電力系統(tǒng)柔性倒閘匹配裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電力系統(tǒng)領(lǐng)域母聯(lián)開關(guān)柔性倒閘裝置，特別涉及一種電力系統(tǒng)柔性倒閘匹配裝置；包括整流逆變調(diào)節(jié)裝置、控制模塊、人機接口和檢測裝置，所述檢測裝置實時跟蹤和產(chǎn)生與兩路母線電壓差相反的電壓相量，經(jīng)所述整流逆變裝置并入到母聯(lián)開關(guān)兩端，實現(xiàn)了零電壓無環(huán)流合閘操作。本發(fā)明特征是基于FACTS（柔性交流輸電技術(shù)）技術(shù)理論，首次應(yīng)用柔性倒閘操作方法，克服了現(xiàn)有剛性操作技術(shù)的不足。優(yōu)點是為供配電系統(tǒng)母聯(lián)切換提供一種非剛性、平滑的倒閘操作，保證了母聯(lián)開關(guān)零電位合閘，操作時間短，不影響供電正常運行，有效提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
【專利說明】電力系統(tǒng)柔性倒閘匹配裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】的柔性倒閘匹配裝置，特別涉及一種電力系統(tǒng)柔性倒閘匹配裝置。
【背景技術(shù)】[0002]目前，電力系統(tǒng)倒閘操作還是剛性操作，直接進行倒閘操作會產(chǎn)生較大的暫態(tài)沖擊電流，比如供電網(wǎng)中母線由分列運行到并列運行的倒閘操作，會在系統(tǒng)中產(chǎn)生環(huán)流回饋到電網(wǎng)中去，嚴(yán)重的時候甚至?xí)股霞夒娋W(wǎng)誤跳閘，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的穩(wěn)定運行；這種倒閘存在著自動化和智能化程度低、由于人員誤操作易引起安全隱患、容易引起上級電力網(wǎng)無跳閘致使短時間停電等問題。
[0003]目前，關(guān)于一種智能化電力系統(tǒng)柔性倒閘匹配裝置的研究尚屬空白，因此，利用一種智能化電力系統(tǒng)柔性倒閘匹配技術(shù)實現(xiàn)電力系統(tǒng)柔性倒閘操作，來提高倒閘操作安全性，降低暫態(tài)沖擊電流，避免誤操作，是電力部門迫切需要的關(guān)鍵技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明主要解決變電所分列運行的二次側(cè)母線進行不停電合閘問題，所提出的一種電力系統(tǒng)柔性倒閘匹配裝置；這種控制裝置是基于FACTS技術(shù)提出的，具有一般FACTS裝置具有的靈敏、智能、調(diào)節(jié)能力強等特點。
[0005]本發(fā)明解決技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:電力系統(tǒng)柔性倒閘匹配裝置主要由人機界面部分、檢測電路PartA、斷路器控制輸出部分、母線I電源輸入部分、直流電源部分、主控制器部分、檢測電路PartB、整流一逆變主電路、匹配器輸出部分、母線II電源輸入部分等十個部分組成；其特征在于人機界面部分(I)主要采用TFT液晶觸摸屏，觸摸屏為直流12V供電，采用232串口通信方式與檢測電路PartA (2)中的檢測控制芯片連接，主要作用為實時顯示母線1、II的電壓和電流的有效值與相位、柔性倒閘匹配裝置輸出電壓和電流的有效值以及母線1、II電壓的實時波形；檢測電路PartA (2)主要由兩片A/D轉(zhuǎn)換芯片(參照附圖2)以及電壓電流互感器和比例運算電路(參照附圖4)組成，檢測電路PartA (2)主要用來采集母線1、II電壓電流有效值與相位信息，并將采集獲得的電壓電流信息通過232串口通信分別傳給觸摸屏顯示和主控芯片進行運算處理；斷路器控制輸出部分(3)主要用來控制斷路器線圈勵磁回路的得電與失電，進而控制斷路器主觸頭的分合閘操作；母線I電源輸入部分(4)包括隔離開關(guān)QS4和斷路器主觸頭QF2，QS4平時為熱備用狀態(tài)，QF2用來控制柔性倒閘匹配裝置向母線I的投切；直流電源部分(5)主要給各個控制芯片以及電源轉(zhuǎn)換芯片提供初級電源，包括檢測控制板與主控板的初級直流24V輸入，觸摸屏12V輸入，IGBT驅(qū)動板24V輸入以及其他元件的5V供電；主控制器部分(6)主要用來產(chǎn)生逆變主電路IGBT的驅(qū)動脈沖信號，其脈寬根據(jù)檢測電路PartA (2)傳過來的電壓電流信息和檢測電路PartB (7)采集獲得的倒閘裝置輸出電壓信息作對比來確定；檢測電路PartB (7)主要由相位檢測和逆變輸出電壓檢測兩部分組成，電路圖可參照附圖4，如上所述，此電路主要功能為檢測柔性倒閘裝置的輸出電壓有效值和相位；整流一逆變主電路(8)主要由整流部分和逆變部分組成，整流部分是由二極管DpD6, D3、D4，D5、D2組成的三相全橋整流，將交流380V/50HZ三相交流電變換成直流電壓給逆變直流側(cè)儲能電容充電；逆變部分是由功率開關(guān)IGBT和％、V4, V3> \、V5, V2組成的三相全橋逆變電路，將整流橋所得直流電壓變換成所需交流電壓；整流橋與逆變橋之間的電容Cp C2、C3、C4為直流側(cè)儲能電容，電阻％、R2并聯(lián)在電容側(cè)起均壓的作用，電容C5為濾波電容；整流橋與儲能電容之間串有晶閘管V7,當(dāng)儲能電容電壓充滿后用來切除充電電阻，充電電阻R3起緩沖作用；匹配器輸出部分(9)主要是一臺升壓變壓器；母線II電源輸入部分(10)主要包括隔離開關(guān)QS3，其平時為熱備用狀態(tài)，既閉合狀態(tài)。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:電力系統(tǒng)柔性倒閘匹配裝置采用移相調(diào)壓技術(shù)原理，節(jié)省了倒閘操作的時間，提高了電力系統(tǒng)的輸電、配電系統(tǒng)的自動化、信息化水平，減少因倒閘操作而造成的經(jīng)濟損失，保障了供配電系統(tǒng)的安全性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是電力系統(tǒng)柔性倒閘匹配裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0008]圖2是電力系統(tǒng)柔性倒閘匹配裝置信號采集電路圖1。
[0009]圖3是電力系統(tǒng)柔性倒閘匹配裝置信號采集電路圖2。
[0010]圖4是電力系統(tǒng)柔性倒閘匹配裝置信號調(diào)理電路圖。
[0011]圖5是電力系統(tǒng)柔性倒閘匹配裝置逆變控制主電路圖。
[0012]圖1中I一人機界面部分、2—檢測電路PartA、3—斷路器控制輸出部分、4一母線I電源輸入部分、5—直流電源部分、6—主控制器部分、7-檢測電路PartB、8—整流一逆變主電路、9一匹配器輸出部分、10—母線II電源輸入部分。
[0013]實施例，參照圖1，電力系統(tǒng)柔性倒閘匹配裝置主要包括:人機界面部分1、檢測電路PartA2、3—斷路器控制輸出部分3、4一母線I電源輸入部分4、直流電源部分5、主控制器部分6、檢測電路PartB7、整流一逆變主電路8、匹配器輸出部分9、母線II電源輸入部分10 ;其中人機界面部分(I)主要采用TFT液晶觸摸屏，觸摸屏為直流12V供電，采用232串口通信方式與檢測電路PartA (2)中檢測控制芯片連接，主要作用為實時顯示母線1、11的電壓電流的有效值與相位、柔性倒閘匹配裝置輸出電壓電流的有效值以及母線1、II電壓的實時波形；檢測電路PartA (2)主要由兩片A/D轉(zhuǎn)換芯片(參照附圖2)以及電壓電流互感器和比例運算電路(參照附圖4)組成；檢測電路PartA (2)主要用來采集母線1、II電壓電流有效值與相位信息，并將采集獲得的電壓電流信息通過232串口通信分別傳給觸摸屏顯示和主控芯片進行運算處理；斷路器控制輸出部分(3)主要用來控制斷路器線圈勵磁回路的得電與失電，進而控制斷路器主觸頭的分合閘操作；母線I電源輸入部分(4)包括隔離開關(guān)QS4和斷路器主觸頭QF2，QS4平時為熱備用狀態(tài)，QF2用來控制柔性倒閘匹配裝置向母線I的投切；直流電源部分(5)主要給各個控制芯片以及電源轉(zhuǎn)換芯片提供初級電源，包括檢測控制板與主控板的初級直流24V輸入，觸摸屏12V輸入，IGBT驅(qū)動板24V輸入以及其他元件的5V供電；主控制器部分(6)主要用來產(chǎn)生逆變主電路IGBT的驅(qū)動脈沖信號，其脈寬根據(jù)檢測電路PartA (2)傳過來的電壓電流信息和檢測電路PartB (7)采集獲得的倒閘裝置輸出電壓信息作對比來確定；檢測電路PartB (7)主要由相位檢測和逆變輸出電壓檢測兩部分組成，電路圖可參照附圖4，如上所述，此電路主要功能為檢測柔性倒閘裝置的輸出電壓有效值和相位；整流一逆變主電路(8)主要由整流部分和逆變部分組成；整流部分是由二極管D^D6, D3、D4，D5、D2組成的三相全橋整流，將交流380V50HZ三相交流電變換成直流電壓給逆變直流側(cè)儲能電容充電；逆變部分是由功率開關(guān)管IGBT和m、\、V5、V2組成的三相全橋逆變電路，將整流橋所得直流電壓變換成所需交流電壓；整流橋與逆變橋之間的電容Cp C2、C3、C4為直流側(cè)儲能電容，電阻Rp R2并聯(lián)在電容側(cè)起均壓的作用，電容C5為濾波電容；整流橋與儲能電容之間串有晶閘管V7,當(dāng)儲能電容電壓充滿后用來切除充電電阻，充電電阻R3起緩沖作用；匹配器輸出部分(9)主要是一臺升壓變壓器；母線II電源輸入部分(10)主要包括隔離開關(guān)QS3，其平時為熱備用狀態(tài)，既閉合狀態(tài)。
[0014]在圖2中，芯片U9、U10為A/D轉(zhuǎn)換芯片，其通過CLK端與外接16M晶振XTAL (XTAL2)的CLK端連接，A/D轉(zhuǎn)換芯片為
± 5V供電；由于要檢測的信號總共為10路，U9單片含有A、B兩組共8路采樣通道，因此需
要兩片A/D轉(zhuǎn)換芯片；P10 (P12)、P11(P13)為采樣芯片的A、B兩組采樣通道輸入，其輸入信號為信號調(diào)理電路的輸出； 參照附圖2，12路采樣信號為:母線I的電壓有效值U1A、UlB對應(yīng)PlO端口 1A、2A，電流有效值I1A、I1B對應(yīng)Pll端口 3A、4A，相位U1T、I1T對應(yīng)P12端口 1A、2A ;母線II的電壓有效值U2A、U2B對應(yīng)PlO端口 1B、2B，電流有效值I2A、I2B對應(yīng)Pll端口 3B、4B，相位U2T、I2T對應(yīng)P13端口 3A、4A ;A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果通過D(TD13為14位數(shù)據(jù)總線既圖中標(biāo)注①傳輸給檢測控制芯片Ull (參照附圖3);INT為中斷輸出端，EN為轉(zhuǎn)換開始使能端，RD為讀命令使能端，WR為寫命令使能端，CSO為芯片選擇端；U9、U10的五個控制口共用檢測控制芯片Ull的五個IO 口，U9、UlO的INT、EN、RD、WR端分別接到檢測控制芯片Ull的？62、？07、？06、？61端，邯片選030端連接？60，譏0片選031端連接？05 (參照附圖3)。
[0015]在圖3中，UlI為檢測控制芯片單片機，標(biāo)號①為與A/D轉(zhuǎn)換芯片U9和UlO相連的14位數(shù)據(jù)總線，與圖(2)中的標(biāo)號①相連，檢測控制芯片的PG2、PC7、PC6、PGU PGO, PC5分別連接AD轉(zhuǎn)換芯片的控制端口(參照附圖2)，ISP2為程序下載端口，其MISO、MISl端分別與Ull的TXDO和RXDO端連接，RST和SCK分別與Ull的20和11引腳連接；復(fù)位電路中，電阻R32 —端與電源正極相連，另一端通過開關(guān)S3連接地，D7 一端與電源正極連接，另一端與電容C44的一端共同接到Ull的20引腳，C44的另一端接地；時鐘電路中，晶振的I端連接電容C45和Ull的23引腳，2端連接電容C46和Ull的24引腳，電容C45和C46的另一端共地。
[0016]圖4為單相電壓電流采集和調(diào)理電路圖；以母線IA相為例，在圖4的I部分中，電源A相電壓經(jīng)Jl輸入，Jl經(jīng)過分壓電阻R3和Rll與互感器Tl連接，互感器Tl經(jīng)過電阻R6與運算放大器UlA連接進行電壓跟隨，UlA輸出通過R4再連接到U2A進行第一級放大，U2A經(jīng)過電阻R5連接U2B進行第二級放大，U2B經(jīng)電阻R8引出的電壓正弦調(diào)理波形有兩路去向，一路為正弦UlT信號，由J3連接到檢測電路PartA中(參照附圖2)P12端口 1A，另一路連接到U3A進行過零比較輸出，得到的方波再經(jīng)電阻R9連接到U4A進行反相，再經(jīng)由端子J3上連接到檢測電路PartA中(參照附圖2) PlO端口 IA ;在圖4的2部分中，電源A相電流經(jīng)J2輸入，J2與電流互感器連接，輸出接功率電阻R23將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，再經(jīng)電阻R18連接U2C進行第一級放大，U2C經(jīng)電阻R20與U2D連接進行第二級放大，U2D連接電阻R22，同樣有兩路去向，一路為正弦IlT信號經(jīng)由J3連接到檢測電路PartA中(參照附圖2) P12端口 2A，另一路連接U3B進行過零比較，輸出方波經(jīng)由電阻R24連接U4B進行反相，同樣再經(jīng)由端子J3連接到檢測電路PartA中(參照附圖2)P10端口 3A ;母線1、11其它相電壓電流信號調(diào)理電路同上。
[0017]圖5中，U12為主控芯片，P14是PWM驅(qū)動脈沖輸出端口，輸出經(jīng)由圖1中IGBT驅(qū)動連接到主電路，？15是芯片自帶4/1)采樣端口，仍41?、仍41乂分別連接檢測控制板芯片仍1的TXDURXD1 (參照附圖3);復(fù)位電路中，電阻R34和D8—端與電源正極相連，另一端通過開關(guān)S4共地，復(fù)位電路通過電阻R35接到U12的I引腳；時鐘電路中，晶振的I端連接電容C49和U12的14引腳，2端連接電容C48和U12的13引腳，電容C49和C48的另一端共地。
[0018]參照附圖1一5，說明控制流程；參照附圖1，首先直流電源部分(5)，要對整流一逆變主電路(8)中的直流側(cè)電容進行充電，主控制器部分(6)中的主控芯片檢測電容直流側(cè)電壓達到預(yù)定值后，切除充電電阻R3，裝置啟動完畢；裝置啟動完畢之后，首先檢測電路PartA (2)檢測母線1、II的各相電壓電流有效值與相位信息，將結(jié)果上傳到人機界面FFT觸摸屏(I)顯示，同時將結(jié)果傳給主控芯片進行處理，計算出母線1、II間的電壓矢量差進行逆變；參照附圖5，通過P14端口輸出所需PWM脈沖，經(jīng)過IGBT驅(qū)動連接到整流一逆變主電路(8)中IGBTVl—V6的門級；另外，主控芯片通過自身A/D采樣逆變輸出電壓電流有效值與相位，形成雙閉環(huán)控制，保證輸出的穩(wěn)定，逆變輸出通過匹配器輸出部分(9)連接到母線 1、II。
[0019]以下再結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】檢測部分的控制流程，檢測電路PartA涉及的檢測信號包括母線I的U1A、U1B、I1A、IlB (有效值檢測)和U1T、IlT (相位檢測)以及母線II的U2A、U2B、I2A、I2B (有效值檢測)和U2T、I2T (相位檢測)，檢測電路PartB涉及的檢測信號包括U3A、U3B、I3A、I3B (有效值檢測)和U3T (相位檢測);參照附圖2、附圖3和附圖5，檢測主控芯片Ull的PA 口，和PB 口與A/D轉(zhuǎn)換芯片U9、UlO的14位數(shù)據(jù)口 D(TD13連接，構(gòu)成并行數(shù)據(jù)通信線①，將檢測數(shù)值并行傳輸給檢測控制芯片進行運算處理;A/D轉(zhuǎn)換芯片W、UlO的五個控制口共用檢測控制芯片Ull的五個IO 口，U9、U10的INT、EN、RD、WR端分別接到檢測控制芯片Ull的PG2、PC7、PC6、PGl端，U9片選CSO端連接PGO，UlO片選CSl端連接PC5，檢測控制芯片Ull通過一定的檢測算法處理A/D采樣數(shù)據(jù)，再通過異步串行通信口RXDl和TXDl發(fā)送數(shù)據(jù)處理結(jié)果給主控芯片U12的UlARX和U1ATX，主控芯片U12將收到的數(shù)據(jù)進行分析，進而通過PWM端口 P14輸出控制信號給整流一逆變主電路(8)中的IGBT ;主控芯片U12通過自身A/D采樣P15，檢測整流一逆變主電路的電壓輸出信號和直流側(cè)電容電壓；所有模擬電壓信號均由電壓互感器BingZi獲得，模擬電流信號均由霍爾電流傳感器獲得，互感器輸出經(jīng)過信號調(diào)理電路后輸出給A/D采樣芯片和主控芯片。
【權(quán)利要求】
1.電力系統(tǒng)柔性倒閘匹配裝置主要由人機界面部分、檢測電路PartA、斷路器控制輸出部分、母線I電源輸入部分、直流電源部分、主控制器部分、檢測電路PartB、整流一逆變主電路、匹配器輸出部分、母線II電源輸入部分組成。
2.權(quán)利要求書I中人機界面部分(I)主要采用TFT液晶觸摸屏，觸摸屏為直流12V供電，采用232串口通信方式與檢測電路PartA (2)中的檢測控制芯片連接，主要作用為實時顯示母線1、II的電壓和電流的有效值與相位、柔性倒閘匹配裝置輸出電壓和電流的有效值以及母線Ι、Π電壓的實時波形；檢測電路PartA (2)主要由兩片A/D轉(zhuǎn)換芯片(參照附圖2 )以及電壓電流互感器和比例運算電路(參照附圖4 )組成，檢測電路PartA (2 )主要用來采集母線1、II電壓電流有效值與相位信息，并將采集獲得的電壓電流信息通過232串口通信分別傳給觸摸屏顯示和主控芯片進行運算處理；斷路器控制輸出部分(3)主要用來控制斷路器線圈勵磁回路的得電與失電，進而控制斷路器主觸頭的分合閘操作；母線I電源輸入部分(4)包括隔離開關(guān)QS4和斷路器主觸頭QF2，QS4平時為熱備用狀態(tài)，QF2用來控制柔性倒閘匹配裝置向母線I的投切；直流電源部分(5)主要給各個控制芯片以及電源轉(zhuǎn)換芯片提供初級電源，包括檢測控制板與主控板的初級直流24V輸入，觸摸屏12V輸入，IGBT驅(qū)動板24V輸入以及其他元件的5V供電；主控制器部分(6)主要用來產(chǎn)生逆變主電路IGBT的驅(qū)動脈沖信號，其脈寬根據(jù)檢測電路PartA (2)傳過來的電壓電流信息和檢測電路PartB (7)采集獲得的倒閘裝置輸出電壓信息作對比來確定；檢測電路PartB (7)主要由相位檢測和逆變輸出電壓檢測兩部分組成，電路圖可參照附圖4，如上所述，此電路主要功能為檢測柔性倒閘裝置的輸出電壓有效值和相位；整流一逆變主電路(8)主要由整流部分和逆變部分組成，整流部分是由二極管Dp D6, D3、D4, D5、D2組成的三相全橋整流，將交流380V/50HZ三相交流電變換成直流電壓給逆變直流側(cè)儲能電容充電；逆變部分是由功率開關(guān)IGBT和Vp V4, V3> \、V5, V2組成的三相全橋逆變電路，將整流橋所得直流電壓變換成所需交流電壓；整流橋與逆變橋之間的電容Cp C2、C3、C4為直流側(cè)儲能電容，電阻％、R2并聯(lián)在電容側(cè)起均壓的作用，電容C5為濾波電容；整流橋與儲能電容之間串有晶閘管V7,當(dāng)儲能電容電壓充滿后用來切除充電電阻，充電電阻R3起緩沖作用；匹配器輸出部分(9)主要是一臺升壓變壓器；母線II電源輸入部分(10)主要包括隔離開關(guān)QS3，其平時為熱備用狀態(tài)，既閉合狀態(tài)。
【文檔編號】H02J3/00GK103545808SQ201310519623
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】汪玉鳳, 張國軍, 蘆新茹, 于寧, 李國華, 田立勇, 齊梓伊, 張根現(xiàn), 陳鵬飛, 王青峰, 李慧敏, 王斌 申請人:遼寧工程技術(shù)大學(xué), 河南大有能源股份有限公司, 葫蘆島利能科技有限公司