CN112213551B - 一种提高永磁操动机构选相精度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种提高永磁操动机构选相精度的方法，涉及高压真空断路器领域，包括正反相电网电压模拟信号经过跟随滤波，输入到电压比较器两端，根据比较器输出端的电平变化确定硬件过零中断时刻；采集正相电网电压的模拟信号，利用加权移动滤波进行软件过零预测；在硬件过零触发的中断函数中结合软件预测的零点进行最终零点判别；根据选相角度确定延时时间。所述方法中正反相电网信号比较可以消除硬件过零检测电路在处理电网模拟信号时的固有偏置，配合软件预测可以避免干扰信号引起的过零误动作，提高永磁操动机构选相的准确性。

Description

一种提高永磁操动机构选相精度的方法

技术领域

本发明涉及高压真空断路器领域，具体的是一种提高永磁操动机构选相精度的方法。

背景技术

随着电力系统越来越高的可靠性要求，断路器在电力系统发电、输电配电各方面都面临着更大的挑战。永磁真空断路器以其体积小、故障率低、适用于频繁操作等优点，在电力系统中获得广泛应用，常见的永磁操作机构分为单稳态永磁操作机构和双稳态永磁操作机构。对永磁操动机构进行选相控制，可以很好的抑制电力系统线路中的涌流以及过电压，而且选相控制技术还可用于故障类型的判断，通过对其的有效控制，可以对电力系统故障进行有效处理。在选相控制技术中，过零点检测的准确性是决定选相效果的关键技术。

而在实际电力系统中，电网信号稳定性相对较差，谐波含量较多，影响过零检测的准确度；同时硬件检测过零电路存在直流偏置，会导致采集的电网模拟信号上移或下移，出现零点漂移；有时电网波动会产生错误的过零点信号，这些都会影响选相效果。

发明内容

为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种提高永磁操动机构选相精度的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种提高永磁操动机构选相精度的方法，包括以下步骤：

S1、通过采样调理模块实时采集电网电压以及电流，经过跟随和高频滤波，输入到电压比较模块，进行硬件过零点检测；同时对采集的正相电网信号进行加权移动滤波进行软件过零点预测；二者配合确定最终过零点；

S2、根据选相角度计算永磁操动机构选相控制需要的延时时间，并以过零点为起始点，进行相应的延时。

进一步地，所述步骤S1中，硬件过零点检测包括正相电压采集电路、反相电压采集电路、正反相电压比较电路；

正相电压采集电路包括电压互感器(PT1)、互感器输入电阻(R1)、互感器输出电阻(R2)、互感器输出滤波电容(C2)、电压跟随器(U1)、低通滤波器(U2)；

反相电压采集电路包括电压互感器(PT2)、互感器输入电阻(R5)、互感器输出电阻(R6)、互感器输出滤波电容(C5)、电压跟随器(U3)、低通滤波器(U4)；

正反相电压比较电路包括正相电压跟随器(U5)、反相电压跟随器(U6)、电压比较器(U7)；

正相电压采集电路与反相电压采集电路输入侧分别接极性相反的电网电压，经过同样的互感器、电压跟随器以及低通滤波器，得到模拟信号V_{out_p}与V_{out_m}：

两个模拟信号都由两部分组成，其中Asin(ωt+φ)是电网电压经过互感器转化得到的实际量，B是硬件电路中的固有偏置，正反向比较电路中模拟信号V_{out_p}与V_{out_m}经电压跟随分别接到比较器的两个输入端，输出端的电平变化时刻即为硬件检测到的过零点。

进一步地，所述步骤S1中，对电网信号进行软件过零点预测，包括采集一个周期的电网信号X，取出最大值X_max以及最小值X_min，算出二者平均值

连续操作三次，保留最近三次的信号平均值

其中

是三次中最早一次电网信号平均值，

三次中最近一次电网信号平均值，使用加权移动滤波对电网的三次平均值信号进行滤波，三个采样值权重为1/(1+e+e²)、e/(1+e+e²)、e²/(1+e+e²)，公式为：

e是自然常数，

软件预测的零点值，根据

预测下一周期的电网过零点时刻。

进一步地，所述步骤S1中，硬件过零点检测以及软件过零点预测相配合，包括存储当前以及上一时刻的电网模拟信号值记为M₁和M₂；当硬件检测到过零点，程序进入中断，在中断中计算

如果

则进行下一个中断过零点选择，如果

则以该点进行延时操作。

进一步地，所述步骤S2中，延时时间由下面公式算出：

其中T_delay为需要求解的延时时间，T_deal为DSP的处理速度，T_do为永磁操动机构的动作时间，T_re为光耦的响应时间，θ_xuan为设定的重合闸角度，K为整数，T为电网的周期(单位ms)。

本发明的有益效果：

1、本发明设计跟随滤波电路，处理采集到的电网数据，滤除高频信号以及高次谐波，减少电网的高压信号对控制平台的电磁干扰；

2、本发明硬件电路中采用正反相电压比较的方法，可以处理模拟信号的偏置问题，提高硬件过零检测的准确性；

3、软件过零点预测中对电网信号进行加权移动滤波，减少杂波的干扰，与硬件过零点检测相配合，避免电网波动引起的过零误动作，提高选相精度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的设计框图；

图2是本发明正反相电压检测电路图；

图3是本发明电压跟随比较电路图；

图4是本发明过零点操作的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

一种提高永磁操动机构选相精度的方法，图1为本发明的设计框图，包括正反相电压比较电路实现硬件过零检测以及基于加权移动滤波实现软件过零点预测，主要步骤如下：

1)通过采样调理模块实时采集电网电压以及电流，经过跟随和高频滤波，输入到电压比较模块，检测过零点；同时对采集的正相电网信号进行加权移动滤波进行软件过零点预测；二者配合确定最终过零点；

2)根据选相角度计算永磁操动机构选相控制需要的延时时间，并以过零点为起始点，进行相应的延时。

图2是正反相电压检测电路，正反相电压分别接到输入测，采样调理模块对电网信号进行跟随和高频滤波，利用运算放大器，组成低通滤波器，对断路器二次侧采集的电网信号进行处理，减少测量误差。

图3是电压跟随比较电路，配合图2共同组成正反相电压比较电路，实现硬件过零检测，所述步骤(1)中，硬件过零点检测包括正相电压采集电路、反相电压采集电路、正反相电压比较电路；正相电压采集电路包括电压互感器(PT1)、互感器输入电阻(R1)、互感器输出电阻(R2)、互感器输出滤波电容(C2)、电压跟随器(U1)、低通滤波器(U2)；反相电压采集电路包括电压互感器(PT2)、互感器输入电阻(R5)、互感器输出电阻(R6)、互感器输出滤波电容(C5)、电压跟随器(U3)、低通滤波器(U4)；正反相电压比较电路包括正相电压跟随器(U5)、反相电压跟随器(U6)、电压比较器(U7)；正相电压采集电路与反相电压采集电路输入侧分别接极性相反的电网电压，经过同样的互感器、电压跟随器以及低通滤波器，得到模拟信号V_{out_p}与V_{out_m}：

两个模拟信号都由两部分组成，其中Asin(ωt+φ)是电网电压经过互感器转化得到的实际量，B是硬件电路中的固有偏置；正反向比较电路中模拟信号V_{out_p}与V_{out_m}经电压跟随分别接到比较器的两个输入端，输出端的电平变化时刻即为硬件检测到的过零点。

所述步骤(1)中，对电网信号进行软件过零点预测，包括采集一个周期的电网信号X，取出最大值X_max以及最小值X_min，算出二者平均值

公式如下：

连续操作三次，保留最近三次的信号平均值

(其中

是三次中最早一次电网信号平均值，

三次中最近一次电网信号平均值)，使用加权移动滤波对电网的三次平均值信号进行滤波，三个采样值权重为1/(1+e+e²)、e/(1+e+e²)、e²/(1+e+e²)，公式为：

e是自然常数，

软件预测的零点值，根据

预测下一周期的电网过零点时刻。

所述步骤(1)中，硬件过零点检测以及软件过零点预测相配合，包括存储当前以及上一时刻的电网模拟信号值记为M₁和M₂；当硬件检测到过零点，程序进入中断，在中断中计算

如果

则进行下一个中断过零点选择，如果

则以该点作为最终过零点；图4是过零点操作的逻辑图，可以看出需要添加标志位，作为过零标志，判断是否进行延时操作。

所述步骤(2)中，延时时间由下面公式算出：

其中T_delay为需要求解的延时时间，T_deal为DSP的处理速度，T_do为永磁操动机构的动作时间，T_re为光耦的响应时间，θ_xuan为设定的重合闸角度，K为整数，T为电网的周期(单位ms)。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (2)

1.一种提高永磁操动机构选相精度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过采样调理模块实时采集电网电压以及电流，经过跟随和高频滤波，输入到电压比较模块，进行硬件过零点检测,同时对采集的正相电网信号进行加权移动滤波实现软件过零点预测,二者配合确定最终过零点；

S2、根据选相角度计算永磁操动机构选相控制需要的延时时间，并以过零点为起始点，进行相应的延时；

所述步骤S1中，硬件过零点检测包括正相电压采集电路、反相电压采集电路、正反相电压比较电路；

正相电压采集电路包括电压互感器(PT1)、互感器输入电阻(R1)、互感器输出电阻(R2)、互感器输出滤波电容(C2)、电压跟随器(U1)、低通滤波器(U2)；

反相电压采集电路包括电压互感器(PT2)、互感器输入电阻(R5)、互感器输出电阻(R6)、互感器输出滤波电容(C5)、电压跟随器(U3)、低通滤波器(U4)；

正反相电压比较电路包括正相电压跟随器(U5)、反相电压跟随器(U6)、电压比较器(U7)；

正相电压采集电路与反相电压采集电路输入侧分别接极性相反的电网电压，经过同样的互感器、电压跟随器以及低通滤波器，得到模拟信号V_{out_p}与V_{out_m}：

两个模拟信号都由两部分组成，其中Asin(ωt+φ)是电网电压经过互感器转化得到的实际量，B是硬件电路中的固有偏置，正反向比较电路中模拟信号V_{out_p}与V_{out_m}经电压跟随分别接到比较器的两个输入端，输出端的电平变化时刻即为硬件检测到的过零点；

所述步骤S1中，对电网信号进行软件过零点预测，包括采集一个周期的电网信号X，取出最大值X_max以及最小值X_min，算出二者平均值

连续操作三次，保留最近三次的信号平均值

其中

是三次中最早一次电网信号平均值，

三次中最近一次电网信号平均值，使用加权移动滤波对电网的三次平均值信号进行滤波，三个采样值权重为1/(1+e+e²)、e/(1+e+e²)、e²/(1+e+e²)，公式为：

e是自然常数，

是软件预测的零点值，根据

预测下一周期的电网过零点时刻；

所述步骤S2中，延时时间由下面公式算出：

其中T_delay为需要求解的延时时间，T_deal为DSP的处理速度，T_do为永磁操动机构的动作时间，T_re为光耦的响应时间，θ_xuan为设定的重合闸角度，K为整数，T为电网的周期，其中T的单位为ms。

2.根据权利要求1所述的一种提高永磁操动机构选相精度的方法，其特征在于，所述步骤S1中，硬件过零点检测以及软件过零点预测相配合，包括存储当前以及上一时刻的电网模拟信号值记为M₁和M₂；当硬件检测到过零点，程序进入中断，在中断中计算

如果

则进行下一个中断过零点选择，如果

则以该点进行延时操作。

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