一種基于雙欠壓信息的永磁斷路器控制系統(tǒng)及方法與流程

本發(fā)明涉及永磁斷路器控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于雙欠壓信息的永磁斷路器控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，以及電力相關(guān)技術(shù)新標(biāo)準(zhǔn)的頒布，對配電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和智能化的要求越來越高，而永磁技術(shù)的實現(xiàn)以及現(xiàn)代電力電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展使得配電網(wǎng)智能化得到突破性發(fā)展。永磁斷路器作為智能斷路器中優(yōu)秀的一員，其高可靠性、免維護(hù)、分合閘速度快、開斷能力強等特點得到了大家的一致認(rèn)可。目前國內(nèi)外有數(shù)十家廠商和科研機構(gòu)投入了大量的資源在研究永磁機構(gòu)相關(guān)的產(chǎn)品和技術(shù)，國外有ABB、西門子、施耐德等，國內(nèi)有四方、北京科銳、揚州新概念等等，而且已經(jīng)開發(fā)出一系列產(chǎn)品和技術(shù)，并取得不錯的成效，但是隨著永磁技術(shù)的產(chǎn)品越來越多，以及應(yīng)用范圍越來越廣，其局限性也逐步體現(xiàn)了出來，例如永磁機構(gòu)的電壓等級各有不同造成其控制器匹配的復(fù)雜性，驅(qū)動分合閘的方式不同所取得的效果也不一樣，驅(qū)動電源如何合理利用等等。

現(xiàn)有永磁機構(gòu)斷路器驅(qū)動電源上的選擇是一致的，即采用大容量的鋁電解電容給分合閘線圈釋放大電流，產(chǎn)生磁場從而進(jìn)行分合閘。相比較而言，采用蓄電池作為驅(qū)動電源則需要定期維護(hù)，采用超級電容模組作為驅(qū)動電源的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于大容量的電解電容。目前主要的控制方法與驅(qū)動單元主要有以下幾大方向：

（1）由控制器直接固定輸出分合閘脈沖時間的，并且采用給電容器設(shè)定一個欠壓點的模式，一旦低于欠壓點便閉鎖分合閘脈沖輸出。該方式的優(yōu)點是可靠，但是缺點非常明顯，由于無法得知分合閘是否到位，為了保障斷路器分合閘成功，其固定的輸出比真正需要輸出時間長得多，這樣不僅無法體現(xiàn)分合閘速度快的優(yōu)點，而且損耗大量能量，根據(jù)實際分合閘電容電壓跌落測試，一般容量的電容器操作一次后，電壓跌落較大，基本會造成電容欠壓，無法再進(jìn)行下一步操作。

（2）采用位置傳感器采集位置信息并參與分合閘脈沖的輸出邏輯，同樣采用一個欠壓點的模式，該方式優(yōu)點是信號靈敏，且分合閘所需能量相對較少。但是該方式的難點在于位置傳感器的安裝位置要求較為苛刻，容易出現(xiàn)過早感應(yīng)到位置變化導(dǎo)致分合閘不成功，甚至因同時感應(yīng)到多個位置信號導(dǎo)致斷路器拒動的現(xiàn)象發(fā)生。而且采用一個欠壓點的模式，仍然需要一個容量非常大的電容器才能實現(xiàn)第二次操作。

（3）采用雙線圈的機構(gòu)，并且分合閘輸出分別采用一個電容器，互不干擾，仍然采用一個欠壓點的模式，該方式的優(yōu)點是操作一次后仍然可以操作第二次，缺點是仍然需要大容量電容才可實現(xiàn)重合閘，而且分合閘分開來設(shè)計的方式實現(xiàn)起來比較復(fù)雜，而且成本較高。

（4）驅(qū)動單元采用單個IGBT或者其他大功率場效應(yīng)管的，該方式優(yōu)點是電路簡單，元器件較少，缺點是單個場效應(yīng)管承受的最大電壓較大，在較大電流和電壓沖擊下，容易發(fā)生元器件損壞的現(xiàn)象。

（5）目前控制器中大多采用與永磁機構(gòu)電壓等級一對一的方式，該方式的優(yōu)點是有針對性，缺點是碰到不同的電壓等級的機構(gòu)時，需要更換控制器，適應(yīng)性不強。

綜上所述，目前現(xiàn)有技術(shù)中采用一個欠壓點的模式，不利于操作電源的利用，采用單個IGBT驅(qū)動，不利于元器件的保護(hù)，除此之外由于永磁機構(gòu)電壓等級的多樣性造成控制器的多樣性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的其中一個目是提供一種實現(xiàn)方式簡單且可合理利用驅(qū)動電源能量的基于雙欠壓信息的永磁斷路器控制系統(tǒng)，其使永磁斷路器能夠可靠、快速地進(jìn)行分合閘，節(jié)約能耗，并能延長驅(qū)動電路中元器件的使用壽命，提高控制器的適應(yīng)性。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：

一種基于雙欠壓信息的永磁斷路器控制系統(tǒng)，其特征在于：包括測控單元、驅(qū)動單元、電容電壓檢測單元和永磁斷路器，所述測控單元輸入端分別連接有位置傳感器和電容電壓檢測單元，所述測控單元輸出端與驅(qū)動單元連接；所述驅(qū)動單元輸入端連接有電容器，所述驅(qū)動單元輸出端與永磁斷路器連接；

所述電容電壓檢測單元，用于檢測電容欠壓信號；

所述位置傳感器，用于采集永磁斷路器的分合閘位置信號并傳遞給測控單元；

所述測控單元，用于采集電容器欠壓信號和位置傳感器的信號，判斷電容器是否欠壓再向驅(qū)動單元輸出分合閘脈沖；

所述驅(qū)動單元，用于接收到分合閘脈沖并驅(qū)動永磁斷路器分合閘動作。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述測控單元包括第一控制單元和第二控制單元，所述第一控制單元與第二控制單元連接，所述第二控制單元，用于完成信號判斷的步驟并向第一控制單元輸出判斷結(jié)果；所述第一控制單元控制第二控制單元向驅(qū)動單元輸出分合閘脈沖。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，第一控制單元采用DSP，第二控制單元采用CPLD。

作為上述單欠壓技術(shù)方案的改進(jìn)，所述電容電壓檢測單元可分別設(shè)置有分閘欠壓點和合閘欠壓點，根據(jù)分合閘能量分別設(shè)置分合閘欠壓門限值，所述電容電壓檢測單元包括依次連接的分閘欠壓點和合閘欠壓點設(shè)置電路、分壓電路、比較器電路以及光耦隔離回路，所述光耦隔離回路輸出端連接測控單元。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述驅(qū)動單元包括依次連接的IGBT驅(qū)動回路和IGBT全橋電路，所述永磁斷路器線圈并接于IGBT全橋電路兩橋臂之間，所述電容器與IGBT全橋電路的兩端連接。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述IGBT驅(qū)動回路包括依次連接的隔離回路和功率放大器電路，所述隔離回路輸入端連接測控單元，所述功率放大器輸出端連接IGBT全橋電路。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述IGBT全橋電路包括4個IGBT回路。

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的另一個目的是提供一種實現(xiàn)方式簡單且可合理利用驅(qū)動電源能量的基于雙欠壓信息的永磁斷路器控制方法，其使永磁斷路器能夠可靠、快速地進(jìn)行分合閘，節(jié)約能耗，并能延長驅(qū)動電路中元器件的使用壽命，提高控制器的適應(yīng)性。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：

一種基于雙欠壓信息的永磁斷路器控制方法，其特征在于：包括如下步驟：

1）信號采集：電容電壓檢測單元檢測電容器的電壓，并將檢測到的電容器電壓與設(shè)定的欠壓點門限值進(jìn)行比較判斷，輸出比較判斷結(jié)果給測控單元，同時測控單元通過位置傳感器采集永磁斷路器的分合閘位置信號；

2）欠壓信號判斷：電容電壓檢測單元將檢測到的電容器電壓與設(shè)定的欠壓點門限值進(jìn)行比較判斷：若電容器電壓低于分閘欠壓點的門限值就傳送測控單元分閘欠壓信號；若電容器電壓低于合閘欠壓點且高于分閘欠壓電的門限值就傳送測控單元合閘欠壓信號；若電容器電壓高于合閘欠壓點，則上送不欠壓信號。

3）分合閘驅(qū)動控制：根據(jù)當(dāng)前的位置信號，當(dāng)電容器欠壓信號不存在時，測控單元向驅(qū)動單元輸出分合閘脈沖，否則閉鎖分合閘脈沖輸出。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述電容電壓檢測單元可分別設(shè)置有分閘欠壓點和合閘欠壓點，根據(jù)分合閘能量分別設(shè)置分合閘欠壓門限值，所述電容電壓檢測單元包括依次連接的分閘欠壓點和合閘欠壓點設(shè)置電路、分壓電路、比較器電路以及光耦隔離回路，所述步驟2） 中電容電壓檢測單元判斷電容器是否處于欠壓具體步驟為：電容器電壓經(jīng)過分壓電路后，電壓信號進(jìn)入比較器電路與設(shè)定的欠壓點門限值進(jìn)行比較，比較器電路輸出高低電平信號經(jīng)過光耦隔離回路后進(jìn)入測控單元，測控單元根據(jù)接收到的電平信號判斷是否出現(xiàn)分閘欠壓或者合閘欠壓，若出現(xiàn)分閘欠壓則閉鎖分閘脈沖信號輸出，若出現(xiàn)合閘欠壓則閉鎖合閘脈沖信號輸出，并將相應(yīng)欠壓信號發(fā)送至控制單元判斷。

作為上述技術(shù)方案的改進(jìn)，所述步驟中3）測控單元向驅(qū)動單元輸出相應(yīng)的分合閘脈沖具體步驟為：所述測控單元接收到分合閘信號時，判斷當(dāng)前電容器是否欠壓，若不欠壓，則輸出相應(yīng)的分合閘脈沖信號，所述分合閘脈沖信號經(jīng)過光藕隔離回路后進(jìn)入功率放大電路，在經(jīng)過功率放大后，驅(qū)動信號進(jìn)入IGBT全橋電路，驅(qū)動IGBT導(dǎo)通，電容器放電。

本發(fā)明的有益效果有：

本發(fā)明一種基于雙欠壓信息的永磁斷路器控制系統(tǒng)及方法，通過利用單穩(wěn)態(tài)機構(gòu)分閘有分閘彈簧協(xié)助所需能量小且分閘時間穩(wěn)定，合閘所需能量大的特點，分閘采用固定時長輸出，合閘根據(jù)位置信號輸出脈沖并延時一定時長，無位置信號時固定時長輸出，實現(xiàn)簡單，可以避免合閘脈沖的無謂持續(xù)輸出，節(jié)約電容器能量，并可保證合閘的可靠性；同時根據(jù)分合閘所需不同的能量大小，以及電力標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定分別設(shè)定適合分閘的電容欠壓點門限值以及合閘的電容欠壓點門限值，這樣電容充滿電時分閘不會出現(xiàn)合閘電容欠壓信號，合閘后仍可分閘，從而有效利用電容器的能量。而且合于故障線路時可立即分閘，防止前端變電站出口斷路器跳閘，保護(hù)線路安全。

本發(fā)明采用IGBT全橋模式的控制方式，降低每個IGBT上承受的最大電壓，延長使用壽命，分合閘可共用一個電容器，節(jié)省成本，并且該控制方法可以把斷路器驅(qū)動單元3做成可替換的模塊，針對不同電壓等級的永磁機構(gòu)可以替換相應(yīng)等級的模塊。

附圖說明

下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，其中：

圖1是本發(fā)明實施例的原理示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例的分合閘欠壓點設(shè)置電路框圖；

圖3是本發(fā)明實施例的電容電壓變化曲線與欠壓信號關(guān)系圖；

圖4是本發(fā)明實施例的欠壓判斷工作原理圖；

圖5是本發(fā)明實施例的分合閘驅(qū)動控制的波形圖。

具體實施方式

參照圖1，本發(fā)明具體實施例提供一種基于雙欠壓信息的永磁斷路器控制系統(tǒng)，包括測控單元2、驅(qū)動單元3、電容電壓檢測單元1和永磁斷路器5，所述測控單元2輸入端分別連接有位置傳感器4和電容電壓檢測單元5，所述測控單元2輸出端與驅(qū)動單元2連接；所述驅(qū)動單元2輸入端連接有電容器6，所述驅(qū)動單元2輸出端與永磁斷路器5連接；

所述電容電壓檢測單元1，用于檢測電容欠壓信號；所述位置傳感器4，用于采集永磁斷路器的分合閘位置信號并傳遞給測控單元；所述測控單元2，用于采集電容器欠壓信號和位置傳感器的信號，判斷電容器是否欠壓再向驅(qū)動單元輸出分合閘脈沖；所述驅(qū)動單元3，用于接收到分合閘脈沖并驅(qū)動永磁斷路器分合閘動作。

為了健全測控單元的可靠性，所述測控單元2包括第一控制單元21和第二控制單元22，所述第一控制單元21與第二控制單元22連接，所述第二控制單元22，用于完成信號判斷的步驟并向第一控制單元21輸出判斷結(jié)果；所述第一控制單元21控制第二控制單元22向驅(qū)動單元輸出分合閘脈沖。優(yōu)選，第一控制單元21采用DSP，第二控制單元22采用CPLD。優(yōu)選的是，第二控制單元CPLD22除了可以完成脈沖輸出時間判斷、分合閘位置信號判斷、分合閘脈沖輸出等功能外，還可以完成電容欠壓采集判斷、遙控分合閘判斷、手動分合閘判斷等功能。

與設(shè)置一個欠壓點比較，所述電容電壓檢測單元可分別設(shè)置有分閘欠壓點和合閘欠壓點，根據(jù)分合閘能量分別設(shè)置分合閘欠壓門限值，這樣電容充滿電時分閘不會出現(xiàn)合閘電容欠壓信號，合閘后仍可分閘，從而有效利用電容器的能量。所述電容電壓檢測單元1包括依次連接的分閘欠壓點和合閘欠壓點設(shè)置電路11、分壓電路12、比較器電路13以及光耦隔離回路14，所述光耦隔離回路14輸出端連接測控單元2。電容電壓檢測單元采集欠壓信號工作過程為：測控單元2的第二控制單元CPLD22對驅(qū)動單元3上送的電容欠壓信號進(jìn)行采集，并識別是合閘欠壓還是分閘欠壓信號，斷路器驅(qū)動單元3監(jiān)測電容器5的電壓并根據(jù)設(shè)定的合閘欠壓點和分閘欠壓點進(jìn)行比較，若電容電壓低于分閘欠壓點則向測控單元2發(fā)送分閘欠壓信號，若電容電壓高于分閘欠壓點，低于合閘欠壓點，則輸出合閘欠壓，若電容電壓高于合閘欠壓點，則不輸出欠壓信號，并經(jīng)過處理后上送給第一控制單元DSP21，除此之外測控單元2還采集位置傳感器4上送的位置信號，測控單元2首先判斷永磁斷路器1分合閘位置信號是否有效，為了保證位置檢測信號的準(zhǔn)確，位置傳感器4所采集的分合閘位置信息在判斷前需要經(jīng)過消抖濾波處理。

所述驅(qū)動單元3包括依次連接的IGBT驅(qū)動回路31和IGBT全橋電路32，所述IGBT全橋電路32包括4個IGBT回路，所述所述永磁斷路器線圈并接于IGBT全橋電路32兩橋臂之間，所述電容器6與IGBT全橋電路32的兩端連接。所述IGBT驅(qū)動回路31包括依次連接的隔離回路311和功率放大器電路312，所述隔離回路311輸入端連接測控單元2，所述功率放大器312輸出端連接IGBT全橋電路32。驅(qū)動單元3采用IGBT全橋控制方式，當(dāng)測控單元2發(fā)出分合閘驅(qū)動信號時，IGBT全橋電路32中相應(yīng)的IGBT導(dǎo)通輸出電流操作斷路器的分合閘。在測控單元2輸出分合閘脈沖信號前需要判斷當(dāng)前的位置信號以及電容是否欠壓，若不滿足這兩個條件則閉鎖分合閘脈沖信號的輸出。

位置傳感器4用于對斷路器分合閘位置進(jìn)行監(jiān)測，實現(xiàn)時此位置。傳感器4一般采用接近開關(guān)實現(xiàn)。電容器5用于給分合閘提供大的輸出電流，產(chǎn)生磁場推動永磁斷路器內(nèi)部的動鐵心分閘或合閘。

該控制系統(tǒng)可以把驅(qū)動單元3做成可替換的模塊，針對不同電壓等級的永磁斷路器可以替換相應(yīng)等級的模塊。只需將驅(qū)動模塊中的電壓轉(zhuǎn)換部分變更電壓等級，并相應(yīng)的調(diào)節(jié)欠壓點的門限值即可升級為新的電壓等級的驅(qū)動單元，而且更換模塊不影響欠壓信號的采集，以及分合閘驅(qū)動信號的輸出。

下面舉具體的實施例說明本發(fā)明的控制過程：

如圖2和圖3所示，以分閘過程為例說明，驅(qū)動單元3首先檢測當(dāng)前電容器6的電壓并與兩個欠壓點比較，若電容電壓高于分閘欠壓點，則無分閘欠壓信息上送，測控單元2采集當(dāng)前位置信號，若處于合閘位置，且無分閘欠壓信號則通過測控單元2發(fā)出分閘脈沖信號，經(jīng)過IGBT驅(qū)動回路31后轉(zhuǎn)化為驅(qū)動信號，以高電平為有效，分閘過程中，IGBT驅(qū)動信號2和3均輸出一段時間為T1的脈沖信號，IGBT驅(qū)動信號1和4無高電平脈沖輸出，所示相應(yīng)的兩個IGBT導(dǎo)通，電容器5對永磁斷路器的線圈進(jìn)行放電，操作斷路器進(jìn)行分閘，分閘的電流信號波形圖如圖5所示，在T1時間內(nèi)電流逐漸升高，T1時間后，IGBT信號2和3脈沖結(jié)束，IGBT關(guān)斷電容輸出，電流快速下降，分閘過程結(jié)束。

參考圖2和圖4，一種基于雙欠壓信息的永磁斷路器控制方法，其特征在于：包括如下步驟：

1）信號采集：電容電壓檢測單元檢測電容器的電壓，并將檢測到的電容器電壓與設(shè)定的欠壓點門限值進(jìn)行比較判斷，輸出比較判斷結(jié)果給測控單元，同時測控單元通過位置傳感器采集永磁斷路器的分合閘位置信號；

2）欠壓信號判斷：電容電壓檢測單元將檢測到的電容器電壓與設(shè)定的欠壓點門限值進(jìn)行比較判斷：若電容器電壓低于分閘欠壓點的門限值就傳送測控單元分閘欠壓信號；若電容器電壓低于合閘欠壓點且高于分閘欠壓電的門限值就傳送測控單元合閘欠壓信號；

3）分合閘驅(qū)動控制：根據(jù)當(dāng)前的位置信號，當(dāng)電容器欠壓信號不存在時，測控單元向驅(qū)動單元輸出分合閘脈沖，否則閉鎖分合閘脈沖輸出。

進(jìn)一步，所述電容電壓檢測單元可分別設(shè)置有分閘欠壓點和合閘欠壓點，根據(jù)分合閘能量分別設(shè)置分合閘欠壓門限值，所述電容電壓檢測單元包括依次連接的分閘欠壓點和合閘欠壓點設(shè)置電路、分壓電路、比較器電路以及光耦隔離回路，所述步驟2） 中電容電壓檢測單元判斷電容器是否處于欠壓具體步驟為：電容器電壓經(jīng)過分壓電路后，電壓信號進(jìn)入比較器電路與設(shè)定的欠壓點門限值進(jìn)行比較，比較器電路輸出高低電平信號經(jīng)過光耦隔離回路后進(jìn)入測控單元，測控單元根據(jù)接收到的電平信號判斷是否出現(xiàn)分閘欠壓或者合閘欠壓，若出現(xiàn)分閘欠壓則閉鎖分閘脈沖信號輸出，若出現(xiàn)合閘欠壓則閉鎖合閘脈沖信號輸出，并將相應(yīng)欠壓信號發(fā)送至控制單元判斷。

進(jìn)一步，所述步驟中3）測控單元向驅(qū)動單元輸出相應(yīng)的分合閘脈沖具體步驟為：所述測控單元單元接收到分合閘信號時，判斷當(dāng)前電容器是否欠壓，若不欠壓，則輸出相應(yīng)的分合閘脈沖信號，所述分合閘脈沖信號經(jīng)過光藕隔離回路后進(jìn)入功率放大電路，在經(jīng)過功率放大后，驅(qū)動信號進(jìn)入IGBT全橋電路，驅(qū)動IGBT導(dǎo)通，電容器放電。

本發(fā)明在保證永磁斷路器可靠分合閘的同時減少了能量的輸出，實現(xiàn)了斷路器的重合閘，并且延長了分合閘操作回路的使用壽命，增強了控制器的適應(yīng)性，基于此控制方法的產(chǎn)品可以應(yīng)用于主干線或重大分支線路上。另外，當(dāng)測控單元采用第一控制單元和第二控制單元互相配合實現(xiàn)時，這種分層組合控制的方式能夠進(jìn)一步健全控制的可靠性。

以上所述，只是本發(fā)明的較佳實施方式而已，但本發(fā)明并不限于上述實施例，只要其以任何相同或相似手段達(dá)到本發(fā)明的技術(shù)效果，都應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。