CN113114082B - 储能电机的控制装置及其方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种储能电机的控制装置及其方法和系统。所述储能电机控制装置包括：开入采集模块，用于开入采集启动储能信号；数字控制模块，与开入采集模块连接，用于根据启动储能信号生成第一开出信号；开出控制模块，与数字控制模块连接，用于根据第一开出信号控制储能电机的接触器导通，以启动储能电机的储能；其中，数字控制模块还用于获取储能电机储能时的原始电流信号，根据原始电流信号获取储能电机储能时的储能电流值，当储能电流值和电流阈值满足预设条件时，生成第二开出信号，以结束储能电机的储能。该装置能简化替代原有储能电机控制回路，降低回路中故障累加，减少检修成本。

Description

储能电机的控制装置及其方法和系统

技术领域

本申请涉及断电器内控制合分闸技术领域，特别是涉及一种储能电机的控制装置及其方法和系统。

背景技术

目前，为提高变电站运行效率，增加变电站数字化能力，在原有复杂设备的基础上，又增加了较多设备。随着设备的增加，设备之间的连接线路以及连接元件也相应增加，导致变电站内部结构复杂度增加。相应地，故障率随之增加。

储能电机控制回路，作为断路器机构内部的重要环节，控制着合分闸的启动闭合，也同样面临故障累加，检修困难等问题。储能电机控制的主要元件包括时间继电器、热继电器、接触器和控制闭锁继电器，储能电机的回路由这些继电器、辅助接点及电缆连接构成，任意一个元件或电缆出现异常均会影响断路器的分合闸，需要就地检修排查各回路元件，增加了工作人员的维护以及检修工作量。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够简化回路的储能电机的控制回路装置以及控制方法和控制系统。

一种储能电机的控制装置，包括：

开入采集模块，用于开入采集启动储能信号；

数字控制模块，与开入采集模块连接，用于根据启动储能信号生成第一开出信号；

开出控制模块，与数字控制模块连接，用于根据第一开出信号控制储能电机的接触器导通，以启动储能电机的储能；

其中，数字控制模块还用于获取储能电机储能时的原始电流信号，根据原始电流信号获取储能电机储能时的储能电流值，当储能电流值和电流阈值满足预设条件时，生成第二开出信号，以结束储能电机的储能。

数字控制模块包括：

交流采样单元，与储能电机连接，用于采集储能电机储能时的原始电流信号并生成对应的采样信号；

电流转换单元，与交流采样单元连接，用于对采样信号进行计算获取储能电机储能时的储能电流值；

电流比较单元，分别与电流转换单元、开出控制模块连接，用于比较储能电流值和电流阈值，并当储能电流值大于电流阈值时，生成第二开出信号。

数字控制模块还包括：

计时单元，与开出控制模块连接，用于响应于第一开出信号，以获取储能电机的实时储能时长，并响应于第二开出信号将实时储能时长清零。

数字控制模块还用于当电流值和电流阈值满足预设条件时进行故障录波，以获取故障告警信息，控制装置还包括：

有线通讯模块，与数字控制模块连接，用于传输故障告警信息至站控层设备。

开入采集模块包括：

光耦元件，与数字控制模块连接，用于在采集到启动储能信号时导通，以传输启动储能信号至数字控制模块。

数字控制模块的供电电源为第一直流电源，接触器的供电电源为第二直流电源，第一直流电源与第二直流电源互相隔离。

一种储能电机的控制方法，应用于储能电机的控制装置，控制方法包括：

开入采集启动储能信号；

根据启动储能信号生成第一开出信号；

根据第一开出信号，控制储能电机的接触器导通，以启动储能电机的储能；

获取储能电机储能时的原始电流信号，根据原始电流信号获取储能电机储能时的储能电流值，当储能电流值和电流阈值满足预设条件时，生成第二开出信号，以结束储能电机的储能。

获取储能电机储能时的原始电流信号前，还包括：获取储能电机的实时储能时长；

控制方法，还包括：

当实时储能时长大于时长阈值时，控制储能电机结束储能。

储能电机被配置有多个储能阶段，各储能阶段分别对应设有一个电流阈值，当储能电流值和电流阈值满足预设条件时，生成第二开出信号，包括：

根据实时储能时长确定对应的储能阶段；

获取确定的储能阶段对应的目标电流阈值，目标电流阈值为多个电流阈值中的一个；

当储能电流值大于目标电流阈值时，生成第二开出信号。

一种储能电机的系统，包括：

储能电机；

储能电机的控制装置，与储能电机连接，用于开启和结束储能电机的储能。

本申请发明了一种储能电机的控制装置及其方法和系统，通过开入采集模块，开入采集启动储能信号，数字控制模块根据采集到的启动储能信号，生成第一开出控制信号，开出控制模块接收到第一开出控制信号之后，控制储能电机的回路中的接触器导通，启动储能。启动储能之后，数字控制模块还可以获取储能电机的电流信号，根据电流信号获取储能电流值，对比储能电流值与预设的电流阈值，当满足预设条件时，生成第二开出信号，结束储能电机的储能。通过储能电机的控制装置与储能电机连接可以有效的达到对储能电机的数字化控制，减少了传统技术中控制储能电装置中的继电器以及电缆数量，增设了对储能电机电流的检测的功能，在保证原有功能的前提下，利用智能模块的数字化优势，实现储能电机控制回路的简化替代，同时加强回路状态监视，提升了设计、施工和运维的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个实施例中储能电机控制装置示意图之一；

图2为一个实施例中数字控制模块示意图之一；

图3为一个实施例中数字控制模块示意图之二；

图4为一个实施例中储能电机控制装置示意图之二；

图5为一个实施例中储能电机控制方法。

附图标记说明：100-储能电机的控制装置；110-开入采集模块；120-数字控制模块；130-开出控制模块；121-交流采样单元；122-电流转换单元；123-电流比较单元；124-计时单元；140-有线通讯模块；200-储能电机。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种储能电机的控制装置100，包括：开入采集模块110、数字控制模块120、以及开出控制模块130。其中，开入采集模块110与数字控制模块120连接，数字控制模块120与开出控制模块130连接。开入采集模块110用于接收启动储能信号，开出控制模块130与储能电机200上的接触器连接，用于开出控制储能电机200上的接触器，数字控制模块120还与储能电机200连接，用于采集储能电机200储能后的储能电流。

在相关技术中，储能电机200的主要控制元件包括时间继电器、热继电器、多个接触器和控制闭锁继电器，电机回路由这些继电器、辅助接点及电缆连接构成，电机回路中连接元件较多，回路复杂，发生故障概率累加。本实施例的储能电机的控制装置100通过较少的器件以及其中的连接关系，即可实现对储能电机200的控制，在保证原有的功能前提下，移除了断路器机构内储能电机控制回路的时间继电器、热继电器和闭锁继电器及相关电缆连接，由数字控制模块120控制接触器实现储能电机200的控制。极大的简化替代了继电器等元件搭接的回路，提高了电机控制回路参与的设计、施工和运维工作的效率。

在一个实施例中，如图2所示，数字控制模块120包括：交流采样单元121、电流转换单元122和电流比较单元123。交流采样单元121与储能电机200回路连接，交流采样单元121还依次经电流转换单元122、电流比较单元123与开出控制模块130连接。交流采样单元121用于在储能电机200启动储能后，采集回路中的原始的交流电流，生成对应的采样信号；可选地，采样信号可以是电流信号或者电压信号。电流转换单元122将交流采样单元121的采样信号进行计算获得实时的储能电机200储能时的储能电流值。电流比较单元123，用于对比电流转换单元122转换的储能电流值与预设的电流阈值，当实时的储能电机200的电流大于电流阈值时，生成第二开出信号，控制储能电机200结束储能。其中，电流阈值由一次厂家在装置内设定，和储能电机200的特性相关。数字控制模块120包含的上述单元，可以对储能电机200储能时回路中的电流进行高速采样，并对采样的结果进行处理以及根据采样器件的特性对结果再进行校准，保证了控制装置的准确性。可选地，可以通过优化采样器件的采样方法和/或优化电流转换器件的电流转换方法增加对电流值处理的准确性。

其中一个实施例中，交流采样单元121包含霍尔元件以及采样元件，霍尔元件与储能电机200连接，使用霍尔元件时把电流线放置于霍尔元件中即可，不需要更改接线，霍尔元件将储能电机200电流转换为0～5V的电压，电压通过低通滤波电路后由ADC(Analog toDigital Converter模数转换器)采集，转化为数字电压后由数字控制模块120接收，数字控制模块120支持4kHz的高速采样，并开放精度校准系数定值。数字控制模块120出厂前通过测试仪施加实际电压进行采样值校准并自动写入精度系数定值。精度校准对象为电压，霍尔元件也存在误差系数，由于数字控制模块120开放精度系数定值给用户进行整定，霍尔元件的误差若无法忽略，精度系数定值需要乘以此误差系数。采样元件采集的电压信号，作为采样信号。可选地，霍尔元件也可以是其他将电流转换成电压的元件。

其中一个实施例中，数字控制模块120中还可以设置报警单元，与电流比较单元123连接，当电流比较单元123判断出储能电流值大于电流阈值时，发布报警信号，提示检修人员检修回路，以此增加对回路装置的实时监测功能。

在一个实施例中，如图3所示，数字控制模块120包括：交流采样单元121、电流转换单元122、电流比较单元123以及计时单元124。交流采样单元121与储能电机200回路连接，交流采样单元121还依次经电流转换单元122、电流比较单元123与开出控制模块130连接，同时数字控制模块120中包含的计时单元124与开出控制模块130连接。计时单元124响应于数字控制模块120生成的第一开出信号，开始计时，实时得到储能电机200的储能时长，作为实时储能时长，并响应于第二开出信号，记录下储能电机200的储能时长，同时将储能时长清零。本实施例中，数字控制模块120可以根据计时单元124自动判断储能是否出现储能时长超过时长阈值的情况，若出现了储能超时，则立即通过连接的开出控制模块130断开接触器，结束储能。其中，时长阈值由一次厂家在装置内设定，和储能电机200的特性相关。通过计时功能还可以实时监测储能电机200的工作时间，工作人员可以根据储能时长，人为判断储能时长是否满足条件，当满足条件时候，可以手动断开储能电机200开关，结束储能。

在一个实施例中，如图4所示，数字控制模块120连接于有线通讯模块140，当数字控制模块120中满足储能电流值大于电流阈值条件时，数字控制模块120能够进行故障录波，有线通讯模块140将故障信息传送至站控层设备。通过对储能回路中发生故障信息的记录以及传送，能够达到及时对故障进行分析的效果，便于检修，加强状态监视和故障分析。

在其中一个实施例中，数字控制模块120还具备复归和通信功能。数字控制模块120收到外部复归开入后，报警信号返回、储能时间清零。数字控制模块120通过规约通信向外界传递储能电机200回路的运行状态和告警信号。

在其中一个实施例中，开入采集模块110包括光耦元件，与数字控制模块120连接，通过光耦元件采集启动储能信号，启动储能接点闭合后，光耦元件导通，数字控制模块120采集的储能信号由0变为1，满足条件时，数字控制模块120控制相应的继电器动作，继电器辅助接点串接在接触器回路中，继电器动作后接点闭合，接触器动作进而导通储能电机200回路，储能电机200储能。以液压机构为例，当断路器分合闸操作完成后或其他原因使得液压机构压力降低到一定值，限位开关闭合，即提供的辅助接点闭合，传统方案是将辅助接点直接串接在接触器回路中，通过其闭合使得接触器动作进而导通储能电机200回路，储能电机200储能。光耦元件采集启动储能信号，基于DSP(digital signal processor数字信号处理器)做控制、告警、监测、自检、通信等逻辑，通过继电器接点控制接触器回路的导通，能够简化连接线以及连接元件，减少故障累加概率。

在一个实施例中，接触器的供电电源是直流电，储能电机200的供电电源为交流电。同时数字控制模块120的供电电源为内置于变电站的直流供电电源，与接触器供电电源相互隔离。本实施例的数字控制模块120供电电源为变电站内二次设备的供电直流电源，并和控制接触器的控制电源相对隔离。是为了储能电机的控制装置100能够监视交流采样或开入采集信号的状态，当出现掉电等异常时，由于数字控制模块120的电源相对隔离，仍能正常工作，捕捉信号并实现告警。若数字控制模块120电源出现故障，控制储能电机200动作的接点保持常开，储能电机200稳定无法启动。数字控制模块120掉电后，故障常闭接点闭合，向外界传递装置故障信号。

在一个实施例中，如图5所示，提供了一种储能电机的控制方法，该方法包括：

S110：开入采集启动储能信号；

S120：根据启动储能信号生成第一开出信号；

S130：根据第一开出信号，控制储能电机的接触器导通，以启动储能电机的储能；

S140：获取储能电机储能时的原始电流信号，根据原始电流信号获取储能电机储能时的储能电流值，当储能电流值和电流阈值满足预设条件时，生成第二开出信号，以结束储能电机的储能。通过该方法应用到上述储能电机控制装置中，可以极大地简化回路中连接线路以及连接元件，提高控制效率，提供了监测功能。

其中一个实施例中，S140获取储能电机储能时的原始电流信号前，还包括：获取储能电机的实时储能时长。相应地，控制方法还包括：当实时储能时长大于时长阈值时，控制储能电机结束储能。可选地，当判断出储能时长超过时长阈值时，可以发布超时警告。通过该方法判断储能电机是否出现储能超时现象，减少人为判断超时现象情况，减轻了工作人员工作量。

其中一个实施例中，储能电机被配置有多个储能阶段，各个储能阶段分别对应设有一个电流阈值，当储能电流值和电流阈值满足预设条件时，生成第二开出信号，包括：根据实时储能时长确定对应的储能阶段；获取确定的储能阶段对应的目标电流阈值，目标电流阈值为多个电流阈值中的一个；当储能电流值大于目标电流阈值时，生成第二开出信号。例如，该方法按照时长，将电机储能分为启动、空转和出力为三个储能阶段，第一储能阶段的启动电流信号波是一个较大的尖峰形，第二储能阶段的空转电流信号是一个稳定值，第三储能阶段的出力电流信号波是再次波动形，该方法根据启动时间判断电机动作阶段并设置三段过流定值，一旦储能电机电流超过该阶段预设的电流阈值，控制储能电机结束储能。可选地，该方法还可以在发生电流过载情况时，发出电机过载告警并返回接点，控制储能结束。

应该理解的是，虽然图5的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图5中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，提供了一种储能电机的系统，包括：储能电机和储能电机控制装置，储能电机与储能电机控制装置连接。与现有系统相比，机构内设置数字控制模块，移除易发故障的时间继电器等元件，简化替代了储能电机控制回路，实现了回路必要的储能超时、电机过载和电机控制闭锁功能，取消不必要的重动继电器和电缆连接，有利于设计、施工和运维便捷性和回路的标准化，还具备装置自检、开入复归储能计时、站控层通讯、电机电流实时采集、故障录波等功能，进一步提升了回路运行状态的监视和运行可靠性。

在一个实施例中，提供了一种三相电机的系统，包括三相电机和储能电机的控制装置，其中三相电机是外接三相电的储能电机，所谓三相电是指三相火线，相邻火线之间的电压为380V，没有零线。因此只有三相负载相同情况下，例如，三相电动机，才能适用三相电，此时三相电之间互成120度角，电流矢量和为0，即不需要零线。与之相对应的，储能电机的控制装置中，开入采集模块110不少于4个，其中，三相电的每一相开关对应于一个开入采集模块110，并设置有总的开关对应的开入采集模块110，另开出控制模块130不少于3个，交流采样通道不少于3个。通过设置三相电机系统可以解决储能电机控制回路的设计中的一些负面影响。例如，对于分相机构，任一相电机出现超时或过热时三相的储能电机都会闭锁并自保持，此时若其他两相出现液压泄压，由于回路缺少简单的复归功能，机构压力持续下降，将会出现断路器重合闸闭锁，合分闸闭锁等严重影响。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征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描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种储能电机的控制装置，其特征在于，包括：

开入采集模块，用于开入采集启动储能信号；

数字控制模块，与所述开入采集模块连接，用于根据所述启动储能信号生成第一开出信号；

开出控制模块，与所述数字控制模块连接，用于根据所述第一开出信号控制所述储能电机的接触器导通，以启动所述储能电机的储能；

所述数字控制模块包括：

交流采样单元，与所述储能电机连接，用于采集所述储能电机储能时的原始电流信号并生成对应的采样信号；

电流转换单元，与所述交流采样单元连接，用于对所述采样信号进行计算获取所述储能电机储能时的储能电流值；

电流比较单元，分别与所述电流转换单元、所述开出控制模块连接，用于比较所述储能电流值和电流阈值，并当所述储能电流值大于所述电流阈值时，生成第二开出信号，以结束所述储能电机的储能。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数字控制模块还包括：

计时单元，与所述开出控制模块连接，用于响应于所述第一开出信号，以获取所述储能电机的实时储能时长，并响应于所述第二开出信号将所述实时储能时长清零。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数字控制模块还用于当所述电流值和所述电流阈值满足预设条件时进行故障录波，以获取故障告警信息，所述控制装置还包括：

有线通讯模块，与所述数字控制模块连接，用于传输所述故障告警信息至站控层设备。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开入采集模块包括：

光耦元件，与所述数字控制模块连接，用于在采集到所述启动储能信号时导通，以传输所述启动储能信号至所述数字控制模块。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数字控制模块的供电电源为第一直流电源，所述接触器的供电电源为第二直流电源，所述第一直流电源与所述第二直流电源互相隔离。

6.一种储能电机的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1所述的储能电机的控制装置，所述控制方法包括：

开入采集启动储能信号；

根据所述启动储能信号生成第一开出信号；

根据所述第一开出信号控制所述储能电机的接触器导通，以启动所述储能电机的储能；

采集所述储能电机储能时的原始电流信号并生成对应的采样信号，并对所述采样信号进行计算获取所述储能电机储能时的储能电流值，比较所述储能电流值和电流阈值，并当所述储能电流值大于所述电流阈值时，生成第二开出信号，以结束所述储能电机的储能。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述获取所述储能电机储能时的所述原始电流信号前，还包括：获取所述储能电机的实时储能时长；

所述控制方法，还包括：

当所述实时储能时长大于时长阈值时，控制所述储能电机结束储能。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述储能电机被配置有多个储能阶段，各所述储能阶段分别对应设有一个所述电流阈值，所述当所述储能电流值和电流阈值满足预设条件时，生成第二开出信号，包括：

根据所述实时储能时长确定对应的所述储能阶段；

获取确定的所述储能阶段对应的目标电流阈值，所述目标电流阈值为多个所述电流阈值中的一个；

当所述储能电流值大于所述目标电流阈值时，生成所述第二开出信号。

9.一种储能电机的系统，其特征在于，包括：

储能电机；

如权利要求1至5任一项所述的储能电机的控制装置，与所述储能电机连接，用于开启和结束所述储能电机的储能。

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