CN101741142A - 风力发电专用低压断路器的模块化智能控制器及控制方法 - Google Patents

风力发电专用低压断路器的模块化智能控制器及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了风力发电专用低压断路器的模块化智能控制器及控制方法，处理器与扩展存储器分别与以太网通信模块、现场总线通信模块、无线收发模块、电能计量模块、模拟脱扣模块和分、合闸控制模块相连，各模块以及处理器与扩展存储器分别连接电源模块，电能计量模块的输出连接模拟脱扣模块，模拟脱扣模块的输出连接分、合闸控制模块。本发明具有远程无线通信功能，根据获得的电流有效值进行短延时、长延时保护，根据获得的电流瞬时值进行谐波分析，根据获得的电压瞬时值/有效值进行所发电能质量的分析，根据电能值进行计算风力发电机的累计所发电能，采用模块化方式满足风力发电的要求。

Description

风力发电专用低压断路器的模块化智能控制器及控制方法
技术领域
本发明涉及一种低压断路器智能控制器，特别涉及一种风电场专用低压断路器的智能控制器。
背景技术
随着风力发电的推广，其相关的低压电器亦得到了迅速的发展。风电场一般由100～200左右的风力发电机组网而成，所覆盖面积可达几公里。针对风力发电的特点，为了便于及时发现问题和解决问题，风力发电用低压断路器除了具有常规低压断路器的主要功能外，还需具有适应于风力发电特点的所必需的其它功能。
申请号为“200520076285.3”、名称为“真空断路器遥控装置”和申请号为“03210433.2”、名称为“遥控触电断路器”所公开的断路器，其实现的无线遥控距离均很短，不适用于风力发电场；申请号为“02131655.4”、名称为“断路器遥控器”所公开断路器遥控器虽然可实现远距离无线通信，但实际构建成本很高。此外，上述无线遥控内容为控制断路器的分断，均为断路器接收，而断路器上没有发送模块，断路器不具有向外发送信息以及电能计量和谐波检测的功能。
发明内容
为了解决现有断路器无线遥控中存在的问题和适应于风力发电的特殊要求，本发明提出一种可向外发送信息且具有电能计量和谐波检测功能的风力发电用低压断路器的模块化智能控制器及控制方法。
本发明控制器采用的技术方案是：处理器与扩展存储器分别与以太网通信模块、现场总线通信模块、无线收发模块、电能计量模块、模拟脱扣模块和分、合闸控制模块相连，所述各模块以及处理器与扩展存储器分别连接电源模块，电能计量模块的输出连接模拟脱扣模块，模拟脱扣模块的输出连接分、合闸控制模块；其中：
处理器与扩展存储器用于执行编译好的控制程序；
无线收发模块用于线收发装置通信，通知故障情况并接收应答信号；
现场总线通信模块用于与其它断路器和上位监控装置构成现场总线通信网络；
以太网通信模块用于与其它断路器和上位监控装置构成以太网通信网络；
电能计量模块用于检测风力发电机发出电能的电压/电流瞬时值、电压/电流有效值和电能值；
模拟脱扣模块用于在特大短路或断路器合到故障线路上时不经过处理器处理直接分断短路器；
分、合闸控制模块用于接收模拟脱扣模块的信号分断断路器或接收处理器及扩展存储器的控制信号分/合断路器；
电源模块用于向所述各模块以及处理器及扩展存储器提供电源。
本发明控制器控制方法采用的技术方案是：将处理器与扩展存储器、电能计量模块、以太网通信模块、现场总线模块和无线收发模块进行初始化；电流/电压互感器分别将电流/电压信号输送至电能计量模块，经采样后输送至电能测量专用芯片，其中电流信号同时经调理电路后输送至模拟脱扣模块；处理器与扩展存储器判断是否已发生超压、欠压或三相不对称电压故障，若已发生则读取电压值判断该故障是否仍存在，若存在且延时到，则发出断路器分断指令保护动作；处理器与扩展存储器发出断路器分断指令后，若断路器没分断则说明拒分，发出无线信号通知检修人员；若无电压故障则读取电流并判断是否发生短路、过载或三相不对称故障，若故障且延时时间到，则发出断路器分断指令保护动作；若无故障则根据读取的瞬时电流值进行谐波分析，根据读取的电能值进行发电机累计发出电能计算，在定时时间到的情况下将相关数据通过以太网或现场总线网传送至上位监控装置。
本发明的有益效果是：
1、具有远程无线通信功能，能及时将故障信息发送给检修人员，能接收检修人员的应答，并将此相关信息通过现场总线网或以太网输送至上位监控装置。
2、能检测电流/电压瞬时值、电流/电压有效值和电能值，根据获得的电流有效值进行短延时、长延时保护，根据获得的电流瞬时值进行谐波分析，根据获得的电压瞬时值/有效值进行所发电能质量的分析，根据获得的电能值进行计算风力发电机的累计所发电能。
3，可满足风力发电的要求，有效实现保护功能，及时地掌握故障情况，实时地记录相关数据。
4、采用模块化方式，既可提高其通用性，又便于控制器的检修，对于其中的通信模块用户还可根据自己的需要进行取舍。
附图说明
图1是本发明控制器的结构组成示意图；
图2是本发明控制器的应用系统示意图；
图3是本发明控制器的工作流程示意图。
具体实施方式
下面参考附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明的模块化智能控制器包括：处理器与扩展存储器1、无线收发模块8、现场总线通信模块7、以太网通信模块6、电能计量模块3、模拟脱扣模块4、分、合闸控制模块5、电源模块2，其中无线收发模块8、现场总线通信模块7和以太网通信模块6可根据需要选配其中的一种、两种或三种全选。
处理器与扩展存储器1，用于执行事先编译好的控制程序，处理器可选用单片机、DSP或ARM等，实现保护、谐波分析、通信控制等功能。
无线收发模块8，用于与检修人员所携带的移动无线收发装置通信，及时地将故障情况通知检修人员并接收检修人员的应答信号。无线收发模块8中采用RF专用收发芯片，在其发射通道中加有功率放大环节，以实现信号的远距离传输，其译码功能、解码功能可用软件编程实现，也可采用专用的译码、解码芯片实现。
现场总线通信模块7，用于与风电场中的其它断路器和上位监控装置构成现场总线通信网络。可采用高抗扰性、多主从的CAN总线或其他现场总线。
以太网通信模块6，用于与风电场中的其它断路器和上位监控装置构成以太网通信网络，用以太网控制芯片与处理器相结合实现以太网通信功能。
电能计量模块3，用于检测风力发电机发出电能的电压/电流瞬时值、电压/电流有效值和电能值，采用模拟量输入通道与专用的电能测量芯片结合实现，处理器可自电能测量芯片中读取各相的电流/电压瞬时值/有效值和电能值。
模拟脱扣模块4，用于在特大短路或断路器合到故障线路上时不经过处理器处理直接分断断路器，用集成运放构成窗口比较实现模拟脱扣功能，当测量值越出窗口时输出信号使断路器断开，窗口比较的范围可通过调节电位器进行设置。
分、合闸控制模块6，用于接收模拟脱扣模块的信号分断断路器或接收处理器的控制信号分/合断路器，其主要功能是将控制信号放大，以能够可靠地驱动分合闸线圈实现断路器的可靠分合，采用光电隔离和功率驱动器或继电器等实现。
电源模块2，用于向上述模块以及处理器及扩展存储器1提供所必需的电源，采用交流、直流两路电源进行供电，交流电流经整流后与直流电源以或的方式给智能控制器供电，只要其中一路电源正常即可保证智能控制器的正常工作。
如图2所示，本发明控制器的应用系统包括：模块化智能控制器、断路器的本体、电力母线、互感器、以太网、现场总线网、无线通信组成。
电流互感器、电压互感器分别将电流信号、电压信号输送至电能计量模块3，经采样后输送至电能测量专用芯片，其中电流信号同时经调理电路后输送至模拟脱扣模块4；模拟脱扣模块4的输出与分、合闸控制模块5的输入相连；分、合闸控制模块5同时与断路器本体的辅助开关9和处理器与扩展存储器1相连，分、合闸控制模块5的输出与主开关10相连；电力母线与主开关10相连；以太网通信模块6与以太网11相连；现场总线通信模块7与现场总线网12相连；上位监控装置与以太网11和现场总线网12相连；无线收发模块8通过发、收无线信号与配备在检修人员身上的移动无线收发装置13相连。
如图3所示，本发明控制器工作时，根据电能计量模块3所测得的电流瞬时值和电流有效值与分、合闸控制模块5相结合，实现常规的断路器三段保护；根据电能计量模块3所测得的电流瞬时值和电压瞬时值，实现谐波的检测与分析；根据电能计量模块3所测得的电能值获得所相连的风力发电机所发出的电能；根据断路器的保护情况在线计算断路器的电寿命；根据断路器的动作情况，及时发现拒动或误动等故障；通过无线网和以太网11或现场总线网12将断路器的动作情况、故障情况及时地传送至上层监控系统，以便工作人员适时地了解断路器的性能或及时地进行检修，具体为：电源模块2首先给相连的模块供电，然后处理器与扩展存储器1中的程序执行初始化功能，包括处理器与扩展存储器1的初始化、电能计量模块3的初始化、以太网通信模块6的初始化、现场总线模块7的初始化和无线收发模块8的初始化，继而进行循环执行阶段；电流互感器、电压互感器分别将电流信号、电压信号输送至电能计量模块3，经采样后输送至电能测量专用芯片，其中电流信号同时经调理电路后输送至模拟脱扣模块4，模拟脱扣模块4根据输入的信号进行判断是否直接分断断路器；处理器与扩展存储器1中的程序首次进入循环执行阶段后，首先从电能计量模块3读取电压值判断是否已发生超压、欠压或三相不对称的电压故障，若已发生电压故障则读取电压值判断该故障是否仍存在，若存在且延时到，处理器与扩展存储器1发出断路器分断指令保护动作至分、合闸控制模块5，发出断路器分断指令后，处理器与扩展存储器1通过分、合闸控制模块5读取辅助开头9的状态，若断路器没分断则说明拒分，处理器与扩展存储器1通过无线收发模块8发出无线信号通过移动无线收发装置13通知检修人员；若无电压故障则读取电流值并判断是否发生短路故障、过载故障或三相不对称故障，若故障且延时时间到，处理器与扩展存储器1发出断路器分断指令至分、合闸控制模块5，发出断路器分断指令后，处理器与扩展存储器1通过分、合闸控制模块5读取辅助开头9的状态，若断路器没分断则说明拒分，处理器与扩展存储器1通过无线收模块8发出无线信号经移动无线收发装置13通知检修人员；若无故障处理器与扩展存储器1则根据读取的瞬时电流值进行谐波分析，根据读取的电能值进行发电机累计发出的电能计算，在定时时间到的情况下将相关数据通过以太网11或现场总线网12传送至上位监控装置。

Claims (2)

1.一种风力发电专用低压断路器的模块化智能控制器，包括处理器及扩展存储器(1)、现场总线通信模块(7)、以太网通信模块(6)和电源模块(2)，其特征是：处理器及扩展存储器(1)分别外接以太网通信模块(6)、现场总线通信模块(7)、无线收发模块(8)、电能计量模块(3)、模拟脱扣模块(4)和分、合闸控制模块(5)，所述各模块以及处理器及扩展存储器(1)分别连接电源模块(2)，电能计量模块(3)的输出连接模拟脱扣模块(4)，模拟脱扣模块(4)的输出连接分、合闸控制模块(5)，其中，
处理器及扩展存储器(1)用于执行编译好的控制程序；
无线收发模块(8)用于线收发装置通信，通知故障情况并接收应答信号；
现场总线通信模块(7)用于与其它断路器和上位监控装置构成现场总线通信网络；
以太网通信模块(6)用于与其它断路器和上位监控装置构成以太网通信网络；
电能计量模块(3)用于检测风力发电机发出电能的电压/电流瞬时值、电压/电流有效值和电能值；
模拟脱扣模块(4)用于在特大短路或断路器合到故障线路上时不经过处理器处理直接分断短路器；
分、合闸控制模块(5)用于接收模拟脱扣模块(4)的信号分断断路器或接收处理器及扩展存储器(1)的控制信号分/合断路器；
电源模块(2)用于向所述各模块以及处理器及扩展存储器(1)提供电源。
2.一种风力发电专用低压断路器的模块化智能控制方法，其特征采用如下步骤：
A、将处理器与扩展存储器(1)、电能计量模块(3)、以太网通信模块(6)、现场总线模块(7)和无线收发模块(8)进行初始化；电流/电压互感器分别将电流/电压信号输送至电能计量模块(3)，经采样后输送至电能测量专用芯片，其中电流信号同时经调理电路后输送至模拟脱扣模块(4)；
B、处理器与扩展存储器(1)判断是否已发生超压、欠压或三相不对称电压故障，若已发生则读取电压值判断该故障是否仍存在，若存在且延时到，则发出断路器分断指令保护动作；
C、处理器与扩展存储器(1)发出断路器分断指令后，若断路器没分断则说明拒分，发出无线信号通知检修人员；若无电压故障则读取电流并判断是否发生短路、过载或三相不对称故障，若故障且延时时间到，则发出断路器分断指令保护动作；
D、若无故障则根据读取的瞬时电流值进行谐波分析，根据读取的电能值进行发电机累计发出电能计算，在定时时间到的情况下将相关数据通过以太网或现场总线网传送至上位监控装置。
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