CN103548267A - 具有集成波形点控制器的机架控制器 - Google Patents

Abstract

公开一种用于监测和控制输电网(98)中的机架(97)的机架控制器(1)。按照本发明的机架控制器(1)包括传统机架控制器功能性以及输电网(98)的机架(97)中的断路器开关操作的波形点(POW)控制。为此，到断路器装置(2)的具有POW能力的接口(6)以及改进控制单元(7，7a，7b)集成到机架控制器(1)中。通过为机架控制器(1)提供集成波形点控制功能性，来降低成本并且增加可靠性。此外，由于对有关输电网(98)中的机架(97)的操作参数的全面信息的共享访问，改进操作策略对于机架控制以及波形点控制功能性是可能的。

Description

具有集成波形点控制器的机架控制器

技术领域

本发明涉及具有集成波形点（point-on-wave）控制器功能性的机架（bay）控制器装置，其监测和控制尤其是AC输电网中的机架的操作。本发明还涉及输电网中的机架，该输电网包括断路器装置以及具有集成波形点控制器功能性的机架控制器。

背景技术

机架控制器控制开关设备，并且监测输电网中的机架内的操作。按照传统方式，例如由断路器进行的开关动作紧接开关命令的接收之后执行。但是，在许多情况下，开关瞬变能够通过在波形点(POW)控制(又称作“同步开关”或“受控制的开关”)下闭合和断开断路器装置(CB)来显著降低。简言之，POW控制是按照如下方式来延迟CB操作：使得触点接触/分离和/或电流的开始/停止将在很适合CB、开关的负载、机架和/或整个网络的时间点发生。这个时间点通常选择作为机架和/或网络中的参考电流或电压(操作参数)的特定相位角；作为示例，通常在参考电压为零的时刻、即在(通常为正弦的)网络电压的零交叉时，开/关电容负载。POW控制器在POW控制器的适当监测接口经由来自诸如电压传感器或电流传感器之类的监测装置的监测信号来获取参考电流或电压。

按照传统方式，POW控制功能性由独立装置(POW控制器)来提供，该独立装置从机架控制器接收任意定时的外部开关命令，并且向CB发出精确定时的断路器开关命令。

常规POW控制器具有用于获取参考电压信号、电流信号、二进制信号和/或电位偏差补偿的附加传感器信号的部件，和/或它具有用于准确释放CB（通常每个CB极单独进行）的部件。此外，按照现有技术的POW控制器通过来自开关命令发出装置（例如机架控制器）的一个或多个外部开关命令来触发。

但是，所述实现的缺点在于，由于缺失在机架控制器和/或在POW控制器中与CB状态和/或输电网的操作参数有关的信息，CB的适当开关策略可能无法在所有可能的情况下实现。

US 2009/0073627公开用于优化电力系统中的同步开关操作的方法和设备。预先从诸如机架控制器之类的高级单元发出的开关命令由同步开关设备来接收，并且在其中用于计算延迟的优化同步开关时间。但是，该同步开关设备不能执行机架控制器功能性，例如监测和控制多个一次机架装置的状态和活动、发出开关命令等。具体来说，同步开关设备没有监测或控制机架的任何隔离开关、接地开关或负载开关。而是仅将它指配给要求同步开关信号的单个断路器。

发明内容

因此，本发明的一般目的是提供至少部分克服了这些缺点的装置和机架。

这些目标通过独立权利要求的装置和机架来实现。在从属权利要求和权利要求组合中公开实施例。

相应地，提供一种用于控制和监测具有壳体、电压、控制接口、参数输入接口、CB接口和控制单元的机架的机架控制器。另一方面，传统机架控制器功能性、即通过控制和监测所述机架中的有源和/或无源元件以控制和监测输电网中的机架的操作通过按照本发明的装置来提供。

机架控制器的控制接口(例如包括具有用于用户的I/O功能性的触摸屏和/或用于到输电网中的其它机架控制器、保护装置和/或高等级控制器的连接的计算机接口和/或标准化接口的人机接口)提供I/O和连接功能性，而机架控制器的参数输入接口适合经由到监测装置和/或无源元件(例如电压监测装置、电流监测装置、二进制监测装置)的连接来监测输电网中的操作参数。机架控制器的控制单元适合监测输电网中的机架的操作，并且适合计算和执行用于所述机架的第一操作策略，例如判定断开和/或闭合CB和/或机架中诸如负载开关之类的其它开关元件的时间。

详细的机架控制器的功能性通常可以使得：

所述控制接口适合从操作员和/或第二控制器装置接收控制信号，并且向操作员和/或向所述第二控制器装置提供状态和/或控制信号，

所述参数输入接口包括到所述输电网中的监测装置的监测接口，并且适合经由来自所述监测装置的监测信号来监测所述输电网的至少一个操作参数，

所述控制单元连接到所述电源、所述控制接口和所述参数输入接口，以及其中所述控制单元适合监测所述输电网中的所述机架的操作，并且计算用于所述输电网中的所述机架的至少一个一次机架装置的第一操作策略，其中一次机架装置不是断路器装置。

这时，通过引入到CB的具有POW能力的接口并且将POW功能性集成到按照本发明的机架控制器的控制单元，若干优点出现：首先，从现有技术机架控制器到独立现有技术POW控制器的附加接口以及其它布线工作变为不必要，因而降低成本并且增加可靠性。其次，通过使用集成装置代替两个独立装置，对空间的需求降低。第三，机架控制器可以访问POW控制器的所有信息(输电网的操作参数)。第四，反之亦然，POW控制器功能性可以访问机架控制器的所有信息(输电网的操作参数)。

在实施例中，机架控制器适合向一次机架装置发出至少一个网络异步信号，特别是异步开关命令信号。

在另一个实施例中，一次机架装置是隔离开关、接地开关或者负载开关。

在另一个实施例中，机架控制器还包括CB接口，其适合连接到所述输电网的所述机架中的所述控制单元和所述断路器装置，并且向所述断路器装置发出断路器网络同步开关命令。

在另一个实施例中，所述控制单元还适合基于所述输电网的所述操作参数来计算用于所述机架中的所述断路器装置的波形点控制的第二操作策略。因此，能够实现用于输电网中的所述机架以及所述断路器装置的改进(第一和第二)操作策略。

在另一个实施例中，机架控制器的控制单元适合计算用于超过一个断路器和/或其它开关元件、例如所述机架中的负载开关的所述第二操作策略。因此，超过一个断路器装置的同步开关是可能的。

在另一个实施例中，所述控制单元适合于还计算用于网络同步故障电流中断的断路器装置的波形点控制的第二操作策略。

在另一个实施例中，所述控制接口、所述参数输入接口、所述CB接口和所述控制单元共同设置在所述壳体中，特别是波形点控制器的相位精确性输出信号从机架控制器壳体来提供。

在另一个实施例中，机架控制器的壳体适合在例如本地控制柜的支架、例如19英寸支架中是可安装的。因此，能够使用现有基础设施，并且降低成本。

在另一个实施例中，机架控制器和波形点控制器连接到同一电源和/或同一控制接口和/或同一参数输入接口和/或同一控制单元。

在另一个实施例中，由机架控制器所收集的监测信号的至少子集用于机架控制以及用于波形点控制。

在另一个实施例中，机架控制器的控制单元包括中央处理单元(CPU)和存储器。因此，机架的监测和控制以及POW的功能性能够有利地实现为所述控制单元中的软件(模块)。然后，在另一个实施例中，例如通过经由USB或以太网将外部装置或PC附连到所述控制接口，能够更新软件代码，以提供附加功能性和/或修正缺陷。

本发明还涉及包括如本文所公开的至少一个机架控制器的机架。

具体来说，公开输电网中的机架，其包括至少一个断路器装置、多个监测装置以及具有集成POW控制功能性的至少一个机架控制器。由于与输电网的机架中的操作参数有关的共享信息，实现用于CB以及整个机架的改进第一和第二操作策略。

在实施例中，由于机架控制器中的集成POW功能性，不需要使用独立外部POW控制器。因此，布线工作减小，以及可靠性和功能性得到改进。

在实施例中，单个机架控制器提供用于输电网的机架中的超过一个CB或负载开关或者其它开关的POW控制。因此，多个开关元件能够以同步开关模式来使用，而无需对各开关元件使用独立POW控制器。

一般来说，本发明能够实现为装置和/或方法。

附图说明

通过考虑本发明的以下详细描述，将会更好地理解本发明，并且除了以上所述那些之外的目的将变得显而易见。本描述参照附图，其中：

图1(现有技术)示出具有机架控制器和独立POW控制器的输电网中具有CB的机架，以及

图2示出具有带集成POW功能性的机架控制器的输电网中具有CB的机架的实施例。

具体实施方式

概述

公开一种用于监测和控制输电网中的机架的机架控制器。按照本发明的机架控制器包括传统机架控制器功能性以及输电网的机架中的断路器开关操作的波形点(POW)控制。为此，到断路器装置的具有POW能力的接口以及改进控制单元集成到机架控制器中。通过为机架控制器提供集成波形点控制功能性，来降低成本并且增加可靠性。此外，由于对有关输电网中的机架的操作参数的全面信息的共享访问，改进操作策略对于机架控制以及波形点控制功能性是可能的。

定义：

机架是变电站的部分，其中包含与给定电路相关的开关设备和控制设备。它通常包括具有其关联的隔离开关、接地开关、仪表变压器和/或控制和保护设备的断路器。

机架控制器是到输电网的变电站中的机架的控制功能的外部接口。它控制有源元件、例如断路器或开关装置，并且监测机架中的操作(即，通过监测无源元件，例如电压监测装置、电流监测装置、二进制监测装置等)。另外，它与相邻机架进行接口连接，例如以用于互锁。因此，机架控制器可以访问机架中的多个控制、状态和监测信息信号。机架控制器通常控制和监测机架中的若干或者优选的全部开关设备。具体来说，它确保正确操作，并且在问题情况下发出告警。它提供互锁功能性，以便防止危险或者破坏性开关操作，并且确保人身安全。它通常还保持机架中的事件的日志。此外，它可包括高级功能，例如网络同步、自动重合、电压控制和/或例如断路器故障保护等保护。

断路器(CB)装置是设计成进行、承载和中断负载和故障电流的开关装置。它断开或闭合有利地同步到输电网中的适当操作参数(参考信号，例如参考电流或电压)的输电网的电路中的单相或三相(CB的波形点控制)。用于由致动器来实际执行开关动作的能量例如机械地存储在弹簧中、气动地存储在CB驱动器的蓄气池中或者在电气上存储在电容器中。当开关动作将要执行时，将能量机械地、液压地和/或电传送到CB装置的极。诸如再充电器、液压泵或者气动泵之类的适当补充装置在这种开关动作之后补充能量。开关动作的操作时间可取决于所存储能量的等级。

术语“高压”涉及大于1 kV、特别是大于72 kV的电压。

附图描述：

图1示出按照现有技术的具有机架控制器1和独立POW控制器99的输电网98中具有CB 2的机架97。机架控制器1包括壳体3a、电源4a、控制接口5a、参数输入接口8a和控制单元7a(包括中央处理单元7a1和存储器7a2)。此外，它经由其参数输入接口8a、具体来说是经由来自机架97中和/或输电网98中的监测装置9a、9b的监测信号89来监测操作参数(例如CB 2的电压、电流、状态和/或未示出的其它开关元件的二进制状态)。此外，机架控制器1包括二进制输出96，如果将要操作CB 2，则通过二进制输出96将外部开关命令94发送给POW控制器99、具体来说是发送给其二进制输入95。这个外部开关命令94通常是任意定时的，即，没有同步到输电网98中的操作参数。

POW控制器99包括独立壳体3b、独立电源4b、独立控制接口5b、独立参数输入接口8b和独立控制单元7b(包括中央处理单元7b1和存储器7b2)。POW控制器99通过其二进制输入95来接收所述外部开关命令94，并且根据机架97和/或输电网98的单独监测的操作参数(例如，诸如负载开关之类的开关元件的电压、电流或二进制状态；经由其参数输入接口8b)来计算CB 2的操作策略。换言之，POW控制器99的控制单元7b计算CB 2的操作策略，并且在CB 2将要闭合或断开时通过POW控制器99的其CB接口6来发出精确定时的CB开关命令93。这样，实现同步开关。但是，由于POW控制器99通常不可访问与输电网98的操作参数有关的全部信息，因此不一定始终实现很适合的操作策略。

图2示出按照本发明的实施例的具有带集成POW功能性的机架控制器1的输电网98中具有CB 2的机架97。带POW功能性的机架控制器1包括一个单一壳体3、电源4、控制接口5、参数输入接口8和控制单元7(包括中央处理单元71和存储器72)。机架控制器1的(状态/控制信号24的)连通性通过控制接口5来提供，其中控制接口5例如包括具有用于用户22的I/O功能性的触摸屏和/或用于到外部计算机23的连接的计算机接口和/或用于到输电网98中的其它机架控制器1和/或保护设备和/或高等级控制器的连接的标准化接口。机架控制器1经由其参数输入接口8、具体来说是经由来自机架97和/或输电网98中的监测装置9a、9b的监测信号89（其通过参数输入接口8的监测接口81、82来获取）来监测操作参数(例如CB 2的电压、电流、状态和/或例如负载开关的其它开关元件的二进制状态)。

此外，机架97包括至少一个一次装置20、21，其对断路器装置2进行补充并且与断路器装置2不同，并且例如能够是隔离开关20或者接地开关21。这种一次装置20、21经由控制和监测线路90来连接到控制单元7，并且由控制单元7以至少一个网络异步开关命令信号来操作。

机架97的监测和控制以及CB 2的POW控制全部由公共控制单元7、有利地由运行于控制单元7的中央处理单元71的软件模块来执行。当CB 2将闭合或断开时，精确定时的CB开关命令93经由机架控制器1的CB接口6直接发送给CB 2。因此，机架控制器1和集成POW功能性均可以直接访问与机架97和/或输电网98中的操作参数有关的全部信息。

因此，在许多情况下实现改进操作策略。例如，如果机架控制器1控制液压泵2a（其在CB 2的开关命令已经执行之后经由控制/监测信号92来补充用于CB 2的致动器2c的所存储能量(例如液压储存器2b中的压力)），则POW功能性能够将这个信息用于优化它对CB 2的操作时间的估计。另一种方式是将使用例如电磁致动器和电容器作为能量储存器。相应储存器的液压压力或电荷水平被测量，并且通过监测信号92来传送给机架控制器1，以及根据所存储能量，CB 2开关动作的更精确操作时间能够由机架控制器1的POW功能性来估计。

另外，与机架97中和/或其它机架中的其他CB 2和/或其它开关元件的二进制状态有关的信息可用于选择CB 2的操作策略。使POW功能性运行于与所有其它机架控制器功能相同的控制单元7使CB 2的POW控制操作的发起比具有独立装置的现有技术配置要快，这是因为省略了两个独立现有技术控制单元7a和7b之间的整个信号链。由于相同原因，系统更为可靠，即，对可能引入了两个独立现有技术控制单元7a与7b之间的信号链路中的误差具有更大免疫力。

在机架控制器1的硬件和/或软件侧，按照本发明的机架控制器1包括：

-   CB接口6，其包括用于各CB极的波形点控制的具有充分精度的精确二进制输出，以及

-   运行于机架控制器1的控制单元7的中央处理单元7a并且包括POW功能性的软件。

作为另一实施例，保护跳闸命令也可传递给机架控制器1的POW软件模块。然后，实现用于控制网络同步故障电流中断的适当附加第二操作策略和算法；这个第二操作策略与常规操作条件期间使用的是不同的。因此，这种微调操作策略对于传统独立控制装置配置是不可能的。

注释：

针对双态或通-断态系统的术语“二进制”与“1比特数字”或者简单的“数字”同义地使用。

参数输入接口及相关监测信号和监测装置能够作为数字或模拟装置来设计和/或操作，而与由/经由其来处理和/或监测的信息的类型无关。换言之，输电网的模拟和/或二进制操作参数（一个或多个）能够例如作为数字数据通过数字通信接口来传送。

参考标号

1: 机架控制器

2: 断路器

2a: 补充装置

2b：  储存器

2c：致动器

3，3a，3b：     壳体

4，4a，4b：     电源

5，5a，5b：     控制接口

6: CB接口

7，7a，7b：     控制单元

71，7a1，7b1：     中央处理单元

72，7a2，7b2：     存储器

8，8a，8b：参数输入接口

9a，9b：     监测装置

20:     隔离开关

21:     接地开关

22:     操作员

23:     计算机

24:     状态/控制信号

81, 82:     监测接口

89:     监测信号

90:     控制/监测线路或信号

92:     控制/监测信号

93:     CB开关命令

94:     外部开关命令

95:     二进制输入

96:     二进制输出

97:     机架

98:     输电网

99:  外部波形点控制器(现有技术)。

Claims (22)

1.一种用于控制和监测特别是AC高压输电网(98)中的机架(97)的机架控制器(1)，包括壳体(3)、电源(4)、控制接口(5)、参数输入接口(8)和控制单元(7)，其中

所述控制接口(5)适合从操作员(22，23)和/或第二控制器装置(1)接收控制信号(24)，并且向操作员(22，23)和/或向所述第二控制器装置(1)提供状态和/或控制信号(24)，

所述参数输入接口(8)包括到所述输电网(98)中的监测装置(9a，9b)的监测接口(81，82)，并且适合经由来自所述监测装置(9a，9b)的监测信号(89)来监测所述输电网(98)的至少一个操作参数，

所述控制单元(7)连接到所述电源(4)、所述控制接口(5)和所述参数输入接口(8)，以及其中所述控制单元(7)适合监测所述输电网(98)中的所述机架(97)的操作，并且计算用于所述输电网(98)中的所述机架(97)的至少一个一次机架装置(20,21)的第一操作策略，其中一次机架装置(20，21)不是断路器装置(2)，

其特征在于，所述机架控制器(1)包括用于控制所述机架(97)中的至少一个断路器装置(2)的网络同步操作的波形点控制器。

2.如权利要求1所述的机架控制器(1)，其中，所述机架控制器(1)适合向所述一次机架装置(20，21)发出至少一个网络异步信号，特别是开关命令信号。

3.如以上权利要求中的任一项所述的机架控制器(1)，其中，所述一次机架装置(20，21)是隔离开关(20)、接地开关(21)或负载开关。

4.如以上权利要求中的任一项所述的机架控制器(1)，还包括CB接口(6)，所述CB接口(6)适合连接到所述控制单元(7)和所述输电网(98)的所述机架(97)中的所述断路器装置(2)，并且向所述断路器装置(2)发出断路器网络同步开关命令(93)。

5.如以上权利要求中的任一项所述的机架控制器(1)，其中，所述控制接口(5)、所述参数输入接口(8)、所述CB接口(6)和所述控制单元(7)共同设置在所述壳体(3)中，特别是所述波形点控制器的相位精确性输出信号从所述机架控制器壳体(3)来提供。

6.如以上权利要求中的任一项所述的机架控制器(1)，其特征在于，所述机架控制器(1)和所述波形点控制器连接到同一电源(4)和/或同一控制接口(5)和/或同一参数输入接口(8)和/或同一控制单元(7)。

7.如以上权利要求中的任一项所述的机架控制器(1)，其特征在于，由所述机架控制器(1)所收集的监测信号的至少子集用于机架控制以及用于波形点控制。

8.如以上权利要求中的任一项所述的机架控制器(1)，其特征在于，所述控制单元(7)还适合基于所述输电网(98)的所述操作参数来计算用于所述机架(97)中的所述断路器装置(2)的波形点控制的第二操作策略。

9.如权利要求8所述的机架控制器(1)，包括超过一个CB接口(6)，其中所述控制单元(7)适合计算用于所述机架(97)中的超过一个断路器装置(2)的波形点控制的多个第二操作策略。

10.如权利要求8或9所述的机架控制器(1)，其中，所述控制单元(7)适合计算用于网络同步故障电流中断的所述断路器装置(2)的波形点控制的附加第二操作策略。

11.如以上权利要求中的任一项所述的机架控制器(1)，其中，所述壳体(3)适合于特别在19英寸支架中是支架可安装的。

12.如以上权利要求中的任一项所述的机架控制器(1)，其中，所述控制单元(7)包括中央处理单元(71)和存储器(72)。

13.如权利要求8和12所述的机架控制器(1)，其中，所述中央处理单元(71)适合执行所述存储器(72)中存储的软件代码，以便基于所述输电网(98)的所述操作参数来计算用于所述输电网(98)中的所述机架(97)的所述第一操作策略以及用于所述断路器装置(2)的波形点控制的所述第二操作策略。

14.如权利要求13所述的机架控制器(1)，其中，所述软件代码特别是经由所述控制接口(5)可更新的。

15.如以上权利要求中的任一项所述的机架控制器(1)，适合监测储存器(2b)中存储的用于所述断路器装置(2)的致动器(2c)的能级，其中所述断路器装置(2)的所述第二操作策略基于所述能级。

16.如权利要求15所述的机架控制器(1)，其中，所述储存器(2b)和所述致动器(2c)包括气动和/或液压和/或机械组件。

17.如权利要求15-16中的任一项所述的机架控制器(1)，其中，所述储存器(2b)和/或所述致动器(2c)包括电和/或电磁组件。

18.一种在输电网(98)中的机架(97)，所述机架包括如以上权利要求中的任一项所述的至少一个机架控制器(1)。

19.如权利要求18所述的机架，适合于断路器装置(2)的网络同步操作，并且包括至少一个断路器装置(2)，以及适合于与所述断路器装置(2)不同的一次机架装置(20，21)的网络异步操作，并且包括至少一个这种一次机架装置(20，21)。

20.如权利要求18或19所述的机架(97)，其中，所述机架(97)没有包括独立外部波形点控制器(99)。

21.如权利要求18-20中的任一项所述的输电网(98)中的机架(97)，包括至少两个断路器装置(2)，其中所述机架控制器(1)包括超过一个CB接口(6)，并且其中所述机架控制器(1)的所述控制单元(7)适合计算用于所述机架(97)中的超过一个断路器装置(2)的波形点控制的多个第二操作策略。

22.如权利要求21所述的输电网(98)中的机架(97)，正好包括一个所述机架控制器(1)。

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