CN109474005A - 一种可双向检测的新型智能分布式电源并网开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可双向检测的新型智能分布式电源并网开关，包括智能终端、电磁机构、电容式取电电源、电子式互感器、AC/DC线圈输入电源。本发明是一种可双向检测的新型智能分布式电源并网开关，该开关通过将组合式开关配合智能控制技术，结合灵活的单极开关，对吸合、吸持和分断的全过程进行智能控制，采用分相控制技术，实现主回路定相合闸、零电流分闸，采用跟踪微分器对原始信号进行跟踪监测，并获得其导数信号，抗噪音干扰能力强，可以准确地提取出电流或电压过零点，可以有效地抑制噪声，剔除野值，快速准确地跟踪原始信号，实现对零点的准确判断，进而达到严格的相位检测。

Description

一种可双向检测的新型智能分布式电源并网开关

技术领域

本发明涉及电子领域，特别涉及一种可双向检测的新型智能分布式电源并网开关。

背景技术

分布式电源大量渗入作为未来智能电网的重要的特征，已经成为不可逆转发展趋势，尤其在配电网中，其经济、高效且绿色环保的优点将体现得更加完美，于是分布式电源的就地消纳能力和即插即用技术越来越受到人们的广泛关注。

目前，低压配电系统中大量使用的交流接触器、断路器等开关的合、分闸相位皆是随机的，常常产生涌流和过电压，降低了电能质量，造成电气设备绝缘损坏、故障，引起保护电器误动作，影响系统的安全性和可靠性，同时在合闸时还要考虑电压电流的相位角，如果与主电网不同还会造成并网失败。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种可双向检测的新型智能分布式电源并网开关，通过将组合式开关配合智能控制技术，结合灵活的单极开关，对吸合、吸持和分断的全过程进行智能控制，采用分相控制技术，实现主回路定相合闸、零电流分闸，采用跟踪微分器对原始信号进行跟踪监测，并获得其导数信号，抗噪音干扰能力强，可以准确地提取出电流或电压过零点，可以有效地抑制噪声，剔除野值，快速准确地跟踪原始信号，实现对零点的准确判断，进而达到严格的相位检测。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的第一个技术方案：

本发明涉及一种可双向检测的新型智能分布式电源并网开关，包括智能终端、电磁机构、电容式取电电源、电子式互感器、AC/DC线圈输入电源，所述智能终端用于实现分布式电源并网开关之间的数据处理、指令发送，所述分布式电源并网开关的网络为分布式通信网络，所述分布式通信网络中包括三极开关。

作为本发明的一种优选技术方案，所述分布式电源并网开关采用电容式取电单元供电。

作为本发明的一种优选技术方案，所述分布式电源并网开关采用电子式互感器采样数据。

作为本发明的一种优选技术方案，所述分布式电源并网开关采用组合式开关配合智能控制技术，可根据需求组合成多极开关。

作为本发明的一种优选技术方案，所述分布式电源并网开关采用跟踪微分器对原始信号进行跟踪，同时获取其导数信号。

作为本发明的一种优选技术方案，所述智能终端、电磁机构、电容式取电电源、电子式互感器、AC/DC线圈输入电源之间为电性连接关系或者带光隔离的电连接关系。

作为本发明的一种优选技术方案，所述AC/DC线圈输入电源采用PWM 斩波控制。

作为本发明的一种优选技术方案，所述分布式电源并网开关采用滑动平均算法进行平均预测。

本发明提供了如下的第二个技术方案：

本发明还提供了这种可双向检测的新型智能分布式电源并网开关的使用方法，步骤如下：

A：在使用本开关时，电子式互感器采集到现场数据；

B：通过无线传输送到智能终端，智能终端通过识别、计算，以电流零点为时间参考点；

C：经过触发延时后，对执行装置发出操作信号；

D：最终在预期的相位位置完成合、分闸，吸合闭环控制过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

通过将组合式开关配合智能控制技术，结合灵活的单极开关，对吸合、吸持和分断的全过程进行智能控制，采用分相控制技术，实现主回路定相合闸、零电流分闸，采用跟踪微分器对原始信号进行跟踪监测，并获得其导数信号，抗噪音干扰能力强，可以准确地提取出电流或电压过零点，可以有效地抑制噪声，剔除野值，快速准确地跟踪原始信号，实现对零点的准确判断，进而达到严格的相位检测。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1是本发明的新型智能分布式电源并网开关组成部分；

图2是闭环控制结构图；

图3是二阶跟踪微分器结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1-3所示，本发明提供一种可双向检测的新型智能分布式电源并网开关，包括智能终端、电磁机构、电容式取电电源、电子式互感器、AC/DC线圈输入电源，智能终端用于实现分布式电源并网开关之间的数据处理、指令发送，分布式电源并网开关的网络为分布式通信网络，分布式通信网络中包括三极开关。

进一步的，分布式电源并网开关采用电容式取电单元供电，相对于传统铁磁式电压互感器，电容式取电单元不仅体积小、重量轻、工作稳定，而且从原理上避免了铁磁谐振带来的危害。

分布式电源并网开关采用电子式互感器采样数据，电子式互感器相比较于电磁感应式互感器优点十分明显，其采样数据全面，而且可以就地转换成数字信号，便于计算机计算分析使用；其体积小，重量轻，可以减少一次设备的尺寸，节省面积；故障响应快，具有较好的线性度与动态特性，可以迅速采集故障信号。

分布式电源并网开关采用组合式开关配合智能控制技术，可根据需求组合成多极开关，对吸合、吸持和分断的全过程进行智能控制，采用分相控制技术，实现主回路定相合闸、零电流分闸。

分布式电源并网开关采用跟踪微分器对原始信号进行跟踪，同时获取其导数信号，可以有效地抑制噪声，剔除野值，快速准确地跟踪原始信号，实现对零点的准确判断，进而达到严格的相位检测。

智能终端、电磁机构、电容式取电电源、电子式互感器、AC/DC线圈输入电源之间为电性连接关系或者带光隔离的电连接关系，用于相关信号的传递。

AC/DC线圈输入电源采用PWM斩波控制，通过对线圈电流进行闭环的PWM 斩波控制，使得线圈电流即使在控制电压、环境温度等条件改变时，均能按给定规律变化，提高了机构动作的一致性，并减小触头弹跳。

分布式电源并网开关采用滑动平均算法进行平均预测，采用滑动平均算法不仅能有效地适应动作时间的波动，还能反映机构动作的变化趋势，实现触发延时的自校正。

本发明提供一种可双向检测的新型智能分布式电源并网开关的使用方法，具体步骤如下：

A：在使用本开关时，电子式互感器采集到现场数据；

B：通过无线传输送到智能终端，智能终端通过识别、计算，以电流零点为时间参考点；

C：经过触发延时后，对执行装置发出操作信号；

D：最终在预期的相位位置完成合、分闸，吸合闭环控制过程。

具体的，在使用本开关时，电子式互感器采集到现场数据，通过无线传输送到智能终端，智能终端通过识别、计算，以电流零点为时间参考点，经过触发延时后，对执行装置发出操作信号，最终在预期的相位位置完成合、分闸，吸合闭环控制过程，提供势能的弹簧和保持吸合的电磁系统构成开关的操作机构，动作时间具有一定的分散性，通过对线圈电流进行闭环的PWM 斩波控制，使得线圈电流即使在控制电压、环境温度等条件改变时，均能按给定规律变化，提高了机构动作的一致性，并减小触头弹跳，组合式开关比较突出的优点是可以形成一个闭环控制，将主电路中的电压电流信号反馈回控制过程中，使系统更加稳定，利用小波变换对触头电压信号进行分析，确定合闸时刻，获得机构动作时间；结合操作历史记录进行滑动平均计算，修改和调整触发延时，无需位置传感器即可实现动作时间的自动校正。

在电网电压波动的情况下，尤其是分布式电源的随机性，也要求开关可以正常的工作，随着电压的波动，开关的吸合时间有可能发生较大的改变，所以采用了一种非线性的滞环比较跟踪控制模式，基于小波变换的动作时间自校正。

滞环比较跟踪控制中，将实际电流通过反馈回路与设定电流进行比较，设整定阈值为e，当差值大于e时，PWM的输出为1，输入电压全部加在线圈上；若差值小于-e时，PWM的输出为0，线圈电流通过二极管续流；其他情况不更新占空比，输出电流以规定的误差跟踪给定电流变化，每个开关周期之内平均跟踪误差均为零，响应速度快；跟踪控制是闭环的，输入电压、环境温度或电路参数变化，不会影响线圈电流稳定性和跟踪精度，鲁棒性好，分段滞环比较跟踪控制，可以在开关动作一开始，迅速使线圈电流上升，加快动作；之后线圈中的电流逐渐减小，当触头和铁芯趋于闭合的时候，开关管关断，使线圈无电流，这样可以使触头和铁芯之间的撞击减到最小，改善触头弹跳；经过一段延时后，开关管再次导通，保证吸合可靠；最后转入小电流吸持阶段，小功率运行。

动作时间自校正控制原理，当开关进行关合操作时会产生电弧，而且电弧电压中包含高频分量，同时分析触头处电压或电流的时域信息和频域信息，就能从中的到机构的动作时间，而小波变换具有时域和频域的局部特性，因此可以结合小波变换的方法，对触头处电压信号进行分析，确定动作时刻，同时结合智能终端运算器，可以计算出机构动作的平均时间，存储在内存当中，这样，开关每次动作前，读取之前的n次历史数据，进行平均预测，可以较为准确的获得下一次的动作时间，因为输入电压、环境温度等因素会影响机构动作时间；触头老化、磨损后，引起开距变化，同样会影响机构动作时间，因此必须对触发延时时间进行调整，采用滑动平均算法不仅能有效地适应动作时间的波动，还能反映机构动作的变化趋势，实现触发延时的自校正。

准确地判断出正弦信号的零点，是定相合闸和零电流分断的关键，但是电网中含有大量的谐波和脉冲噪声等干扰，想准确的提取正弦信号的零点十分困难，选用硬件滤波器受比较器失调电压、高次谐波和白噪声的影响较大，往往造成零点误判，为了克服谐波等噪声对算法的影响，采用跟踪微分器对原始信号进行跟踪，同时获取其导数信号，若相邻的两个采样点的采样数值异号，并且其导数符号不变，则原始信号的零点一定在两个采样点之间，若采样频率很高，可以近似认为两个采样点之间就是信号零点，跟踪微分器的优点是可以有效地抑制噪声，剔除野值，快速准确地跟踪原始信号，实现对零点的准确判断，进而达到严格的相位检测。

离散化的跟踪微分器为：

其中fhan(x₁,x₂,r,h)为最速控制综合函数，其算法公式如下：

u＝fhan(x₁,x₂,r,h)

fsg(x,d)＝(sign(x+d)-sign(x-d))/2

采用这种方法在进入稳态的时刻会出现一点超调，当输入信号被噪声污染时，这种超调现象就会加剧对微分信号的噪声放大效应，但是，如果把函数fhan(x₁,x₂,r,h)中的变量h改为与步长h独立的新变量h₀，取适当大于步长的参数，那么就能消除这种超调现象，从而能很好地抑制微分信号中的噪声放大，而且，参数h₀的扩大起着很好地滤波作用，因此h₀也被称作跟踪微分器的滤波因子。

利用跟踪微分器获取导数信号记h为采样步长，

x(k)＝x(kh)

把x(k)送入跟踪微分器TD，

来跟踪x(k)的信号x₁(k)及其微分信号x₂(k)。

吸合过程，线圈输入电压上电，接通电路后各元件开始工作，三极开关进入等待状态，在三极同时满足吸合条件的时刻，发出同步合闸信号随后各极开关开始实时检测电压零点，哪一相电压先过零点，则该相首先闭合，其余两相继续监测触头电压，各自延时后触发机构动作，最终实现三相零电压关合。

分闸过程，当外部发出分闸指令时，同步信号发生电路发出同步分闸指令，开始检测触头电流零点，当某相电流首先过零时，发出信号到其余两相开关，经过延时后，首过零相先分断，四分之一周期后线电流为零，剩余两相同时分断。

该开关通过将组合式开关配合智能控制技术，结合灵活的单极开关，对吸合、吸持和分断的全过程进行智能控制，采用分相控制技术，实现主回路定相合闸、零电流分闸，采用跟踪微分器对原始信号进行跟踪监测，并获得其导数信号，抗噪音干扰能力强，可以准确地提取出电流或电压过零点，可以有效地抑制噪声，剔除野值，快速准确地跟踪原始信号，实现对零点的准确判断，进而达到严格的相位检测。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可双向检测的新型智能分布式电源并网开关，包括智能终端、电磁机构、电容式取电电源、电子式互感器、AC/DC线圈输入电源，其特征在于，所述智能终端用于实现分布式电源并网开关之间的数据处理、指令发送，所述分布式电源并网开关的网络为分布式通信网络，所述分布式通信网络中包括三极开关。

2.根据权利要求1所述的一种可双向检测的新型智能分布式电源并网开关，其特征在于，所述分布式电源并网开关采用电容式取电单元供电。

3.根据权利要求1所述的一种可双向检测的新型智能分布式电源并网开关，其特征在于，所述分布式电源并网开关采用电子式互感器采样数据。

4.根据权利要求1所述的一种可双向检测的新型智能分布式电源并网开关，其特征在于，所述分布式电源并网开关采用组合式开关配合智能控制技术，可根据需求组合成多极开关。

5.根据权利要求1所述的一种可双向检测的新型智能分布式电源并网开关，其特征在于，所述分布式电源并网开关采用跟踪微分器对原始信号进行跟踪，同时获取其导数信号。

6.根据权利要求1所述的一种可双向检测的新型智能分布式电源并网开关，其特征在于，所述智能终端、电磁机构、电容式取电电源、电子式互感器、AC/DC线圈输入电源之间为电性连接关系或者带光隔离的电连接关系。

7.根据权利要求1所述的一种可双向检测的新型智能分布式电源并网开关，其特征在于，所述AC/DC线圈输入电源采用PWM斩波控制。

8.根据权利要求1所述的一种可双向检测的新型智能分布式电源并网开关，其特征在于，所述分布式电源并网开关采用滑动平均算法进行平均预测。

9.一种可双向检测的新型智能分布式电源并网开关的使用方法，其特征在于，具体步骤如下：

A：在使用本开关时，电子式互感器采集到现场数据；

B：通过无线传输送到智能终端，智能终端通过识别、计算，以电流零点为时间参考点；

C：经过触发延时后，对执行装置发出操作信号；

D：最终在预期的相位位置完成合、分闸，吸合闭环控制过程。