基于柔性控制技術的有載調壓裝置的控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于柔性控制技術的有載調壓裝置的控制系統(tǒng)及方法，調壓裝置與變壓器本體分離，包括人機系統(tǒng)、與所述人機系統(tǒng)進行通訊連接的控制保護系統(tǒng)以及永磁開關電路，所述控制保護系統(tǒng)根據所述永磁開關電路的信號反饋觸發(fā)驅動所述永磁開關電路，所述控制保護系統(tǒng)包括模擬信號調理電路，所述模擬信號調理電路通過AD轉換器連接DSP核芯，所述DSP核芯與開關量輸入輸出電路相連進行數據通信，還包括與所述開關量輸入輸出電路相連的光電隔離驅動電路，以及所述光電隔離驅動電路連接的開關量輸入電路、開關量輸出電路、光觸發(fā)信號電路以及輸入光回報信號至所述開關量輸入輸出電路的光回報信號電路以及與以太網進行通信的通信口。
【專利說明】
基于柔性控制技術的有載調壓裝置的控制系統(tǒng)及方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種基于柔性控制技術的有載調壓裝置的控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]配電變壓器有載調壓是提高配網經濟運行水平，保證供電電壓質量的重要手段。目前配電變壓器有載自動調壓通常采用機械式有觸點自動分接開關，這種開關改變分接頭時因產生電弧必須安裝在獨立的油箱中，且不適合頻繁操作。運行中主要存在以下問題:
[0003]1、有載調壓裝置故障率高:由于常規(guī)有載調壓裝置機械結構復雜，對變壓器油有污染，運行中易故障，維護工作量大的缺點。經調研目前邯鄲供電公司在役有載配電變壓器13臺，應裝置故障均未實現(xiàn)有載調壓。
[0004]2、有載調壓裝置配置率低，部分用戶供電電壓合格率偏低:雖然近幾年加大對配電網的投資力度，但仍然存在配電變壓器布點不合理、配電網老舊、供電半徑長、供電結構不合理等問題，致使用戶供電電壓合格率偏低，且短期內不能完全解決。同時，部分用戶負荷呈現(xiàn)日或季度周期性變化，不采取有載調壓方式難以滿足供電電壓合格率要求。
[0005]3、配電變壓器配置無功補償裝置運行不經濟。為提升配電網經濟運行水平，配電變壓器逐步配置無功補償裝置，在沒有實時的電壓調整配合下，無功補償裝置難以確保補償效果。
[0006]總之，就目前配電網運行情況，對部分配電臺區(qū)實現(xiàn)有載調壓，是提升供電電壓合格率，提高經濟運行水平的必要手段。但由于現(xiàn)有有載調壓裝置運行中易故障，維護工作量大的缺點，是配電網中有載配電變壓器難以普及的主要技術瓶頸。

【發(fā)明內容】

[0007]針對上述問題，本發(fā)明提供一種基于柔性控制技術的有載調壓裝置的控制系統(tǒng)。
[0008]本發(fā)明基于柔性控制技術的有載調壓裝置的控制系統(tǒng)，包括:包括人機系統(tǒng)、與所述人機系統(tǒng)進行通訊連接的控制保護系統(tǒng)以及永磁開關電路，所述控制保護系統(tǒng)根據所述永磁開關電路的信號反饋觸發(fā)驅動所述永磁開關電路，所述控制保護系統(tǒng)包括模擬信號調理電路，所述模擬信號調理電路通過AD轉換器連接DSP核芯，所述DSP核芯與開關量輸入輸出電路相連進行數據通信，還包括與所述開關量輸入輸出電路相連的光電隔離驅動電路，所述光電隔尚驅動電路連接開關量輸入接口、開關量輸出接口 ；還包括輸入光回報信號至所述開關量輸入輸出電路的光回報信號電路以及與以太網進行通信的通信口；
[0009 ]電壓和電流信號經PT和CT，進入模擬信號調理電路，然后加到AD轉換器，進行DSP處理，處理完經AD采樣的模擬信號后，根據計算出的控制、保護參數，比較和判斷電壓、支路電流物理量后輸出控制保護動作信號，并形成帶時標的事件記錄然后上傳人機系統(tǒng)。
[0010]進一步地，所述的直動式真空永磁開關包括開關底座^永磁操動機構、B永磁操動機構、B拐臂和智能控制器，A永磁操動機構和B永磁操動機構分別通過支架安裝在開關底座上，A磁操動機構和B永磁操動機構由PLC控制器控制，A真空滅弧室、B真空滅弧室、C真空滅弧室和D真空滅弧室分別通過支架安裝在開關底座上，A拐臂和B拐臂分別活動安裝在開關底座上，A永磁操動機構和B永磁操動機構的驅動桿一端分別與A拐臂和B拐臂的上端傳動相連，A拐臂和B拐臂一側的上端分別與B真空滅弧室和D真空滅弧室的動端活動相連，A拐臂和B拐臂一側的下端分別與A真空滅弧室和C真空滅弧室的動端活動相連，A真空滅弧室、B真空滅弧室、C真空滅弧室和D真空滅弧室的靜端依次接A、B、C三相的輸入和公共端D的輸出，A真空滅弧室、B真空滅弧室、C真空滅弧室和D真空滅弧室的動端依次接A、B、C三相的的輸出和公共端D的輸入，A、B相的輸出分別通過導電排與公共端D的D真空滅弧室動端并聯(lián)，公共端D的輸出通過導電排與C相的C真空滅弧室動端串接。
[0011 ]進一步地，所述通信口包括用于調試的RS232通信口、用于監(jiān)控系統(tǒng)通信的RS232/485通信口。
[0012]進一步地，控制保護系統(tǒng)與永磁開關電路之間采用光隔開關量聯(lián)絡，完成控制和狀態(tài)反饋。
[0013]為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明基于柔性控制技術的有載調壓裝置的控制方法，包括上述的基于柔性控制技術的有載調壓裝置的控制系統(tǒng)，所述控制方法包括:
[0014]配電變壓器上電前，永磁開關K3或K1/K4已處于導通狀態(tài)，當變壓器合閘后，監(jiān)控系統(tǒng)自動檢測配電變壓器的輸出電壓，
[0015]若0.95UN〈U2〈1.05UN，則Kl導通，過零檢測、觸發(fā)T2，若K3導通，關斷K3、觸發(fā)Kl、關斷T2;若K3不導通，關斷K4、觸發(fā)K3、關斷T2;
[0016]U2〈0.95UN，則K4導通，過零檢測、觸發(fā)T2，若K3導通，關斷K3、觸發(fā)K4、關斷T2 ；若K3不導通，關斷K1、觸發(fā)K3、關斷T2。
[0017]有益效果
[0018]本發(fā)明基于柔性控制技術的有載調壓裝置的控制系統(tǒng)與現(xiàn)有技術具備如下有益效果:
[0019]配電變壓器分接頭柔性控制調壓裝置采用直動式永磁開關機構，直動式永磁開關易于實現(xiàn)計算機控制、具有結構簡潔、關斷與導通變換快，變換過程中由真空室滅弧，耐用可靠等優(yōu)點。將其作為變壓器的有載分接開關將具有造價低、壽命長、可頻繁調節(jié)、可靠性高等優(yōu)點。有載調壓裝置可與配電變壓器廠家配套，也可外掛獨立安裝，便于對在役無載調壓三(或五)分接頭勵磁配電變壓器進行有載改造，能夠根據供電電壓的波動，自動調節(jié)變壓器的輸出電壓，使配電變壓器輸出電壓能夠始終在其額定電壓附近，滿足國標電能質量電壓水平要求。相對于現(xiàn)有有載調壓技術，本項目裝置采用柔性控制技術，具有調節(jié)速度快、可頻繁動作、免維護、運行可靠的技術特點；電壓一步到位調節(jié)方式，壽命相當于真空開關有載調壓的2?3倍;投入運行，能夠有效提高電壓合格率水平，滿足社會用電需求。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明調壓控制裝置的保護電路原理框圖；
[0021 ]圖2是本發(fā)明的整體框架圖；
[0022]圖3是本發(fā)明自動有載調壓流程圖；
[0023]圖4是本發(fā)明尾部分接頭調壓的控制接線原理圖示意。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的描述。
[0025]如圖1至4所示，本發(fā)明基于柔性控制技術的有載調壓裝置的控制系統(tǒng)，包括:包括人機系統(tǒng)、與所述人機系統(tǒng)進行通訊連接的控制保護系統(tǒng)以及永磁開關電路，所述控制保護系統(tǒng)根據所述永磁開關電路的信號反饋觸發(fā)驅動所述永磁開關電路，所述控制保護系統(tǒng)包括模擬信號調理電路，所述模擬信號調理電路通過AD轉換器連接DSP核芯，所述DSP核芯與開關量輸入輸出電路相連進行數據通信，還包括與所述開關量輸入輸出電路相連的光電隔尚驅動電路，所述光電隔尚驅動電路連接開關量輸入接口、開關量輸出接口 ；還包括輸入光回報信號至所述開關量輸入輸出電路的光回報信號電路以及與以太網進行通信的通信P；
[0026]電壓和電流信號經PT和CT，進入模擬信號調理電路，然后加到AD轉換器，進行DSP處理，處理完經AD采樣的模擬信號后，根據計算出的控制、保護參數，比較和判斷電壓、支路電流物理量后輸出控制保護動作信號，并形成帶時標的事件記錄然后上傳人機系統(tǒng)。
[0027]如圖4所示，所述的直動式真空永磁開關包括開關底座、A永磁操動機構2、B永磁操動機構3、A真空滅弧室4、B真空滅弧室5、C真空滅弧室6、D真空滅弧室7、A拐臂8、B拐臂9和智能控制器10，A永磁操動機構2和B永磁操動機構3分別通過支架安裝在開關底座I上，A永磁操動機構2和B永磁操動機構3由PLC控制器控制，A真空滅弧室4、B真空滅弧室5、C真空滅弧室6和D真空滅弧室7分別通過支架安裝在開關底座I上，A拐臂8和B拐臂9分別活動安裝在開關底座I上，A永磁操動機構2和B永磁操動機構3的驅動桿一端分別與A拐臂8和B拐臂9的上端傳動相連，A拐臂8和B拐臂9 一側的上端分別與B真空滅弧室5、D真空滅弧室7的動端活動相連，A拐臂8和B拐臂9 一側的下端分別與A真空滅弧室4、C真空滅弧室6的動端活動相連，A真空滅弧室4、B真空滅弧室5、C真空滅弧室6和D真空滅弧室7的靜端依次接A、B、C三相的輸入和公共端D的輸出，A真空滅弧室4、B真空滅弧室5、C真空滅弧室6和D真空滅弧室7的動端依次接A、B、C三相的的輸出和公共端D的輸入，A、B相的輸出分別通過導電排與公共端D的D真空滅弧室7動端并聯(lián)，公共端D的輸出通過導電排與C相的C真空滅弧室6動端串接。
[0028]工作原理:當永磁操動機構(A永磁操動機構2和B永磁操動機構3)接到智能控制器10發(fā)出的指令，做前、后運動時，驅動拐臂(A拐臂8和B拐臂9)也做前、后運動，二只滅弧室分別做合分運動(即A真空滅弧室4、B真空滅弧室5和C真空滅弧室6、D真空滅弧室7，)，相互形成互鎖。
[0029]開關有兩個拐臂單元組，S卩A真空滅弧室4、B真空滅弧室5和A拐臂8為一組，C真空滅弧室6、D真空滅弧室7和B拐臂9為一組。
[0030]當B永磁操動機構3推拉B拐臂9動作，當D真空滅弧室7合，則C真空滅弧室6為分;而同時A永磁操動機構2推拉A拐臂8動作，當A真空滅弧室4合、B真空滅弧室5分，就會行成A相和公共端D輸出端導通，則輸出A相；
[0031]若B真空滅弧5合、A真空滅弧室4分時，就會形成B相和公共端D輸出端導通，則輸出B相；
[0032]當C真空滅弧室6合、公共端D的D真空滅弧室7分時，A真空滅弧室4和B真空滅弧室5被公共端D的斷開而屏蔽，只輸出C相。
[0033]永磁開關運用拐臂運動原理實現(xiàn)了機械互鎖，避免兩相共輸出的現(xiàn)象;達到三進一出的目的。本永磁開關引用了節(jié)能環(huán)保的理念，運用永磁機構內線圈瞬間大電流牽引拐臂動作，在任意相輸出時，利用無功耗的永磁力進行維持，大大節(jié)省了能源消耗，接軌世界環(huán)保新概念。真空滅弧室的利用，則是使開關處于真空的狀態(tài)下，大大延長了開關的使用壽命，確保了開關的穩(wěn)定性和安全性。而永磁開關的控制系統(tǒng)采用智能控制理念，通過光耦監(jiān)控顯示開關狀態(tài)，再經過編程的集成電路智能發(fā)出下一步動作指令進行所需任意一相換相。
[0034]進一步地，所述通信口包括用于調試的RS232通信口、用于監(jiān)控系統(tǒng)通信的RS232/485通信口。
[0035]進一步地，控制保護系統(tǒng)與永磁開關電路之間采用光隔開關量聯(lián)絡，完成控制和狀態(tài)反饋。
[0036]現(xiàn)役配電變壓器勵磁調壓有尾部、中部、端部幾種接線和調節(jié)方式，一般有載調壓裝置與變壓器一同浸放于同一器身內。為方便新產品的現(xiàn)場安裝調試，兼容現(xiàn)役無載勵磁調壓改造，現(xiàn)需要開發(fā)一套用于分接頭接線的絕緣接線裝置。通過絕緣接線裝置可方便完成分離式分接頭調壓裝置的現(xiàn)場調試及運行維護。
[0037]本發(fā)明關鍵技術包括在尾部、中部、端部不同配變分接頭方式下自動轉換過程中的環(huán)流理論分析;限流電阻的選型;真空泡與永磁機構的配合選型，電力電子器件及永磁機構相位控制系統(tǒng)開發(fā)完善，機電連鎖結構等。尾部分接頭調壓的控制接線原理圖示意如下(其中K1、K3、K4、T2為直動結構永磁開關):
[0038]調壓控制系統(tǒng)包括相位監(jiān)控及功率驅動電路、大功率儲能電路、狀態(tài)監(jiān)控及保護電路，它們的有機組合實現(xiàn)過零投切功能。在準確測量各電量的基礎上，計算出各控制量參數，根據設計邏輯輸出控制和保護命令，控制分接頭支路的投切，并根據通信要求與上位機通信。
[0039]控制保護系統(tǒng)采用如圖1所示結構，電壓和電流信號經PT和CT，進入模擬信號調理電路，然后直接加到AD輸入通道。DSP處理完經AD采樣的模擬信號后，計算出控制、保護參數等。在比較和判斷有關的物理量(電壓，支路電流)后，輸出控制保護動作信號等，并形成帶時標的事件記錄然后上傳人機系統(tǒng)。3(:11做成1?232通信口，用于調試，3(:12做成1?232/485通信口或者CAN接口或者以太網口，用于與監(jiān)控系統(tǒng)通信?？刂葡到y(tǒng)與相控開關之間采用光隔開關量聯(lián)絡，完成控制和狀態(tài)反饋。
[0040]裝置系統(tǒng)采用標準化、規(guī)范化的機械結構，使之更適合在變電站的安裝、調試、運行、維護。
[0041]為便于現(xiàn)場安裝運行調試及現(xiàn)役無載勵磁配變的現(xiàn)場改造，采用勵磁分抽頭外接，調壓裝置與變壓器本體分離式結構。
[0042]以分接頭自動調壓技術及直動式永磁開關前期研究為基礎，采用先控制理論分析，再進行設備制造的技術方法。在裝置研發(fā)過程中，采用模塊化設計理念，重點突破高電壓絕緣機械結構及柔性控制技術組合自動調壓應用的技術難點。由于國內電子式分接頭調壓變壓器工程實踐較少，理論研究結果對實際的樣機設計有較強指導作用。
[0043]裝置控制系統(tǒng)的主要組成部分:一次部分的電力電子器件、直動式永磁開關;二次部分的觸發(fā)單元、控制保護系統(tǒng)和人機系統(tǒng)。
[0044]裝置的整體架構如圖2所示，裝置控制系統(tǒng)的主要組成部分:一次部分的電力電子器件、直動式永磁開關;二次部分的觸發(fā)單兀、控制保護系統(tǒng)和人機系統(tǒng)。
[0045]單穩(wěn)永磁開關機械本體完成高壓電路的分合功能，其最大優(yōu)點是摒棄繁雜、可靠性低的彈操(或電磁)機構，采用單穩(wěn)永磁和直線運行結構，其行程小，無開關彈跳，結構緊湊，開關動作的時間延遲短，操作分散性大大縮短(一般可做到0.1ms內)，開關操作的壽命大大提高(50萬次)。
[0046]單穩(wěn)永磁開關驅動電路完成開關驅動，永磁開關的相位監(jiān)控及IGBT驅動電路的作用是測量電壓、電流，檢測其過零相位，通過邏輯及隔離電路發(fā)出控制命令，IGBT驅動電路可實現(xiàn)高電壓大電流的雙向脈沖輸出。相位監(jiān)控電路提供實時校正功能，解決溫度變化、開關老化、電源擾動等因素帶來的分散性問題，通過控制校正時間補償功能，保證開關分合的時間精確可控，可做到± 0.1ms內。
[0047]自動有載調壓流程如圖3所示，配電變壓器上電前，永磁開關K3(或K1/K4)已處于導通狀態(tài)，當變壓器合閘后，監(jiān)控系統(tǒng)自動檢測配電變壓器的輸出電壓，如果電壓超過允許波動范圍，則進入自動有載調壓程序。從圖可以看出，每次都是先將限流電阻RX串入分接頭變換回路，然后再開始分接頭的變換，這樣可以起到限制環(huán)流值的作用。
[0048]上述實施例中，本實施例中，所述開關底座A為方桶形整體構件，所述開關底座頂端面上設有凸緣B，在開關底座的底端設有底板C，所述開關底座與所述底板采用壓塑成形的方法加工成一體。
[0049]對本發(fā)明應當理解的是，以上所述的實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細的說明，以上僅為本發(fā)明的實施例而已，并不用于限定本發(fā)明，凡是在本發(fā)明的精神原則之內，所作出的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求所界定的保護范圍為準。
【主權項】
1.一種基于柔性控制技術的有載調壓裝置的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:包括人機系統(tǒng)、與所述人機系統(tǒng)進行通訊連接的控制保護系統(tǒng)以及永磁開關電路，所述控制保護系統(tǒng)根據所述永磁開關電路的信號反饋觸發(fā)驅動所述永磁開關電路，所述控制保護系統(tǒng)包括模擬信號調理電路，所述模擬信號調理電路通過AD轉換器連接DSP核芯，所述DSP核芯與開關量輸入輸出電路相連進行數據通信，還包括與所述開關量輸入輸出電路相連的光電隔離驅動電路，所述光電隔尚驅動電路連接開關量輸入接口、開關量輸出接口 ；還包括輸入光回報信號至所述開關量輸入輸出電路的光回報信號電路以及與以太網進行通信的通信口； 電壓和電流信號經PT和CT，進入模擬信號調理電路，然后加到AD轉換器，進行DSP處理，處理完經AD采樣的模擬信號后，根據計算出的控制、保護參數，比較和判斷電壓、支路電流物理量后輸出控制保護動作信號，并形成帶時標的事件記錄然后上傳人機系統(tǒng)。2.根據權利要求1所述的基于柔性控制技術的有載調壓裝置的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的直動式真空永磁開關包括開關底座、A永磁操動機構、B永磁操動機構、B拐臂和智能控制器，A永磁操動機構和B永磁操動機構分別通過支架安裝在開關底座上，A永磁操動機構和B永磁操動機構由PLC控制器控制，A真空滅弧室、B真空滅弧室、C真空滅弧室和D真空滅弧室分別通過支架安裝在開關底座上，A拐臂和B拐臂分別活動安裝在開關底座上，A永磁操動機構和B永磁操動機構的驅動桿一端分別與A拐臂和B拐臂的上端傳動相連，A拐臂和B拐臂一側的上端分別與B真空滅弧室和D真空滅弧室的動端活動相連，A拐臂和B拐臂一側的下端分別與A真空滅弧室和C真空滅弧室的動端活動相連，A真空滅弧室、B真空滅弧室、C真空滅弧室和D真空滅弧室的靜端依次接A、B、C三相的輸入和公共端D的輸出，A真空滅弧室、B真空滅弧室、C真空滅弧室和D真空滅弧室的動端依次接A、B、C三相的的輸出和公共端D的輸入，A、B相的輸出分別通過導電排與公共端D的D真空滅弧室動端并聯(lián)，公共端D的輸出通過導電排與C相的C真空滅弧室動端串接。3.根據權利要求1所述的基于柔性控制技術的有載調壓裝置的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述通信口包括用于調試的RS232通信口、用于監(jiān)控系統(tǒng)通信的RS232/485通信口。4.根據權利要求1所述的基于柔性控制技術的有載調壓裝置的控制系統(tǒng)，其特征在于，控制保護系統(tǒng)與永磁開關電路之間采用光隔開關量聯(lián)絡，完成控制和狀態(tài)反饋。5.根據權利要求2所述的基于柔性控制技術的有載調壓裝置的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述開關底座為方桶形整體構件，所述開關底座頂端面上設有凸緣，在開關底座的底端設有底板，所述開關底座與所述底板采用壓塑成形的方法加工成一體。6.—種基于柔性控制技術的有載調壓裝置的控制方法，其特征在于，包括權利要求1至5任一所述的基于柔性控制技術的有載調壓裝置的控制系統(tǒng)，所述控制方法包括: 配電變壓器上電前，永磁開關K3或K1/K4已處于導通狀態(tài)，當變壓器合閘后，監(jiān)控系統(tǒng)自動檢測配電變壓器的輸出電壓， 若0.951^〈1]2〈1.05_，則1(1導通，過零檢測、觸發(fā)12，若1(3導通，關斷1(3、觸發(fā)1(1、關斷T2;若K3不導通，關斷K4、觸發(fā)K3、關斷T2; U2〈0.95UN，則K4導通，過零檢測、觸發(fā)T2，若K3導通，關斷K3、觸發(fā)K4、關斷T2 ；若K3不導通，關斷K1、觸發(fā)K3、關斷T2。
【文檔編號】H02P13/06GK105914742SQ201610300394
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】郜志, 郭衛(wèi)東, 楊海運, 張社安, 趙樹軍
【申請人】國家電網公司, 國網河北省電力公司邯鄲供電分公司, 邯鄲市奧瑞電子機械有限公司