CN111884188A - 开关驱动电路和开关设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供的开关驱动电路和开关设备，涉及电力系统中一二次融合配网开关技术领域。开关驱动电路包括：电子式电压传感器，用于对电力传输线路上传输的电能进行取电操作，产生并输出取电电压；与电子式电压传感器电连接的电压转换单元，用于将取电电压进行转换后输出供电电压；与电压转换单元电连接的控制单元，用于在供电电压的供电下，基于电力传输线路的电气数据输出控制指令；与电压转换单元和控制单元分别电连接的驱动单元，用于在供电电压的供电下，基于控制指令驱动磁控开关处于合闸状态或分闸状态，以控制电力传输线路的通断。基于上述设置，可以解决配网开关的一二次融合存在设计难度较高的问题，提升配网开关的性能，如寿命、稳定性。

Description

开关驱动电路和开关设备

技术领域

本申请涉及电力系统中一二次融合配网开关技术领域，具体而言，涉及一种开关驱动电路和开关设备。

背景技术

在电力配电网中，为了提高一次设备和二次设备的接口兼容性、互换性，减少一次和二次设备厂家的责任纠纷，并进一步改善配网开关的整体品质，使得取消以传统电磁式电压互感器为标识的一二次融合的需求迫切。而且，设备的取电功率目前成为了制约一二次融合发展的核心难题，因而，也急需解决取电功率和设备操作功率的矛盾。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种开关驱动电路和开关设备，以解决配网开关的一二次融合存在设计难度较高的问题，提升配网开关的性能，如寿命、稳定性。

为实现上述目的，本申请实施例采用如下技术方案：

一种开关驱动电路，用于驱动连接的磁控开关，该磁控开关用于控制电力系统的电力传输线路的通断，所述开关驱动电路包括：

电子式电压传感器，用于对所述电力传输线路上传输的电能进行取电操作，以产生并输出取电电压；

与所述电子式电压传感器电连接的电压转换单元，该电压转换单元用于将所述取电电压进行转换后输出供电电压；

与所述电压转换单元电连接的控制单元，该控制单元用于在所述供电电压的供电下，基于所述电力传输线路的电气数据输出控制指令；

与所述电压转换单元和所述控制单元分别电连接的驱动单元，该驱动单元用于在所述供电电压的供电下，基于所述控制指令驱动所述磁控开关处于合闸状态或分闸状态，以控制所述电力传输线路的通断。

在本申请实施例较佳的选择中，在上述开关驱动电路中，所述驱动单元包括：

与所述电压转换单元电连接的储能电容，该储能电容用于基于该电压转换单元输出的供电电压进行充电储能；

与所述电压转换单元和所述控制单元分别电连接的单片机，该单片机用于在该电压转换单元输出的供电电压的供电下，基于该控制单元输出的控制指令输出驱动指令；

与所述储能电容和所述单片机分别电连接的H桥式组件，该H桥式组件在该储能电容的供电下，基于所述驱动指令输出第一方向或与该第一方向相反的第二方向的驱动电流，驱动所述磁控开关处于合闸状态或分闸状态，以控制所述电力传输线路的通断。

在本申请实施例较佳的选择中，在上述开关驱动电路中，所述单片机的待机功率小于5W，所述储能电容对空气的自然漏电功率为mW级。

在本申请实施例较佳的选择中，在上述开关驱动电路中，所述驱动单元还包括：

连接于所述电压转换单元与所述储能电容之间的充电电压转换组件，该充电电压转换组件用于将所述电压转换单元输出的供电电压转换为目标充电电压之后，基于该目标充电电压对该储能电容进行充电。

在本申请实施例较佳的选择中，在上述开关驱动电路中，所述充电电压转换组件对所述储能电容的充电功率小于15W。

在本申请实施例较佳的选择中，在上述开关驱动电路中，所述控制单元与所述电子式电压传感器电连接，用于获取所述取电电压，并将该取电电压作为所述电力传输线路的电气数据。

在本申请实施例较佳的选择中，在上述开关驱动电路中，该开关驱动电路还包括：

与所述控制单元电连接的电气数据采集器件，该电气数据采集器件用于采集所述电力传输线路的电气数据，并将该电气数据发送给该控制单元。

在本申请实施例较佳的选择中，在上述开关驱动电路中，所述电气数据采集器件包括电流采集器和/或电压采集器，用于将采集的所述电力传输线路的电压数据和/或电流数据发送给所述控制单元。

在上述基础上，本申请实施例还提供了一种开关设备，包括：

磁控开关，用于控制电力系统的电力传输线路的通断；

上述的开关驱动电路，该开关驱动电路与所述磁控开关电连接，用于控制该磁控开关处于合闸状态或分闸状态。

在本申请实施例较佳的选择中，在上述开关设备中，所述磁控开关包括：

与所述开关驱动电路电连接的线圈，用于基于该开关驱动电路的驱动产生励磁电流或与该励磁电流方向相反的退磁电流；

与所述线圈配合设置的第一铁芯、第二铁芯和弹性器件；

其中，所述第一铁芯在所述励磁电流的作用下，克服所述弹性器件的弹力，沿靠近所述第二铁芯的方向运动，使得所述磁控开关处于合闸状态；

所述第一铁芯在所述退磁电流的作用下，基于所述弹性器件的弹力，沿靠远离所述第二铁芯的方向运动，使得所述磁控开关处于分闸状态。

本申请提供的开关驱动电路和开关设备，通过电子式电压传感器、电压转换单元、控制单元和驱动单元的配合设置，可以对磁控开关进行安全有效地驱动，从而在实现对电力传输线路的通断进行有效控制的基础上，降低配网开关的一二次融合的设计难度，如通过电子式电压传感器进行取电、通过驱动磁控开关进行线路通断的控制，可以取代传统电磁式电压互感器，且实现基于电子式电压传感器形成的取电功率与基于磁控开关形成的操作功率的匹配，并且，还可以提升配网开关的性能(如寿命、稳定性)，使得具有较高的实用价值。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为本申请实施例提供的开关设备的应用框图。

图2为本申请实施例提供的开关驱动电路的应用框图。

图3为本申请实施例提供的驱动单元的结构框图。

图4为本申请实施例提供的驱动单元的另一结构框图。

图标：10-开关设备；20-电力传输线路；100-开关驱动电路；110-电子式电压传感器；120-电压转换单元；130-控制单元；140-驱动单元；141-储能电容；142-单片机；143-H桥式组件；144-充电电压转换组件；200-磁控开关。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，本申请实施例提供了一种开关设备10。其中，该开关设备10可以包括磁控开关200和开关驱动电路100。

详细地，所述磁控开关200可以用于控制电力系统的电力传输线路20的通断，例如，可以通过输入端和输出端串联于该电力传输线路20中。所述开关驱动电路100可以与所述磁控开关200电连接(如与该磁控开关200的控制端电连接)，用于控制该磁控开关200处于合闸状态或分闸状态。

如此，通过所述开关驱动电路100对所述磁控开关200的驱动，可以实现对所述电力传输线路20的通断的控制，例如，在驱动该磁控开关200处于合闸状态时，可以控制所述电力传输线路20导通，在驱动该磁控开关200处于分闸状态时，可以控制所述电力传输线路20断开。

可选地，所述磁控开关200的具体结构(如包括的具体器件等)不受限制，可以根据实际应用需求进行选择。

例如，在一种可以替代的示例中，所述磁控开关200可以包括线圈，以及与所述线圈配合设置的第一铁芯、第二铁芯和弹性器件。

详细地，所述线圈可以与所述开关驱动电路100连接，用于基于该开关驱动电路100的驱动产生励磁电流或与该励磁电流方向相反的退磁电流。如此，一方面，所述第一铁芯可以在所述励磁电流的作用下，(通过与所述第二铁芯之间形成的吸力)克服所述弹性器件的弹力，沿靠近所述第二铁芯的方向运动，使得所述磁控开关200处于合闸状态。另一方面，所述第一铁芯可以在所述退磁电流的作用下，(与所述第二铁芯之间形成的吸力消失)基于所述弹性器件的弹力，沿靠远离所述第二铁芯的方向运动，使得所述磁控开关200处于分闸状态。

其中，所述第一铁芯和所述第二铁芯可以为半硬磁可控磁材料，使得可以基于所述线圈提供的电流(励磁电流和退磁电流)控制磁性的产生与消失。

可以理解的是，所述磁控开关200还可以包括与第一铁芯、第二铁芯和弹性器件连接的连杆和安装板等(如用于提供支撑作用等)，在此不做具体的限定，根据实际应用需求进行选择即可。

结合图2，本申请实施例还提供一种可应用于上述开关设备10的开关驱动电路100，用于在与该开关设备10中的磁控开关200电连接之后，对该磁控开关200进行驱动，使得该磁控开关200设置于电力系统的电力传输线路20之后，可以控制该电力传输线路20的通断。

其中，所述开关驱动电路100可以包括配合设置的电子式电压传感器110(EVT，Electronic Voltage Transformer，也称为电子式电压互感器)、电压转换单元120、控制单元130和驱动单元140。

详细地，所述电子式电压传感器110可以用于对所述电力传输线路20上传输的电能进行取电操作，以产生并输出取电电压。所述电压转换单元120可以与所述电子式电压传感器110电连接，用于将所述取电电压进行转换后输出供电电压。所述控制单元130可以与所述电压转换单元120电连接，用于在所述供电电压的供电下，基于所述电力传输线路20的电气数据输出控制指令。所述驱动单元140可以与所述电压转换单元120和所述控制单元130分别电连接，用于在所述供电电压的供电下，基于所述控制指令驱动所述磁控开关200处于合闸状态或分闸状态，以控制所述电力传输线路20的通断。

如此，通过所述电子式电压传感器110、所述电压转换单元120、所述控制单元130和所述驱动单元140的配合设置，可以对所述磁控开关200进行安全有效地驱动，从而实现对电力传输线路20的通断的有效控制，以改善现有的电力传输线路20中存在难以进行有效地控制的问题，进而降低电力传输线路20由于监控不到位而导致的电力安全事故发生的频率，使得安全性能更高。

其中，采用所述电子式电压传感器110，相较于采用电磁式电压互感器，可以有效避免因采用电磁式电压互感器而容易因电磁谐振出现炸毁的问题，安全性能明显更高。并且，由于是通过磁控开关200(半硬磁可控磁材料)对电力传输线路20的通断进行控制，使得相较于采用弹簧操作开关和永磁式操作开关，可以保证操作功率更小(弹簧操作开关和永磁式操作开关的操作功率较大，如瞬间的操作功率可以达到千瓦，甚至是数十千瓦)，使得基于所述电子式电压传感器110较小的取电功率，就可以实现对磁控开关200的驱动，如此，还可以解决较小的取电功率与较大的操作功率之间不匹配的问题。

第一方面，对于所述电子式电压传感器110需要说明的是，该电子式电压传感器110的具体作用不受限制，可以根据实际应用需求进行选择。

例如，在一种可以替代的示例中，所述电子式电压传感器110可以仅用于对所述电力传输线路20上传输的电能进行取电操作，以产生并输出取电电压。

又例如，在另一种可以替代的示例中，所述电子式电压传感器110在用于对所述电力传输线路20上传输的电能进行取电操作，以产生并输出取电电压的基础上，还可以具有其它作用。

详细地，在一种具体的应用示例中，所述电子式电压传感器110还可以用于基于所述电力传输线路20上的电压生成可以表征该电压的电压信号(如上述的取电电压)，如此，可以将该电子式电压传感器110与所述控制单元130电连接，使得该控制单元130可以将该电压信号作为所述电力传输线路20的电气数据，从而基于该电气数据向所述驱动单元140输出控制指令。

第二方面，对于所述电压转换单元120需要说明的是，该电压转换单元120的具体作用不受限制，也可以根据实际应用需求进行选择。

例如，在一种可以替代的示例中，所述电子式电压传感器110输出的取电电压为交流电压，如此，所述电压转换单元120可以用于将该取电电压转换(整流)为直流的供电电压，以作为母线电源，对其它单元或器件进行供电。

又例如，在另一种可以替代的示例中，在所述电压转换单元120可以用于进行整流或者在不用于进行整流时，还可以用于将所述电子式电压传感器110输出的取电电压转换为具有特定电压值的供电电压(如DC48V、AC220V等)，以作为母线电源，对其它单元或器件进行供电。

第三方面，对于所述控制单元130需要说明的是，该控制单元130的具体构成不受限制，也可以根据实际应用需求进行选择。

例如，在一种可以替代的示例中，该控制单元130可以包括存储器和处理器。其中，该存储器可以存储有计算机程序，如此，该处理器在执行该计算机程序时，可以基于获得的电气数据输出对应的控制指令。

详细地，在一种具体的应用示例中，若基于所述电气数据确定所述电力传输线路20上的电压大于预设电压，可以输出第一控制指令。其中，该第一控制指令用于通过所述驱动单元140驱动所述磁控开关200处于分闸状态，以控制所述电力传输线路20断开，避免在该电力传输线路20上造成电力安全事故，如此，可以实现对所述电力传输线路20的过压保护。

第四方面，对于所述驱动单元140需要说明的是，该驱动单元140的具体构成也不受限制，也可以根据实际应用需求进行选择。

例如，在一种可以替代的示例中，结合图3，所述驱动单元140可以包括储能电容141、单片机142和H桥式组件143。

详细地，所述储能电容141可以与所述电压转换单元120电连接，用于基于该电压转换单元120输出的供电电压进行充电储能。所述单片机142可以与所述电压转换单元120和所述控制单元130分别电连接，用于在该电压转换单元120输出的供电电压的供电下，基于该控制单元130输出的控制指令输出驱动指令。所述H桥式组件143可以与所述储能电容141和所述单片机142分别电连接，用于在该储能电容141的供电下，基于所述驱动指令输出第一方向或与该第一方向相反的第二方向的驱动电流，驱动所述磁控开关200处于合闸状态或分闸状态，以控制所述电力传输线路20的通断。

也就是说，在不需要所述磁控开关200动作时，所述储能电容141可以基于所述电压转换单元120输出的供电电压进行充电，如此，之后，在需要所述磁控开关200动作时，所述储能电容141可以基于存储的电能对所述H桥式组件143进行放电，使得该H桥式组件143可以基于所述单片机142的控制输出驱动电流，以控制磁控开关200动作。

又例如，在另一种可以替代的示例中，所述驱动单元140可以包括单片机142和H桥式组件143，其中，该单片机142可以用于基于所述控制单元130的控制指令，在所述电压转换单元120输出的供电电压的供电下，驱动所述H桥式组件143输出第一方向或与该第一方向相反的第二方向的驱动电流，驱动所述磁控开关200处于合闸状态或分闸状态，以控制所述电力传输线路20的通断。

可选地，所述储能电容141和所述单片机142的具体类型不受限制，可以根据实际应用需求进行选择。

例如，在一种可以替代的示例中，为了降低对电力资源的浪费，即降低待机功耗，可以基于以下条件对所述储能电容141和所述单片机142进行选型：

所述单片机142的待机功率可以小于5W，所述储能电容141对空气的自然漏电功率可以为mW级。

进一步地，考虑到一些情况下，所述储能电容141所需要的充电电压较高，使得所述电压转换单元120输出的供电电压难以满足该储能电容141的充电电压需求，因而，在本实施例中，结合图4，所述驱动单元140还可以包括充电电压转换组件144。

详细地，所述充电电压转换组件144可以电连接于所述电压转换单元120与所述储能电容141之间，即所述电压转换单元120与所述储能电容141通过该充电电压转换组件144进行电连接。如此，所述充电电压转换组件144可以用于将所述电压转换单元120输出的供电电压转换为目标充电电压之后，基于该目标充电电压对该储能电容141进行充电。

例如，在一种具体的应用示例中，所述电压转换单元120输出DC48V的供电电压之后，所述充电电压转换组件144可以作为升压器件，将该DC48V的供电电压升压为DC220V或DC380V的目标充电电压，并基于该目标充电电压对所述储能电容141进行充电。

可选地，所述充电电压转换组件144的具体构成也不受限制，也可以根据实际应用需求进行配置。

例如，在一种可以替代的示例中，为了降低对电力资源的浪费，且在满足对所述磁控开关200的一次整体O-OC(分闸-合分闸)循环操作的能量需求下，可以基于以下条件对所述充电电压转换组件144进行配置：所述充电电压转换组件144对所述储能电容141的充电功率可以小于15W。

进一步地，考虑到在一些示例中，不会基于所述电子式电压传感器110采集所述电力传输线路20的电气数据(如前文所述)，或者，在基于该电子式电压传感器110采集所述电气数据的基础上，还需要基于其它器件采集所述电气数据。因此，所述开关驱动电路100还可以包括电气数据采集器件。

其中，所述电气数据采集器件可以与所述控制单元130电连接，用于采集所述电力传输线路20的电气数据，并将该电气数据发送给该控制单元130，使得该控制单元130可以基于该电气元件给所述驱动单元140下发控制指令。

可选地，所述电气数据采集器件的具体构成不受限制，可以根据实际应用需求进行选择。

例如，在一种可以替代的示例中，所述电气数据采集器件可以为电流采集器，用于将采集的所述电力传输线路20的电流数据发送给所述控制单元130，以使该控制单元130可以基于该电流数据下发控制指令，如此，可以实现对所述电力传输线路20的电流保护，如过流保护等。

又例如，在另一种可以替代的示例中，所述电气数据采集器件也可以为电压采集器，用于将采集的所述电力传输线路20的电压数据发送给所述控制单元130，以使该控制单元130可以基于该电压数据下发控制指令，如此，可以实现对所述电力传输线路20的电压保护，如过压保护等。

再例如，在另一种可以替代的示例中，所述电气数据采集器件也可以包括电流采集器和电压采集器，用于将采集的所述电力传输线路20的电流数据和电压数据发送给所述控制单元130，以使该控制单元130可以基于该电流数据和该电压数据下发控制指令，如此，可以实现对所述电力传输线路20的电流保护和电压保护，如过流保护和过压保护等。

综上所述，本申请提供的开关驱动电路100和开关设备10，通过电子式电压传感器110、电压转换单元120、控制单元130和驱动单元140的配合设置，可以对磁控开关200进行安全有效地驱动，从而在实现对电力传输线路20的通断进行有效控制的基础上，降低配网开关的一二次融合的设计难度，如通过电子式电压传感器110进行取电、通过驱动磁控开关200进行线路通断的控制，可以取代传统电磁式电压互感器，且实现基于电子式电压传感器110形成的取电功率与基于磁控开关200形成的操作功率的匹配，并且，还可以提升配网开关的性能(如寿命、稳定性)，使得具有较高的实用价值。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开关驱动电路，其特征在于，用于驱动连接的磁控开关，该磁控开关用于控制电力系统的电力传输线路的通断，所述开关驱动电路包括：

电子式电压传感器，用于对所述电力传输线路上传输的电能进行取电操作，以产生并输出取电电压；

与所述电子式电压传感器电连接的电压转换单元，该电压转换单元用于将所述取电电压进行转换后输出供电电压；

与所述电压转换单元电连接的控制单元，该控制单元用于在所述供电电压的供电下，基于所述电力传输线路的电气数据输出控制指令；

与所述电压转换单元和所述控制单元分别电连接的驱动单元，该驱动单元用于在所述供电电压的供电下，基于所述控制指令驱动所述磁控开关处于合闸状态或分闸状态，以控制所述电力传输线路的通断。

2.根据权利要求1所述的开关驱动电路，其特征在于，所述驱动单元包括：

与所述电压转换单元电连接的储能电容，该储能电容用于基于该电压转换单元输出的供电电压进行充电储能；

与所述电压转换单元和所述控制单元分别电连接的单片机，该单片机用于在该电压转换单元输出的供电电压的供电下，基于该控制单元输出的控制指令输出驱动指令；

与所述储能电容和所述单片机分别电连接的H桥式组件，该H桥式组件在该储能电容的供电下，基于所述驱动指令输出第一方向或与该第一方向相反的第二方向的驱动电流，驱动所述磁控开关处于合闸状态或分闸状态，以控制所述电力传输线路的通断。

3.根据权利要求2所述的开关驱动电路，其特征在于，所述单片机的待机功率小于5W，所述储能电容对空气的自然漏电功率为mW级。

4.根据权利要求2所述的开关驱动电路，其特征在于，所述驱动单元还包括：

连接于所述电压转换单元与所述储能电容之间的充电电压转换组件，该充电电压转换组件用于将所述电压转换单元输出的供电电压转换为目标充电电压之后，基于该目标充电电压对该储能电容进行充电。

5.根据权利要求4所述的开关驱动电路，其特征在于，所述充电电压转换组件对所述储能电容的充电功率小于15W。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的开关驱动电路，其特征在于，所述控制单元与所述电子式电压传感器电连接，用于获取所述取电电压，并将该取电电压作为所述电力传输线路的电气数据。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的开关驱动电路，其特征在于，该开关驱动电路还包括：

与所述控制单元电连接的电气数据采集器件，该电气数据采集器件用于采集所述电力传输线路的电气数据，并将该电气数据发送给该控制单元。

8.根据权利要求7所述的开关驱动电路，其特征在于，所述电气数据采集器件包括电流采集器和/或电压采集器，用于将采集的所述电力传输线路的电压数据和/或电流数据发送给所述控制单元。

9.一种开关设备，其特征在于，包括：

磁控开关，用于控制电力系统的电力传输线路的通断；

权利要求1-8任意一项所述的开关驱动电路，该开关驱动电路与所述磁控开关电连接，用于控制该磁控开关处于合闸状态或分闸状态。

10.根据权利要求9所述的开关设备，其特征在于，所述磁控开关包括：

与所述开关驱动电路电连接的线圈，用于基于该开关驱动电路的驱动产生励磁电流或与该励磁电流方向相反的退磁电流；

与所述线圈配合设置的第一铁芯、第二铁芯和弹性器件；

其中，所述第一铁芯在所述励磁电流的作用下，克服所述弹性器件的弹力，沿靠近所述第二铁芯的方向运动，使得所述磁控开关处于合闸状态；

所述第一铁芯在所述退磁电流的作用下，基于所述弹性器件的弹力，沿靠远离所述第二铁芯的方向运动，使得所述磁控开关处于分闸状态。

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