CN102520628A - 同步开关控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种同步开关控制装置，它包括电源模块、DSP处理器、可编程逻辑器件FPGA、模数转换器ADC、信号调理模块、开关量输入模块、开关量输出模块、存储器RAM、存储器EEPROM、通信接口、按键显示、温度传感器。装置考虑断路器的电气特性、机械特性及相关影响因素，精确控制断路器触头分离相位，使开断故障电流时电弧电流在经过最佳燃弧时间后过零，从而有效减少触头烧损，延长开关的电寿命；同时，装置能精确控制合闸相位，以减小操作过电压和涌流。

Description

同步开关控制装置

技术领域

本发明涉及开关控制装置，尤其是涉及同步开关控制装置。

背景技术

由于开关分合闸操作的暂态过程会带来不可忽略的负面效应，为了满足电网发展和电力用户对高质量、高可靠供电的需求，目前所采用的传统措施又存在这样或那样的不足，不能从根本上解决问题。近年来随着开关制造工艺、现代电力电子和测控技术的不断提高，开关正朝着智能化方向发展。同时，电力市场的竞争日趋激烈，要求进一步减少设备费用，延长维修周期，提高供电质量，提高系统运行的经济性和可靠性。在此背景下，开关选相投切技术日益受到制造部门与用户的关注。选相投切技术是由相控开关(又称同步开关或选相控制开关)来实现的。相控实质是根据不同负载(如电容器组、空载变压器、架空输电线等)的特性，控制开关在电压或电流的最佳电角度完成合闸或分闸，实现无冲击的平滑过渡，能有效地削弱开关瞬态电磁效应。目前，相控开关以常规领域(参考信号具有周期性)应用为主，尤以选相投切电容器组的应用最多。具有短路故障电流选相开断功能的控制装置尚未见实用报道，这主要是由于相关的非周期、不对称暂态过程使得目标相位难以有效地预测与控制。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种精确控制断路器触头分离相位，使开断故障电流时电弧电流在经过最佳燃弧时间后过零，从而有效减少触头烧损，延长开关的电寿命的同步开关控制装置。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种能精确控制合闸相位，以减小操作过电压和涌流的同步开关控制装置。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种同步开关控制装置，包括：

一电源模块：将输入的交流或直流电，转化为各种低压直流电，提供装置电源；

一信号调理模块：接入断路器母线侧的电压信号、接入断路器线路电流信号、励磁电容控制电压，并将接入的模拟信号进行过滤调整；

一模数转换器ADC：将经过信号调理模块过滤调整过的模拟信号变换成数字量信号；

一可编程逻辑器件FPGA：接收模数转换器ADC变换的数字量信号并对其进行滤波处理；

一DSP处理器：接收经过可编程逻辑器件FPGA滤波处理后的处理结果；

一存储器RAM：用于程序中间变量的存储和软件的调试；

一存储器EEPROM：用于存储各种设定的参数；

一通信接口：DSP处理器通过该接口与外部设备通信，用于接收外部指令或发送本体数据。

本发明根据采样的电流值预测系统的电流零点；根据预测的电流零点确定开断的目标相位，计算动作同步时间，并在由零点时刻经所述动作同步时间后发出所述电力开关设备的控制动作指令，使开关设备经最佳燃弧时间之后触头分离，电流过零熄灭。

本发明根据采样的电压值提取系统的电压零点；根据提取的电压零点控制合闸的目标相位，使开关设备在最佳合闸时间点闭合触头。

本发明测量对电力开关设备操作机构动作时间产生影响的各种环境温度和控制电压等参数；通过这些测定的参数对开关设备的动作时间进行补偿。

在上述的同步开关控制装置，还包括

一温度传感器：测量当前的环境温度，并将当前的环境温度输送给上述可编程逻辑器件FPGA处理后传递给DSP处理器，并由DSP处理器计算动作同步时间后，发出动作信号；

一开关量输出模块：接收所述DSP处理器发出的动作信号；

一开关量输入模块：接收电力系统分合闸命令开入、断路器三相分、合闸位置辅助接点。

在上述的同步开关控制装置，所述开关量输出模块的输出端分别接合闸线圈和分闸线圈。

在上述的同步开关控制装置，还包括一按键显示：通过按键显示对装置进行检测，同时显示装置的参数状态。

因此，本发明具有如下优点：1. 精确控制断路器触头分离相位，使开断故障电流时电弧电流在经过最佳燃弧时间后过零，从而有效减少触头烧损，延长开关的电寿命；2. 能精确控制合闸相位，以减小操作过电压和涌流。

附图说明

图1是本发明电路原理框图。

图2是短路故障电流波形、动作时刻及动作时间的说明图。

图3是常电流波形、动作时刻及动作时间的说明图。

图4是合闸电压波形、动作时刻及其时间说明图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

一种同步开关控制装置，包括：

一电源模块1：将输入的交流或直流电，转化为各种低压直流电，提供装置电源；

一信号调理模块5 ：接入断路器母线侧的电压信号、接入断路器线路电流信号、励磁电容控制电压，并将接入的模拟信号进行过滤调整；

一模数转换器ADC4：将经过信号调理模块5过滤调整过的模拟信号变换成数字量信号；

一可编程逻辑器件FPGA3：接收模数转换器ADC4变换的数字量信号并对其进行滤波处理；

一DSP处理器(2) ：接收经过可编程逻辑器件FPGA3滤波处理后的处理结果；

一存储器RAM8：用于程序中间变量的存储和软件的调试；

一存储器EEPROM9：用于存储各种设定的参数；

一通信接口10：DSP处理器2通过该接口与外部设备通信，用于接收外部指令或发送本体数据。

一温度传感器12：测量当前的环境温度，并将当前的环境温度输送给上述可编程逻辑器件FPGA3处理后传递给DSP处理器2，并由DSP处理器2 计算动作同步时间后，发出动作信号；

一开关量输出模块7：接收所述DSP处理器2发出的动作信号，开关量输出模块7的输出端分别接合闸线圈和分闸线圈；

一开关量输入模块6：接收电力系统分合闸命令开入、断路器三相分、合闸位置辅助接点。

一按键显示11：通过按键显示11对装置进行检测，同时显示装置的参数状态。

下面详细阐述一下本发明的几个应用：

应用一：短路故障电流分闸控制流程。

当系统出现故障时，此时故障电流IS含有衰减的直流分量Isdc，电流是电流零点时间间隔为非周期的非对称电流。图2是断开动作时的短路故障电流波形、动作时刻及动作时间的说明图。

控制装置一旦收到断开指令，装置通过电流传感器采样流过断路器的系统电流，该采样的电流值经信号调理模块5变换成电压信号输入到模数转换器ADC4，ADC4将电压信号变换成数字量传给可编程逻辑器件FPGA3，FPGA3对数字量信号进行滤波处理，然后将处理结果传递给DSP处理器2处理。

DSP根据采样的电流值，提取出故障电流衰减直流分量的初值、时间常数，基波的幅值和故障初始相位，估算出故障电流的一般表达式，然后再由电流的一般表达式计算出故障电流零点，将计算电流零点设定为目标断路点Ttarget。设定任意时刻为基准点Tstandard，同时，DSP采样操作机构环境温度Temp、控制电压Vcontrol，计算作为这些量的函数提供的固有动作时间topen。使用EEPROM中预设的燃弧时间tarc，由式(Ttarget-Tstandard-topen-tarc)，计算动作同步时间tcont。并在从基准点Tstandard起经动作同步时间tcont后在Topen时刻向断路器发出控制通断指令，使断路器动作。

 通过上述控制开始动作的断路器，经断开动作时间topen后，在Tseparate时刻分离触头，从而在预定燃弧时间tarc后，达到目标断路点Ttarget，触头在电流过零点断开，断路器分断动作完成。     应用二：正常电流分闸控制流程。

当系统正常工作时，系统电流是电流零点时间间隔为周期的对称性电流。图3是断开动作时的电流波形、动作时刻及动作时间的说明图。

控制装置一旦收到断开指令，装置通过电流传感器采样流过断路器的系统电流，该采样的电流值经信号调理模块5变换成电压信号输入到模数转换器ADC4，ADC4将电压信号变换成数字量传给可编程逻辑器件FPGA3，FPGA3对数字量信号进行滤波处理，然后将处理结果传递给DSP处理器2处理，DSP处理器2计算电流零点。

通过温度传感器和电压变换器分别采样操作机构环境温度Temp、控制电压Vcontrol，DSP处理器2计算作为这些量的函数提供的动作时间topen。使用EEPROM中预设的燃弧时间tarc。

将DSP处理器2计算的电流零点设定为基准点Tstandard。然后，将预测产生断路器断开指令时出现的电流零点设定为目标断路点 Ttarget，由式(Ttarget-Tstandard-topen-tarc)计算动作同步时间tcont，使在预定的燃弧时间tarc到达断路点，并在由设定的基准点Tstandard经动作同步时间tcont后的动作开始时刻Topen，向断路器发出控制通断指令，从而开始断路器的断开动作。

 通过上述控制开始动作的断路器，经断开动作时间topen后，在Tseparate时刻分离触头，从而在预定燃弧时间tarc后，达到目标断路点Ttarget，触头在电流过零点断开，断路器分断动作完成。

应用三：系统合闸控制流程。

 图4是接通动作时的电压波形、动作时刻及其时间说明图。

控制装置一旦收到合闸指令，装置通过电压传感器采样系统电压，该采样的电压值经信号调理模块5变换成电压信号输入到模数转换器ADC4，ADC4将电压信号变换成数字量传给可编程逻辑器件FPGA3，FPGA3对数字量信号进行滤波处理，然后将处理结果传递给DSP处理器2处理，DSP处理器2计算电压零点。

通过温度传感器和电压变换器分别采样操作机构环境温度Temp、控制电压Vcontrol，DSP处理器2计算作为这些量的函数提供的动作时间tclose。 使用EEPROM中预设的控制相位时间tp。

将DSP处理器2计算的电压零点设定为基准点Tstandard。然后，由预测为产生断路器接通指令时出现的电压零点设定目标断路点 Ttarget，由式(Ttarget-Tstandard-tclose+tp)计算动作同步时间tcont，使在预定的目标相位时间tp到达闭合点，并在由设定的基准点Tstandard经动作同步时间tcont后的动作开始时刻Tclose，向断路器发出控制合闸指令，从而开始断路器的合闸动作。

 通过上述控制开始动作的断路器，经合闸时间后，在Tcontact时刻触头闭合，断路器合闸动作完成。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了电源模块1、DSP处理器2、可编程逻辑器件FPGA3、模数转换器ADC4、信号调理模块5、开关量输入模块6、开关量输出模块7、存储器RAM8、存储器EEPROM9、通信接口10、按键显示11、温度传感器12等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (4)

1.一种同步开关控制装置，其特征在于，包括：

一电源模块（1）：将输入的交流或直流电，转化为各种低压直流电，提供装置电源；

一信号调理模块（5） ：接入断路器母线侧的电压信号、接入断路器线路电流信号、励磁电容控制电压，并将接入的模拟信号进行过滤调整；

一模数转换器ADC（4）：将经过信号调理模块（5）过滤调整过的模拟信号变换成数字量信号；

一可编程逻辑器件FPGA（3）：接收模数转换器ADC（4）变换的数字量信号并对其进行滤波处理；

一DSP处理器(2) ：接收经过可编程逻辑器件FPGA（3）滤波处理后的处理结果；

一存储器RAM（8）：用于程序中间变量的存储和软件的调试；

一存储器EEPROM（9）：用于存储各种设定的参数；

一通信接口（10）：DSP处理器(2)通过该接口与外部设备通信，用于接收外部指令或发送本体数据。

2.根据权利要求1所述的一种同步开关控制装置，其特征在于，还包括

一温度传感器（12）：测量当前的环境温度，并将当前的环境温度输送给上述可编程逻辑器件FPGA（3）处理后传递给DSP处理器(2)，并由DSP处理器(2) 计算动作同步时间后，发出动作信号；

一开关量输出模块（7）：接收所述DSP处理器(2)发出的动作信号；

一开关量输入模块（6）：接收电力系统分合闸命令开入、断路器三相分、合闸位置辅助接点。

3.根据权利要求1所述的一种同步开关控制装置，其特征在于，所述开关量输出模块（7）的输出端分别接合闸线圈和分闸线圈。

4.根据权利要求1所述的一种同步开关控制装置，其特征在于，还包括一按键显示（11）：通过按键显示（11）对装置进行检测，同时显示装置的参数状态。

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