CN103701199A - 一种带合环选掉保护的并联转换控制系统 - Google Patents

Abstract

一种带合环选掉保护的并联转换控制系统。其包括第一执行开关、第一适配器、第二执行开关、第二适配器、第三执行开关、第三适配器、控制器以及第一互感器H1、第二互感器H2和第三互感器H3；本发明提供的带合环选掉保护的并联转换控制系统具有自投自复、自投不自复手动、就地、远程节点控制、远程遥控等功能，同时还具有带合环选掉保护的并联转换功能。并联转换可以保证两路电源不断电切换，合环选掉功能可以保证并联转换过程电流过大时瞬时断开断路器，保护线路和负载。

Description

一种带合环选掉保护的并联转换控制系统

技术领域

本发明属于自动转换开关控制技术领域，特别是涉及一种带合环选掉保护的并联转换控制系统。

背景技术

由于应用场合不同，需要电源转换系统的功能及逻辑也不同。传统的控制系统使用PLC与继电器搭接，这样的系统一般可以实现自投自复、自投不自复功能。然而在一些对供电连续性要求较高的行业，如石油化工、冶金、电信、医院等，一旦断电会造成较大损失。因此，这类场合需要一种不间断切换的电源转换系统。另外PLC与继电器搭接的电源转换系统存在接线复杂，故障点多，功能升级需要重新布线等缺点。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种带合环选掉保护的并联转换控制系统。

为了达到上述目的，本发明提供的带合环选掉保护的并联转换控制系统包括：第一执行开关、第一适配器、第二执行开关、第二适配器、第三执行开关、第三适配器、控制器以及第一互感器H1、第二互感器H2和第三互感器H3；其中：

第一执行开关的输入端与第一电源进线相连接，输出端与第一出线相连接，第一适配器与第一执行开关相连接；第二执行开关的输入端与第二电源进线相连接，输出端与第二出线相连接，第二适配器与第二执行开关相连接；第三执行开关的输入端与第一执行开关的输出端相连接，输出端与第二执行开关的输出端相连接，第三适配器与第三执行开关相连接；控制器分别与第一适配器、第二适配器、第三适配器以及第一互感器H1、第二互感器H2和第三互感器H3相连接；第一互感器H1、第二互感器H2和第三互感器H3为三个电流互感器，其分别安装在第一执行开关、第二执行开关和第三执行开关的输入端进线上。

所述的第一适配器、第二适配器和第三适配器为与其连接的执行开关的控制监测信号接口装置，其包括：采样电路、状态采样电路、选电接触器、合闸继电器、分闸继电器和输入输出端口；其中：采样电路为电源电压、电流采样电路，用于将降压后的电源电压信号和电流互感器输出的电流信号传给控制器，其通过输入输出接口与控制器中的采样输入电路连接；

状态接点采样电路为执行开关状态接点采样电路，用于采集执行开关状态接点信号，传送给控制器，其通过输入输出接口与控制器中的状态输入电路连接；

选电接触器为执行开关选电接触器控制输入端，用于接收控制器命令完成电源选择的操作，其通过输入输出接口与控制器中的选电输出电路连接；

合闸继电器为执行开关合闸继电器控制输入端，用于接收控制器的合闸信号，控制执行开关的合闸动作；其通过输入输出接口与合闸输出电路连接；

分闸继电器为执行开关分闸继电器控制输入端，用于接收控制器的分闸信号，控制执行开关的分闸动作；其通过输入输出接口与分闸输出电路连接；

输入输出端口为连接线端子排，其通过电缆连接执行开关和控制器，完成信号传递。

所述的适配器的采样电路中的电压采样电路，由共模电感LZ3与隔离变压器VT3相互串联所组成，共模电感LZ3用于抑制干扰，隔离变压器VT3用于隔离降压；输入电压信号经过共模电感LZ3与隔离变压器VT3的输入端相连接，隔离变压器VT3的输出端提供降压后的输出信号，其通过输入输出端口与控制器中的采用输入电路相连接。

所述的控制器包括：微控制器、采样输入电路、状态输入电路、选电输出电路、合闸输出电路、分闸输出电路、显示器、按键、存储器、通信模块和电源转换模块；其中：微控制器分别与采样输入电路、状态输入电路、选电输出电路、合闸输出电路、分闸输出电路、显示器、按键、存储器、通信模块和电源转换模块相连接；

采样输入电路为三路双通道模拟采样输入电路，用于接收三个适配器传来的电压和电流信号，转换后供微控制器计算实时电压和电流；其三个输入端分别与第一适配器、第二适配器和第三适配器中的采样电路相连接；

状态输入电路为三路开关信号输入电路，用于采集三个执行开关的开关状态信号，其三个输入端分别与第一适配器、第二适配器和第三适配器中的状态采样电路相连接；

选电输出电路为三路继电器输出电路，用于分别控制三个执行开关进行电源切换；其三个输出端分别与第一适配器、第二适配器和第三适配器中的选电接触器相连接；

合闸输出电路为三路继电器输出电路，用于控制三个执行开关的合闸操作，其三个输出端分别与第一适配器、第二适配器和第三适配器中的合闸继电器相连接；

分闸输出电路为三路继电器输出电路，用于控制三个执行开关的分闸操作，其三个输出端分别与第一适配器、第二适配器和第三适配器中的分闸继电器相连接；

显示器为LCD显示器；按键为用户设置按键，显示器和按键组成本系统的用户操作界面；

存储模块为非易失数据存储器，用于保存用户数据；

通信模块为Modbus工业现场总线通信模块，用于提供用户通讯功能，以便实现本系统与外部的数据交换；

电源转换模块为本系统的直流供电电源，用于为控制器提供工作电源，其与控制器中的各用电部件相连接。

所述的微控制器由pic24fj256ga110单片机及外围设备组成。

所述的控制器还包括与微控制器相连接的三个继电器，能提供三个可编程输出节点。

所述的控制器还包括与微控制器相连接的声光报警装置。

本发明提供的带合环选掉保护的并联转换控制系统具有自投自复、自投不自复手动、就地、远程节点控制、远程遥控等功能，同时还具有带合环选掉保护的并联转换功能。并联转换可以保证两路电源不断电切换，合环选掉功能可以保证并联转换过程电流过大时瞬时断开断路器，保护线路和负载。

附图说明

图1为本发明提供的带合环选掉保护的并联转换控制系统的电路组成框图。

图2为本发明提供的带合环选掉保护的并联转换控制系统中适配器组成框图。

图3为本发明提供的带合环选掉保护的并联转换控制系统适配器采样电路的组成框图。

图4为本发明提供的带合环选掉保护的并联转换控制系统控制器的组成框图。

图5为本发明提供的带合环选掉保护的并联转换控制系统控制器采样电路的组成框图。

图6为本发明提供的带合环选掉保护的并联转换控制系统中控制器面板示意图。

图7为本发明提供的带合环选掉保护的并联转换控制系统的并联转换操作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的带合环选掉保护的并联转换控制系统进行详细说明。

以两进线一母联接线形式为例，图1为本发明提供的带合环选掉保护的并联转换控制系统的电路框图，如图1所示，本发明提供的带合环选掉保护的并联转换控制系统包括：第一执行开关1、第一适配器10、第二执行开关2、第二适配器20、第三执行开关3、第三适配器30、控制器4以及第一互感器H1、第二互感器H2和第三互感器H3；其中：

第一执行开关1的输入端与第一电源进线相连接，输出端与第一出线相连接，第一适配器10与第一执行开关1相连接；第二执行开关2的输入端与第二电源进线相连接，输出端与第二出线相连接，第二适配器20与第二执行开关2相连接；第三执行开关3的输入端与第一执行开关1的输出端相连接，输出端与第二执行开关2的输出端相连接，第三适配器30与第三执行开关3相连接；控制器4分别与第一适配器10、第二适配器20、第三适配器30以及第一互感器H1、第二互感器H2和第三互感器H3相连接；第一互感器H1、第二互感器H2和第三互感器H3为三个电流互感器，其分别安装在第一执行开关1、第二执行开关2和第三执行开关3的输入端进线上。

本系统采用模块化设计，其主要包括：带电动操作机构的执行开关、适配器、控制器三部分；用它替代传统的由继电器等组成的逻辑电路，可大大减少硬件数量和接线，减少故障点，这意味着性能可靠，安装方便，不需要昂贵的投资，易于标准化；其中：三个适配器负责采样进线电源电压和电流，控制器4负责运算和逻辑控制。

如图2所示，所述的第一适配器10、第二适配器20和第三适配器30为与其连接的执行开关的控制监测信号接口装置，其包括：采样电路101、状态采样电路102、选电接触器103、合闸继电器104、分闸继电器105和输入输出端口106；其中：采样电路101为电源电压、电流采样电路，用于将降压后的电源电压信号和电流互感器输出的电流信号传给控制器4，其通过输入输出接口106与控制器4中的采样输入电路402连接；

状态接点采样电路102为执行开关状态接点采样电路，用于采集执行开关状态接点信号，传送给控制器4，其通过输入输出接口106与控制器4中的状态输入电路403连接；

选电接触器103为执行开关选电接触器控制输入端，用于接收控制器4命令完成电源选择的操作，其通过输入输出接口106与控制器4中的选电输出电路404连接；

合闸继电器104为执行开关合闸继电器控制输入端，用于接收控制器4的合闸信号，控制执行开关的合闸动作；其通过输入输出接口106与合闸输出电路405连接；

分闸继电器105为执行开关分闸继电器控制输入端，用于接收控制器4的分闸信号，控制执行开关的分闸动作；其通过输入输出接口106与分闸输出电路406连接；

输入输出端口106为连接线端子排，其通过电缆连接执行开关和控制器4，完成信号传递。

如图3所示，所述的适配器的采样电路101中的电压采样电路，由共模电感LZ3与隔离变压器VT3相互串联所组成，共模电感LZ3用于抑制干扰，隔离变压器VT3用于隔离降压；输入电压信号经过共模电感LZ3与隔离变压器VT3的输入端相连接，隔离变压器VT3的输出端提供降压后的输出信号，其通过输入输出端口106与控制器4中的采用输入电路402相连接。

如图4所示，所述的控制器4包括：微控制器401、采样输入电路402、状态输入电路403、选电输出电路404、合闸输出电路405、分闸输出电路406、显示器407、按键408、存储器409、通信模块410和电源转换模块411；其中：微控制器401为本系统的控制核心，其分别与采样输入电路402、状态输入电路403、选电输出电路404、合闸输出电路405、分闸输出电路406、显示器407、按键408、存储器409、通信模块410和电源转换模块411相连接；

采样输入电路402为三路双通道模拟采样输入电路，用于接收三个适配器传来的电压和电流信号，转换后供微控制器401计算实时电压和电流；其三个输入端分别与第一适配器10、第二适配器20和第三适配器30中的采样电路101相连接；

状态输入电路403为三路开关信号输入电路，用于采集三个执行开关的开关状态信号，其三个输入端分别与第一适配器10、第二适配器20和第三适配器30中的状态采样电路102相连接；

选电输出电路404为三路继电器输出电路，用于分别控制三个执行开关进行电源切换；其三个输出端分别与第一适配器10、第二适配器20和第三适配器30中的选电接触器103相连接；

合闸输出电路405为三路继电器输出电路，用于控制三个执行开关的合闸操作，其三个输出端分别与第一适配器10、第二适配器20和第三适配器30中的合闸继电器104相连接；

分闸输出电路406为三路继电器输出电路，用于控制三个执行开关的分闸操作，其三个输出端分别与第一适配器10、第二适配器20和第三适配器30中的分闸继电器105相连接；

显示器407为LCD显示器；按键408为用户设置按键，显示器407和按键408组成本系统的用户操作界面；

存储模块409为非易失数据存储器，用于保存用户数据；

通信模块410为Modbus工业现场总线通信模块，用于提供用户通讯功能，以便实现本系统与外部的数据交换；

电源转换模块411为本系统的直流供电电源，用于为控制器4提供工作电源，其与控制器4中的各用电部件相连接。

所述的微控制器401由pic24fj256ga110单片机及外围设备组成。

所述的控制器4还包括与微控制器401相连接的三个继电器，能提供三个可编程输出节点。

所述的控制器4还包括与微控制器401相连接的声光报警装置，用于输出声光报警信号。

图5为控制器4内部的采样输入电路402中电流采样电路的电路原理图，其输入端通过适配器中的输入输出端口106与安装在执行开关输入端进线上的电流互感器相连接，用于将通过互感器采集的电流信号经整理转换后输入微控制器401的AD端口，微控制器401即可实时计算合环电流；采样输入电路402中电压采样电路与图5所示的电流采样电路基本相同，其输入端通过适配器中的输入输出端口106与采样电路101中的电压采样电路相连接。

图6为控制器4的面板示意图，其包括显示区域和按键区域。按键区域由功能选择区、参数设定区和手动控制区组成。显示区即为显示器407的显示屏幕，其采用LCD液晶显示器，可以显示中英文图形菜单及断路器和电源的所有状态信息；功能选择区可以选择自投自复、自投不自复、手动、就地、并联转换功能；参数设定区可以调整转换时间、通讯、过欠压值、并联条件、合环电流等参数；在手动工作模式下可以通过手动控制区的按键控制断路器合分。系统具有密码保护，用户在操作控制器前必须输入密码解锁，相对于传统的逻辑电路能完全防止误操作，可靠性大大提高。

现有的电源转换系统采用的是先分后合的转换顺序，转换过程会有短暂停电；本系统具有自动并联切换功能，控制器实时监测两路电源的电压值、电压差、频率差、相角差；在用户按下自动并联转换按钮后，只要以上四项满足用户设定值，控制系统会执行先合后分的动作顺序，可以保证两路电源不间断转换；如果以上四项任意一项不满足设定值，控制器会发出声光报警，并把不满足条件的值显示在LCD上。

系统在并联转换过程中有短暂的合环状态，如果此时两路电源的其中一路出现故障，会产生很大的合环电流，烧毁发电机或变压器。为了避免上述风险，本发明在并联转换过程中加入了合环选掉保护，使用此功能前必须先通过控制器开启此功能，并设定过载电流和选掉开关。并联转换过程中控制器会实时检测两路进线电流和母联电流，合环过程中如果任何一路电流大于预设值，控制器会瞬间发出命令断开三台断路器中的一台，退出并联转换，并发出声光报警信号。

如图7所示，为本系统的并联转换操作流程如下：1、用户输入操作密码，如果密码错误将不能进行并联操作。如果密码正确，系统进入并联操作状态，等待用户按下并联转换按键。2、用户按下并联转换按键。3、控制系统判断当前两路电源的电压值、电压差、频率差、相角差，如果符合设定值则进行并联转换，如果超出设定值则转换失败输出报警信号；4、并联转换过程中如果没有开启合环选掉功能，则直接完成转换。如果开启了合环选掉功能，则进入合环选掉状态。5、在合环过程中如果合环电流小于预设值，则完成并联转换。6、如果合环电流超过预设值则断开设定的断路器，转换失败输出报警信号。

Claims (7)

1.一种带合环选掉保护的并联转换控制系统，其特征在于：其包括：第一执行开关（1）、第一适配器（10）、第二执行开关（2）、第二适配器（20）、第三执行开关（3）、第三适配器（30）、控制器（4）以及第一互感器H1、第二互感器H2和第三互感器H3；其中：

第一执行开关（1）的输入端与第一电源进线相连接，输出端与第一出线相连接，第一适配器（10）与第一执行开关（1）相连接；第二执行开关（2）的输入端与第二电源进线相连接，输出端与第二出线相连接，第二适配器（20）与第二执行开关（2）相连接；第三执行开关（3）的输入端与第一执行开关（1）的输出端相连接，输出端与第二执行开关（2）的输出端相连接，第三适配器（30）与第三执行开关（3）相连接；控制器（4）分别与第一适配器（10）、第二适配器（20）、第三适配器（30）以及第一互感器H1、第二互感器H2和第三互感器H3相连接；第一互感器H1、第二互感器H2和第三互感器H3为三个电流互感器，其分别安装在第一执行开关（1）、第二执行开关（2）和第三执行开关（3）的输入端进线上。

2.根据权利要求1所述的带合环选掉保护的并联转换控制系统，其特征在于：所述的第一适配器（10）、第二适配器（20）和第三适配器（30）为与其连接的执行开关的控制监测信号接口装置，其包括：采样电路（101）、状态采样电路（102）、选电接触器（103）、合闸继电器（104）、分闸继电器（105）和输入输出端口（106）；其中：采样电路（101）为电源电压、电流采样电路，用于将降压后的电源电压信号和电流互感器输出的电流信号传给控制器（4），其通过输入输出接口（106）与控制器（4）中的采样输入电路（402）连接；

状态接点采样电路（102）为执行开关状态接点采样电路，用于采集执行开关状态接点信号，传送给控制器（4），其通过输入输出接口（106）与控制器（4）中的状态输入电路（403）连接；

选电接触器（103）为执行开关选电接触器控制输入端，用于接收控制器（4）命令完成电源选择的操作，其通过输入输出接口（106与控制器（4）中的选电输出电路（404）连接；

合闸继电器（104）为执行开关合闸继电器控制输入端，用于接收控制器（4）的合闸信号，控制执行开关的合闸动作；其通过输入输出接口（106）与合闸输出电路（405）连接；

分闸继电器（105）为执行开关分闸继电器控制输入端，用于接收控制器（4）的分闸信号，控制执行开关的分闸动作；其通过输入输出接口（106）与分闸输出电路（406）连接；

输入输出端口（106）为连接线端子排，其通过电缆连接执行开关和控制器（4），完成信号传递。

3.根据权利要求1所述的带合环选掉保护的并联转换控制系统，其特征在于：所述的适配器的采样电路（101）中的电压采样电路，由共模电感LZ3与隔离变压器VT3相互串联所组成；输入电压信号经过共模电感LZ3与隔离变压器VT3的输入端相连接，隔离变压器VT3的输出端提供降压后的输出信号，其通过输入输出端口（106）与控制器（4）中的采用输入电路（402）相连接。

4.根据权利要求1所述的带合环选掉保护的并联转换控制系统，其特征在于：所述的控制器（4）包括：微控制器（401）、采样输入电路（402）、状态输入电路（403）、选电输出电路（404）、合闸输出电路（405）、分闸输出电路（406）、显示器（407）、按键（408）、存储器（409）、通信模块（410）和电源转换模块（411）；其中：微控制器（401）为本系统的控制核心，其分别与采样输入电路（402）、状态输入电路（403）、选电输出电路（404）、合闸输出电路（405）、分闸输出电路（406）、显示器（407）、按键（408）、存储器（409）、通信模块（410）和电源转换模块（411）相连接；

采样输入电路（402）为三路双通道模拟采样输入电路，用于接收三个适配器传来的电压和电流信号，转换后供微控制器（401）计算实时电压和电流；其三个输入端分别与第一适配器（10）、第二适配器（20）和第三适配器（30）中的采样电路（101）相连接；

状态输入电路（403）为三路开关信号输入电路，用于采集三个执行开关的开关状态信号，其三个输入端分别与第一适配器（10）、第二适配器（20）和第三适配器（30）中的状态采样电路（102）相连接；

选电输出电路（404）为三路继电器输出电路，用于分别控制三个执行开关进行电源切换；其三个输出端分别与第一适配器（10）、第二适配器（20）和第三适配器（30）中的选电接触器（103）相连接；

合闸输出电路（405）为三路继电器输出电路，用于控制三个执行开关的合闸操作，其三个输出端分别与第一适配器（10）、第二适配器（20）和第三适配器（30）中的合闸继电器（104）相连接；

分闸输出电路（406）为三路继电器输出电路，用于控制三个执行开关的分闸操作，其三个输出端分别与第一适配器（10）、第二适配器（20）和第三适配器（30）中的分闸继电器（105）相连接；

显示器（407）为LCD显示器；按键（408）为用户设置按键，显示器（407）和按键（408）组成本系统的用户操作界面；

存储模块（409）为非易失数据存储器，用于保存用户数据；

通信模块（410）为Modbus工业现场总线通信模块，用于提供用户通讯功能，以便实现本系统与外部的数据交换；

电源转换模块（411）为本系统的直流供电电源，用于为控制器（4）提供工作电源，其与控制器（4）中的各用电部件相连接。

5.根据权利要求4所述的带合环选掉保护的并联转换控制系统，其特征在于：所述的微控制器（401）由pic24fj256ga110单片机及外围设备组成。

6.根据权利要求4所述的带合环选掉保护的并联转换控制系统，其特征在于：所述的控制器（4）还包括与微控制器（401）相连接的三个继电器，能提供三个可编程输出节点。

7.根据权利要求4所述的带合环选掉保护的并联转换控制系统，其特征在于：所述的控制器（4）还包括与微控制器（401）相连接的声光报警装置。

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