具有选相控制和自录波功能的智能开关控制装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种具有选相控制和自录波功能的智能开关控制装置及方法，开关信息采集单元获取开关的状态量信息，开关动作执行单元与开关的执行元件相连来控制开关的分合及储能，信息管理模块实现开关的控制管理和其他信息的管理，控制电压及温湿度采集单元获取开关的控制电压及开关的温湿度，参考电压采集单元采集母线电压用作选相控制基准，反馈电流采集单元采集系统的一次电流，用于选相控制的自适应环境下，回测断路器的实际合闸或者分闸时间，信息管理模块用于整个装置的信息管理并为其他模块提供接口，选相控制模块实现装置的选相控制算法，间隔层通信单元用于接收间隔层的控制命令并向间隔层发送开关的状态。
【专利说明】具有选相控制和自录波功能的智能开关控制装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高压电器及电力领域，特别是关于一种具有选相控制和自录波功能的智能开关控制装置及方法。
【背景技术】
[0002]目前，高压开关的二次控制系统仍采用大量的分立继电器来实现控制功能，即使是目前的智能开关其内部的二次控制系统仍保留有大量的继电器和连接电缆，所谓的智能开关仅仅是一次设备和智能元件的简单堆积罢了。
[0003]现有的开关控制装置，通过GOOSE网实现开关与间隔层装置的信息交互。开关控制装置接收GOOSE控制命令并执行，若需实现选相控制功能还需配套使用一个选相控制装置。
[0004]现有的选相控制装置和开关控制装置不具有录波功能，由专门的故障录波装置来实现。选相控制装置使用时需根据控制开关的具体特性进行参数设置，在调试的过程中，需外接额外的录波装置来配合使用才能实现最终的参数配置。
[0005]现有的开关控制装置需配合开关上固有的二次控制系统才能使用，二次控制系统占据了大量的开关空间，严重影响开关的小型化发展。同时，采用继电器实现的控制系统也浪费了大量的电缆。
【发明内容】
[0006]为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种结构简单、操作方便的具有选相控制和自录波功能的智能开关控制装置及方法。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0008]一种具有选相控制和自录波功能的智能开关控制装置，包括间隔层通信单元:获取GOOSE命令，发送给信息管理模块；开关动作执行单元:接收信息管理模块的命令，通过电缆与开关的执行元件相连来控制开关的分合及储能；参考电压采集单元:通过电缆采集母线电压用作选相控制基准，将母线电压发送给选项控制模块；选项控制模块:根据接收到的母线电压从中提取过零点的时间以及母线电压的波形，其中，过零点的时间命令发送给开关控制模块，母线电压波形发送给信息管理模块；信息管理模块:接收间隔层通信单元发送的GOOSE命令以及选项控制模块发送的母线电压的波形，其中，GOOSE命令发送给开关控制模块，母线电压的波形发送给动作波形记录模块；动作波形记录模块:接收信息管理模块发送的母线电压波形并存储；开关控制模块:接收信息管理模块发送的GOOSE命令以及选项控制模块发生的过零点时间命令，输出开关动作指令，通过选项控制模块发送给信息管理模块，进而通过开关动作执行单元控制开关动作。
[0009]作为本发明的优选实施例，所述智能开关控制装置进一步包括有获取开关状态量信息的开关信息采集单元以及记录开关动作的动作日志记录模块，所述开关状态量信息通过开关信息采集单元发送给信息管理模块，然后输出给间隔层通信单元，当开关有动作发生时，所述动作被动作日志记录模块记录。
[0010]作为本发明的优选实施例，所述智能开关控制装置进一步包括有:反馈电流采集单元:通过电缆采集系统的一次电流，用于选相控制的自适应环境下，回测断路器的实际合闸或者分闸时间；控制电压采集单元:采集开关控制电压；温湿度采集单元:采集温湿度信息；所述反馈电流采集单元、控制电压采集单元，以及温湿度采集单元的输出端分别连接在选项控制模块的输入端。
[0011]作为本发明的优选实施例，所述间隔层通信单元采用100M/1000M以太网，接口采用通用的LC接口光模块，通信协议采用标准的GOOSE协议。
[0012]一种具有选相控制和自录波功能的智能开关控制装置的控制方法，包括以下步骤:(1)参考电压采集单元采集母线电压，发送给选项控制模块；(2)间隔层通信单元发送GOOSE命令给信息管理模块；(3)选项控制模块从母线电压中提取电压波形和电压过零点的时刻，将电压波形发送给信息管理模块，将电压过零点的时刻发送开关控制模块；(4)信息管理模块将接收到的母线电压的波形发送给动作波形记录模块，将GOOSE命令发送给开关控制模块；(5)当开关控制模块同时接收到GOOSE命令和母线电压过零点的时刻后，发送开关动作指令给选项控制模块，选项控制模块将开关动作指令通过信息管理模块发送给开关动作执行单元，从而控制开关的动作。
[0013]作为本发明的优选实施例，所述选项控制模块提取母线电压波形和母线电压过零点的时刻是通过FPGA实现的。
[0014]作为本发明的优选实施例，所述参考电压采集单元通过ADC芯片将来自电压互感器的母线电压值转化为FPGA可识别的信号，然后发送给选相控制模块，选相控制模块根据该信号确定母线电压的过零值作为最佳的动作时间。
[0015]作为本发明的优选实施例，所述选相控制模块接收来自反馈电流采集单元、控制电压采集单元以及温湿度采集单元转化的负载电流、控制电源电压以及开关的温湿度值，用以修正最佳动作时间。
[0016]与现有技术相比，本发明具有选相控制和自录波功能的智能开关控制装置及方法至少具有以下有益效果:本发明的具有选相控制和自录波功能的智能开关控制装置被应用在智能变电站中，取代了现有智能组件与传统开关简单堆积的模式，结构简单、使用方便，并可大大的简化和降低一次开关的制造成本并提高开关的智能化水平。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明的原理模块示意图。
[0018]图2为本发明的结构示意图。
[0019]具体实施方法
[0020]以下内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能限定本发明的具体实施仅限定于这些说明。对于本发明所属【技术领域】的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为本发明的保护范围。
[0021]如图1所示，本发明提供了一种具有选相控制和自录波功能的智能开关控制装置，其包括开关信息采集单元，开关动作执行单元，开关控制模块，控制电压采集模块、温湿度采集单元，参考电压采集单元，反馈电流采集单元，信息管理模块，动作波形记录模块，动作日志记录模块，选相控制模块，间隔层通信单元以及配置参数设置模块。所述的开关信息采集单元通过电缆获取开关的状态量信息，开关动作执行单元通过电缆与开关的执行元件相连来控制开关的分合及储能，开关控制模块根据被控开关的特性实现开关的控制管理，控制电压及温湿度采集单元通过电缆获取开关的控制电压及开关的温湿度，参考电压采集单元通过电缆采集母线电压用作选相控制基准，反馈电流采集单元通过电缆采集系统的一次电流，用于选相控制的自适应环境下，回测断路器的实际合闸或者分闸时间，信息管理模块用于整个装置的信息管理并为其他模块提供接口，动作波形记录模块记录开关动作过程中的一次电流、电压波形，动作日志记录模块记录工作过程中开关的状态量及控制命令的变位情况，选相控制模块实现装置的选相控制，间隔层通信单元用于接收间隔层的控制命令并向间隔层发送开关的状态，配置参数设置模块用于装置的运行参数以及选相控制运行参数的设置。
[0022]所述的参考电压采集单元、反馈电流采集单元、控制电压采集单元及温湿度采集单元与选相控制模块相连，通过选相控制模块实现选相控制逻辑。
[0023]所述的开关控制模块与选相控制模块相连，开关控制模块向选相控制模块发送动作命令，选相控制模块经逻辑运算后反馈动作命令。
[0024]所述的间隔层通信单元、开关信息采集单元、动作执行单元及配置参数设置模块、开关控制模块及选相控制模块与信息管理模块相连。
[0025]所述的动作日志记录模块及动作波形记录模块与信息管理模块相连。
[0026]本发明的开关的执行元件与开关动作执行单元直接连接，无需在开关上实现控制回路，开关动作执行单元可实现I个断路器和8个刀闸的控制。
[0027]本发明的动作波形记录模块保存的自录波数据可用于选相控制的参数设置，并在开关故障时提供故障分析数据。
[0028]本发明的选相控制功能与常规开关控制功能分布实现，通过内部总线进行信息交互。
[0029]本发明的间隔层通信单元采用100M/1000M以太网，接口采用通用的LC接口光模块，通信协议采用标准的GOOSE协议。
[0030]如图2所示，以太网控制器、开入FPGA、开出FPGA、PHY控制器与PowerPC控制器相连，参考电压输入、反馈电压输入、控制电压监视接口与选相控制FPGA相连。所述PowerPC控制器是信息管理模块和开关控制模块的总成。
[0031]所述的开入FPGA包括其工作所需的相应系统，用于实现对开关上状态量的采集。
[0032]所述的开出FPGA包括其工作所需的相应系统，用于实现对开关的动作控制。
[0033]所述的PHY控制器(PHY的全称:Physical Layer)采用了 8合一的RMII接口的芯片，装置设计起来更紧凑且功耗更小。
[0034]所述的PowerPC控制器处理PHY控制器接收的以太网报文，以提取所需的开关动作命令，若选相控制模式使能，则控制命令通过内部总线交由选相控制FPGA进行分析运算以确定最佳的动作时刻。同时，PowerPC控制器根据动作命令来触发动作波形的记录。
[0035]所述的选相控制FPGA接收来自电压互感器的参考电压输入、来自电流互感器的反馈电流输入、来自控制电源的控制电压及来自PowerPC控制器的控制命令和配置参数，通过内部分析判断后确定最佳的动作时刻并将命令反馈回PowerPC控制器进行动作控制。[0036]所述的参考电压输入接口接收来自母线PT任一相的电压互感器信号，作为选相控制的参考电压。
[0037]所述的反馈电流输入接口接收来自负载侧的电流互感器信号，用作选相控制的自适应模式下的分合闸时间确定。
[0038]所述的控制电压监视接口采用电阻分压、光耦隔离并AD采集的方式实时的监测控制电源的电压值以用作选相控制的动作时间修正。
[0039]所述的温湿度输入接口外接温湿度传感器输出的O?5V或4?20mA的信号，该信号用作选相控制的动作时间修正。
[0040]一种具有选相控制和自录波功能的智能开关控制装置的控制方法，包括以下步骤:
[0041](I)参考电压采集单元采集母线电压，发送给选项控制模块；
[0042](2 )间隔层通信单元发送GOOSE命令给信息管理模块；
[0043](3)选项控制模块从母线电压中提取电压波形和电压过零点的时刻，将电压波形发送给信息管理模块，将电压过零点的时刻发送开关控制模块；
[0044](4)信息管理模块将接收到的母线电压的波形发送给动作波形记录模块，将GOOSE命令发送给开关控制模块；
[0045](5)当开关控制模块同时接收到GOOSE命令和母线电压过零点的时刻后，发送开关动作指令给选项控制模块，选项控制模块将开关动作指令通过信息管理模块发送给开关动作执行单元，从而控制开关的动作。
[0046]所述参考电压采集单元通过ADC芯片将来自电压互感器的母线电压值转化为FPGA可识别的信号，然后发送给选相控制模块，选相控制模块根据该信号确定母线电压的过零值作为最佳的动作时间。
[0047]本发明的具有选相控制和自录波功能的智能开关控制装置被应用在智能变电站中，取代了现有智能组件与传统开关简单堆积的模式，结构简单、使用方便，并可大大的简化和降低一次开关的制造成本并提高开关的智能化水平。
【权利要求】
1.一种具有选相控制和自录波功能的智能开关控制装置，其特征在于:包括: 间隔层通信单元:获取GOOSE命令，发送给信息管理模块； 开关动作执行单元:接收信息管理模块的命令，通过电缆与开关的执行元件相连来控制开关的分合及储能； 参考电压采集单元:通过电缆采集母线电压用作选相控制基准，将母线电压发送给选项控制模块； 选项控制模块:根据接收到的母线电压从中提取过零点的时间以及母线电压的波形，其中，过零点的时间命令发送给开关控制模块，母线电压波形发送给信息管理模块； 信息管理模块:接收间隔层通信单元发送的GOOSE命令以及选项控制模块发送的母线电压的波形，其中，GOOSE命令发送给开关控制模块，母线电压的波形发送给动作波形记录模块； 动作波形记录模块:接收信息管理模块发送的母线电压波形并存储； 开关控制模块:接收信息管理模块发送的GOOSE命令以及选项控制模块发生的过零点时间命令，输出开关动作指令，通过选项控制模块发送给信息管理模块，进而通过开关动作执行单元控制开关动作。
2.根据权利要求1所述的一种具有选相控制和自录波功能的智能开关控制装置，其特征在于:所述智能开关控制装置进一步包括有获取开关状态量信息的开关信息采集单元以及记录开关动作的动作日志记录模块，所述开关状态量信息通过开关信息采集单元发送给信息管理模块，然后输出给间隔层通信单元，当开关有动作发生时，所述动作被动作日志记录模块记录。
3.根据权利要求1所述的一种具有选相控制和自录波功能的智能开关控制装置，其特征在于:所述智能开关控制装置进一步包括有: 反馈电流采集单元:通过电缆采集系统的一次电流，用于选相控制的自适应环境下，回测断路器的实际合闸或者分闸时间； 控制电压采集单元:采集开关控制电压； 温湿度采集单元:采集温湿度信息； 所述反馈电流采集单元、控制电压采集单元，以及温湿度采集单元的输出端分别连接在选项控制模块的输入端。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种具有选相控制和自录波功能的智能开关控制装置，其特征在于:所述间隔层通信单元采用100M/1000M以太网，接口采用通用的LC接口光模块，通信协议采用标准的GOOSE协议。
5.一种基于权利要求1所述的具有选相控制和自录波功能的智能开关控制装置的控制方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)参考电压采集单元采集母线电压，发送给选项控制模块； (2)间隔层通信单元发送GOOSE命令给信息管理模块； (3)选项控制模块从母线电压中提取电压波形和电压过零点的时刻，将电压波形发送给信息管理模块，将电压过零点的时刻发送开关控制模块； (4)信息管理模块将接收到的母线电压的波形发送给动作波形记录模块，将GOOSE命令发送给开关控制模块；(5)当开关控制模块同时接收到GOOSE命令和母线电压过零点的时刻后，发送开关动作指令给选项控制模块，选项控制模块将开关动作指令通过信息管理模块发送给开关动作执行单元，从而控制开关的动作。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于:所述选项控制模块提取母线电压波形和母线电压过零点的时刻是通过FPGA实现的。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于:所述参考电压采集单元通过ADC芯片将来自电压互感器的母线电压值转化为FPGA可识别的信号，然后发送给选相控制模块，选相控制模块根据该信号确定母线电压的过零值作为最佳的动作时间。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于:所述选相控制模块接收来自反馈电流采集单元、控制电压采集单元以及温湿度采集单元转化的负载电流、控制电源电压以及开关的温湿度值，用以修正 最佳动作时间。
【文档编号】H02J13/00GK103683510SQ201310694343
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】曾林翠, 白世军, 王莉, 石楠, 孙璇 申请人:中国西电电气股份有限公司