CN115189329A - 断路器的控制系统和基于断路器的控制系统的控制方法 - Google Patents

断路器的控制系统和基于断路器的控制系统的控制方法 Download PDF

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CN115189329A CN202210789647.1A CN202210789647A CN115189329A CN 115189329 A CN115189329 A CN 115189329A CN 202210789647 A CN202210789647 A CN 202210789647A CN 115189329 A CN115189329 A CN 115189329A
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裴晓泽
牛利勇
赵瑞斌
汤海雁
李铮
孙栩
李春华
巴蕾
杨立华
姚中原
于佳滨
张管武
顾健威
孙捷
季笑
缪琪琪
陈石
潘赫男
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Huaneng Clean Energy Research Institute
Clean Energy Branch of Huaneng International Power Jiangsu Energy Development Co Ltd Clean Energy Branch
Huaneng International Power Jiangsu Energy Development Co Ltd
Shengdong Rudong Offshore Wind Power Co Ltd
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Huaneng Clean Energy Research Institute
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Abstract

本申请提出了一种断路器的控制系统和基于断路器的控制系统的控制方法，所述断路器的控制系统，包括：驱动板和主控板；其中，主控板包括处理器，驱动板分别与处理器和断路器连接；其中，主控板，用于通过处理器获取导通信号或关断信号，并将导通信号或关断信号发送给驱动板，以实现基于驱动板对断路器的控制，从而能够及时断开或接通断路器。

Description

断路器的控制系统和基于断路器的控制系统的控制方法
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种断路器的控制系统和基于断路器的控制系统的控制方法。
背景技术
相比于交流输电系统，直流输电系统由于具有优越的运行性能、较高的可靠性和更好的可控性，在新能源并网(如海上风电并网、光伏并网等)及交通电气化领域(如电动飞机、电动汽车等)引起了广泛关注。但是，由于直流输电系统阻抗低，如果发生故障，则电流上升率极快，此时需要在几毫秒内检测并切断故障电流以保护整个系统和系统上的设备。为了能够更大程度的来保证发生故障时系统及设备的安全，就会用到直流断路器。直流断路器的作用是能够迅速关断或接通负荷电路，以保证系统和设备运行安全。但是，现有技术使用的直流断路器的控制系统中，存在断路器断开或接通响应不及时的问题。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的第一个目的在于提出一种断路器的控制系统，通过设置驱动板和主控板，主控板包括处理器，将驱动板分别与处理器和断路器连接，通过处理器获取导通信号或关断信号，并将导通信号或关断信号发送给驱动板，以实现基于驱动板对断路器的控制，这样能够及时断开或接通断路器。
本申请的第二个目的在于提出一种基于断路器的控制系统的控制方法。
为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种断路器的控制系统，该电路包括：驱动板和主控板；其中，所述主控板包括处理器，所述驱动板分别与所述处理器和断路器连接；其中，所述主控板，用于通过所述处理器获取导通信号或关断信号，并将导通信号或关断信号发送给所述驱动板，以实现基于驱动板对所述断路器的控制。
本申请实施例的断路器的控制系统包括驱动板和主控板；其中，主控板包括处理器，驱动板分别与处理器和断路器连接；其中，主控板，用于通过处理器获取导通信号或关断信号，并将导通信号或关断信号发送给驱动板，以实现基于驱动板对断路器的控制。由此，该系统通过设置驱动板和主控板，主控板包括处理器，将驱动板分别与处理器和断路器连接，通过处理器获取导通信号或关断信号，并将导通信号或关断信号发送给驱动板，以实现基于驱动板对断路器的控制，这样能够及时断开或接通断路器。
另外，本申请第一方面实施例提出的断路器的控制系统还可以具有如下附加的技术特征：
根据本申请的一个实施例，上述的断路器的控制系统，还包括：电流传感器；其中，所述电流传感器分别与所述处理器和所述断路器连接，用于在所述断路器闭合时，检测流过所述断路器的电流值；所述处理器，用于在所述电流值大于或等于设定电流值时，向所述驱动板提供关断信号，以控制所述断路器断开。
根据本申请的一个实施例，所述主控板，还包括：闭合拨动开关，所述闭合拨动开关与所述处理器连接；所述处理器，用于在接收到所述闭合拨动开关产生的闭合触发信号时，向所述驱动板提供导通信号，以控制所述断路器闭合。
根据本申请的一个实施例，所述主控板，还包括：断开拨动开关，所述断开拨动开关与所述处理器连接；所述处理器，用于在接收到所述断开拨动开关产生的断开触发信号时，向所述驱动板提供关断信号，以控制所述断路器断开。
根据本申请的一个实施例，所述主控板，还包括：显示屏，所述显示屏与所述处理器连接，用于显示所述断路器的状态。
根据本申请的一个实施例，所述显示屏为有机发光二极管OLED显示屏。
根据本申请的一个实施例，所述主控板，还包括：第一辅助电路，所述第一辅助电路设置在所述电流传感器和所述处理器之间，用于将所述电流传感器检测的电流值转换至设定电压范围的电压值。
根据本申请的一个实施例，所述主控板，还包括：第二辅助电路，所述第二辅助电路设置在所述处理器和所述驱动板之间，用于将所述处理器输出的电压信号放大。
根据本申请的一个实施例，上述的断路器的控制系统，还包括：电源，所述电源与所述主控板连接，用于为所述主控板提供电能。
为达上述目的，本申请第二方面实施例提出了一种断路器的控制系统的控制方法，其包括：获取导通信号或关断信号；将导通信号或关断信号发送给所述驱动板，以实现基于驱动板对所述断路器的控制。
本申请实施例的断路器的控制系统的控制方法，通过根据流过断路器的电流值确定导通信号或关断信号，并发送至驱动板，以实现基于驱动板对所述断路器的控制，从而能够及时断开或接通断路器。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本申请实施例的断路器的控制系统的示意图；
图2是根据本申请一个实施例的断路器的控制系统的示意图；
图3是根据本申请实施例的断路器的控制系统测试断路器手动闭合、手动断开、自动断开时的示意图；
图4是根据本申请一个实施例的第一辅助电路的方框示意图；
图5是根据本申请一个实施例的第一辅助电路的电路示意图；
图6是根据本申请一个实施例的基于断路器的控制系统的控制方法的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面结合附图来描述本申请实施例的断路器的控制系统和基于断路器的控制系统的控制方法。
图1是根据本申请实施例的断路器的控制系统的示意图。
需要说明的是，本申请实施例的断路器的控制系统适用于海上风电传输和电动飞机上。
如图1所示，本申请实施例的断路器的控制系统100，包括：驱动板110和主控板120。
其中，主控板120包括处理器121，驱动板110分别与处理器121和断路器130连接；其中，主控板120，用于通过处理器121获取导通信号或关断信号，并将导通信号或关断信号发送给驱动板110，以实现基于驱动板110对断路器130的控制。
需要说明的是，本申请实施例的断路器可以为串并联IGBT的断路器，例如，可以包括至少两个串联的开关单元，且每个开关单元中包括两个并联的IGBT。对应的驱动板110为IGBT驱动板。
具体地，主控板120包括处理器121，处理器121将获取的导通信号或关断信号。例如，导通信号可以是通过触发闭合拨动开关所生成的；关断信号可以是通过触发断开拨动开关，或流过断路器的电流值大于或等于设定电流值时所生成的。然后，处理器121将导通信号或关断信号发送至驱动板110。其中，驱动板110根据导通信号控制断路器130中IGBT导通时，即可控制断路器130闭合；驱动板110根据关断信号控制断路器130中的IGBT关断时，即可控制断路器130断开，从而实现了基于驱动板110及时对断路器130的控制。
由此，本申请实施例的断路器的控制系统包括：驱动板和主控板；其中，主控板包括处理器，驱动板分别与处理器和断路器连接；其中，主控板，用于通过处理器获取导通信号或关断信号，并将导通信号或关断信号发送给驱动板，以实现基于驱动板对断路器的控制。由此，该系统通过设置驱动板和主控板，主控板包括处理器，将驱动板分别与处理器和断路器连接，通过处理器获取导通信号或关断信号，并将导通信号或关断信号发送给驱动板，以实现基于驱动板对断路器的控制，这样能够及时断开或接通断路器。
下面参照图2来说明本申请的断路器的控制系统。
图2是根据本申请一个实施例的断路器的控制系统的示意图。
如图2所示，上述的断路器的控制系统100，还包括：电流传感器140；其中，电流传感器140分别与处理器121和断路器130连接，用于在断路器130闭合时，检测流过断路器130的电流值；处理器121，用于在电流值大于或等于设定电流值时，向驱动板110提供关断信号，以控制断路器130断开。其中，设定电流值是根据实际情况进行设置的。
如图2所示，主控板120，还包括：显示屏124和指示灯(图中未示出)，显示屏124和指示灯分别与处理器121连接，显示屏124用于显示断路器130的状态，指示灯用于指示断路器130的状态。其中，显示屏124为有机发光二极管OLED显示屏。
在本申请中，自动控制断路器130断开的一种可实现方式如图3所示，包括以下内容：处理器121执行主程序，先进行初始化，之后实时获取电流传感器140检测到的流过断路器130的电流值。然后，处理器121将得到的电流值进行分组，如每组可以包含10个电流值，并计算每组电流值的平均值ad1，将每组电流值的平均值ad1与设定电流值进行比较，一旦检测到电流值的平均值ad1大于设定电流值，则给驱动板110发送关断信号，驱动板110驱动断路器130中的IGBT全部关断，此时，显示屏124显示流过断路器130的电流值、断路器130的状态为“OPEN”或“已自动断开”，指示灯熄灭。
自动控制断路器130断开的另一种可实现方式包括以下内容：预先设定电流故障上升率阈值，电流传感器140实时检测流过断路器130的电流值，并发送至处理器121。处理器121根据流过断路器的电流值得到实时电流故障上升率，将得到的实时电流故障上升率与电流故障上升率阈值进行比较，若实时电流故障上升率大于电流故障上升率阈值，则处理器121给驱动板110发送关断信号，驱动板110控制断路器130断开，此时，显示屏124显示流过断路器130的电流值、断路器130的状态为“OPEN”或“已自动断开”，指示灯熄灭。
继续参照图2，主控板120，还包括：闭合拨动开关122，闭合拨动开关122与处理器121连接；处理器121，用于在接收到闭合拨动开关122产生的闭合触发信号时，向驱动板110提供导通信号，以控制断路器130闭合。
结合图3的中断程序1(关闭)，处理器121在接收到闭合拨动开关122产生的闭合触发信号后，控制驱动板110导通断路器130中的IGBT，此时，显示屏124显示断路器130的状态为“On”或“已闭合”，指示灯点亮。
继续参照图2，主控板120，还包括：断开拨动开关123，断开拨动开关123与处理器121连接；处理器121，用于在接收到断开拨动开关123产生的断开触发信号时，向驱动板110提供关断信号，以控制断路器130断开。
结合图3的中断程序1(打开)，处理器121在接收到断开拨动开关123产生的断开触发信号时，控制驱动板110关断断路器130中的IGBT，此时，显示屏124显示断路器的状态为“Off”或“已断开”，指示灯熄灭。
继续参照图2，主控板120，还包括：第一辅助电路125，第一辅助电路125设置在电流传感器140和处理器121之间，用于将电流传感器140检测的电流值转换至设定电压范围的电压值。其中，设定电压范围可根据单片机的工作参数确定，例如，可以为-0.3V～3.6V之间。
在本申请的一个实施例中，如图4所示，第一辅助电路125可包括：分压电路1251、电压跟随电路1252、差分放大电路1253。其中，分压电路1251的第一端与电流传感器的电压输出端LEM2+连接，用于对电流传感器的电压输出端LEM2+输出的第一电压进行分压，以得到第二电压。电压跟随电路1252的第一端与分压电路1251的第二端连接，用于跟随第二电压。差分放大电路1253的第一端与电压跟随电路1252的第二端连接，差分放大电路1253的第二端与单片机的电压输入端ADC2连接，用于对第二电压进行差分放大，以使输入单片机的电压端的电压处于设定电压范围。其中，单片机的电压端就是处理器的电压端。
如图5所示，分压电路1251，包括：第一电阻R1和第二电阻R2。其中，第一电阻R1的第一端作为分压电路1251的第一端，第二电阻R2的第一端与第一电阻R1的第二端连接后作为分压电路1251的第二端，第二电阻R2的第二端接地GND。
如图5所示，分压电路1251，还包括：第一电容C1。其中，第一电容C1的第一端分别与第一电阻R1的第二端和第二电阻R2的第一端连接，第一电容C1的第二端接地GND，第一电容C1用于滤波。
如图5所示，电压跟随电路1252，包括：第一运算放大器U10A。其中，第一运算放大器U10A的同相输入端+作为电压跟随电路1252的第一端，第一运算放大器U10A的输出端作为电压跟随电路1252的第二端，第一运算放大器U10A的反相输入端-与第一运算放大器U10A的输出端连接，第一运算放大器U10A的正电源端与第一设定电压源A1连接，第一运算放大器U10A的负电源端与第二设定电压源A2连接。
其中，第一设定电压源A1和第二设定电压源A2用于给第一运算放大器U10A供电。
具体可根据运算放大器的运放工作原理，电压跟随电路1252的输出电压与电压跟随电路1252的输入电压相等，通过电压跟随电路1252可以避免分压电路1251和差分放大电路1253两部分之间阻抗的相互影响。
如图5所示，差分放大电路1253，包括：第三电阻R3至第六电阻R6和第二运算放大器U10B。其中，第三电阻R3的第一端作为差分放大电路1253的第一端；第四电阻R4的第一端分别与第三电阻R3的第二端和第二运算放大器U10B的反相输入端-连接，第四电阻R4的第二端与第二运算放大器U10B的输出端连接，作为差分放大电路1253的第二端；第五电阻R5的第一端与第三设定电压源A3连接；第六电阻R6的第一端分别与第五电阻R5的第二端和第二运算放大器U10B的同相输入端+连接，第六电阻R6的第二端接地GND。第二运算放大器U10B的正电源端与第一设定电压源A1连接，第二运算放大器U10B的负电源端与第二设定电压源A2连接。也就是说，第一设定电压源A1与第二设定电压源A2也给第二运算放大器U10B供电。
具体可根据运算放大器的工作原理，使得单片机的电压输入端ADC2的电压处于设定电压范围，即安全范围内。同时，由于输入差分放大电路1253的电压可能存在负值，如果仅有分压电路1251和电压跟随电路1252这两部分，会使得负值电压无法进行调节，因此加入差分放大电路1253，可以使得输入差分放大电路1253的电压无论是正值还是负值，都能够调整至单片机需求的设定电压范围，即安全范围内。
如图5所示，差分放大电路1253，还包括：第二电容C2。其中，第二电容C2的第一端分别与第二运算放大器U10B的同相输入端+、第五电阻R5的第二端、第六电阻R6的第一端连接，第二电容C2的第二端接地GND，第二电容C2用于滤波。
如图5所示，上述的第一辅助电路125，还包括：第七电阻R7。其中，第七电阻R7设置在差分放大电路1253的第二端和单片机的电压输入端ADC2之间，第七电阻R7用于限制输入至单片机的电压输入端ADC2的电流，防止电流冲击单片机。
如图5所示，上述的第一辅助电路125，还包括：第一稳压器D1。其中，第一稳压器的第一端与电流传感器的电压输出端LEM2+连接，第一稳压器D1的第二端接地GND。
如图5所示，上述的第一辅助电路125，还包括：第二稳压器D2。其中，第二稳压器的第一端与单片机的电压输入端ADC2连接，第二稳压器D2的第二端接地GND。
需要说明的是，第一设定电压源A1的电压值可以为12V，第二设定电压源A2的电压值可以为-12V，第三设定电压源A3的电压值可以为3.3V，第一电阻R1的电阻值可以为180KΩ，第二电阻R2的电阻值可以为33KΩ，第三电阻R3的电阻值可以为1KΩ，第四电阻R4的电阻值可以为1KΩ，第五电阻R5的电阻值可以为30KΩ，第六电阻R6的电阻值可以为10KΩ，第七电阻R7的电阻值可以为1KΩ，第一电容C1和第二电容C2可以选用0.1uf/50V的型号。
具体地，对输入电压VLEM2+通过分压电路1251、电压跟随电路1252和差分放大电路1253得到的输出电压VADC2是：
VADC2＝(1+R4/R3)×(R6/(R5+R6))×A3-(R4/R3)×(R2/(R1+R2))×VLEM2+
＝(3.3/2)-(33/(180+33))VLEM2+
在实际应用中，当电流传感器检测到±1200A的电流(对应于±9.6V的VLEM2+)，仍然可以保证单片机的电压输入端ADC2的电压在单片机引脚的设定电压范围内。
继续参考图2，主控板120，还包括：第二辅助电路126，第二辅助电路126设置在处理器121和驱动板110之间，用于将处理器输出的电压信号放大。
在实际应用中，第二辅助电路126可以使用门极驱动电路或运算放大电路，该运算放大电路可以如图5所示的差分放大电路，也可以在该差分放大电路的基础上进行修改，具体这里不进行限制。
如图2所示，上述的断路器的控制系统100，还包括：电源150，电源150与主控板120连接，用于为主控板提供电能。
综上所述，本申请实施例的断路器的控制系统包括驱动板和主控板；其中，主控板包括处理器，驱动板分别与处理器和断路器连接；其中，主控板，用于通过处理器获取导通信号或关断信号，并将导通信号或关断信号发送给驱动板，以实现基于驱动板对断路器的控制。由此，本申请的断路器的控制系统既可以使用手动控制断路器的开通或关断，又能实现过流快速自动关断，保护整个电路或输电系统，并能够实时显示断路器的状态。
为了实现上述实施例，本申请实施例还提出一种断路器的控制系统的控制方法。
图6是根据本申请实施例提出的基于断路器的控制系统的控制方法的流程图。
如图6所示，本申请实施例提出的基于断路器的控制系统的控制方法，包括：
S601，获取导通信号或关断信号。
其中，导通信号可以是通过触发闭合拨动开关生成的；关断信号可以是通过触发断开拨动开关，或流过断路器的电流大于等于设定电流时生成的。
S602，将导通信号或关断信号发送给驱动板，以实现基于驱动板对断路器的控制。
处理器将导通信号或关断信号发送至驱动板。其中，当驱动板根据导通信号导通IGBT时，控制断路器闭合；当驱动板根据关断信号关断IGBT时，控制断路器断开，从而实现了基于驱动板对断路器的控制。
需要说明的是，本发明实施例的基于断路器的控制系统的控制方法中未披露的细节，请参考本发明实施例的断路器的控制系统中所披露的细节，具体这里不再赘述。
本申请实施例的断路器的控制系统的控制方法，通过根据流过断路器的电流值确定导通信号或关断信号，并发送至驱动板，以实现基于驱动板对所述断路器的控制，从而能够及时关断或接通断路器。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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申请的限制。
另外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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申请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必针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种断路器的控制系统，其特征在于，包括：驱动板和主控板；其中，所述主控板包括处理器，所述驱动板分别与所述处理器和断路器连接；
其中，所述主控板，用于通过所述处理器获取导通信号或关断信号，并将导通信号或关断信号发送给所述驱动板，以实现基于驱动板对所述断路器的控制。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，还包括：电流传感器；
其中，所述电流传感器分别与所述处理器和所述断路器连接，用于在所述断路器闭合时，检测流过所述断路器的电流值；
所述处理器，用于在所述电流值大于或等于设定电流值时，向所述驱动板提供关断信号，以控制所述断路器断开。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述主控板，还包括：
闭合拨动开关，所述闭合拨动开关与所述处理器连接；
所述处理器，用于在接收到所述闭合拨动开关产生的闭合触发信号时，向所述驱动板提供导通信号，以控制所述断路器闭合。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述主控板，还包括：
断开拨动开关，所述断开拨动开关与所述处理器连接；
所述处理器，用于在接收到所述断开拨动开关产生的断开触发信号时，向所述驱动板提供关断信号，以控制所述断路器断开。
5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述主控板，还包括：
显示屏，所述显示屏与所述处理器连接，用于显示所述断路器的状态。
6.根据权利要求5所述的控制系统，其特征在于，所述显示屏为有机发光二极管OLED显示屏。
7.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述主控板，还包括：
第一辅助电路，所述第一辅助电路设置在所述电流传感器和所述处理器之间，用于将所述电流传感器检测的电流值转换至设定电压范围的电压值。
8.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述主控板，还包括：
第二辅助电路，所述第二辅助电路设置在所述处理器和所述驱动板之间，用于将所述处理器输出的电压信号放大。
9.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，还包括：
电源，所述电源与所述主控板连接，用于为所述主控板提供电能。
10.一种基于权利要求1-9中任一项所述断路器的控制系统的控制方法，其特征在于，包括：
获取导通信号或关断信号；
将导通信号或关断信号发送给所述驱动板，以实现基于驱动板对所述断路器的控制。
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