專(zhuān)利名稱(chēng)：一種新型10kV開(kāi)關(guān)裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)或高電壓應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種新型IOkV開(kāi)關(guān)裝置及其控制方法。
背景技術(shù)：
隨著電力工業(yè)和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電力應(yīng)用對(duì)電能質(zhì)量和供電可靠性水平提出了更高的要求。以往電力系統(tǒng)無(wú)功功率調(diào)節(jié)和電壓水平穩(wěn)定控制主要采用同步調(diào)相機(jī)和并聯(lián)電容器組，二者在應(yīng)用上各有優(yōu)缺點(diǎn)。同步調(diào)相機(jī)無(wú)功功率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，其不但可以發(fā)出無(wú)功功率也可以在一定范圍內(nèi)吸收無(wú)功功率，功率和電壓調(diào)整效果較好；同步調(diào)相機(jī)屬于旋轉(zhuǎn)電氣設(shè)備，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、運(yùn)行維護(hù)工作量大、投資大。電力電容器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資費(fèi)用低，但是其不能連續(xù)調(diào)節(jié)所發(fā)出的無(wú)功功率值，而且其無(wú)功補(bǔ)償容量與安裝位置電壓平方成比例，當(dāng)無(wú)功不足電壓下降時(shí)由電容器組起到的無(wú)功和電壓調(diào)節(jié)作用受限，更主要的缺點(diǎn)是在電容器投切過(guò)程中容易產(chǎn)生過(guò)電壓和合閘涌流，產(chǎn)生的過(guò)電壓和涌流對(duì)補(bǔ)償電容器本身以及系統(tǒng)中鄰近的其它電氣設(shè)備將產(chǎn)生沖擊，影響設(shè)備的使用壽命，甚至造成電容器組的燒損和其它電氣設(shè)備的損壞，進(jìn)而造成系統(tǒng)故障，影響正常的生產(chǎn)和生活。近年來(lái)出現(xiàn)的靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)、靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)和靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置(STACOM)雖讓能夠較好的滿(mǎn)足無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用需要，但是其控制系統(tǒng)復(fù)雜、運(yùn)行維護(hù)條件較高，采用的控制開(kāi)關(guān)為電力電子器件，在電壓等級(jí)較高、工作電流較大的場(chǎng)合需要對(duì)各電力電子開(kāi)關(guān)串并聯(lián)組合作為控制開(kāi)關(guān)，這種情況下將大大增加投資成本和控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度，對(duì)裝置的過(guò)壓、過(guò)流和過(guò)溫保護(hù)提出十分苛刻的要求。基于以上論述，本發(fā)明提出一種兼具電力電子開(kāi)關(guān)控制精確和機(jī)械開(kāi)關(guān)耐壓、通流能力大優(yōu)點(diǎn)的高性能、低成本高可靠性的組合開(kāi)關(guān)裝置和電力無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)用方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種新型IOkV開(kāi)關(guān)裝置及其控制方法，其可以實(shí)現(xiàn)高壓、大電流的低成本高精度應(yīng)用。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明一種新型IOkV開(kāi)關(guān)裝置，包括開(kāi)關(guān)裝置本體，其特征在于所述開(kāi)關(guān)裝置本體主要由組合開(kāi)關(guān)模塊單元、三相電流互感器、三相電壓互感器和開(kāi)關(guān)操作智能控制器組成；組合開(kāi)關(guān)模塊單元包括高壓真空斷路器、真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)，其中真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)相互串聯(lián)后，與高壓真空斷路器相并聯(lián)，高壓真空斷路器的兩端分別作為開(kāi)關(guān)裝置本體的兩端串接于待控主電路上；高壓真空斷路器用于承載關(guān)合和分?jǐn)嗖僮鲿r(shí)的動(dòng)態(tài)電流以及正常工作時(shí)的負(fù)荷電流；電力電子開(kāi)關(guān)用于精確控制待控主電路關(guān)合和分?jǐn)鄷r(shí)刻、短時(shí)承載待控主電路電流；真空隔離開(kāi)關(guān)用于配合高壓真空斷路器和電力電子開(kāi)關(guān)工作；
三相電壓互感器測(cè)量待控主電路上電壓信號(hào)，三相電流互感器測(cè)量待控主電路上電流信號(hào)，三相電壓互感器和三相電流互感器的輸出端分別與開(kāi)關(guān)操作智能控制器的輸入端相連；三相電壓互感器和三相電流互感器分別將其實(shí)時(shí)檢測(cè)的待控主電路的工作電壓和工作電流送入開(kāi)關(guān)操作智能控制器；開(kāi)關(guān)操作智能控制器的輸出端分別連接高壓真空斷路器、真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)的控制端；開(kāi)關(guān)操作智能控制器實(shí)時(shí)跟蹤待控主電路的工作電壓相位和工作電流相位，并根據(jù)組合開(kāi)關(guān)模塊單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略實(shí)現(xiàn)組合開(kāi)關(guān)模塊單元中的高壓真空斷路器和真空隔離開(kāi)關(guān)分、合閘控制、及電力電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通截止控制。上述方案中，所述開(kāi)關(guān)操作智能控制器包括智能測(cè)控單元和核心處理器單元；其中智能測(cè)控單元包括電壓調(diào)理模塊、電流調(diào)理模塊和驅(qū)動(dòng)模塊；三相電壓互感器經(jīng)由電壓調(diào)理模塊與核心處理器單元的輸入端相連，三相電流互感器經(jīng)由電流調(diào)理模塊與核心處理器單元的輸入端相連，核心處理器單元的輸出端經(jīng)由驅(qū)動(dòng)模塊與組合開(kāi)關(guān)模塊單元相連；智能測(cè)控單元負(fù)責(zé)待控主電路工作電壓和工作電流的轉(zhuǎn)換和后續(xù)信號(hào)調(diào)理，以及組合開(kāi)關(guān)模塊單元的高壓真空斷路器、真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)的合閘控制；核心處理器單元包括數(shù)字信號(hào)處理器和可編程邏輯處理器，數(shù)字信號(hào)處理器和可編程邏輯處理器之間通過(guò)雙口隨機(jī)存取存儲(chǔ)器相連；可編程邏輯處理器負(fù)責(zé)模數(shù)轉(zhuǎn)換期間的時(shí)序邏輯控制，及將采集到的三相工作電流、三相工作電壓和其它模擬信號(hào)通過(guò)雙口隨機(jī)存取存儲(chǔ)器供數(shù)字信號(hào)處理器讀取和進(jìn)程后續(xù)分析處理；數(shù)字信號(hào)處理器完成采集信號(hào)的預(yù)處理、電壓和電流數(shù)值計(jì)算、及主電路工作電壓相位和工作電流相位跟蹤比對(duì)。上述方案中，所述開(kāi)關(guān)操作智能控制器還進(jìn)一步包括組合開(kāi)關(guān)狀態(tài)自我診斷單元和/或保護(hù)監(jiān)控單元，該組合開(kāi)關(guān)狀態(tài)自我診斷單元和保護(hù)監(jiān)控單元分別與核心處理器單元相連接；其中組合開(kāi)關(guān)模塊狀態(tài)自診斷單元負(fù)責(zé)記錄高壓真空斷路器、真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)的觸頭位置即通斷狀態(tài)信息、操動(dòng)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能情況、操動(dòng)歷史紀(jì)錄與狀態(tài)評(píng)估信息；保護(hù)監(jiān)控單元用于為待控主電路實(shí)現(xiàn)過(guò)流和過(guò)壓跳閘保護(hù)、電力電子開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)控、以及電力電子開(kāi)關(guān)過(guò)流、過(guò)壓與溫度保護(hù)。上述方案中，所述組合開(kāi)關(guān)狀態(tài)自我診斷單元和保護(hù)監(jiān)控單元均通過(guò)控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)與核心處理器單元相連接。上述方案中，所述核心處理器單元的輸入端上還接有手動(dòng)開(kāi)關(guān)，該手動(dòng)開(kāi)關(guān)用于手動(dòng)輸入待控主電路的通斷指令。本發(fā)明一種新型IOkV開(kāi)關(guān)裝置的控制方法，包括如下步驟(1)組合開(kāi)關(guān)模塊單元中的真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)相互串聯(lián)后，與高壓真空斷路器相并聯(lián)，高壓真空斷路器的兩端分別作為開(kāi)關(guān)裝置本體的兩端串接于待控主電路上；已知高壓真空斷路器的合閘時(shí)間為T(mén)hk，高壓真空斷路器的合閘分散性為Atkl,電力電子開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間為T(mén)h1，高壓真空斷路器的分閘時(shí)間為T(mén)fk，高壓真空斷路器的分閘分散性為Atk2,電力電子開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間為T(mén)f1 ；Th1 = Tf1，采用2個(gè)不同的符號(hào)僅表示電力電子開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間僅為了方便說(shuō)明合閘與分閘過(guò)程；(2)三相電壓互感器并接在待控主電路上，三相電流互感器串接在待控主電路上或者讓待控主電路母線(xiàn)穿過(guò)三相電流互感器；三相電壓互感器將其實(shí)時(shí)檢測(cè)的待控主電路的工作電壓、三相電流互感器將其實(shí)時(shí)檢測(cè)的待控主電路的工作電流分別送入開(kāi)關(guān)操作智能控制器中；(3)待控主電路的接通控制過(guò)程為(3. 1)待控主電路斷開(kāi)狀態(tài)下，組合開(kāi)關(guān)模塊單元中的高壓真空斷路器處于分閘狀態(tài)、真空隔離開(kāi)關(guān)處于分閘狀態(tài)、電力電子開(kāi)關(guān)處于截止?fàn)顟B(tài)；(3. 2)開(kāi)關(guān)操作智能控制器首先上電進(jìn)入工作狀態(tài)，開(kāi)關(guān)操作智能控制器實(shí)時(shí)跟蹤待控主電路的工作電壓相位，當(dāng)待控主電路的工作電壓相位進(jìn)入開(kāi)關(guān)操作智能控制器內(nèi)設(shè)的接通電壓相位范圍內(nèi)時(shí)，開(kāi)關(guān)操作智能控制器發(fā)出指令先閉合真空隔離開(kāi)關(guān)、高壓真空斷路器仍處于分閘狀態(tài)、電力電子開(kāi)關(guān)仍處于截止?fàn)顟B(tài)，待控主電路未實(shí)際接通；(3. 3)開(kāi)關(guān)操作智能控制器通過(guò)跟蹤工作電壓相位，獲得預(yù)期最佳合閘時(shí)刻tM，該預(yù)期最佳合閘時(shí)刻tM即為待控主電路的工作電壓波形的過(guò)零時(shí)刻或者整個(gè)開(kāi)關(guān)裝置兩側(cè)電位值相等時(shí)刻；(3. 4)開(kāi)關(guān)操作智能控制器在^-Th1時(shí)刻(附圖4的B時(shí)刻)向電力電子開(kāi)關(guān)發(fā)出導(dǎo)通指令，電力電子開(kāi)關(guān)在tM時(shí)刻導(dǎo)通到位，此時(shí)真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)串聯(lián)支路首先接通待控主電路；(3. 5)開(kāi)關(guān)操作智能控制器在tM_Thk+ Δ tkl時(shí)刻(附圖4的A時(shí)刻)向高壓真空斷路器發(fā)出合閘指令，高壓真空斷路器在tM至tM+2AtK1時(shí)間范圍內(nèi)合閘到位，此時(shí)高壓真空斷路器支路接通待控主電路，隨后真空隔離開(kāi)關(guān)分閘，電力電子開(kāi)關(guān)截止；(4)待控主電路的斷開(kāi)控制過(guò)程為(4. 1)待控主電路接通狀態(tài)下，組合開(kāi)關(guān)模塊單元中的高壓真空斷路器處于合閘狀態(tài)、真空隔離開(kāi)關(guān)處于分閘狀態(tài)、電力電子開(kāi)關(guān)處于截止?fàn)顟B(tài)；(4. 2)開(kāi)關(guān)操作智能控制器首先上電進(jìn)入工作狀態(tài)，開(kāi)關(guān)操作智能控制器實(shí)時(shí)跟蹤待控主電路的工作電流相位，當(dāng)待控主電路的工作電流相位進(jìn)入開(kāi)關(guān)操作智能控制器內(nèi)設(shè)的斷開(kāi)電流相位范圍內(nèi)時(shí)，開(kāi)關(guān)操作智能控制器發(fā)出指令先閉合真空隔離開(kāi)關(guān)、高壓真空斷路器仍處于合閘狀態(tài)、電力電子開(kāi)關(guān)仍處于截止?fàn)顟B(tài)，待控主電路未實(shí)際斷開(kāi)；(4. 3)開(kāi)關(guān)操作智能控制器通過(guò)跟蹤工作電流相位，獲得預(yù)期最佳分閘時(shí)刻tD，該預(yù)期最佳分閘時(shí)刻tD即為待控主電路的工作電流波形的過(guò)零時(shí)刻或者整個(gè)開(kāi)關(guān)裝置兩側(cè)電位值相等時(shí)刻；(4. 4)開(kāi)關(guān)操作智能控制器在tD_Tfk+ Δ tk2時(shí)刻(附圖5的A時(shí)刻)向高壓真空斷路器發(fā)出分閘指令，高壓真空斷路器在tD_2AtK2至tD時(shí)間范圍內(nèi)分閘到位，此時(shí)高壓真空斷路器首先斷開(kāi)待控主電路；(4. 5)開(kāi)關(guān)操作智能控制器在I11-Tf1時(shí)刻(附圖5的B時(shí)刻)向電力電子開(kāi)關(guān)發(fā)出導(dǎo)通指令，電力電子開(kāi)關(guān)在tD時(shí)刻完全截止，此時(shí)真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)串聯(lián)支路由于電力電子開(kāi)關(guān)的截止斷開(kāi)待控主電路，隨后真空隔離開(kāi)關(guān)分閘。上述方案中，所述真空隔離開(kāi)關(guān)的合閘到位時(shí)刻先于電力電子開(kāi)關(guān)的觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)刻 VTf10上述方案中，還進(jìn)一步包括手動(dòng)輸入待控主電路的通斷指令的步驟。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點(diǎn)1、根據(jù)組合開(kāi)關(guān)模塊單元的構(gòu)成特點(diǎn)和智能操作控制器的動(dòng)作控制策略，可以合理的選擇和設(shè)定電力電容器組的投入和退出時(shí)刻，可以有效地避免只由真空斷路器投切時(shí)產(chǎn)生的電磁暫態(tài)震蕩過(guò)程，有效地消除和抑制過(guò)電壓和操作涌流，避免對(duì)電容器以及周?chē)O(shè)備的沖擊，能夠有效地提高設(shè)備和人身的安全性；2.組合開(kāi)關(guān)模塊單元由有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)裝置高壓真空斷路器、隔離開(kāi)關(guān)與電力電子開(kāi)關(guān)通過(guò)特殊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)成組成開(kāi)關(guān)模塊；真空斷路器額定工作參數(shù)為整個(gè)組合高壓開(kāi)關(guān)裝置的最高性能參數(shù)(額定電壓和電流)，電力電子開(kāi)關(guān)體現(xiàn)在組合開(kāi)關(guān)裝置的動(dòng)作精度，主要指組合高壓開(kāi)關(guān)裝置的分合閘特性，配合專(zhuān)有的智能操作控制器可以實(shí)現(xiàn)高壓、大電流的低成本高精度應(yīng)用；3.開(kāi)關(guān)操作智能控制器采用DSP和FPGA構(gòu)成的雙處理器系統(tǒng)，智能測(cè)控單元實(shí)時(shí)檢測(cè)組合高壓開(kāi)關(guān)裝置的工作電壓和工作電流，根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的智能控制，具有控制精度高、響應(yīng)速度快及抗電磁干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)；4.組合開(kāi)關(guān)模塊狀態(tài)自診斷與保護(hù)單元監(jiān)控組合開(kāi)關(guān)模塊各開(kāi)關(guān)設(shè)備的狀態(tài)，包括真空斷路器觸頭位置狀態(tài)信息、操動(dòng)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能情況、操動(dòng)歷史紀(jì)錄與狀態(tài)評(píng)估信息；電力電子開(kāi)關(guān)的觸發(fā)監(jiān)控，過(guò)壓、過(guò)流、溫度保護(hù)和監(jiān)控等，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的自診斷與故障保護(hù)， 避免開(kāi)關(guān)裝置的誤觸發(fā)和拒動(dòng)；5、開(kāi)關(guān)操作智能控制器采用雙CAN總線(xiàn)通信接口，兩個(gè)CAN總線(xiàn)接口互為備用，可靠性高。控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息可以通過(guò)CAN與監(jiān)控主機(jī)及時(shí)交互，方便組網(wǎng)監(jiān)測(cè)和控制開(kāi)關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)智能應(yīng)用。


圖1為一種新型IOkV開(kāi)關(guān)裝置的原理圖；圖2為一種開(kāi)關(guān)操作智能控制器的原理圖；圖3為一種新型IOkV開(kāi)關(guān)裝置使用狀態(tài)圖；圖4為工作電壓波形及待控主電路的接通控制過(guò)程各時(shí)刻圖；圖5為工作電流波形及待控主電路的斷開(kāi)控制過(guò)程各時(shí)刻圖。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1，本發(fā)明一種新型IOkV開(kāi)關(guān)裝置，主要由組合開(kāi)關(guān)模塊單元、三相電流互感器、三相電壓互感器和開(kāi)關(guān)操作智能控制器組成。組合開(kāi)關(guān)模塊單元包括高壓真空斷路器、真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)。其中真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)相互串聯(lián)后，與高壓真空斷路器相并聯(lián)。高壓真空斷路器的兩端分別作為開(kāi)關(guān)裝置本體的兩端串接于待控主電路上。高壓真空斷路器用于承載關(guān)合和分?jǐn)嗖僮鲿r(shí)的動(dòng)態(tài)電流以及正常工作時(shí)的負(fù)荷電流。電力電子開(kāi)關(guān)用于精確控待控主電路關(guān)合和分?jǐn)鄷r(shí)刻、短時(shí)承載待控主電路電流。真空隔離開(kāi)關(guān)用于配合高壓真空斷路器和電力電子開(kāi)關(guān)工作。三相電壓互感器并接在待控主電路上，三相電流互感器串接在待控主電路上或者讓待控主電路母線(xiàn)穿過(guò)三相電流互感器。三相電壓互感器和三相電流互感器的輸出端分別與開(kāi)關(guān)操作智能控制器的輸入端相連。三相電壓互感器和三相電流互感器分別將其實(shí)時(shí)檢測(cè)的待控主電路的工作電壓和工作電流送入開(kāi)關(guān)操作智能控制器。
開(kāi)關(guān)操作智能控制器的輸出端分別連接高壓真空斷路器、真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)的控制端。開(kāi)關(guān)操作智能控制器實(shí)時(shí)跟蹤待控主電路的工作電壓相位和工作電流相位，并根據(jù)組合開(kāi)關(guān)模塊單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略實(shí)現(xiàn)組合開(kāi)關(guān)模塊單元中的高壓真空斷路器和真空隔離開(kāi)關(guān)分合閘控制、及電力電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通截止控制。在本發(fā)明中，所述開(kāi)關(guān)操作智能控制器具體包括智能測(cè)控單元、核心處理器單元、 組合開(kāi)關(guān)狀態(tài)自我診斷單元和保護(hù)監(jiān)控單元，參見(jiàn)圖2。智能測(cè)控單元包括電壓調(diào)理模塊、電流調(diào)理模塊和驅(qū)動(dòng)模塊。三相電壓互感器經(jīng)由電壓調(diào)理模塊與核心處理器單元的輸入端相連。三相電流互感器經(jīng)由電流調(diào)理模塊與核心處理器單元的輸入端相連。核心處理器單元的輸出端經(jīng)由驅(qū)動(dòng)模塊與組合開(kāi)關(guān)模塊單元相連。智能測(cè)控單元負(fù)責(zé)待控主電路工作電壓和工作電流的轉(zhuǎn)換和后續(xù)信號(hào)調(diào)理，以及組合開(kāi)關(guān)模塊單元的高壓真空斷路器、真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)的分、合閘控制。核心處理器單元包括數(shù)字信號(hào)處理器和可編程邏輯處理器。數(shù)字信號(hào)處理器和可編程邏輯處理器之間通過(guò)雙口隨機(jī)存取存儲(chǔ)器相連?？删幊踢壿嬏幚砥髫?fù)責(zé)模數(shù)轉(zhuǎn)換期間的時(shí)序邏輯控制，及將采集到的三相工作電流、三相工作電壓和其它模擬信號(hào)通過(guò)雙口隨機(jī)存取存儲(chǔ)器供數(shù)字信號(hào)處理器讀取和進(jìn)程后續(xù)分析處理。數(shù)字信號(hào)處理器完成采集信號(hào)的預(yù)處理、電壓和電流數(shù)值計(jì)算、及主電路工作電壓相位和工作電流相位跟蹤比對(duì)。 組合開(kāi)關(guān)狀態(tài)自我診斷單元和保護(hù)監(jiān)控單元分別與核心處理器單元相連接。在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，所述組合開(kāi)關(guān)狀態(tài)自我診斷單元和保護(hù)監(jiān)控單元均通過(guò)控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)與核心處理器單元相連接。其中組合開(kāi)關(guān)模塊狀態(tài)自診斷單元負(fù)責(zé)記錄高壓真空斷路器、真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)的觸頭位置即通斷狀態(tài)信息、操動(dòng)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能情況、操動(dòng)歷史紀(jì)錄與狀態(tài)評(píng)估信息。保護(hù)監(jiān)控單元用于為待控主電路實(shí)現(xiàn)過(guò)流和過(guò)壓跳閘保護(hù)、電力電子開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)控、以及電力電子開(kāi)關(guān)過(guò)流、過(guò)壓與溫度保護(hù)。為了能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)待控主電路的手動(dòng)控制，本發(fā)明所述核心處理器單元的輸入端上還接有手動(dòng)開(kāi)關(guān)，該手動(dòng)開(kāi)關(guān)用于手動(dòng)輸入待控主電路的通斷指令。圖3為本發(fā)明所設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)裝置的具體應(yīng)用方式。上述開(kāi)關(guān)裝置所實(shí)現(xiàn)的一種新型IOkV開(kāi)關(guān)裝置的控制方法，包括如下步驟(1)組合開(kāi)關(guān)模塊單元中的真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)相互串聯(lián)后，與高壓真空斷路器相并聯(lián)，高壓真空斷路器的兩端分別作為開(kāi)關(guān)裝置本體的兩端串接于待控主電路上；已知高壓真空斷路器的合閘時(shí)間為T(mén)hk，高壓真空斷路器的合閘分散性為Atkl,電力電子開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間為T(mén)h1，高壓真空斷路器的分閘時(shí)間為T(mén)fk，高壓真空斷路器的分閘分散性為Atk2,電力電子開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間為T(mén)f1 ；Th1 = Tf1,采用不同的符號(hào)僅表示電力電子開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間僅為了方便說(shuō)明合閘與分閘過(guò)程；(2)三相電壓互感器并接在待控主電路上，三相電流互感器串接在待控主電路上或者讓待控主電路母線(xiàn)穿過(guò)三相電流互感器；三相電壓互感器將其實(shí)時(shí)檢測(cè)的待控主電路的工作電壓、三相電流互感器將其實(shí)時(shí)檢測(cè)的待控主電路的工作電流分別送入開(kāi)關(guān)操作智能控制器中；(3)待控主電路的接通控制過(guò)程具體為(3. 1)待控主電路斷開(kāi)狀態(tài)下，組合開(kāi)關(guān)模塊單元中的高壓真空斷路器處于分閘狀態(tài)、真空隔離開(kāi)關(guān)處于分閘狀態(tài)、電力電子開(kāi)關(guān)處于截止?fàn)顟B(tài)；
(3. 2)開(kāi)關(guān)操作智能控制器首先上電進(jìn)入工作狀態(tài)，開(kāi)關(guān)操作智能控制器實(shí)時(shí)跟蹤待控主電路的工作電壓相位，當(dāng)待控主電路的工作電壓相位進(jìn)入開(kāi)關(guān)操作智能控制器內(nèi)設(shè)的接通電壓相位范圍內(nèi)時(shí)，開(kāi)關(guān)操作智能控制器發(fā)出指令先閉合真空隔離開(kāi)關(guān)、高壓真空斷路器仍處于分閘狀態(tài)、電力電子開(kāi)關(guān)仍處于截止?fàn)顟B(tài)，待控主電路未實(shí)際接通；(3. 3)開(kāi)關(guān)操作智能控制器通過(guò)跟蹤工作電壓相位，獲得預(yù)期最佳合閘時(shí)刻tM，該預(yù)期最佳合閘時(shí)刻tM即為待控主電路的工作電壓波形的過(guò)零時(shí)刻或者整個(gè)開(kāi)關(guān)裝置兩側(cè)電位值相等時(shí)刻；(3. 4)開(kāi)關(guān)操作智能控制器在^-Th1時(shí)刻(附圖4的B時(shí)刻)向電力電子開(kāi)關(guān)發(fā)出導(dǎo)通指令，電力電子開(kāi)關(guān)在tM時(shí)刻導(dǎo)通到位，此時(shí)真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)串聯(lián)支路首先接通待控主電路；(3.5)開(kāi)關(guān)操作智能控制器在tM_Thk+Atkl時(shí)亥Ij (附圖4的A時(shí)刻)向高壓真空斷路器發(fā)出合閘指令，高壓真空斷路器在tM至tM+2 Δ tK1時(shí)間范圍內(nèi)合閘到位，此時(shí)高壓真空斷路器支路接通待控主電路，隨后真空隔離開(kāi)關(guān)分閘，電力電子開(kāi)關(guān)截止。本發(fā)明所述關(guān)閘過(guò)程及其控制方法的突出優(yōu)點(diǎn)與主要目的為發(fā)揮電力電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通迅速、精確可控的優(yōu)點(diǎn)，精確控制關(guān)合的最佳相位，在短時(shí)間內(nèi)QAtia在百微秒量級(jí)) 承載電流；在隨后的2AtK1時(shí)間內(nèi)真空斷路器合閘到位，承載大電流，隨后真空隔離開(kāi)關(guān)在很低電壓下分閘、和電力電子開(kāi)關(guān)退出主電路，增加使用壽命。手動(dòng)和自動(dòng)合閘過(guò)程主電路電壓跟蹤過(guò)程相同，區(qū)別在于手動(dòng)合間指令由外部引入，經(jīng)過(guò)幾十毫秒延時(shí)在預(yù)期相位關(guān)
I=I O(4)待控主電路的斷開(kāi)控制過(guò)程具體為(4. 1)待控主電路接通狀態(tài)下，組合開(kāi)關(guān)模塊單元中的高壓真空斷路器處于合閘狀態(tài)、真空隔離開(kāi)關(guān)處于分閘狀態(tài)、電力電子開(kāi)關(guān)處于截止?fàn)顟B(tài)；(4. 2)開(kāi)關(guān)操作智能控制器首先上電進(jìn)入工作狀態(tài)，開(kāi)關(guān)操作智能控制器實(shí)時(shí)跟蹤待控主電路的工作電流相位，當(dāng)待控主電路的工作電流相位進(jìn)入開(kāi)關(guān)操作智能控制器內(nèi)設(shè)的斷開(kāi)電流相位范圍內(nèi)時(shí)，開(kāi)關(guān)操作智能控制器發(fā)出指令先閉合真空隔離開(kāi)關(guān)、高壓真空斷路器仍處于合閘狀態(tài)、電力電子開(kāi)關(guān)仍處于截止?fàn)顟B(tài)，待控主電路未實(shí)際斷開(kāi)；(4. 3)開(kāi)關(guān)操作智能控制器通過(guò)跟蹤工作電流相位，獲得預(yù)期最佳分閘時(shí)刻tD，該預(yù)期最佳分閘時(shí)刻tD即為待控主電路的工作電流波形的過(guò)零時(shí)刻或者整個(gè)開(kāi)關(guān)裝置兩側(cè)電位值相等時(shí)刻；(4.4)開(kāi)關(guān)操作智能控制器在tD_Tfk+Atk2時(shí)刻(附圖5的A時(shí)刻)向高壓真空斷路器發(fā)出分閘指令，高壓真空斷路器在tD_2AtK2至tD時(shí)間范圍內(nèi)分閘到位，此時(shí)高壓真空斷路器首先斷開(kāi)待控主電路；(4. 5)開(kāi)關(guān)操作智能控制器在I11-Tf1時(shí)刻(附圖5的B時(shí)刻)向電力電子開(kāi)關(guān)發(fā)出導(dǎo)通指令，電力電子開(kāi)關(guān)在tD時(shí)刻完全截止，此時(shí)真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)串聯(lián)支路由于電力電子開(kāi)關(guān)的截止斷開(kāi)待控主電路，隨后真空隔離開(kāi)關(guān)分閘。本發(fā)明所述分閘過(guò)程及其控制方法的突出優(yōu)點(diǎn)與主要目的為發(fā)揮電力電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通迅速、精確可控的優(yōu)點(diǎn)，精確控制分閘的最佳相位，在短時(shí)間內(nèi)O Δ tK2在百微秒量級(jí)) 承載電流；真空隔離開(kāi)關(guān)在很低電壓下和無(wú)電流的條件下分間，可以降低其容量限制，選擇小容量器件，增加使用壽命。手動(dòng)和自動(dòng)分間過(guò)程主電路電壓跟蹤過(guò)程相同，區(qū)別在于手動(dòng)分閘指令由外部引入，經(jīng)過(guò)幾十毫秒延時(shí)在預(yù)期相位分?jǐn)啻刂麟娐贰?br> 權(quán)利要求
1.一種新型IOkV開(kāi)關(guān)裝置，包括開(kāi)關(guān)裝置本體，其特征在于所述開(kāi)關(guān)裝置本體主要由組合開(kāi)關(guān)模塊單元、三相電流互感器、三相電壓互感器和開(kāi)關(guān)操作智能控制器組成；組合開(kāi)關(guān)模塊單元包括高壓真空斷路器、真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)，其中真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)相互串聯(lián)后，與高壓真空斷路器相并聯(lián)，高壓真空斷路器的兩端分別作為開(kāi)關(guān)裝置本體的兩端串接于待控主電路上；高壓真空斷路器用于承載關(guān)合和分?jǐn)嗖僮鲿r(shí)的動(dòng)態(tài)電流以及正常工作時(shí)的負(fù)荷電流；電力電子開(kāi)關(guān)用于精確控待控主電路關(guān)合和分?jǐn)鄷r(shí)刻、短時(shí)承載待控主電路電流；真空隔離開(kāi)關(guān)用于配合高壓真空斷路器和電力電子開(kāi)關(guān)工作；三相電壓互感器并接在待控主電路上，三相電流互感器串接在待控主電路上或者讓待控主電路母線(xiàn)穿過(guò)三相電流互感器，三相電壓互感器和三相電流互感器的輸出端分別與開(kāi)關(guān)操作智能控制器的輸入端相連；三相電壓互感器和三相電流互感器分別將其實(shí)時(shí)檢測(cè)的待控主電路的工作電壓和工作電流送入開(kāi)關(guān)操作智能控制器；開(kāi)關(guān)操作智能控制器的輸出端分別連接高壓真空斷路器、真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)的控制端；開(kāi)關(guān)操作智能控制器實(shí)時(shí)跟蹤待控主電路的工作電壓相位和工作電流相位， 并根據(jù)組合開(kāi)關(guān)模塊單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略實(shí)現(xiàn)組合開(kāi)關(guān)模塊單元中的高壓真空斷路器和真空隔離開(kāi)關(guān)分合閘控制、及電力電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通截止控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型IOkV開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于開(kāi)關(guān)操作智能控制器包括智能測(cè)控單元和核心處理器單元；智能測(cè)控單元包括電壓調(diào)理模塊、電流調(diào)理模塊和驅(qū)動(dòng)模塊；三相電壓互感器經(jīng)由電壓調(diào)理模塊與核心處理器單元的輸入端相連，三相電流互感器經(jīng)由電流調(diào)理模塊與核心處理器單元的輸入端相連，核心處理器單元的輸出端經(jīng)由驅(qū)動(dòng)模塊與組合開(kāi)關(guān)模塊單元相連；智能測(cè)控單元負(fù)責(zé)待控主電路工作電壓和工作電流的轉(zhuǎn)換和后續(xù)信號(hào)調(diào)理，以及組合開(kāi)關(guān)模塊單元的高壓真空斷路器、真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)的分、合閘控制；核心處理器單元包括數(shù)字信號(hào)處理器和可編程邏輯處理器，數(shù)字信號(hào)處理器和可編程邏輯處理器之間通過(guò)雙口隨機(jī)存取存儲(chǔ)器相連；可編程邏輯處理器負(fù)責(zé)模數(shù)轉(zhuǎn)換期間的時(shí)序邏輯控制，及將采集到的三相工作電流、三相工作電壓和其它模擬信號(hào)通過(guò)雙口隨機(jī)存取存儲(chǔ)器供數(shù)字信號(hào)處理器讀取和進(jìn)程后續(xù)分析處理；數(shù)字信號(hào)處理器完成采集信號(hào)的預(yù)處理、電壓和電流數(shù)值計(jì)算、及主電路工作電壓相位和工作電流相位跟蹤比對(duì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型IOkV開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于開(kāi)關(guān)操作智能控制器還進(jìn)一步包括組合開(kāi)關(guān)狀態(tài)自我診斷單元和/或保護(hù)監(jiān)控單元，該組合開(kāi)關(guān)狀態(tài)自我診斷單元和保護(hù)監(jiān)控單元分別與核心處理器單元相連接；其中組合開(kāi)關(guān)模塊狀態(tài)自診斷單元負(fù)責(zé)記錄高壓真空斷路器、真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)的觸頭位置即通斷狀態(tài)信息、操動(dòng)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能情況、操動(dòng)歷史紀(jì)錄與狀態(tài)評(píng)估信息；保護(hù)監(jiān)控單元用于為待控主電路實(shí)現(xiàn)過(guò)流和過(guò)壓跳閘保護(hù)、電力電子開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)控、以及電力電子開(kāi)關(guān)過(guò)流、過(guò)壓與溫度保護(hù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種新型IOkV開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于所述組合開(kāi)關(guān)狀態(tài)自我診斷單元和保護(hù)監(jiān)控單元均通過(guò)控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)與核心處理器單元相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型IOkV開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于核心處理器單元的輸入端上還接有手動(dòng)開(kāi)關(guān)，該手動(dòng)開(kāi)關(guān)用于手動(dòng)輸入待控主電路的通斷指令。
6.一種新型IOkV開(kāi)關(guān)裝置的控制方法，其特征是包括如下步驟(1)組合開(kāi)關(guān)模塊單元中的真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)相互串聯(lián)后，與高壓真空斷路器相并聯(lián)，高壓真空斷路器的兩端分別作為開(kāi)關(guān)裝置本體的兩端串接于待控主電路上； 已知高壓真空斷路器的合閘時(shí)間為T(mén)hk，高壓真空斷路器的合閘分散性為Atkl,電力電子開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間為T(mén)h1，高壓真空斷路器的分閘時(shí)間為T(mén)fk，高壓真空斷路器的分閘分散性為 Atk2,電力電子開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間為T(mén)f1 ；Th1 = Tf1 ；(2)三相電壓互感器并接在待控主電路上，三相電流互感器串接在待控主電路上或者讓待控主電路母線(xiàn)穿過(guò)三相電流互感器；三相電壓互感器將其實(shí)時(shí)檢測(cè)的待控主電路的工作電壓、三相電流互感器將其實(shí)時(shí)檢測(cè)的待控主電路的工作電流分別送入開(kāi)關(guān)操作智能控制器中；(3)待控主電路的接通控制過(guò)程為(3. 1)待控主電路斷開(kāi)狀態(tài)下，組合開(kāi)關(guān)模塊單元中的高壓真空斷路器處于分閘狀態(tài)、 真空隔離開(kāi)關(guān)處于分閘狀態(tài)、電力電子開(kāi)關(guān)處于截止?fàn)顟B(tài)；(3. 2)開(kāi)關(guān)操作智能控制器首先上電進(jìn)入工作狀態(tài)，開(kāi)關(guān)操作智能控制器實(shí)時(shí)跟蹤待控主電路的工作電壓相位，當(dāng)待控主電路的工作電壓相位進(jìn)入開(kāi)關(guān)操作智能控制器內(nèi)設(shè)的接通電壓相位范圍內(nèi)時(shí)，開(kāi)關(guān)操作智能控制器發(fā)出指令先閉合真空隔離開(kāi)關(guān)、高壓真空斷路器仍處于分閘狀態(tài)、電力電子開(kāi)關(guān)仍處于截止?fàn)顟B(tài)，待控主電路未實(shí)際接通；(3. 3)開(kāi)關(guān)操作智能控制器通過(guò)跟蹤工作電壓相位，獲得預(yù)期最佳合閘時(shí)刻tM，該預(yù)期最佳合閘時(shí)刻tM即為待控主電路的工作電壓波形的過(guò)零時(shí)刻或者整個(gè)開(kāi)關(guān)裝置兩側(cè)電位值相等時(shí)刻；(3. 4)開(kāi)關(guān)操作智能控制器在^-Th1時(shí)刻向電力電子開(kāi)關(guān)發(fā)出導(dǎo)通指令，電力電子開(kāi)關(guān)在tM時(shí)刻導(dǎo)通到位，此時(shí)真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)串聯(lián)支路首先接通待控主電路；(3. 5)開(kāi)關(guān)操作智能控制器在tM-Thk+Atkl時(shí)刻向高壓真空斷路器發(fā)出合閘指令，高壓真空斷路器在tM至tM+2 Δ tK1時(shí)間范圍內(nèi)合閘到位，此時(shí)高壓真空斷路器支路接通待控主電路，隨后真空隔離開(kāi)關(guān)分閘，電力電子開(kāi)關(guān)截止。(4)待控主電路的斷開(kāi)控制過(guò)程為(4. 1)待控主電路接通狀態(tài)下，組合開(kāi)關(guān)模塊單元中的高壓真空斷路器處于合閘狀態(tài)、 真空隔離開(kāi)關(guān)處于分閘狀態(tài)、電力電子開(kāi)關(guān)處于截止?fàn)顟B(tài)；(4. 2)開(kāi)關(guān)操作智能控制器首先上電進(jìn)入工作狀態(tài)，開(kāi)關(guān)操作智能控制器實(shí)時(shí)跟蹤待控主電路的工作電流相位，當(dāng)待控主電路的工作電流相位進(jìn)入開(kāi)關(guān)操作智能控制器內(nèi)設(shè)的斷開(kāi)電流相位范圍內(nèi)時(shí)，開(kāi)關(guān)操作智能控制器發(fā)出指令先閉合真空隔離開(kāi)關(guān)、高壓真空斷路器仍處于合閘狀態(tài)、電力電子開(kāi)關(guān)仍處于截止?fàn)顟B(tài)，待控主電路未實(shí)際斷開(kāi)；(4. 3)開(kāi)關(guān)操作智能控制器通過(guò)跟蹤工作電流相位，獲得預(yù)期最佳分閘時(shí)刻tD，該預(yù)期最佳分閘時(shí)刻tD即為待控主電路的工作電流波形的過(guò)零時(shí)刻或者整個(gè)開(kāi)關(guān)裝置兩側(cè)電位值相等時(shí)刻；(4. 4)開(kāi)關(guān)操作智能控制器在tD-Tfk+ Δ tk2時(shí)刻向高壓真空斷路器發(fā)出分閘指令，高壓真空斷路器在tD-2 Δ tK2至tD時(shí)間范圍內(nèi)分閘到位，此時(shí)高壓真空斷路器首先斷開(kāi)待控主電路；(4. 5)開(kāi)關(guān)操作智能控制器在I11-Tf1時(shí)刻向電力電子開(kāi)關(guān)發(fā)出導(dǎo)通指令，電力電子開(kāi)關(guān)在tD時(shí)刻完全截止，此時(shí)真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)串聯(lián)支路由于電力電子開(kāi)關(guān)的截止斷開(kāi)待控主電路，隨后真空隔離開(kāi)關(guān)分閘。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種新型IOkV開(kāi)關(guān)裝置的控制方法，其特征是所述真空隔離開(kāi)關(guān)的合閘到位時(shí)刻先于電力電子開(kāi)關(guān)的觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)刻tfTfp
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種新型IOkV開(kāi)關(guān)裝置的控制方法，其特征是還進(jìn)一步包括手動(dòng)輸入待控主電路的通斷指令的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種新型10kV開(kāi)關(guān)裝置，其主要由組合開(kāi)關(guān)模塊單元、三相電流互感器、三相電壓互感器和開(kāi)關(guān)操作智能控制器組成。組合開(kāi)關(guān)模塊單元的真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)相互串聯(lián)后，與高壓真空斷路器相并聯(lián)，高壓真空斷路器的兩端分別作為開(kāi)關(guān)裝置本體的兩端串接于待控主電路上。三相電壓互感器并接在待控主電路上，三相電流互感器串接在待控主電路上或者讓待控主電路母線(xiàn)穿過(guò)三相電流互感器，三相電壓互感器和三相電流互感器的輸出端分別與開(kāi)關(guān)操作智能控制器的輸入端相連。開(kāi)關(guān)操作智能控制器的輸出端分別連接高壓真空斷路器、真空隔離開(kāi)關(guān)和電力電子開(kāi)關(guān)的控制端。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)高壓、大電流的低成本高精度應(yīng)用。
文檔編號(hào)H02J3/18GK102570484SQ20121005823
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者張?chǎng)? 楊家志, 范興明, 黃知超 申請(qǐng)人:桂林電子科技大學(xué)