專(zhuān)利名稱(chēng)：用于控制電開(kāi)關(guān)裝置的打開(kāi)與閉合的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制配電與/或輸電網(wǎng)中的電開(kāi)關(guān)裝置例如斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)等的打開(kāi)和閉合的控制裝置和方法。
更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種能夠?qū)崟r(shí)地調(diào)節(jié)輸入給啟動(dòng)器的控制參數(shù)，從而使由啟動(dòng)器啟動(dòng)的開(kāi)關(guān)裝置的運(yùn)動(dòng)部件能夠按照所需的運(yùn)動(dòng)法則而運(yùn)動(dòng)的控制裝置。
如同眾所周知的，開(kāi)關(guān)裝置的操作是和例如由控制板或由保護(hù)邏輯發(fā)出的控制信號(hào)有關(guān)地執(zhí)行的，具體地說(shuō)，這信號(hào)被發(fā)送給啟動(dòng)器，所述啟動(dòng)器使和其相連的開(kāi)關(guān)裝置執(zhí)行相應(yīng)的打開(kāi)或閉合的操作。
在用于這一目的的現(xiàn)有技術(shù)的一般為機(jī)械型的啟動(dòng)器中，按照不可調(diào)的運(yùn)動(dòng)法則的操作不能控制啟動(dòng)器施加到開(kāi)關(guān)裝置上的力。因此，啟動(dòng)器的行為被定義為“二進(jìn)制”的，即施加的力或者是0，或者是最大。這通常使啟動(dòng)器和為其供能的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的尺寸過(guò)大，以便在開(kāi)關(guān)裝置的操作壽命期間對(duì)付各種可能的使用條件用這種方式，在大多數(shù)情況下，開(kāi)關(guān)裝置被提供給比其實(shí)際操作所需的能量較多的能量，這對(duì)系統(tǒng)的能量效率具有不利影響，并且由于在操作結(jié)束時(shí)的撞擊而加于開(kāi)關(guān)裝置上的高的機(jī)械應(yīng)力使得耗散的能量增加，并降低了系統(tǒng)的整個(gè)可靠性。此外，利用這些啟動(dòng)器，一旦被啟動(dòng)，便不能停止已經(jīng)開(kāi)始的操作，這妨礙改善電網(wǎng)中的電路斷路器的協(xié)同操作例如，對(duì)于已經(jīng)啟動(dòng)其操作的電路斷路器，如果檢測(cè)到用于排除故障的下游電路斷路器已跳閘，所述已經(jīng)啟動(dòng)其操作的電路斷路器不能撤銷(xiāo)其已經(jīng)開(kāi)始的操作，這將阻止其斷開(kāi)或切斷電力系統(tǒng)的無(wú)故障部分的電源，并無(wú)故遮斷和其相連的負(fù)載。值得注意的一個(gè)方面在于，使用這種具有不可調(diào)的運(yùn)動(dòng)法則的啟動(dòng)器，所獲得的斷開(kāi)或閉合操作(同時(shí)對(duì)所有三相)一般對(duì)電參數(shù)中的相位而言是異步的，即它們和電網(wǎng)沒(méi)有任何時(shí)間關(guān)系。這在大多數(shù)情況下由于在閉合期間的預(yù)放電現(xiàn)象和在斷開(kāi)期間的反復(fù)放電現(xiàn)象而使得在電網(wǎng)中產(chǎn)生瞬變。具體地說(shuō)，根據(jù)電網(wǎng)中的負(fù)載的類(lèi)型，在非最佳時(shí)刻進(jìn)行的操作可以引起具有比電網(wǎng)中的電參數(shù)的額定值高的幅值的高頻振蕩現(xiàn)象，例如，電流值甚至可以增加比額定電流值高幾個(gè)數(shù)量級(jí)的幅值。這些瞬變顯然使電網(wǎng)受到巨大的應(yīng)力，并可能減少和電網(wǎng)相連的設(shè)備的預(yù)期壽命。此外，在任何情況下，都將導(dǎo)致開(kāi)關(guān)裝置本身的觸點(diǎn)的較大的磨損，因而減少其使用壽命。
在現(xiàn)有技術(shù)中，為了使開(kāi)關(guān)裝置和使用該開(kāi)關(guān)裝置的電網(wǎng)同步操作，以便限制上述的問(wèn)題，已經(jīng)提出了一些解決辦法。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)，斷開(kāi)與/或閉合操作在下述條件下可以認(rèn)為是同步的相對(duì)于負(fù)載的類(lèi)型和其與電網(wǎng)連接的方式，相對(duì)于負(fù)載類(lèi)型和其在電網(wǎng)中的連接方式設(shè)置一個(gè)理想的跳閘時(shí)刻，例如對(duì)于電容負(fù)載為零電壓，對(duì)于抗性負(fù)載為峰值電壓出現(xiàn)的時(shí)刻，操作結(jié)束的時(shí)刻落在理想時(shí)刻附近的同步時(shí)間窗之內(nèi)。此時(shí)，獲得的瞬變是相當(dāng)?shù)偷摹?br> 所提出的解決辦法之一在美國(guó)專(zhuān)利5119260中說(shuō)明了，該專(zhuān)利針對(duì)的問(wèn)題只是關(guān)于在電流自然過(guò)零的預(yù)定時(shí)刻同步斷開(kāi)電感負(fù)載，用這種方式避開(kāi)過(guò)電壓。在所述專(zhuān)利中，提供了用于操作的時(shí)刻，該時(shí)刻是在一個(gè)或幾個(gè)先前的操作中測(cè)量的，以便把斷開(kāi)操作保持在同步時(shí)間窗內(nèi)。為了考慮操作時(shí)間不是常數(shù)而是按照環(huán)境溫度和斷開(kāi)線(xiàn)圈的溫度而變化這個(gè)事實(shí)，使用合適的傳感器把這些溫度提供給控制器。具體地說(shuō)，控制器配備有一個(gè)能夠計(jì)算操作時(shí)間對(duì)于溫度測(cè)量值的變化特性的系統(tǒng)。此外，為了考慮操作時(shí)間對(duì)于兩次相繼操作之間經(jīng)過(guò)的時(shí)間間隔而可能發(fā)生的變化，控制器還接收這一時(shí)間間隔的測(cè)量值，并使用這一測(cè)量值利用一個(gè)特定的預(yù)定函數(shù)校正預(yù)計(jì)的操作時(shí)間。然后，根據(jù)在先前的操作期間觀(guān)察的行為和認(rèn)為有影響的參數(shù)，例如溫度和在兩次相繼操作之間經(jīng)過(guò)的時(shí)間，計(jì)算預(yù)計(jì)為0的控制時(shí)間。
因此，這一解決辦法假定精確地知道所述裝置對(duì)于上述變量的電氣與機(jī)械行為。這些行為是由在被認(rèn)為能夠代表類(lèi)似的開(kāi)關(guān)產(chǎn)品的試樣裝置的試驗(yàn)相中進(jìn)行的特性測(cè)量得到的。
這種解決辦法的主要限制在于所能夠得到的特定電路斷路器的行為的精度。具體地說(shuō)，考慮在操作壽命期間所可能經(jīng)受的應(yīng)力的不同，因而，考慮影響操作時(shí)間的機(jī)械與電氣磨損，得到的這些行為的精度受到限制。
此外，使用實(shí)時(shí)地計(jì)算實(shí)際操作時(shí)間的處理器，關(guān)于預(yù)定操作時(shí)間，只有在操作本身結(jié)束時(shí)才可以計(jì)算出現(xiàn)的誤差，因而在其執(zhí)行期間，不能進(jìn)行任何形式的校正。因?yàn)橐惶峁┑男Ｕ窍鄬?duì)于先前的操作計(jì)算的，不能保證在下一次操作時(shí)也滿(mǎn)足同步條件。
最后，要強(qiáng)調(diào)的事實(shí)是，所述裝置的發(fā)明人沒(méi)有考慮在故障情況下的斷開(kāi)操作，因而沒(méi)有考慮在短路電流的瞬變期間的斷開(kāi)操作。在美國(guó)專(zhuān)利5361184中提出了另一種解決辦法，其針對(duì)的問(wèn)題和斷路器或隔離設(shè)備在斷開(kāi)和閉合狀態(tài)下的控制有關(guān)，其中對(duì)于閉合取0電壓時(shí)刻為最佳時(shí)刻，而對(duì)于斷開(kāi)則取0電流的時(shí)刻為最佳時(shí)刻。具體地說(shuō)，在所述的裝置中，在每個(gè)操作期間記錄所用的實(shí)際操作時(shí)間。此外，該裝置配備有用于檢測(cè)瞬變的裝置，以便估計(jì)操作是否同步。如果不同步，該裝置產(chǎn)生一個(gè)用于校正預(yù)定操作時(shí)間的信號(hào)用于下一次操作并獲得同步操作。此外，一種合適的環(huán)境補(bǔ)償系統(tǒng)使得可以進(jìn)行進(jìn)一步校正，其中考慮了溫度和大氣壓力對(duì)預(yù)定操作時(shí)間的影響。
因此上述解決辦法的主要限制在于，所述裝置依賴(lài)于電路斷路器與/或隔離開(kāi)關(guān)對(duì)于環(huán)境因素所產(chǎn)生的行為的已知情況。此外，跟隨先前操作的結(jié)果而進(jìn)行的操作時(shí)間的自適應(yīng)校正可能導(dǎo)致振蕩，并且不能確保達(dá)到同步。最后，在閉合時(shí)取0電壓，在斷開(kāi)時(shí)取0電流作為進(jìn)行操作的最佳時(shí)間，這限制了所述裝置的應(yīng)用，例如，這完全不適用于接通電感負(fù)載。
利用這種解決辦法，由所選擇的和電網(wǎng)信號(hào)的同步方式可能引起進(jìn)一步的誤差，所述信號(hào)或者使用電壓基準(zhǔn)，并從被認(rèn)為是常數(shù)的相角測(cè)量確定電流基準(zhǔn)，或者由一次測(cè)量確定通過(guò)零電壓的時(shí)刻，其中假定電網(wǎng)是對(duì)稱(chēng)的因而操作延遲120度電角度。這種檢測(cè)基準(zhǔn)時(shí)刻(0)的方法由于在存在瞬變分量的情況下，更一般地說(shuō)，由于具有諧波或非對(duì)稱(chēng)分量的電網(wǎng)參數(shù)，畸變的電壓而使系統(tǒng)成為無(wú)效的，因此不適用于同步斷開(kāi)故障。
因此得出結(jié)論，雖然上述的解決辦法在特定情況下能夠部分地解決問(wèn)題，但是，不能保證在實(shí)際時(shí)間上達(dá)到同步，即使采用自適應(yīng)控制，也不能對(duì)處于進(jìn)展中的操作起作用，而只是引入對(duì)下一次操作具有一定效果的計(jì)算的校正，這不能被完全地控制。因此，它們基本上是開(kāi)環(huán)的控制系統(tǒng)，其中使用反饋使控制環(huán)形成閉環(huán)，其時(shí)間響應(yīng)比單個(gè)的操作長(zhǎng)得多，使得其完全是無(wú)效的。
本發(fā)明的主要任務(wù)是提供一種用于斷開(kāi)/閉合電開(kāi)關(guān)裝置的控制裝置，其能夠?qū)崟r(shí)地調(diào)節(jié)輸入給啟動(dòng)器的參數(shù)，以便控制其在每一個(gè)操作時(shí)刻施加的力，這使得由啟動(dòng)器啟動(dòng)的開(kāi)關(guān)裝置的運(yùn)動(dòng)部件遵守所需的運(yùn)動(dòng)法則。作為這個(gè)任務(wù)的一部分，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種用于斷開(kāi)與/或閉合開(kāi)關(guān)裝置的控制裝置，其能夠使啟動(dòng)器作用在三相系統(tǒng)的一個(gè)極上，從而對(duì)于電力系統(tǒng)整體而言，能夠以最佳的方式進(jìn)行操作，在故障的情況下，啟動(dòng)一個(gè)啟動(dòng)器，從而只操作有故障的一相，而不繼續(xù)操作無(wú)故障的相，從而確保供電的連續(xù)性和可靠性。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種用于斷開(kāi)與/或閉合開(kāi)關(guān)裝置的控制裝置，其能夠保證要被進(jìn)行的操作的重復(fù)性，并保證對(duì)于選擇的不同類(lèi)型的遮斷技術(shù)其進(jìn)行的操作是最佳的。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種用于斷開(kāi)與/或閉合開(kāi)關(guān)裝置的控制裝置，其能夠減少在操作中使用的能量，因而能夠優(yōu)化啟動(dòng)器的尺寸和能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的尺寸，由此而帶來(lái)經(jīng)濟(jì)利益。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種用于斷開(kāi)與/或閉合開(kāi)關(guān)裝置的控制裝置，其能夠在最初狀態(tài)和最終狀態(tài)控制啟動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)，使得例如能夠遮斷開(kāi)關(guān)裝置，減少在撞擊時(shí)耗散的能量，或者協(xié)調(diào)一個(gè)電路斷路器和其它下游斷路器的操作，撤銷(xiāo)不再需要的已經(jīng)啟動(dòng)的操作，確保供電的連續(xù)性。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種用于斷開(kāi)與/或閉合開(kāi)關(guān)裝置的控制裝置，其可以控制所述開(kāi)關(guān)裝置的運(yùn)動(dòng)部件的操作時(shí)間，并根據(jù)電網(wǎng)的電參數(shù)的狀態(tài)，對(duì)各個(gè)相進(jìn)行同步操作，而不管從控制屏或保護(hù)邏輯發(fā)出的指令時(shí)刻。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種用于斷開(kāi)與/或閉合開(kāi)關(guān)裝置的控制裝置，其簡(jiǎn)單的改型能夠在不同類(lèi)型的電網(wǎng)和負(fù)載條件下使操作和電網(wǎng)的波形同步，該裝置在使用上具有大的靈活性，尤其是在切斷故障期間能夠?qū)崿F(xiàn)同步，從而大大降低電氣磨損。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種用于斷開(kāi)與/或閉合開(kāi)關(guān)裝置的控制裝置，通過(guò)實(shí)時(shí)地控制啟動(dòng)器-開(kāi)關(guān)裝置的運(yùn)動(dòng)法則，可以消除電網(wǎng)中的電壓和電流瞬變，或者至少最大程度地限制這些瞬變，因而減少電氣元件的絕緣系統(tǒng)上的異常應(yīng)力以及電動(dòng)應(yīng)力和熱應(yīng)力。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種用于斷開(kāi)與/或閉合開(kāi)關(guān)裝置的控制裝置，其使得能夠獲得和電網(wǎng)的波形相同步的操作，使得增加電網(wǎng)的可靠性，同時(shí)增加電網(wǎng)中的開(kāi)關(guān)裝置的電氣和機(jī)械壽命。
本發(fā)明的另一個(gè)但不是最后一個(gè)目的在于提供一種用于斷開(kāi)與/或閉合開(kāi)關(guān)裝置的控制裝置，其具有高的可靠性，并且制造簡(jiǎn)單，成本低廉。
這一任務(wù)，連同上述的和其它以后將會(huì)更加清楚的目的是由一種用于斷開(kāi)/閉合配電與/或輸電網(wǎng)中的電開(kāi)關(guān)裝置，例如電路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)等的控制裝置實(shí)現(xiàn)的，其特征在于，所述控制裝置包括具有可調(diào)運(yùn)動(dòng)法則的啟動(dòng)器；處理和控制單元，其接收操作指令，并向啟動(dòng)器發(fā)送控制信號(hào)，所述控制信號(hào)是相對(duì)于下列因素被處理的-預(yù)定的正常行為；-關(guān)于所述開(kāi)關(guān)裝置的運(yùn)動(dòng)部件的位置、速度和加速度的直接的或間接的信息；-相對(duì)于正常行為，關(guān)于整個(gè)啟動(dòng)器-運(yùn)動(dòng)鏈-開(kāi)關(guān)裝置控制的系統(tǒng)的變化的信息；以便實(shí)現(xiàn)所述運(yùn)動(dòng)部件的所需的運(yùn)動(dòng)法則。
上述任務(wù)，連同上述的和其它的目的還由一種用于斷開(kāi)/閉合配電與/或輸電網(wǎng)中的電開(kāi)關(guān)裝置，例如電路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)等的控制方法實(shí)現(xiàn)的，其特征在于，所述控制方法包括以下步驟a)向一個(gè)具有可調(diào)運(yùn)動(dòng)法則的啟動(dòng)器發(fā)出控制信號(hào)；b)直接地或間接地獲取關(guān)于由可調(diào)的啟動(dòng)器操作的所述開(kāi)關(guān)的運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)或速度或加速度的信息，并處理控制信號(hào)；c)以這樣的方式根據(jù)所述控制信號(hào)調(diào)制施加于啟動(dòng)器的能量流，使得調(diào)整啟動(dòng)器施加于運(yùn)動(dòng)鏈-開(kāi)關(guān)裝置系統(tǒng)上的力，并獲得所述運(yùn)動(dòng)部件的所需的運(yùn)動(dòng)法則。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)由下面結(jié)合附圖進(jìn)行的優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明將看得更加清楚，這些實(shí)施例只作為例子，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制，其中


圖1是本發(fā)明的控制裝置的總體方塊圖；圖2是本發(fā)明的控制裝置的一個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)方塊圖；圖3是用于本發(fā)明的裝置中的控制裝置和變換裝置的詳細(xì)方塊圖；圖4是本發(fā)明的裝置的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)方塊圖；圖5是在正常操作條件下電壓相位對(duì)時(shí)間的曲線(xiàn)；圖6是在存在瞬變的情況下電流的相位對(duì)時(shí)間的曲線(xiàn)；參見(jiàn)圖1和圖2，按照本發(fā)明的裝置包括由標(biāo)號(hào)100表示的處理和控制單元，其在輸入端接收由控制板或保護(hù)邏輯輸入的操作指令1，并在輸出端向啟動(dòng)器2發(fā)出控制信號(hào)3。在本發(fā)明的裝置的一個(gè)實(shí)施例中，所使用的啟動(dòng)器有利地按照可調(diào)的運(yùn)動(dòng)法則進(jìn)行操作，用這種方式，由啟動(dòng)器通過(guò)和其相連的運(yùn)動(dòng)鏈5施加到開(kāi)關(guān)裝置4上的力是可以調(diào)節(jié)的，并且通過(guò)使用下面將要詳細(xì)說(shuō)明的方法，能夠相對(duì)于不同的應(yīng)用要求，提供一種被精確控制的啟動(dòng)器-運(yùn)動(dòng)鏈-開(kāi)關(guān)裝置系統(tǒng)200。
具體地說(shuō)，涉及的啟動(dòng)器是電磁啟動(dòng)器，是申請(qǐng)?zhí)枮镋P97203501.8-2302的歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)的主題，應(yīng)當(dāng)理解其說(shuō)明，并被包括在本專(zhuān)利申請(qǐng)中作為參考。參考所述的啟動(dòng)器僅僅是為了說(shuō)明而已，在本發(fā)明的裝置中可以使用任何具有可調(diào)運(yùn)動(dòng)法則的啟動(dòng)器，例如氣動(dòng)啟動(dòng)器。
如所述圖中所示，控制裝置包括反饋裝置6，用于根據(jù)直接或間接的測(cè)量，計(jì)算和啟動(dòng)器相連的開(kāi)關(guān)裝置的運(yùn)動(dòng)部分的位置。具體地說(shuō)，這些裝置6可以包括位置檢測(cè)器，用于檢測(cè)被控系統(tǒng)200的任一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，并發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)7，該信號(hào)向處理和控制單元100的控制裝置10實(shí)時(shí)地指示開(kāi)關(guān)裝置的動(dòng)觸點(diǎn)的位置；此外，可以使用速度或加速度檢測(cè)器，用于檢測(cè)系統(tǒng)200的任一點(diǎn)的速度或加速度，并向裝置10發(fā)出關(guān)于運(yùn)動(dòng)部件的速度或加速度的相應(yīng)信息7。這種檢測(cè)器，不管其是位置檢測(cè)器，或者是速度或加速度檢測(cè)器，都可以被設(shè)置在運(yùn)動(dòng)鏈5或開(kāi)關(guān)裝置4的任何一點(diǎn)，以便適用于特定用途與/或需要。
在另一個(gè)實(shí)施例中，關(guān)于運(yùn)動(dòng)部件的位置的信息可以使用受控系統(tǒng)200的數(shù)學(xué)模型而不使用檢測(cè)器(無(wú)檢測(cè)器系統(tǒng))被提供給控制裝置10，這種模型構(gòu)成單元100的一部分，在其輸入端接收作為啟動(dòng)器的控制參數(shù)的函數(shù)的信號(hào)，在這種情況下，控制參數(shù)是施加于線(xiàn)圈的電源電壓和電流，并向控制裝置10實(shí)時(shí)地提供指示開(kāi)關(guān)裝置的動(dòng)觸點(diǎn)的計(jì)算位置的信號(hào)。如果使用的啟動(dòng)器是氣動(dòng)型的，控制參數(shù)可以是所用的可壓縮流體的壓力和體積。
控制裝置10在其輸入端接收操作指令1和實(shí)時(shí)地表示開(kāi)關(guān)裝置的動(dòng)觸點(diǎn)的位置或速度或加速度的直接信號(hào)或間接信號(hào)7，并在輸出端向轉(zhuǎn)換裝置20發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)19。
具體地說(shuō)，在圖3說(shuō)明的本發(fā)明的這種裝置中，控制裝置10包括計(jì)算裝置11，其在輸入端接收信號(hào)7，并借助于合適的積分/微分運(yùn)算，并在其輸出端對(duì)開(kāi)環(huán)的控制裝置12和閉環(huán)的控制裝置13發(fā)出表示在那一時(shí)刻的動(dòng)觸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)法則的信號(hào)14。因而信號(hào)14構(gòu)成開(kāi)關(guān)裝置的可動(dòng)部件從運(yùn)動(dòng)的初始時(shí)刻到測(cè)量時(shí)刻的的運(yùn)動(dòng)方式的信息。開(kāi)環(huán)控制裝置11比較表示動(dòng)觸點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)法則的信號(hào)14和預(yù)定的運(yùn)動(dòng)法則，并在輸出端向閉環(huán)控制裝置13和比較器裝置15發(fā)出相應(yīng)的參考信號(hào)16。具體地說(shuō)，這預(yù)定的運(yùn)動(dòng)法則相應(yīng)于整個(gè)啟動(dòng)器-運(yùn)動(dòng)鏈-開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的預(yù)定的正常特性。
閉環(huán)控制裝置13比較表示實(shí)際的運(yùn)動(dòng)法則的信號(hào)14和參考信號(hào)16，并在輸出端向比較裝置15發(fā)出相應(yīng)的校正信號(hào)18。比較裝置15在其輸出端向轉(zhuǎn)換裝置20發(fā)出和在其輸入端接收的校正信號(hào)18以及參考信號(hào)16相關(guān)的控制信號(hào)19。
在所述的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換裝置20包括用于啟動(dòng)器的電源裝置21，其可以是電池或者電容器；此外，在啟動(dòng)器不是電磁式的但仍是可控的情況下，例如氣動(dòng)啟動(dòng)器，可以使用可壓縮的流體增壓室提供這一儲(chǔ)能裝置。
此外，轉(zhuǎn)換裝置20還包括調(diào)制裝置22，用于調(diào)制由電源裝置21提供給啟動(dòng)器的能量流；這些調(diào)制裝置通過(guò)按照控制信號(hào)19調(diào)制啟動(dòng)器本身的電源電流與/或電源電壓調(diào)整由裝置21提供給啟動(dòng)器的能量流。因而把調(diào)制的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的啟動(dòng)器將連續(xù)調(diào)整的力施加到和其相連的運(yùn)動(dòng)環(huán)上，使得開(kāi)關(guān)裝置的可動(dòng)部件按照所需的運(yùn)動(dòng)法則運(yùn)動(dòng)。
因而所提供的裝置包括根據(jù)系統(tǒng)的正常行為的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，以便實(shí)現(xiàn)按照所需的方式進(jìn)行打開(kāi)與/閉合操作。這個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)并列，所述閉環(huán)系統(tǒng)用于校正相對(duì)于正常的行為的任何可能的變化，從而確保實(shí)現(xiàn)任何所需的運(yùn)動(dòng)法則。具體地說(shuō)，假定在操作期間進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，本發(fā)明的裝置通過(guò)相對(duì)于預(yù)定的正常行為而改變其行為，使得能夠精確地考慮加于控制系統(tǒng)上的能夠影響其響應(yīng)的所有的干擾，即環(huán)境參數(shù)的影響、開(kāi)關(guān)裝置的電氣與機(jī)械磨損、在操作之間所經(jīng)過(guò)的時(shí)間、控制設(shè)備的老化、所進(jìn)行的操作的數(shù)量和類(lèi)型等。
運(yùn)動(dòng)法則可以借助于優(yōu)化啟動(dòng)器的性能進(jìn)行選擇(例如使運(yùn)動(dòng)所需的能量最小)。具體地說(shuō)運(yùn)動(dòng)法則可以通過(guò)求解“優(yōu)化”問(wèn)題而被產(chǎn)生，其中考慮所需的約束計(jì)算特定的“目標(biāo)”函數(shù)。
閉環(huán)控制系統(tǒng)還可以例如使用通用自動(dòng)設(shè)置程序進(jìn)行優(yōu)化，該程序能夠減少對(duì)物理參數(shù)的變化的敏感性。
能夠控制由啟動(dòng)器施加的力因而能夠調(diào)整開(kāi)關(guān)裝置的可動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)規(guī)則使得可以進(jìn)行現(xiàn)有技術(shù)的裝置當(dāng)前不能進(jìn)行的操作，例如，在三相電路斷路器的情況下，本發(fā)明的控制裝置使得可以獲得單極的最佳操作，雖然剩下其它兩相，這兩相在操作中不受故障影響，此外，通過(guò)調(diào)整由啟動(dòng)器施加的力，可以在已經(jīng)開(kāi)始的操作不再重要時(shí)停止已經(jīng)開(kāi)始的操作，甚至于至少在某個(gè)時(shí)間窗內(nèi)使所述操作反向。這使得可以例如在這樣的電路斷路器之間執(zhí)行新的具有改進(jìn)的協(xié)調(diào)性的保護(hù)邏輯，這些電路斷路器一旦操作已經(jīng)開(kāi)始，便能夠檢測(cè)消除故障的下游電路斷路器的操作，并撤銷(xiāo)所述的操作，從而阻止電路斷路器無(wú)故斷開(kāi)與切斷電網(wǎng)的無(wú)故障部分的電源，不必為了選擇而有意插入任何延遲便能做到這一點(diǎn)。用相同的方式，當(dāng)要求因瞬變而操作時(shí)，被控的電路斷路器可以在瞬變過(guò)去之后撤銷(xiāo)操作，因而不遮斷通過(guò)該斷路器供電的負(fù)載的電源。
本發(fā)明的另一個(gè)顯然的優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明的裝置通過(guò)按照遮斷系統(tǒng)的不同類(lèi)型調(diào)整由啟動(dòng)器施加的力可以?xún)?yōu)化運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)法則，從而時(shí)時(shí)跟隨優(yōu)化的軌跡，此外，用這種方式，被傳遞給啟動(dòng)器的能量，因而也是傳遞給開(kāi)關(guān)裝置的能量，可以被很好地調(diào)整，這不僅使得可以?xún)?yōu)化啟動(dòng)器的尺寸和其電源系統(tǒng)，而且由于加于開(kāi)關(guān)裝置上的較低的應(yīng)力和較低的接觸磨損，可以減少在操作結(jié)束時(shí)的撞擊中耗散的能量，因此，提高了整個(gè)電網(wǎng)的可靠性。
如圖4所示，在按照本發(fā)明的裝置的優(yōu)選實(shí)施例中，處理和控制單元100還包括同步裝置33，其能夠提供用于和電網(wǎng)同步地打開(kāi)或閉合開(kāi)關(guān)裝置的信息。這些同步裝置，通過(guò)使用用于檢測(cè)電網(wǎng)的電壓和電流的相位的裝置，例如電流互感器30和電壓互感器31，接收跟蹤電網(wǎng)的電參數(shù)的信息32，關(guān)于這種信息，同步裝置通過(guò)合適的計(jì)算，預(yù)測(cè)和檢測(cè)的相位相繼的電流和電壓的相位的0值與最大值出現(xiàn)的時(shí)刻，同時(shí)考慮頻率的變化、諧波分量和一相瞬變分量。此外，它們還計(jì)算檢測(cè)的和計(jì)算的零值和最大值之間的時(shí)間。
此外，同步裝置還包括表裝置34，其含有關(guān)于中線(xiàn)的狀態(tài)、負(fù)載和電網(wǎng)的類(lèi)型的預(yù)定信息，并向定時(shí)單元36發(fā)出表示相對(duì)于所述預(yù)定信息的理想操作結(jié)束時(shí)間的信號(hào)35。在這個(gè)實(shí)施例中，并且如圖5和6所示，操作指令1被發(fā)送給定時(shí)單元36，該指令一般是和電力系統(tǒng)異步的一個(gè)指令。定時(shí)單元33相對(duì)于這一操作指令1向控制單元10發(fā)出一個(gè)相應(yīng)的同步啟動(dòng)操作指令37和表示理想操作結(jié)束時(shí)間的信號(hào)35，這同步指令37相對(duì)于異步指令1被延遲一個(gè)時(shí)間50的時(shí)間間隔，其是預(yù)定的正常操作時(shí)間51和表示理想操作結(jié)束時(shí)間和被預(yù)測(cè)的相繼的零值或最大值的所述信號(hào)35的函數(shù)，以便識(shí)別用于實(shí)現(xiàn)同步操作的第一個(gè)相繼的理想時(shí)刻。所需的理想時(shí)刻35顯然是用于消除和這類(lèi)操作的類(lèi)型、負(fù)載以及電網(wǎng)有關(guān)的操作瞬變的最佳時(shí)間，如圖6所示，這一時(shí)刻不一定和零值或最大值一致，只要能夠確保所述操作在同步窗內(nèi)進(jìn)行即可。因而控制裝置10接收表示對(duì)于三相的協(xié)同控制策略的信號(hào)37，以便完成對(duì)于每一相的同步操作和與上述操作類(lèi)似的操作。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，在同步操作情況下和在按照上述只調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)法則的情況下，由于上述的裝置13的校正作用，控制裝置10確保按照預(yù)計(jì)的正常時(shí)間執(zhí)行操作；不過(guò)，如果在任何一點(diǎn)和正常行為的偏離在操作期間變大，從而使閉環(huán)控制需要足夠大的指令，則該裝置能夠以自組織的方式校正系統(tǒng)的正常特性。在這種情況下，適合于在操作期間被監(jiān)視的正常操作時(shí)間相對(duì)于新的參考值被重新定義，在同步操作的情況下，這新的參考時(shí)間顯然是可以通過(guò)裝置10而成為可為定時(shí)單元36可利用的。這自組織方法也在裝置的試驗(yàn)相位中使用，從而使控制系統(tǒng)相對(duì)于特定開(kāi)關(guān)裝置的實(shí)際行為校正正常特性，使得定義實(shí)際的初始正常特性成為可能。
實(shí)際上已經(jīng)注意到，本發(fā)明的裝置是如何完成其整個(gè)發(fā)明任務(wù)和發(fā)明目的的，它使得實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié)由啟動(dòng)器施加的用于使可動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)的力成為可能，從而使運(yùn)動(dòng)部件按照所需的運(yùn)動(dòng)法則運(yùn)動(dòng)，因而能夠獲得上述的優(yōu)點(diǎn)。
此外，在上述的優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的裝置使得在各類(lèi)電網(wǎng)和負(fù)載條件下，甚至在故障條件下，能夠獲得和電網(wǎng)的同步操作。因此，根據(jù)本裝置應(yīng)用的靈活性，并根據(jù)消除或至少大大減少電網(wǎng)的電壓和電流的瞬變，以及根據(jù)有限的電動(dòng)和熱應(yīng)力可以看出本發(fā)明具有另外的重大優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于電力系統(tǒng)中使用的元件和開(kāi)關(guān)裝置的絕緣系統(tǒng)有很大好處，可以大大提高其使用壽命和可靠性。
最后應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)，本發(fā)明的裝置在提供上述的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，其制造方法在經(jīng)濟(jì)方面也極具吸引力，其制造成本可以和常規(guī)的電路斷路器相比，并大大低于常規(guī)的同步方法。用這種方法設(shè)計(jì)的裝置具有許多改變和改型，這些都在本發(fā)明的構(gòu)思內(nèi)。此外，本發(fā)明的所有細(xì)節(jié)都可以由其它在技術(shù)方面等效的元件代替。
實(shí)際上，材料和尺寸都可以以任何方式被改變，以便滿(mǎn)足所需要求和技術(shù)狀態(tài)。
權(quán)利要求
1一種用于斷開(kāi)/閉合配電與/或輸電網(wǎng)中的電開(kāi)關(guān)裝置，例如電路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)等的控制裝置，其特征在于，所述控制裝置包括-具有可調(diào)運(yùn)動(dòng)法則的啟動(dòng)器；-處理和控制單元，其接收操作指令，并向啟動(dòng)器發(fā)送控制信號(hào)，所述控制信號(hào)是相對(duì)于下列因素被處理的-預(yù)定的正常行為；-關(guān)于所述開(kāi)關(guān)裝置的運(yùn)動(dòng)部件的位置、速度和加速度的直接的或間接的信息；-相對(duì)于正常行為，關(guān)于整個(gè)啟動(dòng)器-運(yùn)動(dòng)鏈-開(kāi)關(guān)裝置控制的系統(tǒng)的變化的信息；以便實(shí)現(xiàn)所述運(yùn)動(dòng)部件的所需的運(yùn)動(dòng)法則。
2如權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述具有可調(diào)運(yùn)動(dòng)法則的啟動(dòng)器是電磁啟動(dòng)器。
3如前面一個(gè)或幾個(gè)權(quán)利要求所述的控制裝置，其特征在于，其包括位置檢測(cè)器，或速度檢測(cè)器，或加速度檢測(cè)器，這些檢測(cè)器適用于檢測(cè)所述被控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)或速度或加速度，并向處理與控制單元實(shí)時(shí)地發(fā)出表示開(kāi)關(guān)裝置的動(dòng)觸點(diǎn)的位置或速度或加速度的相應(yīng)的信號(hào)。
4如權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，其包括被控系統(tǒng)的一個(gè)數(shù)學(xué)模型，數(shù)學(xué)模型的輸入端接收一個(gè)作為啟動(dòng)器的控制參數(shù)的測(cè)量值的函數(shù)的信號(hào)，并實(shí)時(shí)地向處理與控制單元發(fā)出一個(gè)表示開(kāi)關(guān)裝置的運(yùn)動(dòng)部件的計(jì)算位置的信號(hào)。
5如前面一個(gè)或幾個(gè)權(quán)利要求所述的控制裝置，其特征在于，所述處理與控制單元包括控制裝置，所述控制裝置在輸入端接收實(shí)時(shí)地直接或間接地表示開(kāi)關(guān)裝置的動(dòng)觸點(diǎn)的位置或速度或加速度的操作指令和信號(hào)，并在其輸出端向轉(zhuǎn)換器裝置發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。
6如權(quán)利要求5所述的控制裝置，其特征在于，所述控制裝置包括計(jì)算裝置，所述計(jì)算裝置在輸入端接收表示開(kāi)關(guān)裝置的動(dòng)觸點(diǎn)的位置或速度或加速度的信號(hào)，并在其輸出端向開(kāi)環(huán)控制裝置和閉環(huán)控制裝置發(fā)出表示運(yùn)動(dòng)部分的實(shí)際運(yùn)動(dòng)法則的信號(hào)。
7如權(quán)利要求6所述的控制裝置，其特征在于，所述開(kāi)環(huán)控制裝置比較表示動(dòng)觸點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)法則的信號(hào)和預(yù)定的運(yùn)動(dòng)法則，并在輸出端向所述閉環(huán)控制裝置和比較器裝置發(fā)出相應(yīng)的基準(zhǔn)信號(hào)。
8如權(quán)利要求7所述的控制裝置，其特征在于，所述閉環(huán)控制裝置比較表示實(shí)際運(yùn)動(dòng)法則的所述信號(hào)和所述基準(zhǔn)信號(hào)，在其輸出端向比較器裝置發(fā)出相應(yīng)的校正信號(hào)。
9如權(quán)利要求8所述的控制裝置，其特征在于，所述比較裝置比較在輸入端接收的校正信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)，并在輸出端發(fā)出所述控制信號(hào)。
10如前面一個(gè)或幾個(gè)權(quán)利要求所述的控制裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換器裝置包括-用于啟動(dòng)器的電源裝置；以及-用于按照在輸入端接收的所述控制信號(hào)調(diào)制由電源裝置向啟動(dòng)器提供的能量流的裝置。
11如前面一個(gè)或幾個(gè)權(quán)利要求所述的控制裝置，其特征在于，還包括同步裝置，用于向處理與控制單元提供以和電網(wǎng)同步的方式斷開(kāi)或閉合開(kāi)關(guān)裝置的信息。
12如權(quán)利要求11所述的控制裝置，其特征在于，所述同步裝置包括-用于檢測(cè)電網(wǎng)的電壓和電流的相位的裝置；-用于預(yù)測(cè)和檢測(cè)的電流和電壓的零相位和最大相位相繼的電流和電壓的零相位和最大相位的裝置；-用于計(jì)算在檢測(cè)的零相位和最大相位與預(yù)測(cè)的零相位和最大相位之間的時(shí)間間隔的裝置。
13如權(quán)利要求11-12中的一個(gè)或幾個(gè)所述的控制裝置，其特征在于，所述同步裝置包括表裝置，其含有關(guān)于中線(xiàn)的狀態(tài)、負(fù)載和電網(wǎng)的類(lèi)型的預(yù)定信息，適用于向定時(shí)單元發(fā)出表示相對(duì)于所述預(yù)定信息的理想操作結(jié)束時(shí)間的信號(hào)。
14如權(quán)利要求11-13中的一個(gè)或幾個(gè)所述的控制裝置，其特征在于，所述同步裝置包括定時(shí)單元，在其輸入端接收-相對(duì)于電力系統(tǒng)是異步的操作指令；-表示理想操作結(jié)束時(shí)間的信號(hào)；-表示相繼預(yù)測(cè)的零值或最大值的信號(hào)；并向控制裝置發(fā)出相應(yīng)的同步啟動(dòng)操作指令，該指令相對(duì)于異步指令被延遲一個(gè)時(shí)間間隔，所述時(shí)間間隔是預(yù)定的正常操作時(shí)間、表示理想操作結(jié)束時(shí)間的信號(hào)、和相繼預(yù)測(cè)的零值或最大值的函數(shù)。
15一種配電與/或輸電網(wǎng)，包括按串聯(lián)結(jié)構(gòu)安裝的多個(gè)電路斷路器，其特征在于，所述多個(gè)電路斷路器中的至少一個(gè)配備有前面的一個(gè)或幾個(gè)權(quán)利要求所述的控制裝置，并且所述至少一個(gè)電路斷路器的斷開(kāi)和閉合以和其上游或下游的其它電路斷路器以這樣的方式協(xié)調(diào)地進(jìn)行，使得中斷或反向斷開(kāi)或閉合操作。
16一種用于配電與/或輸電網(wǎng)中的電開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于，其包括如權(quán)利要求1-14的一個(gè)或幾個(gè)所述的控制裝置，并且在斷開(kāi)和閉合操作期間交付的功率的數(shù)量時(shí)時(shí)是動(dòng)觸點(diǎn)的剩余行程的函數(shù)。
17如權(quán)利要求16所述的電開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于，所述可調(diào)的啟動(dòng)器時(shí)時(shí)對(duì)運(yùn)動(dòng)部件施加一個(gè)可調(diào)的力，因而能夠使在閉合操作的撞擊中耗散的能量最小。
18一種用于斷開(kāi)/閉合配電與/或輸電網(wǎng)中的電開(kāi)關(guān)裝置，例如電路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)等的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步驟a)向一個(gè)具有可調(diào)運(yùn)動(dòng)法則的啟動(dòng)器發(fā)出控制信號(hào)；b)直接地或間接地獲取關(guān)于由可調(diào)的啟動(dòng)器操作的所述開(kāi)關(guān)裝置的運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)或速度或加速度的信息，并處理控制信號(hào)；c)以這樣的方式根據(jù)所述控制信號(hào)調(diào)制施加于啟動(dòng)器的能量流，使得調(diào)整啟動(dòng)器施加于運(yùn)動(dòng)鏈-開(kāi)關(guān)裝置系統(tǒng)上的力，并獲得所述運(yùn)動(dòng)部件的所需的運(yùn)動(dòng)法則。
19如權(quán)利要求18所述的控制方法，其特征在于，在用于獲取關(guān)于運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)或速度或加速度的步驟b)中包括-直接地或間接地檢測(cè)運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)或速度或加速度；-按照所述檢測(cè)處理表示運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際運(yùn)動(dòng)法則的信號(hào)。
20如權(quán)利要求19所述的控制方法，其特征在于，在處理控制信號(hào)的步驟b)包括比較表示運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際運(yùn)動(dòng)法則的所述信號(hào)和表示預(yù)定的運(yùn)動(dòng)法則的信號(hào)，并按照所述比較，-處理一個(gè)控制信號(hào)。
21如權(quán)利要求19所述的控制方法，其特征在于，在處理控制信號(hào)的步驟b)包括比較表示運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際運(yùn)動(dòng)法則的所述信號(hào)和表示預(yù)定的運(yùn)動(dòng)法則的信號(hào)，并按照所述比較，-處理一個(gè)控制基準(zhǔn)信號(hào)；-比較基準(zhǔn)信號(hào)和表示實(shí)際運(yùn)動(dòng)法則的信號(hào)，并按照所述比較，-處理一個(gè)校正信號(hào)；-比較校正信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)，并按照所述比較，-處理一個(gè)控制信號(hào)。
22如權(quán)利要求18-21的一個(gè)或幾個(gè)中所述的控制方法，其特征在于，所述步驟a)包括；-檢測(cè)電網(wǎng)的電壓和電流的相位；-預(yù)測(cè)和檢測(cè)的相位相繼的零值或最大值；一計(jì)算預(yù)測(cè)的零值和最大值與檢測(cè)的零值的最大值之間的時(shí)間；-以這種方式處理并向啟動(dòng)器發(fā)出操作指令，使得和電網(wǎng)同步地進(jìn)行操作。
23如權(quán)利要求22所述的控制方法，其特征在于所述處理和發(fā)送所述操作指令的步驟包括-獲取表示理想的操作結(jié)束時(shí)間的信號(hào)，所述信號(hào)是關(guān)于中線(xiàn)的狀態(tài)、電網(wǎng)和負(fù)載類(lèi)型的預(yù)定信息的函數(shù)；-向啟動(dòng)器發(fā)送同步操作指令，所述同步操作指令相對(duì)于接收的異步操作指令被延遲一個(gè)時(shí)間間隔，所述時(shí)間間隔是預(yù)定的正常操作時(shí)間和表示理想操作結(jié)束時(shí)間的信號(hào)以及預(yù)測(cè)的相繼零值或最大值的函數(shù)。
全文摘要
一種用于斷開(kāi)/閉合配電與/或輸電網(wǎng)中的電開(kāi)關(guān)裝置,例如電路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)等的控制裝置。
文檔編號(hào)H01H9/56GK1255716SQ99125878
公開(kāi)日2000年6月7日 申請(qǐng)日期1999年12月2日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月3日
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