智能静态开关及其控制系统、故障监控方法
【专利摘要】本发明涉及智能静态开关及其控制系统、故障监控方法，智能静态开关运行中，智能静态开关内置的控制系统实时采样各晶闸管的温度值及静态开关各相电流值并上传给处理器，处理器将得到的各晶闸管温度值和静态开关各相电流值分别与对应的正常范围值进行比对，若是均在正常范围值内，则开关继续运行，若是其中任一个值不在正常范围值内，则判断开关运行状态异常，立即关断智能静态开关，并将判断结果上传给上位机；本发明能够实现开关故障的快速自检，一旦开关运行中出现异常，能够及时检出故障，并及时采取措施将故障损失降至最小。
【专利说明】智能静态开关及其控制系统、故障监控方法
【技术领域】
[0001]本发明属于低压电器【技术领域】，涉及一种智能静态开关及其控制系统、故障监控方法。
【背景技术】
[0002]静态开关又称静止开关，它是一种无触点开关，是用两个可控硅反向并联组成的一种交流开关，其闭合和断开由逻辑控制器控制。静态开关是用于交流低压电器【技术领域】一种自动、平滑和快速转换的重要开关器件，采用静态开关来连接微电网与公共电网，是微电网在并网与离网模式之间自动、平滑和快速转换的重要器件。目前，普通的静态开关没有完善的自检能力，一旦开关出现异常，开关自身无法判断哪里出现了哪种故障，不利于检修工作。中国专利ZL201210569974.2公开了一种应用于微电网与公共电网连接的静态开关及控制方法，静态开关包括设于公共电网与微电网之间的主电路和一个控制器，当微电网侧与公共电网侧之间的电压有效值差值、频率差值和相位差值满足设定的并网条件时，微电网并网；当公共电网侧出现电能质量问题、公共电网侧故障或流过旁路电路电流超过设定值时微电网及时离网，这样开关控制和微电网的保护集成在一起，以实现微电网的平滑并网与离网的全自动控制，对微电网进行故障保护。这种静态开关虽然设有控制器，但是控制器用于根据采集的电网信号来判断微电网的并网、离网，该静态开关本身不具备自检能力，一旦静态开关自身出现异常，将直接影响微电网的并、离网，造成损失。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种智能静态开关，以解决现有静态开关无故障自检能力，一旦开关出现异常，自身无法判断哪里出现了什么故障，不利于及时、有效检修的问题。
[0004]本发明的第二发明目的是提供一种智能静态开关的控制系统，以实现对静态开关的故障检测，减小静态开关故障带来的损失。
[0005]本发明的第三发明目的是提供一种智能静态开关的故障监控方法，以实现对静态开关自身的故障检测，减小静态开关故障带来的损失。
[0006]为实现第一发明目的，本发明的智能静态开关包括主电路及控制系统，该控制系统包括处理器以及与该处理器控制连接的晶闸管触发电路和用于与上位机控制装置通信连接的通信接口，所述控制系统还包括分别与所述处理器相连的晶闸管温度测量电路和晶闸管故障检测电路，该晶闸管故障检测电路包括设于静态开关主电路的一侧的一组电流互感器，所述处理器采样连接电流互感器，所述晶闸管温度测量电路包括用于检测各晶闸管温度的温度传感器，所述处理器采样连接各温度传感器。
[0007]所述处理器还输出连接有工作状态信号输出电路、开关工作状态和/或警告显示模块。
[0008]所述处理器上用于与上位机控制装置通信连接的通信接口包括开关手动操作模块和/或开关控制信号输入电路。[0009]为实现第二发明目的，本发明的智能静态开关的控制系统包括处理器以及与该处理器控制连接的晶闸管触发电路和用于与上位机控制装置通信连接的通信接口，还包括分别与所述处理器相连的晶闸管温度测量电路和晶闸管故障检测电路，该晶闸管故障检测电路包括用于设于静态开关主电路的一侧的一组电流互感器，所述处理器采样连接电流互感器，所述晶闸管温度测量电路包括用于检测各晶闸管温度的温度传感器，所述处理器采样连接各温度传感器。
[0010]所述处理器还输出连接有工作状态信号输出电路、开关工作状态和/或警告显示模块。
[0011]所述处理器上用于与上位机控制装置通信连接的通信接口包括开关手动操作模块和/或开关控制信号输入电路。
[0012]为实现第三发明目的，本发明的智能静态开关的故障监控方法技术方案如下:智能静态开关运行中，智能静态开关内置的控制系统实时采样各晶闸管的温度值和静态开关各相电流值并上传给处理器，处理器将得到的各晶闸管温度值和静态开关各相电流值分别与对应的正常范围值进行比对，若是均在正常范围值内，则开关继续运行，若是其中任一个值不在正常范围值内，则判断开关运行状态异常，立即关断智能静态开关，并将判断结果上传给上位机。
[0013]进一步的，设晶闸管最高允许温度为T0,晶闸管的采样温度为T，若是T≤0.8*T。，则采样温度在正常温度范围值，开关继续运行；若是T>0.8*1；，则判断晶闸管温度过高引起开关运行状态异常。
[0014]进一步的，在开关闭合时，若静态开关某相采样电流为零，则判断该相晶闸管断路弓丨起开关运行状态异常。
[0015]进一步的，在开关断开时，若静态开关某相采样电流不为零，则判断该相晶闸管被击穿引起开关运行状态异常。
[0016]本发明的智能静态开关因其通用性，可广泛应用于交流线路上，在公共电网与微电网之间，或者电网与负载之间设置智能静态开关，用于交流线路的快速切断和连接，实现了交流线路之间的快速平滑过渡；控制系统使用DSP芯片，在数字信号处理方面，比传统单片机拥有更高的速度，比嵌入式操作系统有更精简的任务处理，保证开关在交流线路之间执行断开和连接命令时的高速；控制系统提供了开关主电路的多路温度检测功能，防止因晶闸管过热而导致的开关损坏；在开关一侧设置了电流互感器实时采样开关一侧电流，由处理器计算判断该开关是否工作正常，能够判定主电路烧断及击穿故障，确保配电系统的安全运行。
[0017]本发明的智能静态开关故障监控方法，在开关运行状态中，通过晶闸管故障检测电路、晶闸管温度测量电路将晶闸管的温度、电流实时采样信号送入处理器来判断晶闸管的运行状态，若是运行状态正常，则开关继续运行下去；若是运行状态异常，则根据错误类型采取相应的措施；本方法能够实现开关故障自检，一旦开关运行中出现异常，能够及时检出故障，并及时采取措施将故障损失降至最小。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是智能静态开关实施例的原理框图；[0019]图2是智能静态开关使用实施例的系统框图。
【具体实施方式】
[0020]智能静态开关用于交流线路的快速切断和连接，具有开关故障自检功能。如图1所示，智能静态开关包括静态开关主电路及控制系统，该控制系统包括DSP处理器以及与该DSP处理器相连的晶闸管温度测量电路、晶闸管电流过零触发电路、晶闸管故障检测电路、工作状态信号输出电路、开关工作状态、警告显示模块，DSP处理器还连接有开关控制信号输入电路和/或开关手动操作模块，DSP处理器包括A/D转换模块；静态开关主电路的一侧设有一组电流互感器，该组电流互感器的信号输出端连入晶闸管故障检测电路，静态开关主电路分别与晶闸管温度测量模块、晶闸管电流过零触发电路相连。静态开关主电路用于线路的开通与关断，包括三组反并联晶闸管，且每组反并联晶闸管均设有并联保护装置，该并联保护装置为RC阻容吸收电路。
[0021]智能静态开关的工作原理:当DSP处理器没有接收到开关闭合控制指令或者接收到的是开关断开控制指令时，控制器不会使能电流过零触发电路，晶闸管不导通，开关为断开状态；当DSP处理器接收到开关闭合控制信号输入指令后，向晶闸管电流过零触发电路发出使能指令，晶闸管电流过零触发电路驱动静态开关的晶闸管的控制端，令其导通，静态开关闭合，同时，输出晶闸管工作状态信号；开关运行状态中，通过晶闸管故障检测电路、晶闸管温度测量电路将晶闸管的电流、温度实时采样信号送入DSP处理器来判断晶闸管的运行状态，若是运行状态正常，则开关继续运行下去；若是运行状态异常，则根据错误类型采取相应的措施。
[0022]如图2所示，以静态开关设于公共电网与微电网之间的交流线路上为例进行说明。
[0023]智能静态开关包括一个带有与开关并联的保护装置、三组反并联晶闸管构成的主电路和控制系统，该控制系统具体构成如下:
[0024]晶闸管温度测量模块为M组温度测量模块，该处温度测量模块为温度传感器，用于将所测量得到的M个晶闸管温度模拟值送给DSP处理器，M为与静态开关主电路的晶闸管个数，该实施例中M=6。
[0025]晶闸管故障检测电路，为与静态开关主电路的反并联晶闸管的组数相对应数量的3个电流互感器，用于测量晶闸管一端即微电网/负载端的实时电流值。
[0026]DSP处理器，包括AD/DA转换模块、I/O接口 ；作为整个控制系统的控制单元；接收开关控制指令，当接收到开关闭合控制信号输入指令后，向晶闸管电流过零触发电路发出使能指令，电流过零触发器驱动晶闸管的控制端，令其导通，开关闭合；同时，DSP处理器将输出晶闸管工作状态信号；开关控制指令来源于远程上位机开关控制信号输入电路或者开关手动操作模块。
[0027]晶闸管开关控制信号输入电路，用来接收远程控制信号并上传到DSP处理器的I/0接口，为控制器提供开关信号。
[0028]工作状态信号输出电路，用于输送当前晶闸管的运行状态信息给远端。
[0029]晶闸管电流过零触发电路由电流过零触发器构成，当电流为零的瞬间控制开关的晶闸管进行触发，这样使负载的瞬态浪涌和射频干扰最小，可控硅的使用寿命也可以提高。[0030]开关手动操作模块为键盘，可人工输入控制指令，用来控制IXD和开关本地使能。
[0031]工作状态、警告IXD显示模块与DSP处理器的I/O接口连接，显示当前开关的导通状态、SCR当前温度、线路当前电流有效值即微网侧电流、警告报错等内容。
[0032]静态开关控制系统的晶闸管故障检测功能:在静态开关运行阶段，通过晶闸管故障检测及信号转换电路、晶闸管温度测量及转换电路将实时采样信号送入DSP，由DSP计算判断当前晶闸管的运行状态。
[0033]智能静态开关运行中，智能静态开关内置的控制系统实时采样各晶闸管的温度值及静态开关各相电流值并上传给处理器，处理器将得到的各晶闸管温度值和静态开关各相电流值分别与对应的正常范围值进行比对，若是均在正常范围值内，则开关继续运行，若是其中任一个值不在正常范围值内，则判断静态开关运行状态异常，立即关断智能静态开关，并将开关状态上传给上位机和LCD。
[0034]设晶闸管最高允许温度为Ttl,晶闸管的采样温度为T，晶闸管采样温度的正常温度范围值是0.8*T0,若是T < 0.8*T0,则采样温度在正常温度范围值，开关继续运行；若是T>0.8*1；，则判断晶闸管温度过高引起开关运行状态异常。
[0035]如果运行状态异常，DSP处理器判定晶闸管错误类型，同时将开关状态输送到上位机和LCD ；DSP处理器可能会判定晶闸管有如下的运行状态异常，在这些异常运行状态下，DSP处理器将终止使能电流过零触发晶闸管电路，并在LCD上显示相关内容并向远端传送相关错误信息:
[0036]晶闸管过热:当检测到晶闸管温度过高时，晶闸管过热会导致晶闸管寿命减少；
[0037]晶闸管烧断:晶闸管烧断以后，将不会再导通，相当于断路；若在开关闭合时，若某相采样电流I=O ;则该相晶闸管断路；
[0038]晶闸管击穿:晶闸管击穿以后，将一直导通，不受控制端控制；若在开关断开时，若某相米样电流I古0 ;则该相晶闸管被击穿。
[0039]最后所应说明的是:以上实施例仅用以说明而非限定本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.智能静态开关，其特征在于，包括主电路及控制系统，该控制系统包括处理器以及与该处理器控制连接的晶闸管触发电路和用于与上位机控制装置通信连接的通信接口，所述控制系统还包括分别与所述处理器相连的晶闸管温度测量电路和晶闸管故障检测电路，该晶闸管故障检测电路包括设于静态开关主电路的一侧的一组电流互感器，所述处理器采样连接电流互感器，所述晶闸管温度测量电路包括用于检测各晶闸管温度的温度传感器，所述处理器采样连接各温度传感器。
2.根据权利要求1所述的智能静态开关，其特征在于:所述处理器还输出连接有工作状态信号输出电路、开关工作状态和/或警告显示模块。
3.根据权利要求1或2所述的智能静态开关，其特征在于:所述处理器上用于与上位机控制装置通信连接的通信接口包括开关手动操作模块和/或开关控制信号输入电路。
4.智能静态开关的控制系统，其特征在于，包括处理器以及与该处理器控制连接的晶闸管触发电路和用于与上位机控制装置通信连接的通信接口，还包括分别与所述处理器相连的晶闸管温度测量电路和晶闸管故障检测电路，该晶闸管故障检测电路包括用于设于静态开关主电路的一侧的一组电流互感器，所述处理器采样连接电流互感器，所述晶闸管温度测量电路包括用于检测各晶闸管温度的温度传感器，所述处理器采样连接各温度传感器。
5.根据权利要求4所述的智能静态开关的控制系统，其特征在于:所述处理器还输出连接有工作状态信号输出电路、开关工作状态和/或警告显示模块。
6.根据权利要求4或5所述的智能静态开关的控制系统，其特征在于:所述处理器上用于与上位机控制装置通信连接的通信接口包括开关手动操作模块和/或开关控制信号输入电路。
7.智能静态开关的故障监控方法，其特征在于，智能静态开关运行中，智能静态开关内置的控制系统实时采样各晶闸管的温度值和静态开关各相电流值并上传给处理器，处理器将得到的各晶闸管温度值和静态开关各相电流值分别与对应的正常范围值进行比对，若是均在正常范围值内，则开关继续运行，若是其中任一个值不在正常范围值内，则判断开关运行状态异常，立即关断智能静态开关，并将判断结果上传给上位机。
8.根据权利要求7所述的智能静态开关的故障监控方法，其特征在于:设晶闸管最高允许温度为Ttl,晶闸管的采样温度为T，若是T≤0.8*1；，则采样温度在正常温度范围值，开关继续运行；若是T>0.8*T0；，则判断晶闸管温度过高引起开关运行状态异常。
9.根据权利要求7所述的智能静态开关的故障监控方法，其特征在于:在开关闭合时，若静态开关某相采样电流为零，则判断该相晶闸管断路引起开关运行状态异常。
10.根据权利要求7所述的智能静态开关的故障监控方法，其特征在于:在开关断开时，若静态开关某相采样电流不为零，则判断该相晶闸管被击穿引起开关运行状态异常。
【文档编号】H02J13/00GK103683276SQ201310398579
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年9月4日 优先权日:2013年9月4日
【发明者】苏海滨, 张璐, 王光政, 刘江伟, 代鹏, 陈振华 申请人:华北水利水电大学