CN107147131A - 同步开关的动态自适应方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了同步开关的动态自适应方法和系统，方法包括(1)初始化DSP处理器端口参数和采样参数；(2)首次收到继电器动作命令且继电器满足相应动作条件时，利用继电器初始动作时间Tj0计算需要DSP处理器发出控制继电器指令的时间；(3)DSP处理器在设定时间发出控制继电器指令，继电器完成相应动作；(4)利用继电器动作前一个周期和动作周期内的电压数据计算继电器本次动作时间Tj；(5)再次收到继电器动作命令且继电器满足相应动作条件时，利用继电器上一次动作时间Tj计算本次需要DSP处理器发出控制继电器指令的时间，重复步骤(3)、步骤(4)，根据继电器实时动作时长来确定DSP处理器发出控制继电器指令，有效提供了同步开关动作的可靠性。

Description

同步开关的动态自适应方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统及自动化领域，尤其是一种同步开关的动态自适应方法及系统。
背景技术
目前市场上用于控制电容器投切的方式主要有3种，一种是交流接触器，其特点是线圈控制触点闭合，但接触器存在诸多缺点，主要是接触器控制没有考虑到灭弧问题，当接触器闭合瞬间，如当前瞬时电压较高，将产生巨大的电流冲击，对接触器触点及电容器的使用寿命影响较大。
第二种是复合开关，复合开关的工作原理是采用可控硅和磁保持继电器配合，接通的时候首先使用可控硅在电压过零点导通，接着使用继电器接通，然后断开可控硅，这种方式避免了接触器闭合瞬间产生巨大的电流冲击。但复合开关也有缺点，可控硅控制要求精密，否则控制不当，将导致可控硅炸裂，影响安全。另外复合开关体积稍大，成本也较高。
第三种方式是同步开关，所谓同步开关就是预先知道继电器从线圈通电到触点闭合的时间长度，在过零点到来之前，提前发出闭合指令，等到继电器触点闭合瞬间恰好是电压过零点，保证无冲击。这种方式要求预先知道继电器的线圈性能，即从通电到触点闭合的时间参数。同步开关依然存在一些问题，首先生产厂家的磁保持继电器，因工艺批次的不同，其继电器线圈参数也不同，并不能保证其闭合时间的一致性；其次，磁保持继电器线圈在环境温度、湿度发生改变，以及随着磁保持继电器的使用时间变长，元件老化等原因，继电器的吸合、断开参数肯定会发生变化，这时候使用固定的吸合时间来控制继电器就不合适了，继电器吸合时间点不再是过零点，吸合瞬间线路开始有电流冲击，断开瞬间有电流弧光等问题，导致元件加速老化、存在直接失效损坏甚至发生火灾事故的危险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种根据继电器实时动作时长来确定DSP处理器发出控制继电器指令的同步开关的动态自适应方法及系统。
本发明采用的技术方案如下：
同步开关的动态自适应方法，具体包括步骤：
(1)初始化DSP处理器端口参数和采样参数；
(2)首次收到继电器动作命令且继电器满足相应动作条件时，利用继电器初始动作时间Tj0计算需要DSP处理器发出控制继电器指令的时间；
(3)DSP处理器在设定时间发出控制继电器指令，继电器完成相应动作；
(4)利用继电器动作前一个周期和动作周期内的电压数据计算继电器本次动作时间Tj；
(5)再次收到继电器动作命令且继电器满足相应动作条件时，利用继电器上一次动作时间Tj计算本次需要DSP处理器发出控制继电器指令的时间，并重复步骤(3)、步骤(4)。
进一步地，利用继电器上一次动作时间Tj计算本次需要DSP处理器发出控制继电器指令时间的方法为：
Tc＝20000-T-Tj(单位为us)
其中20000us为采样周期,当DSP处理器发出控制继电器吸合指令时，T表示采样周期内继电器上、下端口电压差值为0V的时刻距采样周期结束的时间间隔，当DSP处理器发出控制继电器断开指令时，T表示采样周期内继电器上、下端口电压差值最大的时刻距采样周期结束的时间间隔。
进一步地，在收到继电器动作命令且继电器未放电完全时，需要DSP处理器发出控制继电器指令的时间可修正为
T’c＝Tc-Tdc(单位为us)
其中，Tdc＝arcsin(Vdc/Vmax)*20000/2π，Vdc表示在收到继电器动作命令时继电器下端口的直流残压值，Vmax表示继电器上、下端口去除直流电压分量后的交流电压差值的最大值。
进一步地，步骤(4)中利用继电器动作前一个周期和动作周期内的电压数据计算继电器本次动作时间Tj的方法包括步骤：
(4-1)同步采集继电器动作前一个周期内继电器上端电压数据abfh(n),n＝0、1、2、…、N-1，下端电压数据abfl(n),n＝0、1、2、…、N-1；
(4-2)同步采集继电器动作周期内继电器上端电压数据ah(n),n＝0、1、2、…、N-1，下端电压数据al(n),n＝0、1、2、…、N-1；
(4-3)计算继电器上、下端电压数据的差值，abfh-l(n)＝abfh(n)-abfl(n),n＝0、1、2、…、N-1,ah-1(n)＝ah(n)-al(n),n＝0、1、2、…、N-1；
(4-4)计算差值bdef(n)＝abfh-l(n)-ah-l(n)n＝0、1、2、…、N-1，并将bdef(n)值依次与最大误差值Samp比较；
(4-5)存在n＝i，当n＜i时，bdef(n)＜Samp，当n≥i时，bdef(n)≥Samp，则继电器本次动作时间Tj＝i*tSamp-Tc(单位为us)，tSamp表示对继电器上、下端口电压数据的采样间隔，Tc表示本次动作中DSP处理器发出控制继电器指令的时间。
同步开关的动态自适应系统，具体包括继电器、数据采集模块、数据输入模块、DSP处理器和信号输出模块，所述数据采集模块对应连接所述继电器，所述数据采集模块通过数据输入模块对应连接所述DSP处理器，所述DSP处理器通过所述信号输出模块对应连接所述继电器，所述数据采集模块用于采集所述继电器上、下端口的电压数据；所述数据输入模块用于向所述DSP处理器输入继电器上、下端口电压数据的采样值；所述DSP处理器用于计算继电器动作时间和计算需要DSP处理器发出控制继电器指令的时间，并在设定时间发出控制继电器指令；所述信号输出模块用于向所述继电器输出DSP处理器控制指令。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：根据继电器上、下端口的电压数据实时计算继电器的动作时长，根据继电器实时动作时长来计算下一次动作中需要DSP处理器发出控制继电器指令的时间，有效解决了因使用时长不同、环境因素变化、元件老化等原因导致的继电器参数发生变化造成同步开关动作不可靠的问题，同时也解决了继电器吸合瞬间电路存在电流冲击和断开瞬间存在电流弧光的问题。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明实施例提供的同步开关的动态自适应方法流程图；
图2为本发明实施例提供的同步开关的动态自适应系统结构框图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
图1为本发明实施例提供的同步开关的动态自适应方法流程图，如图1所示，同步开关的动态自适应方法，具体包括步骤：
(1)初始化DSP处理器端口参数和采样参数；
(2)首次收到继电器动作命令且继电器满足相应动作条件时，利用继电器初始动作时间Tj0计算需要DSP处理器发出控制继电器指令的时间；
(3)DSP处理器在设定时间发出控制继电器指令，继电器完成相应动作；
(4)利用继电器动作前一个周期和动作周期内的电压数据计算继电器本次动作时间Tj；
(5)再次收到继电器动作命令且继电器满足相应动作条件时，利用继电器上一次动作时间Tj计算本次需要DSP处理器发出控制继电器指令的时间，并重复步骤(3)、步骤(4)。
当收到继电器吸合命令时，需要DSP处理器发出控制继电器吸合指令的时间为继电器上、下端口电压差值为零的时刻；当收到继电器断开命令时，需要DSP处理器发出控制继电器断开指令的时间为继电器上、下端口电压差值最大的时刻。继电器在上、下端口电压差值为零的时刻吸合和在上、下端口电压差值最大的时刻断开是自动开关可靠工作的重要前提，也可有效解决继电器吸合瞬间电路存在电流冲击和断开瞬间存在电流弧光的问题。
首次收到继电器动作命令且继电器满足相应动作条件时，利用继电器出厂时的动时长来计算需要DSP处理器发出控制继电器指令的时间。随着使用条件改变、使用时长不同、元件老化等因素，继电器实际动作时长可能与出厂时的动作时长有所差异。为保证自动开关工作的可靠性，在继电器动作过程中实时计算继电器本次动作时长，在再次收到继电器动作命令且继电器满足相应动作条件时，利用继电器上一次动作时长来计算本次需要DSP处理器发出控制继电器指令时间。
利用继电器上一次动作时间Tj计算本次需要DSP处理器发出控制继电器指令时间的方法为：
Tc＝20000-T-Tj(单位为us)
其中20000us为采样周期,当DSP处理器发出控制继电器吸合指令时，T表示采样周期内继电器上、下端口电压差值为0V的时刻(即继电器上、下端口交流电压差值过零点时刻)距采样周期结束的时间间隔，当DSP处理器发出控制继电器断开指令时，T表示采样周期内继电器上、下端口电压差值最大的时刻(即继电器上、下端口交流电压差值的峰值时刻)距采样周期结束的时间间隔。
优化地，实际应用中如果操纵比较频繁，在收到下一个继电器动作命令时，继电器未放电完全，上、下端口存在直流电压分量，此时DSP处理器发出控制继电器指令的时间需考虑继电器上、下端口的直流电压分量，DSP处理器发出控制继电器指令的时间可修正为
T’c＝Tc-Tdc(单位为us)
其中，Tdc＝arcsin(Vdc/Vmax)*20000/2π，Vdc表示在收到继电器动作命令时继电器下端口的直流残压值，Vdc和继电器上端口电压无关,继电器上端口连接在系统线路中,只有交流电压分量；Tdc为由于下端口直流残压导致的实际上下端口零点位置提前或者延后的时间值，计算Tdc过程中,继电器上、下端口电压差值的最大值不仅包含了交流电压的差值,还包含了下端口的直流电压分量,所以在DSP处理器发出控制继电器指令时间的修正计算中，Vmax表示继电器上、下端口去除直流电压分量后的交流电压差值的最大值。
继电器完成相应动作后，步骤(4)中利用继电器动作前一个周期和动作周期内的电压数据计算继电器本次动作时间Tj的方法包括步骤：
(4-1)同步采集继电器动作前一个周期内继电器上端电压数据abfh(n),n＝0、1、2、…、N-1，下端电压数据abfl(n),n＝0、1、2、…、N-1；
(4-2)同步采集继电器动作周期内继电器上端电压数据ah(n),n＝0、1、2、…、N-1，下端电压数据al(n),n＝0、1、2、…、N-1；
(4-3)计算继电器上、下端电压数据的差值，abfh-l(n)＝abfh(n)-abfl(n),n＝0、1、2、…、N-1,ah-1(n)＝ah(n)-al(n),n＝0、1、2、…、N-1；
(4-4)计算差值bdef(n)＝abfh-l(n)-ah-l(n)n＝0、1、2、…、N-1，并将bdef(n)值依次与最大误差值Samp比较；
(4-5)存在n＝i，当n＜i时，bdef(n)＜Samp，当n≥i时，bdef(n)≥Samp，则继电器本次动作时间Tj＝i*tSamp-Tc(单位为us)，tSamp表示对继电器上、下端口电压数据的采样间隔，Tc表示本次动作中DSP处理器发出控制继电器指令的时间，Samp为采样和干扰信号造成的最大误差。对继电器上、下端口电压数据进行采集时，采样周期为20ms，假设经信号AD采样后得到离散电压数据x(n)，n＝0、1、2、…、N-1，则tSamp＝20000/N(单位为us)。
同步开关的动态自适应系统，具体包括继电器、数据采集模块、数据输入模块、DSP处理器和信号输出模块，所述数据采集模块对应连接所述继电器，所述数据采集模块通过数据输入模块对应连接所述DSP处理器，所述DSP处理器通过所述信号输出模块对应连接所述继电器，所述数据采集模块用于采集所述继电器上、下端口的电压数据；所述数据输入模块用于向所述DSP处理器输入继电器上、下端口电压数据的采样值；所述DSP处理器用于计算继电器动作时间和计算需要DSP处理器发出控制继电器指令的时间，并在设定时间发出控制继电器指令；所述信号输出模块用于向所述继电器输出DSP处理器控制指令
优化地，所述数据采集模块设置有强弱电压转换电路，保证在弱电部分安全的前提下，无延迟采集继电器上、下端口的电压数据，保证信号相位和零点检测的准确性。同时，为减小采样误差和信号干扰造成的影响，数据采集模块还设置有三极管隔离电路和调理电路，三极管隔离电路用于隔离滤波保证采样数据的精确性。
优化地，所述系统还设置有数据存储模块，所述数据存储模块对应连接所述DSP处理器，用于存储DSP处理器计算得到的继电器动作时间。当收到继电器动作命令时，DSP处理器直接从数据存储模块中调用上一次继电器的动作时长，用于计算本次需要DSP处理器发出控制继电器指令的时间。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.同步开关的动态自适应方法，其特征在于包括步骤：
(1)初始化DSP处理器端口参数和采样参数；
(2)首次收到继电器动作命令且继电器满足相应动作条件时，利用继电器初始动作时间Tj0计算需要DSP处理器发出控制继电器指令的时间；
(3)DSP处理器在设定时间发出控制继电器指令，继电器完成相应动作；
(4)利用继电器动作前一个周期和动作周期内的电压数据计算继电器本次动作时间Tj；
(5)再次收到继电器动作命令且继电器满足相应动作条件时，利用继电器上一次动作时间Tj计算本次需要DSP处理器发出控制继电器指令的时间，并重复步骤(3)、步骤(4)。
2.根据权利要求1所述的同步开关的动态自适应方法，其特征在于，利用继电器上一次动作时间Tj计算本次需要DSP处理器发出控制继电器指令时间的方法为：
Tc＝20000-T-Tj (单位为us)
其中20000us为采样周期,当DSP处理器发出控制继电器吸合指令时，T表示采样周期内继电器上、下端口电压差值为0V的时刻距采样周期结束的时间间隔，当DSP处理器发出控制继电器断开指令时，T表示采样周期内继电器上、下端口电压差值最大的时刻距采样周期结束的时间间隔。
3.根据权利要求2所述的同步开关的动态自适应方法，其特征在于，在收到继电器动作命令且继电器未放电完全时，需要DSP处理器发出控制继电器指令的时间可修正为
T’c＝Tc-Tdc (单位为us)
其中，Tdc＝arcsin(Vdc/Vmax)*20000/2π，Vdc表示在收到继电器动作命令时继电器下端口的直流残压值，Vmax表示继电器上、下端口去除直流电压分量后的交流电压差值的最大值。
4.根据权利要求1所述的同步开关的动态自适应方法，其特征在于，步骤(4)中利用继电器动作前一个周期和动作周期内的电压数据计算继电器本次动作时间Tj的方法包括步骤：
(4-1)同步采集继电器动作前一个周期内继电器上端电压数据abfh(n),n＝0、1、2、…、N-1，下端电压数据abfl(n),n＝0、1、2、…、N-1；
(4-2)同步采集继电器动作周期内继电器上端电压数据ah(n),n＝0、1、2、…、N-1，下端电压数据al(n),n＝0、1、2、…、N-1；
(4-3)计算继电器上、下端电压数据的差值，abfh-1(n)＝abfh(n)-abfl(n),n＝0、1、2、…、N-1,ah-1(n)＝ah(n)-al(n),n＝0、1、2、…、N-1；
(4-4)计算差值bdef(n)＝abfh-l(n)-ah-l(n)n＝0、1、2、…、N-1，并将bdef(n)值依次与最大误差值Samp比较；
(4-5)存在n＝i，当n＜i时，bdef(n)＜Samp，当n≥i时，bdef(n)≥Samp，则继电器本次动作时间Tj＝i*tSamp-Tc(单位为us)，tSamp表示对继电器上、下端口电压数据的采样间隔，Tc表示本次动作中DSP处理器发出控制继电器指令的时间。
5.根据权利要求4所述的同步开关的动态自适应方法，其特征在于，步骤(4)中多次采集继电器上、下端口电压数据，并将多次计算得到的继电器本次动作时间Tj平滑运算后存入存储器。
6.同步开关的动态自适应系统，其特征在于包括继电器、数据采集模块、数据输入模块、DSP处理器和信号输出模块，所述数据采集模块对应连接所述继电器，所述数据采集模块通过数据输入模块对应连接所述DSP处理器，所述DSP处理器通过所述信号输出模块对应连接所述继电器，所述数据采集模块用于采集所述继电器上、下端口的电压数据；所述数据输入模块用于向所述DSP处理器输入继电器上、下端口电压数据的采样值；所述DSP处理器用于计算继电器动作时间和计算需要DSP处理器发出控制继电器指令的时间，并在设定时间发出控制继电器指令；所述信号输出模块用于向所述继电器输出DSP处理器控制指令。
7.根据权利要求6所述的同步开关的动态自适应系统，其特征在于，所述所述数据采集模块设置有强弱电压转换电路。
8.根据权利要求6所述的同步开关的动态自适应系统，其特征在于，所述系统还设置有数据存储模块，所述数据存储模块对应连接所述DSP处理器，用于存储DSP处理器计算得到的继电器动作时间。
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