CN113514762B - 一种apf/svg继电器状态的检测系统 - Google Patents

一种apf/svg继电器状态的检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种APF/SVG继电器状态的检测系统，其可防止继电器失效时对系统及电网造成影响，并可实现及时防护，降低故障率及提升设备安全性；其包括接入电网的充电模块、IGBT模组、继电器以及与电网连接的断路模块；LCL滤波模块，接于断路模块、充电模块之间，用于滤除谐波；充电模块依次连接IGBT模组、母线电压保护模块，用于对母线电压保护模块进行充电处理；电压采样模块，与充电模块相连接，用于采样充电模块两端电压；信号比较模块，与电压采样模块相连接，用于接收电压采样模块采集的电压信号后，进行信号处理；控制模块，在接收信号比较模块输出的信号后，经RELAY模块后与断路模块相连接，用于检测继电器状态，并根据继电器状态控制RELAY模块是否动作。

Description

一种APF/SVG继电器状态的检测系统
技术领域
本发明涉及电能质量治理技术领域，具体为一种APF/SVG继电器状态的检测系统。
背景技术
APF(ActivePowerFilter，电力有源滤波器)和SVG(StaticVarGenerator，静止无功发生器)是两种常用电能质量治理装置；APF/SVG属于有源逆变拓扑结构，故APF/SVG逻辑控制电路与主功率逆变电路是同时并入电网，所以当主功率逆变电路中的(磁保持)继电器发生失效后，APF/SVG逻辑控制组件目前是无法做到及时保护的；但由于(磁保持)继电器是机械结构，主功率逆变电路中的(磁保持)继电器在经过设备运输、设备安装、多次运行等操作后，(磁保持)继电器的触点会出现炭化的现象，造成触点不吸合，若(磁保持)继电器触点发生误触，此时上电后，机器后端设备会承受远超正常启动的电流，造成设备损坏，以及(磁保持)继电器如果未按照逻辑控制进行动作，会影响设备功能，就是会存在失效风险，即会导致：(1)待机风险：APF/SVG“冷机”并电网时通过充电电阻、IGBT模组(自带整流)对设备BUS电压进行充电，如果此时(磁保持)继电器处于闭合状态，那么电网对设备“充电电流”足以损坏IGBT模组，并对电网造成冲击；(2)运行风险：设备正常运行时，(磁保持)继电器进入关断状态时，设备并无报警，严重影响设备补偿性能。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种APF/SVG继电器状态的检测系统，其可防止继电器失效时对系统及电网造成影响，并可实现及时防护，降低故障率及提升设备安全性。
其技术方案是这样的：一种APF/SVG继电器状态的检测系统，其包括接入电网的充电模块、IGBT模组、继电器，所述继电器接于所述充电模块两端，其特征在于：其还包括与所述电网连接的断路模块，用于控制所述检测系统是否电网入电；
LCL滤波模块，接于所述断路模块、充电模块之间，用于滤除谐波；
所述充电模块经连接所述IGBT模组后连接母线电压保护模块，用于在所述检测系统启动时，对所述母线电压保护模块进行充电处理，避免对所述检测系统造成冲击；
电压采样模块，与所述充电模块相连接，用于采样所述充电模块两端电压；
信号比较模块，与所述电压采样模块相连接，用于接收所述电压采样模块采集的电压信号后，进行信号处理；
控制模块，在接收所述信号比较模块输出的信号后，经RELAY模块后与所述断路模块相连接，用于检测所述继电器状态，并根据所述继电器状态控制所述RELAY模块是否动作；
RELAY模块，用于控制所述断路模块的通断。
其进一步特征在于：
所述控制模块包括APF/SVG主控模块，在接收所述信号比较模块输出的信号后，经所述RELAY模块后与所述断路模块相连接，用于检测所述继电器状态及报错，若所述继电器处于断开状态，则禁止所述RELAY模块工作，避免所述断路模块动作，保证所述检测系统正常运行；
信号驱动控制模块，接于所述信号比较模块输出端，在接收所述信号比较模块输出的信号后，经所述RELAY模块后与所述断路模块相连接，用于在并网且所述继电器处于闭合状态时，控制所述RELAY模块工作，通过所述断路模块切断电网入电；
其还包括AC/DC非隔离电源模块，与所述电网、断路模块、LCL滤波模块均相连接，用于为所述检测系统提供电源；
所述断路模块采用断路器，所述断路器的进线端子分别接于所述电网的A、B、C三相上；所述LCL滤波模块包括电感L101、L102、电容C101，所述电感L102的一端与所述断路器的出线端子相连，所述电感L102的另一端与所述电感L101、电容C101的一端均相连接，所述电容C101的另一端与所述电网的N相、AC/DC非隔离电源模块的输入端均相连接；
所述充电模块包括电阻R101、R102、R103，所述电感L101的另一端与所述电阻R103的一端、继电器常开触点的一端、AC/DC非隔离电源模块的输出端均相连接，所述电阻R103的另一端经所述电阻R102后与所述电阻R101的一端相连接，所述电阻R101的另一端与所述继电器常开触点的另一端相连接；且所述电阻R101的两端分别接于所述电压采样模块的输入端，所述电压采样模块的输出端接于所述信号比较模块的输入端；
所述IGBT模组包括IGBT器件IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、二极管D1、D2；所述母线电压保护模块包括主电容C2、C3；所述IGBT器件IGBT1的发射极与所述IGBT器件IGBT2的集电极、二极管D1的负极均相连接，所述IGBT器件IGBT2的发射极与所述IGBT器件IGBT3的集电极、电阻R101的另一端均相连接，所述IGBT器件IGBT3的发射极与所述IGBT器件IGBT4的集电极、二极管D2的正极均相连接，所述二极管D1的正极与所述二极管D2的负极、主电容C2、C3的一端、电网的N相均相连接，所述IGBT器件IGBT1的集电极连接所述主电容C2的另一端，所述IGBT器件IGBT4的发射极连接所述主电容C3的另一端；
所述信号比较模块包括运算放大器OP、比较器Comp1、Comp2、电阻R104～R111，所述运算放大器OP的输入端与所述电压采样模块的输出端相连接，且所述运算放大器OP的负输入端连接所述电阻R104的一端，所述运算放大器OP的输出端与所述电阻R104的另一端、电阻R105的一端、比较器Comp1的正输入端、比较器Comp2的正输入端均相连接，所述比较器Comp1的负输入端与所述电阻R108、R109的一端均相连接，所述比较器Comp2的负输入端与所述电阻R106、R107的一端均相连接，所述电阻R107、电阻R109的另一端均连接于所述主电容C3端的电压BUS-，所述比较器Comp1、Comp2的输出端均分别与所述电阻R110、R111的一端相连接，所述电阻R105、R106、R108、R110、R111的另一端均接地；
所述RELAY模块采用的控制继电器，所述比较器Comp1的输出端与所述信号驱动控制模块的输入端相连接，所述比较器Comp2的输出端与所述APF/SVG主控模块的输入端相连接，所述APF/SVG主控模块、信号驱动控制模块的输出端均与所述控制继电器触点的一端相连接，所述控制继电器触点的另一端与所述断路器的进线端子相连接。
本发明的有益效果是，该检测系统可在并网时实现“得电自检”，通过及时检查继电器状态，以避免机器设备在错误状态下运行，使得在上电瞬间，避免设备承受大电流损害；在错误状态时通过自行切断电网，防止继电器失效时对系统及电网造成影响，做到及时防护，降低故障率及提升设备安全性。
附图说明
图1是本发明的结构框图；
图2是本发明的电路原理图。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明一种APF/SVG继电器状态的检测系统，其包括接入电网1的充电模块2、IGBT模组3、继电器RLY-101，继电器RLY-101接于充电模块2两端，其还包括与电网1连接的断路模块4，用于控制检测系统是否电网1入电；
LCL滤波模块5，接于断路模块4、充电模块2之间，用于滤除谐波；
充电模块2经连接IGBT模组3后连接母线电压保护模块6，用于在检测系统启动时，对母线电压保护模块6进行充电处理，避免对检测系统造成冲击；
电压采样模块7，与充电模块2相连接，用于采用电阻R101两端电压，并进行电压转换；
信号比较模块8，与电压采样模块7相连接，用于接收电压采样模块7采集的电压信号后，进行信号处理；
控制模块，在接收信号比较模块8输出的信号后，经RELAY模块9后与断路模块4相连接，用于检测继电器RLY-101状态，并根据继电器RLY-101状态控制RELAY模块9是否动作；
RELAY模块9，用于控制断路模块4的通断。
控制模块包括APF/SVG主控模块10，在接受比较器Comp2输出信号后，经RELAY模块9后与断路模块4相连接，用于检测继电器RLY-101状态，若继电器RLY-101处于断开状态，则禁止RELAY模块9工作，避免断路模块4动作，保证所述检测系统正常运行；且APF/SVG主控模块10可在检测到继电器RLY-101状态异常时实现报错，即APF/SVG主控模块10可以根据比较器Comp2的输出信号，与继电器RLY-101信号进行对比，形成反馈，若有差异时可进行报错。
信号驱动控制模块11，接于信号比较模块8输出端，在接收比较器Comp1输出的信号后，经RELAY模块9后与断路模块4相连接，用于将比较器Comp1输出信号进行功率放大及逻辑转换，使在并网且继电器RLY-101处于闭合状态时，控制RELAY模块9工作，通过断路模块4切断电网1入电。
其还包括AC/DC非隔离电源模块12，与电网1、断路模块4、LCL滤波模块5均相连接，用于为检测系统提供电源；通过增加AC/DC非隔离电源模块12，可保证检测系统中器件供电、动作快速性及可靠性。
断路模块4采用断路器，断路器QF的进线端子分别接于电网1的A、B、C三相上；LCL滤波模块5包括电感L101、L102、电容C101，电感L102的一端与断路器QF的出线端子相连，电感L102的另一端与电感L101、电容C101的一端均相连接，电容C101的另一端与电网1的N相、AC/DC非隔离电源模块12的输入端均相连接。
充电模块2包括电阻R101、R102、R103，电感L101的另一端与电阻R103的一端、继电器RLY-101常开触点的一端、AC/DC非隔离电源模块12的输出端均相连接，电阻R103的另一端经电阻R102后与电阻R101的一端相连接，电阻R101的另一端与继电器RLY-101常开触点的另一端相连接；且电阻R101的两端分别接于电压采样模块7的输入端，电压采样模块7的输出端接于信号比较模块8的输入端。
IGBT模组3包括IGBT器件IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、二极管D1、D2；母线电压保护模块6包括主电容C2、C3；IGBT器件IGBT1的发射极与IGBT器件IGBT2的集电极、二极管D1的负极均相连接，IGBT器件IGBT2的发射极与IGBT器件IGBT3的集电极、电阻R101的另一端均相连接，IGBT器件IGBT3的发射极与IGBT器件IGBT4的集电极、二极管D2的正极均相连接，二极管D1的正极与二极管D2的负极、主电容C2、C3的一端、电网1的N相均相连接，IGBT器件IGBT1的集电极连接主电容C2的另一端，IGBT器件IGBT4的发射极连接主电容C3的另一端。
信号比较模块8包括运算放大器OP、比较器Comp1、Comp2、电阻R104～R111，运算放大器OP的输入端与电压采样模块7的输出端相连接，且运算放大器OP的负输入端连接电阻R104的一端，运算放大器OP的输出端与电阻R104的另一端、电阻R105的一端、比较器Comp1的正输入端、比较器Comp2的正输入端均相连接，比较器Comp1的负输入端与电阻R108、R109的一端均相连接，比较器Comp2的负输入端与电阻R106、R107的一端均相连接，电阻R107、电阻R109的另一端均连接于主电容C3端的电压BUS-，比较器Comp1、Comp2的输出端均分别与电阻R110、R111的一端相连接，电阻R105、R106、R108、R110、R111的另一端均接地。
比较器Comp1与比较器Comp2，两者对运算放大器OP输出进行不同阀值触发，比较器Comp1用来检测大电流，比较器Comp2用来反馈继电器RLY-101正常闭合或断开，因此，比较器Comp1与比较器Comp2两者得输出没有关联，比较器Comp 2输出信号接入APF/SVG主控模块10；比较器Comp1输出信号接入信号驱动控制模块11；整体来说，比较器Comp2：用于检测系统并网后，检测继电器RLY-101工作状态；比较器Comp1：用于并网时即检测系统得电瞬间，继电器RLY-101处于闭合状态时用于切断电网1入电。
比较器Comp2输出状态反映继电器RLY-101触点工作状态，并将此信号反馈至APF/SVG主控模块10，从而判断继电器RLY-101是否受逻辑控制，即当继电器RLY-101断开时，检测系统并网，电阻R101两端产生电压，比较器Comp2的正输入端形成电压，此电压小于比较器Comp2的负输入端，比较器Comp2输出逻辑“0”，也就是APF/SVG主控模块10将输出逻辑信号“0”，不会切断电网入电，检测系统正常运行；当继电器RLY-101闭合时，电阻R101两端无电压，由于比较器Comp2的正输入端有上拉电阻R105存在，故比较器Comp2输出逻辑“1”，也就是APF/SVG主控模块10将输出逻辑信号“1”，此逻辑信号不能干预比较器Comp1信号翻转。
RELAY模块9采用的普通控制继电器，比较器Comp1的输出端与信号驱动控制模块11的输入端相连接，比较器Comp2的输出端与APF/SVG主控模块10的输入端相连接，APF/SVG主控模块10、信号驱动控制模块11的输出端均与控制继电器触点的一端相连接，相当于RELAY模块9是将APF/SVG主控模块10输出的信号作为使能信号、将信号驱动控制模块11输出的信号作为输入信号，控制继电器触点的另一端与断路器的进线端子相连接。
其中，本发明中的AC/DC非隔离电源模块12、电压采样模块7、APF/SVG主控模块10、信号驱动控制模块11均采用的现有功能模块或芯片。
本发明的工作原理是：
在并网时，即检测系统得电瞬间，若继电器RLY-101的常开触点异常吸合，电阻R101、R102、R103被继电器RLY-101的常开触点短路，电阻R101两端电压为0，电压采样模块7将采集到的电阻R101两端的电压信号送至运算放大器OP，对此电压进行转换，当该电压小于比较器Comp1的负输入端阈值电压时，比较器Comp1的输出端的信号接入信号驱动控制模块11进行逻辑转换及功率放大，随后信号驱动控制模块11输出信号控制RELAY模块9，使得断路模块4的断路器动作，切断电网1入电；
若继电器RLY-101的常开触点断开，电阻R103、R102、R101对主电容C2、C3进行充电，电阻R101流过充电电压，形成电压，通过此电压判断继电器RLY-101工作状态，即此时电压采样模块7采集电阻R101两端电压进行转换，通过比较器Comp2进行比较，比较器Comp2正输入端得到的电压小于其负输入端电压，比较器Comp2输出信号告知APF/SVG主控模块10，得出此时继电器RLY-101状态是断开，APF/SVG主控模块10将输出逻辑信号“0”，禁止RELAY模块9动作，避免继电器RLY-101正常吸合让断路模块4的断路器动作，不会切断电网入电，检测系统正常运行。
设备并入电网1时本发明检测系统可实现“得电自检“，并可根据情况自行切断电网1，防止继电器失效时对设备及电网1造成影响，降低故障率及提升设备安全性。
具体地，检测系统“冷机”并网时，如继电器RLY-101触点异常吸合，检测系统电路可实现自动切断电网1；并网后继电器RLY-101正常动作，检测系统可正常运行；检测系统“热机”并网时，发现继电器RLY-101异常，可实现预警报错。“冷机”：检测系统逆变BUS电压＜600V；“热机”：检测系统逆变BUS电压＞600V。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种APF/SVG继电器状态的检测系统，其包括接入电网的充电模块、IGBT模组、继电器，所述继电器接于所述充电模块两端，其特征在于：其还包括与所述电网连接的断路模块，用于控制所述检测系统是否电网入电；
LCL滤波模块，接于所述断路模块、充电模块之间，用于滤除谐波；
所述充电模块经连接所述IGBT模组后连接母线电压保护模块，用于在所述检测系统启动时，对所述母线电压保护模块进行充电处理，避免对所述检测系统造成冲击；
电压采样模块，与所述充电模块相连接，用于采样所述充电模块两端电压；
信号比较模块，与所述电压采样模块相连接，用于接收所述电压采样模块采集的电压信号后，进行信号处理；
控制模块，在接收所述信号比较模块输出的信号后，经RELAY模块后与所述断路模块相连接，用于检测所述继电器状态，并根据所述继电器状态控制所述RELAY模块是否动作；
RELAY模块，用于控制所述断路模块的通断；
所述控制模块包括APF/SVG主控模块，在接收所述信号比较模块输出的信号后，经所述RELAY模块后与所述断路模块相连接，用于检测所述继电器状态及报错，若所述继电器处于断开状态，则禁止所述RELAY模块工作，避免所述断路模块动作，保证所述检测系统正常运行；
信号驱动控制模块，接于所述信号比较模块输出端，在接收所述信号比较模块输出的信号后，经所述RELAY模块后与所述断路模块相连接，用于在并网且所述继电器处于闭合状态时，控制所述RELAY模块工作，通过所述断路模块切断电网入电。
2.根据权利要求1所述的一种APF/SVG继电器状态的检测系统，其特征在于：其还包括AC/DC非隔离电源模块，与所述电网、断路模块、LCL滤波模块均相连接，用于为所述检测系统提供电源。
3.根据权利要求2所述的一种APF/SVG继电器状态的检测系统，其特征在于：所述断路模块采用断路器，所述断路器的进线端子分别接于所述电网的A、B、C三相上；所述LCL滤波模块包括电感L101、L102、电容C101，所述电感L102的一端与所述断路器的出线端子相连，所述电感L102的另一端与所述电感L101、电容C101的一端均相连接，所述电容C101的另一端与所述电网的N相、AC/DC非隔离电源模块的输入端均相连接。
4.根据权利要求3所述的一种APF/SVG继电器状态的检测系统，其特征在于：所述充电模块包括电阻R101、R102、R103，所述电感L101的另一端与所述电阻R103的一端、继电器常开触点的一端、AC/DC非隔离电源模块的输出端均相连接，所述电阻R103的另一端经所述电阻R102后与所述电阻R101的一端相连接，所述电阻R101的另一端与所述继电器常开触点的另一端相连接；且所述电阻R101的两端分别接于所述电压采样模块的输入端，所述电压采样模块的输出端接于所述信号比较模块的输入端。
5.根据权利要求4所述的一种APF/SVG继电器状态的检测系统，其特征在于：所述IGBT模组包括IGBT器件IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、二极管D1、D2；所述母线电压保护模块包括主电容C2、C3；所述IGBT器件IGBT1的发射极与所述IGBT器件IGBT2的集电极、二极管D1的负极均相连接，所述IGBT器件IGBT2的发射极与所述IGBT器件IGBT3的集电极、电阻R101的另一端均相连接，所述IGBT器件IGBT3的发射极与所述IGBT器件IGBT4的集电极、二极管D2的正极均相连接，所述二极管D1的正极与所述二极管D2的负极、主电容C2、C3的一端、电网的N相均相连接，所述IGBT器件IGBT1的集电极连接所述主电容C2的另一端，所述IGBT器件IGBT4的发射极连接所述主电容C3的另一端。
6.根据权利要求5所述的一种APF/SVG继电器状态的检测系统，其特征在于：所述信号比较模块包括运算放大器OP、比较器Comp1、Comp2、电阻R104～R111，所述运算放大器OP的输入端与所述电压采样模块的输出端相连接，且所述运算放大器OP的负输入端连接所述电阻R104的一端，所述运算放大器OP的输出端与所述电阻R104的另一端、电阻R105的一端、比较器Comp1的正输入端、比较器Comp2的正输入端均相连接，所述比较器Comp1的负输入端与所述电阻R108、R109的一端均相连接，所述比较器Comp2的负输入端与所述电阻R106、R107的一端均相连接，所述电阻R107、电阻R109的另一端均连接于所述主电容C3端的电压BUS-，所述比较器Comp1、Comp2的输出端均分别与所述电阻R110、R111的一端相连接，所述电阻R105、R106、R108、R110、R111的另一端均接地。
7.根据权利要求6所述的一种APF/SVG继电器状态的检测系统，其特征在于：所述RELAY模块采用的控制继电器，所述比较器Comp1的输出端与所述信号驱动控制模块的输入端相连接，所述比较器Comp2的输出端与所述APF/SVG主控模块的输入端相连接，所述APF/SVG主控模块、信号驱动控制模块的输出端均与所述控制继电器触点的一端相连接，所述控制继电器触点的另一端与所述断路器的进线端子相连接。
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