CN111105945B - 一种直流开关柜用控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直流开关柜用控制系统，包括直流驱动装置和开关柜控制装置；直流驱动装置包括充电机和分合闸控制模块，分合闸控制模块中设置有电容，充电机供电连接电容以给电容充电；开关柜控制装置包括控制器模块和直流电压电流采集模块，控制器模块采样连接直流电压电流采集模块用于采集开关主回路及电容的电压电流信息，控制器模块设置有用于控制连接充电机的开出节点，控制器模块还连接有触发模块用于控制分合闸控制模块中的电容放电以进行分合闸操作。本发明通过控制充电机给分合闸控制模块内部的电容充电储能，并通过控制电容放电实现分合闸，有效保证了直流驱动装置随时有足够的能量进行开关的分合闸操作，保证快速分合闸。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流开关柜用控制系统，属于电力电气操控设备技术领域。
背景技术
随着直流配电技术的不断发展，对直流配电系统中关键设备的研制需求较为迫切。由于直流系统具有故障阻尼低，电力电子器件应用广，控制元器件种类多样，相比于交流系统，要求直流控制系统信号反馈及指令执行更加准确迅速，实现方法更为复杂。在直流控制领域，硬件平台、滤波算法、控制方式、网络技术应用、冗余技术、自检技术还有很大发展空间。
中压直流开关柜需要稳定可靠的控制装置，用来实现直流开关分合闸功能及相关的本地通讯、显示、回路保护功能，同时实现在直流系统中的交互通讯功能。由于直流开关柜元器件与交流系统有很大区别，并且直流开关柜各个元器件对数据采集处理、命令执行要求更加智能迅速，因此直流开关柜控制实现方式更加复杂，需要另寻解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种直流开关柜用控制系统，用于解决直流开关如何实现快速分合闸的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种直流开关柜用控制系统，包括直流驱动装置和开关柜控制装置；所述直流驱动装置包括充电机和分合闸控制模块，所述分合闸控制模块中设置有电容，所述充电机供电连接所述电容用于给电容充电；所述开关柜控制装置包括控制器模块和直流电压电流采集模块，所述控制器模块采样连接所述直流电压电流采集模块用于采集开关主回路及电容的电压电流信息，所述控制器模块设置有用于控制连接所述充电机的开出节点，所述控制器模块还连接有触发模块用于控制分合闸控制模块中的电容放电以进行分合闸操作。
本发明的有益效果是：通过采集开关主回路及分合闸控制模块中电容的电压电流信息，并根据采集到的电压电流信息按照约定的逻辑控制充电机给分合闸控制模块内部的电容充电储能，当需要进行分闸操作或者合闸操作时，则控制分合闸控制模块内部的电容放电来实现，有效保证了直流驱动装置随时有足够的能量进行直流开关柜开关的分合闸操作，实现了直流开关的快速分合闸。
进一步的，为了接收上层控保系统下发的分合闸控制指令，所述控制器模块还连接有通信模块，所述通信模块包括扩展芯片，所述扩展芯片连接有用于接收上层控保系统下发的分合闸指令的第一通信端口。
进一步的，为了满足上层控保系统的控制和保护需求，所述扩展芯片还连接有用于接收上层控保系统下发的状态量查询指令并将对应的状态量信息上传给上层控保系统的第二通信端口。
进一步的，为了实现本地分合闸控制功能，所述控制器模块还连接有本地分合闸开关和本地充放电开关。
进一步的，为了便于实时查看直流电压电流采集模块采集到的直流信息，所述控制器模块还设置有用于显示所述直流电压电流采集模块采集到的直流信息的直流电表。
进一步的，为了对控制器模块进行相关参数设置，所述控制器模块还设置有触摸屏。
进一步的，为了实现控制过程，使控制更加可靠，所述控制器模块包括DSP模块和CPLD模块。
附图说明
图1是本发明直流开关柜用控制系统的结构示意图；
图2是本发明开关柜控制装置的结构示意图；
图3是本发明直流开关柜用控制系统的控制流程图；
图4是本发明开关柜控制装置控制直流驱动装置充电的逻辑示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
本发明提供了一种直流开关柜用控制系统，该控制系统可以用于直流配电网、交直流混合配电网中的直流开关柜中，以解决开关柜中的直流控制问题。
如图1所示，该直流开关柜用控制系统包括直流驱动装置和开关柜控制装置，其中直流驱动装置包括充电机和分合闸控制模块，分合闸控制模块用于控制开关柜机械开关的导通和断开，该分合闸控制模块中设置有电容。充电机供电连接分合闸控制模块中的电容，用于为电容进行充电，以实现电容放电时的分合闸操作。
开关柜控制装置包括控制器模块和直流电压电流采集模块，控制器模块采样连接直流电压电流采集模块，该直流电压电流采集模块用于采集开关主回路及分合闸控制模块中电容的电压电流信息，直流电压电流采集模块具体可以是电压传感器和电流传感器。控制器模块设置有用于控制连接充电机的开出节点，并通过该开出节点控制充电机的启停和输出。控制器模块还连接有触发模块，并通过该触发模块来触发分合闸控制模块内部的晶闸管导通以使电容放电，进而控制开关柜机械开关进行分合闸。
上述的直流开关柜用控制系统通过接收电压电流采集模块反馈过来的开关主回路和分合闸控制模块中电容的的电压电流信息，按照约定的逻辑控制充电机给分合闸控制模块内部的电容充电储能，而当需要对机械开关进行分闸操作或者是合闸操作时，通过控制分合闸控制模块内部相应的电容放电来实现，从而保证了直流驱动装置随时有足够的能量进行直流开关柜的分合闸操作，实现了直流开关的快速分合闸。
开关柜控制装置中控制器模块的具体结构如图2所示，在本实施例中，该控制器模块采用DSP+CPLD控制架构，DSP模块和CPLD模块之间通信连接，当然也可以采用满足应用需求的其他类型的单个或者多个处理器组合来实现。直流电压电流采集模块连接在DSP模块上，控制器模块用于控制连接充电机的开出节点设置在CPLD模块上，触发模块连接在CPLD模块上。该开出节点通过驱动继电器来控制充电机的工作情况，该触发模块通过触发晶闸管控制分合闸控制模块中的电容放电，进而控制开关柜开关的分合闸操作。
结合图1和图2，为了实现对外功能，DSP模块上还连接有通信模块，通过该通信模块，控制器模块接收上层控保系统下发的分合闸指令，并根据该分合闸指令控制直流驱动装置动作，由直流驱动装置控制开关断口实现开关分合闸动作；通过该通信模块，控制器模块接收上层控保系统下发的状态量查询指令，并将上层所需的对应状态量信息上传给上层控保系统。
为了实现本地功能，DSP模块上还连接有本地充放电开关和本地分合闸开关，在本实施例中，本地充放电开关和本地分合闸开关均为按钮开关。通过本地输入，控制直流驱动装置动作，由直流驱动装置控制开关断口实现机械开关分合闸动作。
另外，在DSP模块上还连接有直流电表、状态指示灯、触摸屏、打印机等设备。该直流电表用于对开关柜内的电压电流信息进行显示，便于工作人员查看，该状态指示灯用于对开关柜内的机械主断口状态及电容储能状态进行指示和反馈，该触摸屏用于开关柜内的状态量显示以及电压电流参数设置，该打印机用于对开关柜内的各种信息进行打印，用户可根据需求进行开关柜相关运行信息打印。另外，DSP模块上还设置有用于连接充电机的通讯调压检修端口，该通讯调压检修端口通过485通信连接(直流)充电机，用于在调压检修时通过触摸屏对充电机进行控制设置。
在现场应用中，上述的直流开关柜用控制系统结构采用标准机箱，各硬件电路板通过机箱插槽安装在机箱上。其中，硬件电路板主要由电源板、开关量输入板、开关量输出板、CPU控制核心板、模拟量采集板等多块插接板组成，并与底板通过欧式端子插接。
其中，如图2所示，CPU控制核心板即为上述DSP+CPLD控制架构构成的控制器模块，通过CPLD协助DSP访问外部设备，通过时序控制、脉冲串设置和GPIO控制CPLD，驱动光纤座输出直流开关柜分合闸指令，驱动输出节点继电器。该CPU控制核心板连接的通信模块采用并口扩展专用以太网芯片，并通过并口扩展芯片生成2路通信端口，其中第一通信端口和第二通信通过以太网和光纤通信连接上层控保系统。该CPU控制核心板通过RS485通讯实现对直流电表、直流充电机、触摸屏的控制与通信，通过232通讯实现对打印机的控制和通信。另外，DSP模块通过SPI接口对事件进行存储，通过IIC与时钟芯片进行通讯。
开关量输入板通过光耦隔离方式采集直流开关柜各元器件的状态量；开关量输出板输出继电器信号，为若干节点，通过CPU控制核心板加强驱动后控制外部二次元器件；模拟量采集板通过AD采集直流电流电压信号后反馈给CPU控制核心板作为控制逻辑判据；电源板将外部直流电源转换多种电压等级电源，通过隔离供电方式给开关柜控制装置本身及外部电压电流采集模块供电。
本发明直流开关柜用控制系统的软件控制逻辑顺序如图3所示，上电初始化后，并行进行直流开关柜状态监测和控制指令查询执行，每次逻辑循环最后进行结束指令检测，若检测到结束指令，则退出状态监测和控制指令循环。
其中，状态监测循环是指实时监测直流开关柜用控制系统中的传感器的模拟量和开关状态量反馈数据，开关状态量主要包括机械主断口分合闸状态、开关柜手车位置状态、开关柜地刀状态、就地远方有效状态、各回路电源状态、加热照明等辅助回路状态等，数据正常则输出到触摸屏或者按要求上传上层控保系统，数据异常则根据异常情况决定是否闭锁输出以保证直流开关柜和直流系统安全，同时将异常信息输出和上传。状态监测数据异常，包括系统电流信号、电压信号异常报警上传，同时也包括直流驱动装置中电压电流信号异常闭锁输出并报警。控制指令查询执行，包括对上层控保系统控制指令的实时查询执行和对本地按钮输入的控制指令的实时查询执行。在控制指令查询执行过程中，直流驱动装置一直处于实时储能充电状态，能够保证直流驱动装置随时有足够的能量进行直流开关柜机械开关的分合闸操作。
其中，开关柜控制装置控制直流驱动装置充电的逻辑示意图如图4所示，检测分合闸电压设定值是否有变化，若有变化，则调整充电电压至设定值。通过直流电压电流采集模块对分合闸控制模块中电容两端的电压进行监测，当合闸电压即用于合闸的电容两端的电压小于设定值时，开关柜控制装置控制充电机给用于合闸的电容进行充电；同样的，当分闸电压即用于分闸的电容两端的电压小于设定值时，开关柜控制装置控制充电机给用于分闸的电容进行充电。而当合闸电压或分闸电压大于设定值时，需要判断合闸电压或分闸电压是否大于对应的上限值，若大于对应的上限值，则进行报警，闭锁充电机输出。
本发明的直流开关柜用控制系统通过实时检测上层控保系统指令和本地按钮指令，进行直流开关柜的分合闸操作，同时将上层所需状态信息实时上传；通过检测直流传感器状态、开关量状态，实时输出直流开关柜状态信息，并将异常信息通过报警、故障等方式进行及时反馈；并通过直流开关柜状态的的实时监测，通过约定的逻辑控制直流驱动装置储能和释能，有效解决了直流开关柜控制问题，同时考虑了在交直流混合配电网应用的继承性，具有成本低，接口友好，使用便捷等优点。
Claims (5)
1.一种直流开关柜用控制系统，其特征在于，包括直流驱动装置和开关柜控制装置；所述直流驱动装置包括充电机和分合闸控制模块，所述分合闸控制模块中设置有电容，所述充电机供电连接所述电容用于给电容充电；所述开关柜控制装置包括控制器模块和直流电压电流采集模块，所述控制器模块采样连接所述直流电压电流采集模块用于采集开关主回路及电容的电压电流信息，所述控制器模块设置有用于控制连接所述充电机的开出节点，所述控制器模块还连接有触发模块用于控制分合闸控制模块中的电容放电以进行分合闸操作；控制器模块包括DSP模块和CPLD模块，DSP模块和CPLD模块之间通信连接，直流电压电流采集模块连接在DSP模块上，用于控制连接充电机的开出节点设置在CPLD模块上，触发模块连接在CPLD模块上，所述开出节点通过驱动继电器来控制充电机的工作情况，DSP模块上还连接有本地充放电开关和本地分合闸开关，通过本地输入，控制直流驱动装置动作；DSP模块上还设置有用于连接充电机的通讯调压检修端口，所述通讯调压检修端口通过485通信连接充电机，用于在调压检修时通过触摸屏对充电机进行控制设置；
直流开关柜用控制系统的软件控制逻辑包括进行直流开关柜状态监测和控制指令查询执行；直流开关柜状态监测是指实时监测直流开关柜用控制系统中的传感器的模拟量和开关状态量反馈数据，开关状态量包括机械主断口分合闸状态、开关柜手车位置状态、开关柜地刀状态、就地远方有效状态、各回路电源状态和加热照明辅助回路状态，数据正常则输出到触摸屏或者按要求上传上层控保系统，数据异常则根据异常情况决定是否闭锁输出，同时将异常信息输出和上传；状态监测数据异常包括系统电流信号、电压信号异常报警上传，同时也包括直流驱动装置中电压电流信号异常闭锁输出并报警；控制指令查询执行包括对上层控保系统控制指令的实时查询执行和对本地按钮输入的控制指令的实时查询执行。
2.根据权利要求1所述的直流开关柜用控制系统，其特征在于，所述控制器模块还连接有通信模块，所述通信模块包括扩展芯片，所述扩展芯片连接有用于接收上层控保系统下发的分合闸指令的第一通信端口。
3.根据权利要求2所述的直流开关柜用控制系统，其特征在于，所述扩展芯片还连接有用于接收上层控保系统下发的状态量查询指令并将对应的状态量信息上传给上层控保系统的第二通信端口。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的直流开关柜用控制系统，其特征在于，所述控制器模块还设置有用于显示所述直流电压电流采集模块采集到的直流信息的直流电表。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的直流开关柜用控制系统，其特征在于，所述控制器模块还设置有触摸屏。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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