佳電角度完成合閘或分閘，實現(xiàn)無沖擊的平滑過渡，能有效地削弱開關(guān)瞬態(tài)電磁效應(yīng)。目前，相控開關(guān)以常規(guī)領(lǐng)域(參考信號具有周期性)應(yīng)用為主，尤以選相投切電容器組的應(yīng)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道，這主要是由于相關(guān)的非周期、不對稱暫態(tài)過程使得目標(biāo)相位難以有效地預(yù)測與控制。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)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(jīng)過最佳燃弧時間后過零，從而有效減少觸頭燒損，延長開關(guān)的電壽命的同步開關(guān)控制裝置。
本發(fā)明還有一目的是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)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涌流的同步開關(guān)控制裝置。
本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的 一種同步開關(guān)控制裝置，包括一電源模塊將輸入的交流或直流電，轉(zhuǎn)化為各種低壓直流電，提供裝置電源； 一信號調(diào)理模塊接入斷路器母線側(cè)的電壓信號、接入斷路器線路電流信號、勵磁電容控制電壓，并將接入的模擬信號進行過濾調(diào)整；一模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC 將經(jīng)過信號調(diào)理模塊過濾調(diào)整過的模擬信號變換成數(shù)字量信號； 一可編程邏輯器件FPGA 接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC變換的數(shù)字量信號并對其進行濾波處理；一 DSP處理器接收經(jīng)過可編程邏輯器件FPGA濾波處理后的處理結(jié)果； 一存儲器MM 用于程序中間變量的存儲和軟件的調(diào)試； 一存儲器EEPROM 用于存儲各種設(shè)定的參數(shù)；一通信接口 DSP處理器通過該接口與外部設(shè)備通信，用于接收外部指令或發(fā)送本體數(shù)據(jù)。
本發(fā)明根據(jù)采樣的電流值預(yù)測系統(tǒng)的電流零點；根據(jù)預(yù)測的電流零點確定開斷的目標(biāo)相位，計算動作同步時間，并在由零點時刻經(jīng)所述動作同步時間后發(fā)出所述電力開關(guān)設(shè)備的控制動作指令，使開關(guān)設(shè)備經(jīng)最佳燃弧時間之后觸頭分離，電流過零熄滅。
本發(fā)明根據(jù)采樣的電壓值提取系統(tǒng)的電壓零點；根據(jù)提取的電壓零點控制合閘的目標(biāo)相位，使開關(guān)設(shè)備在最佳合閘時間點閉合觸頭。
本發(fā)明測量對電力開關(guān)設(shè)備操作機構(gòu)動作時間產(chǎn)生影響的各種環(huán)境溫度和控制電壓等參數(shù)；通過這些測定的參數(shù)對開關(guān)設(shè)備的動作時間進行補償。
在上述的同步開關(guān)控制裝置，還包括一溫度傳感器測量當(dāng)前的環(huán)境溫度，并將當(dāng)前的環(huán)境溫度輸送給上述可編程邏輯器件FPGA處理后傳遞給DSP處理器，并由DSP處理器計算動作同步時間后，發(fā)出動作信號； 一開關(guān)量輸出模塊接收所述DSP處理器發(fā)出的動作信號；一開關(guān)量輸入模塊接收電力系統(tǒng)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(guān)控制裝置，所述開關(guān)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(guān)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(shù)狀態(tài)。
因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)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(jīng)過最佳燃弧時間后過零，從而有效減少觸頭燒損，延長開關(guān)的電壽命；2. 能精確控制合閘相位，以減小操作過電壓和涌流。


圖1是本發(fā)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，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步具體的說明。
實施例一種同步開關(guān)控制裝置，包括一電源模塊1 將輸入的交流或直流電，轉(zhuǎn)化為各種低壓直流電，提供裝置電源； 一信號調(diào)理模塊5 接入斷路器母線側(cè)的電壓信號、接入斷路器線路電流信號、勵磁電容控制電壓，并將接入的模擬信號進行過濾調(diào)整；一模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC4 將經(jīng)過信號調(diào)理模塊5過濾調(diào)整過的模擬信號變換成數(shù)字量信號；一可編程邏輯器件FPGA3 接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC4變換的數(shù)字量信號并對其進行濾波處理；一 DSP處理器O)接收經(jīng)過可編程邏輯器件FPGA3濾波處理后的處理結(jié)果；4一存儲器RAM8 用于程序中間變量的存儲和軟件的調(diào)試； 一存儲器EEPR0M9 用于存儲各種設(shè)定的參數(shù)；一通信接口 10 :DSP處理器2通過該接口與外部設(shè)備通信，用于接收外部指令或發(fā)送本體數(shù)據(jù)。
一溫度傳感器12 測量當(dāng)前的環(huán)境溫度，并將當(dāng)前的環(huán)境溫度輸送給上述可編程邏輯器件FPGA3處理后傳遞給DSP處理器2，并由DSP處理器2計算動作同步時間后，發(fā)出動作信號；一開關(guān)量輸出模塊7 接收所述DSP處理器2發(fā)出的動作信號，開關(guān)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(guān)量輸入模塊6 接收電力系統(tǒng)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(shù)狀態(tài)。
下面詳細闡述一下本發(fā)明的幾個應(yīng)用 應(yīng)用一短路故障電流分閘控制流程。
當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)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采樣流過斷路器的系統(tǒng)電流， 該采樣的電流值經(jīng)信號調(diào)理模塊5變換成電壓信號輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC4，ADC4將電壓信號變換成數(shù)字量傳給可編程邏輯器件FPGA3，F(xiàn)PGA3對數(shù)字量信號進行濾波處理，然后將處理結(jié)果傳遞給DSP處理器2處理。
DSP根據(jù)采樣的電流值，提取出故障電流衰減直流分量的初值、時間常數(shù)，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，然后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(shè)定為目標(biāo)斷路點Ttarget。設(shè)定任意時刻為基準(zhǔn)點Tstandard，同時，DSP采樣操作機構(gòu)環(huán)境溫度Temp、控制電壓Vcontrol，計算作為這些量的函數(shù)提供的固有動作時間topen。使用EEPROM中預(yù)設(shè)的燃弧時間tare，由式 (Ttarget-Tstandard-topen-tarc)，計算動作同步時間 tcont。并在從基準(zhǔn)點 Tstandard起經(jīng)動作同步時間tcont后在Topen時刻向斷路器發(fā)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(jīng)斷開動作時間topen后，在Ts^arate時刻分離觸頭，從而在預(yù)定燃弧時間tare后，達到目標(biāo)斷路點Ttarget，觸頭在電流過零點斷開，斷路器分斷動作完成。 應(yīng)用二 正常電流分閘控制流程。
當(dāng)系統(tǒng)正常工作時，系統(tǒng)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采樣流過斷路器的系統(tǒng)電流， 該采樣的電流值經(jīng)信號調(diào)理模塊5變換成電壓信號輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC4，ADC4將電壓信號變換成數(shù)字量傳給可編程邏輯器件FPGA3，F(xiàn)PGA3對數(shù)字量信號進行濾波處理，然后將處理結(jié)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采樣操作機構(gòu)環(huán)境溫度Temp、控制電壓 Vcontrol, DSP處理器2計算作為這些量的函數(shù)提供的動作時間topen。使用EEPROM中預(yù)設(shè)的燃弧時間tare。
將DSP處理器2計算的電流零點設(shè)定為基準(zhǔn)點Tstandard。然后，將預(yù)測產(chǎn)生斷路器斷開指令時出現(xiàn)的電流零點設(shè)定為目標(biāo)斷路點Ttarget，由式 (Ttarget-Tstandard-topen-tarc)計算動作同步時間tcont，使在預(yù)定的燃弧時間tare 到達斷路點，并在由設(shè)定的基準(zhǔn)點Tstandard經(jīng)動作同步時間tcont后的動作開始時刻 Topen，向斷路器發(fā)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(jīng)斷開動作時間topen后，在Ts^arate時刻分離觸頭，從而在預(yù)定燃弧時間tare后，達到目標(biāo)斷路點Ttarget，觸頭在電流過零點斷開，斷路器分斷動作完成。
應(yīng)用三系統(tǒng)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采樣系統(tǒng)電壓，該采樣的電壓值經(jīng)信號調(diào)理模塊5變換成電壓信號輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC4，ADC4將電壓信號變換成數(shù)字量傳給可編程邏輯器件FPGA3，F(xiàn)PGA3對數(shù)字量信號進行濾波處理，然后將處理結(jié)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采樣操作機構(gòu)環(huán)境溫度Temp、控制電壓 Vcontrol, DSP處理器2計算作為這些量的函數(shù)提供的動作時間telose。使用EEPROM中預(yù)設(shè)的控制相位時間tp。
將DSP處理器2計算的電壓零點設(shè)定為基準(zhǔn)點Tstandard。然后，由預(yù)測為產(chǎn)生斷路器接通指令時出現(xiàn)的電壓零點設(shè)定目標(biāo)斷路點Ttarget，由式 (Ttarget-Tstandard-tclose+tp)計算動作同步時間tcont，使在預(yù)定的目標(biāo)相位時間tp 到達閉合點，并在由設(shè)定的基準(zhǔn)點Tstandard經(jīng)動作同步時間tcont后的動作開始時刻 Tclose，向斷路器發(fā)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(jīng)合閘時間后，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(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)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采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
盡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(shù)轉(zhuǎn)換器ADC4、信號調(diào)理模塊5、開關(guān)量輸入模塊6、開關(guān)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(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。
權(quán)利要求
1.一種同步開關(guān)控制裝置，其特征在于，包括一電源模塊(1)將輸入的交流或直流電，轉(zhuǎn)化為各種低壓直流電，提供裝置電源；一信號調(diào)理模塊(5)接入斷路器母線側(cè)的電壓信號、接入斷路器線路電流信號、勵磁電容控制電壓，并將接入的模擬信號進行過濾調(diào)整；一模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC (4):將經(jīng)過信號調(diào)理模塊(5)過濾調(diào)整過的模擬信號變換成數(shù)字量信號；一可編程邏輯器件FPGA (3):接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC (4)變換的數(shù)字量信號并對其進行濾波處理；一 DSP處理器O)接收經(jīng)過可編程邏輯器件FPGA (3)濾波處理后的處理結(jié)果；一存儲器RAM (8)用于程序中間變量的存儲和軟件的調(diào)試；一存儲器EEPROM (9)用于存儲各種設(shè)定的參數(shù)；一通信接口(10):DSP處理器( 通過該接口與外部設(shè)備通信，用于接收外部指令或發(fā)送本體數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同步開關(guān)控制裝置，其特征在于，還包括一溫度傳感器(12)測量當(dāng)前的環(huán)境溫度，并將當(dāng)前的環(huán)境溫度輸送給上述可編程邏輯器件FPGA(3)處理后傳遞給DSP處理器O)，并由DSP處理器O)計算動作同步時間后， 發(fā)出動作信號；一開關(guān)量輸出模塊(7)接收所述DSP處理器(2)發(fā)出的動作信號；一開關(guān)量輸入模塊(6):接收電力系統(tǒng)分合閘命令開入、斷路器三相分、合閘位置輔助接點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同步開關(guān)控制裝置，其特征在于，所述開關(guān)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種同步開關(guān)控制裝置，其特征在于，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(shù)狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種同步開關(guān)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(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、信號調(diào)理模塊、開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)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(guān)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(jīng)過最佳燃弧時間后過零，從而有效減少觸頭燒損，延長開關(guān)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涌流。
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(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者包涌泉, 李世學(xué), 袁鐸寧, 趙成宏, 鄧為, 鄒偉華 申請人:武漢長海電氣科技開發(fā)有限公司