多电源自动投切控制系统及控制方法与流程

1.本发明涉及电力电子技术领域，具体地说，涉及一种多电源自动投切控制系统及控制方法。


背景技术：

2.企业为了提高供电可靠性，除了两路市电外还需要设置多台发电机组如柴油发电机组作为应急供电电源。企业内集中设有一座应急柴油发电站和多个区域10kv配电站，厂区内的一级负荷分散在多个区域10kv站内供电，应急电源需要供给多个区域10kv配电站。任何一个区域10kv配电站失电，应急电源都要及时投入。
3.现有多电源投入包含应急电源(柴油发电机)投入系统主要采用如下方案：
4.利用企业内现有的分散控制系统(distributed control systems，dcs)或单设一套可编程逻辑控制系统(programmable logic controller，plc)采集各配电站主电源信号。由dcs或plc来进行逻辑编程，判断主电源是否失电，进而控制柴油发电机的启停以及各断路器的分合，从而实现应急电源的投切。
5.但是，就上述现有技术而言，存在如下不足：
6.普通电源切换装置不能解决多电源投入或多点投入的问题；
7.dcs或plc均为工艺过程控制器，不能直接采集电气的电压互感器pt和电流互感器ct的信号，需要转成4～20ma的模拟量信号；
8.dcs或plc的抗电磁干扰、稳定性、可靠性和响应时间均欠缺；
9.dcs或plc成本高，基本采用集中设置一套采集各个区域10kv站的电源信号，信号的距离较长，信号容易衰减也容易被干扰；
10.dcs或plc无法和高压综保装置直接交互，一些电气信号无法直接共享，连锁做起来不方便。
11.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

12.针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供了一种多电源自动投切控制系统及控制方法，该多电源自动投切控制系统适合应用于scada系统，且实现多电源可编程切换投入；同时，各个多电源自动投切控制装置和应急电源自动投入控制装置各自独立工作，模块间抗干扰能力强，采集的信号准确、可靠，从而解决工程所需的多电源切换和应急电源多点投入的安全可靠问题。
13.本发明的实施例提供了一种多电源自动投切控制系统，包括多个多电源自动投切控制装置和一应急电源自动投入控制装置；
14.各个所述多电源自动投切控制装置包括：
15.第一处理器；
16.第一采集单元，包括多个电压互感器和多个电流互感器，与所述第一处理器电连接，用于采集至少两路进线电压和两路进线电流、两路母线电压以及两路应急电源进线电压；
17.第一开关量输出单元，与所述第一处理器电连接，包括多路第一输出，各路第一输出用于根据所述第一处理器发送的控制指令控制各路进线断路器、母联断路器或各路应急电源进线断路器的分合闸状态；
18.所述应急电源自动投入控制装置包括：
19.第二处理器；
20.第二采集单元，包括多个电压互感器，与所述第二处理器电连接，用于至少采集应急电源线路电压和应急段母线电压；
21.第二开关量输出单元，与所述第二处理器相电连接，包括多路第二输出，各路第二输出用于根据所述第二处理器发送的指令控制应急电源与应急段母线之间的断路器分合闸状态或者两路应急电源输出断路器分合闸状态；
22.所述第一处理器还用于根据第一采集单元采集的数据向应急电源发电机发送启动应急电源发电机信号和向第二处理器发送失电信号。
23.根据本发明的一些示例，各个所述多电源自动投切控制装置还包括第一开关量输入单元，分别与所述第一处理器电连接，包括多路第一输入，多路第一输入用于至少接收主电源的进线断路器或母联断路器的分合闸状态；
24.所述应急电源自动投入控制装置还包括第二开关量输入单元，与所述第二处理器电连接，包括多路第二输入，多路第二输入用于至少接收两路应急电源输出断路器分合闸状态。
25.根据本发明的一些示例，所述第一处理器还包括第一编程模块，用于设置定义多路第一输出和/或多路第一输入端口的功能；或
26.所述第二处理器还包括第二编程模块，用于设置定义多路第二输出和/或多路第二输入端口的功能。
27.根据本发明的一些示例，各个所述多电源自动投切控制装置还包括交互单元，交互单元与所述第一处理器电连接，用于设置所述第一处理器发送的控制指令的参数信息，所述参数信息包括控制动作值和/或控制动作时间。
28.根据本发明的一些示例，各个所述多电源自动投切控制装置还包括与所述第一处理器电连接的第一通信单元；
29.第一通信单元，包括两个以太网接口和一rs485接口，两个所述以太网接口分别用于与外部综保装置或scada系统通信，所述rs485接口用于与外部程序更新装置和调试装置连接。
30.根据本发明的一些示例，所述第一处理器和/或第二处理器采用64位dsp双核大容量非易失存储芯片。
31.本发明的实施例还提供了一种多电源自动投切控制方法，采用所述的多电源自动投切控制系统，包括以下步骤：
32.各个所述第一处理器通过所述第一采集单元获取第一进线电压、第一进线电流、第二进线电压和第二进线电流；
33.各个所述第一处理器判断第一进线电压、第一进线电流、第二进线电压和第二进线电流是否为0；
34.如第一进线电压和第一进线电流均为0，且第二进线电压和所述第二进线电流均不为0，则第一开关量输出单元控制第一进线断路器和母联断路器分别处于分闸状态和合闸状态。
35.根据本发明的一些示例，所述多电源自动投切控制方法还包括以下步骤：
36.各个所述第一处理器判断第一进线电压、第一进线电流、第二进线电压、第二进线电流是否均为0；
37.如果第一进线电压、第一进线电流、第二进线电压、第二进线电流均为0，则第一开关量输出单元控制第一进线断路器、第二进线断路器和母联断路器均处于分闸状态；且
38.第一处理器向应急电源发电机发送启动应急电源发电机信号和向第二处理器发送失电信号；
39.第二采集单元采集应急电源线路电压，当第二处理器判断采集到应急电源线路电压时，则第二开关量输出单元控制应急电源与应急段母线之间的断路器处于合闸状态；
40.第二采集单元采集应急段母线电压，当第二处理器判断采集到应急段母线电压时，则第二开关量输出单元控制与发出失电信号的多电源自动投切控制装置相对应的应急电源输出断路器处于合闸状态。
41.根据本发明的一些示例，所述多电源自动投切控制方法还包括以下步骤：
42.所述第一采集单元获取至少一路应急电源进线电压；
43.读取各路进线断路器和母联断路器的分合闸状态；
44.当一多电源自动投切控制装置的所述第一处理器判断至少采集到一路应急电源进线电压，且各路进线断路器和母联断路器均处于分闸状态时，则第一开关量输出单元控制应急电源进线断路器处于合闸状态。
45.本发明的多电源自动投切控制系统通过直接采集无需转换的电压互感器和电流互感器模拟量信号，实现多电源回路的电流和电压实时监测，再通过基于可编程的处理器控制系统中的开关量，适合应用于scada系统，实现多电源可编程切换投入；同时，各个多电源自动投切控制装置和应急电源自动投入控制装置各自独立工作，模块间抗干扰能力强，采集的信号准确、可靠，从而解决工程所需的多电源切换和应急电源多点投入的安全可靠问题。
附图说明
46.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理，通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
47.图1为本发明一实施例的多电源自动投切控制装置的示意图；
48.图2为本发明一实施例的区域配电站的结构示意图；
49.图3为本发明一实施例的应急电站的结构示意图；
50.图4为本发明一实施例的多电源自动投切控制方法的控制逻辑图。
具体实施方式
51.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
52.此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
53.本发明的实施例提供了一种多电源自动投切控制系统，包括多个多电源自动投切控制装置和一应急电源自动投入控制装置。
54.图1为本发明一实施例的多电源自动投切控制装置的示意图，各个所述多电源自动投切控制装置包括：
55.第一处理器m100；
56.第一采集单元m200，包括多个电压互感器pt和多个电流互感器ct，与所述第一处理器电连接，用于采集至少两路进线电压和两路进线电流、两路母线电压以及两路应急电源进线电压；
57.第一开关量输出单元，与所述第一处理器电连接，包括多路第一输出，各路第一输出用于根据所述第一处理器发送的控制指令控制各路进线断路器、母联断路器或各路应急电源进线断路器的分合闸状态；
58.同样地，所述应急电源自动投入控制装置包括：
59.第二处理器；
60.第二采集单元，包括多个电压互感器pt，与所述第二处理器电连接，用于至少采集应急电源线路电压和应急段母线电压；在一些实施例中，第二采集单元还包括多个流互感器ct，用于采集应急电源线路电流和应急段母线电流等。
61.第二开关量输出单元，与所述第二处理器相电连接，包括多路第二输出，各路第二输出用于根据所述第二处理器发送的指令控制应急电源与应急段母线之间的断路器分合闸状态或者两路应急电源输出断路器分合闸状态；
62.所述第一处理器还用于根据第一采集单元采集的数据向应急电源发电机发送启动应急电源发电机信号和向第二处理器发送失电信号。这一配置的功能在后文多电源自动投切控制方法部分进一步阐述。
63.当然，各个多电源自动投切控制装置和应急电源自动投入控制装置均有一与其处理器电连接的电源模块m900，用于给模块提供电源。本发明的多电源自动投切控制系统，适用于包括了多个区域配电站和一个应急电站的情况，各个区域配电站配置一多电源自动投切控制装置，应急电站配置应急电源自动投入控制装置。
64.图2和图3分别为本发明一实施例的区域配电站和应急电站的结构示意图；以图2
和图3的实施例进一步说明本发明的多电源自动投切控制系统的结构。图2实施例的区域配电站具有主电源的两路进线(110、210)、两路母线(210、220)和两路应急电源进线(310、320)，相应地，区域配电站配置的多电源自动投切控制装置的第一采集单元m200至少包括六个电压互感器pt和两个电流互感器ct，六个电压互感器pt分别用于读取主电源的两路进线、两路母线和两路应急电源进线的电压模拟量，两个电流互感器ct可用于读取主电源的两路进线的电流模拟量。
65.在另外一些实施例中，第一采集单元m200包括更多个电压互感器pt和更多个电流互感器ct。如由于主电源的线路为三相，一路进线的pt需三路pt，同样地，母线的也是三相的，需要三路ct，此时，第一采集单元m200至少包括十个电压互感器pt和六个电流互感器ct。各区域配电站的第一采集单元检测的电压和电流信号均为站内信号，传输距离短，准确度高，响应快。
66.同样地，图2实施例的区域配电站配置的第一开关量输出单元m300至少要包括可以控制主电源的两路进线断路器、两路母线之间的母联断路器以及两路应急电源进线断路器的多路第一输出。
67.图3实施例的应急电站具有应急电源电机进线、一应急段母线和应急电源出线，相应地，应急电站配置的应急电源自动投入控制装置的第二采集单元至少包括用于采集应急电源线路电压和应急段母线电流400的两个电压互感器pt，第二开关量输出单元至少包括四路第二输出，分别用于控制应急电源与应急段母线之间，即急电源电机进线上的断路器分合闸状态或者两路应急电源出线(301、302)断路器分合闸状态。需要说明的是，应急电站的两路应急电源出线(301、302)连接区域配电站的两路应急电源进线(310、320)。应急电站的电源发电机可以是柴油发电机，应急电站可以包括多台发电机(图3实施例为两台)，此时，则区域配电站配置的第一开关量输出单元m300可以通过第一输出同时启动多台发电机。
68.区域配电站的电压可以是4kv、6kv、10kv或者是20kv，在此不限，相应地，应急电站的电压与区域配电站的电压相匹配。
69.本发明的多电源自动投切控制系统通过直接采集无需转换的电压互感器和电流互感器模拟量信号，实现多电源回路的电流和电压实时监测，再通过基于可编程的处理器控制系统中的开关量，实现多电源可编程切换投入。
70.在使用本发明的多电源自动投切控制系统的过程中，还需要获得各路断路器状态，以判断各线路的通断状态，在一些实施例中，各个所述多电源自动投切控制装置还可以包括第一开关量输入单元m400，分别与所述第一处理器电连接，包括多路第一输入，多路第一输入用于接收主电源的进线断路器的分合闸状态、母联断路器的分合闸状态和/或两路应急电源输出断路器分合闸状态等；
71.同样地，所述应急电源自动投入控制装置还包括第二开关量输入单元，与所述第二处理器电连接，包括多路第二输入，多路第二输入用于接收应急电源与应急段母线之间的断路器分合闸状态或者应急电源输出断路器分合闸状态等。
72.在一些实施例中，所述第一处理器和/或第二处理器均可以采用64位dsp双核大容量非易失存储芯片，此时，所述第一处理器可以包括第一编程模块m110，用于设置定义多路第一输出和/或多路第一输入端口的功能；或
73.所述第二处理器可以包括第二编程模块，用于设置定义多路第二输出和/或多路第二输入端口的功能。
74.各区域配电站的第一编程模块均为独立工作，互不干扰，分别与应急电站的第二编程模块以及应急发电机控制模块(包括在应急发电机控制柜中)对应连锁控制，保证了可靠性和灵活性。
75.各个所述多电源自动投切控制装置还可以包括交互单元m500，交互单元m500与所述第一处理器电连接，用于设置所述第一处理器发送的控制指令的参数信息，所述参数信息包括控制动作值和/或控制动作时间。
76.各个所述多电源自动投切控制装置还包括第一通信单元m500，第一通信单元m600与所述第一处理器电连接，包括两个以太网接口和一rs485接口，两个所述以太网接口分别用于与外部综保装置或scada系统通信，所述rs485接口用于与外部程序更新装置和调试装置连接。同样地，应急电源自动投入控制装置也可以包括第二通信单元，第二通信单元包括可以与外部综保装置或scada系统通信的接口，从而通过scada系统实现多电源自动投切控制装置与应急电源自动投入控制装置的通信，使得该多电源自动投切控制系统适合应用于scada系统。
77.本发明的实施例还提供了一种多电源自动投切控制方法，采用所述的多电源自动投切控制系统，图4为本发明一实施例的多电源自动投切控制方法的控制逻辑图，多电源自动投切控制方法包括以下步骤：
78.在各个区域配电站端，各个所述第一处理器通过所述第一采集单元获取第一进线电压、第一进线电流、第二进线电压和第二进线电流；
79.各个所述第一处理器判断第一进线电压、第一进线电流、第二进线电压和第二进线电流是否为0；
80.如果其中一多电源自动投切控制装置的第一进线电压和第一进线电流均为0，且第二进线电压和所述第二进线电流均不为0，则该模块的第一开关量输出单元控制第一进线断路器和母联断路器分别处于分闸状态和合闸状态。
81.需要理解的是，上述方法以各个区域配电站端具有主电源的两路进线为例，此处“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。
82.当第一处理器接收并判断两路进线电压和电流是否为0，当检测到仅一路进线pt无电压且ct无电流时，通常，第一处理器同时判断系统内无短路故障发生时，则第一处理器启动进线和母联备自投程序，即第一处理器向第一开关量输出单元发送跳开失电的一路进线断路器，并延时合上母联断路器的控制指令，第一开关量输出单元根据上述控制指令使得失电的一路进线断路器和母联断路器分别处于分闸状态和合闸状态。延时可以根据实际使用场景设定，如1秒或者两秒等，其值可以通过上述所述的第一编程模块设置。
83.本发明的多电源自动投切控制方法还包括以下步骤：
84.各个所述第一处理器判断接收到的第一进线电压、第一进线电流、第二进线电压、第二进线电流是否均为0；
85.如果其中一多电源自动投切控制装置的第一进线电压、第一进线电流、第二进线
电压、第二进线电流均为0，即判断该模块的两路进线线路的pt和ct是否均无，如是，则判断该模块的两路主要的电源失电，通常，该模块的第一处理器同时判断系统内无短路故障发生时，则第一处理器向第一开关量输出单元发送控制第一进线断路器、第二进线断路器和母联断路器均处于分闸状态的控制指令，并通过第一开关量输出单元控制第一进线断路器、第二进线断路器和母联断路器均处于分闸状态。从图4可以看出，上述的控制第一进线断路器、第二进线断路器或母联断路器的分合闸状态可以有一定的延时，可以通过第一处理器设置相应的控制指令的控制参数。
86.同时，第一处理器向应急电源发电机发送启动应急电源发电机信号和向第二处理器发送失电信号；该失电信号为该第一处理器对应的区域配电站处于失电的信号；具体地来说，第一处理器向应急电源发电机发送启动应急电源发电机信号可以是第一处理器向应急电源发电机控制柜发送启动应急电源发电机信号，应急电源发电机控制柜根据信号启动应急电源发电机，上述为区域配电站端执行的步骤。
87.第二采集单元采集应急电源线路电压，当第二处理器判断采集到应急电源线路电压时，则第二开关量输出单元控制应急电源与应急段母线之间的断路器处于合闸状态；上述步骤即在检测到应急电源有pt电压后，将应急电源电机进线与应急段母线电连接；
88.第二采集单元采集应急段母线电压，当第二处理器判断采集到应急段母线电压时，则第二开关量输出单元控制与发出失电信号的多电源自动投切控制装置相对应的应急电源输出断路器处于合闸状态。此时，应急电源出线柜完成配电。
89.当应急电源出线柜完成配电后，区域配电站端的第一处理器通过第一采集单元获取至少一路应急电源进线电压，即至少检测到一路应急电源输入电压；
90.读取各路进线断路器和母联断路器的分合闸状态；该步骤可以通过第一开关量输入单元m400获得当一多电源自动投切控制装置的所述第一处理器判断至少采集到一路应急电源进线电压，且各路进线断路器和母联断路器均处于分闸状态，即确保该区域配电站处于失电状态时，则第一开关量输出单元控制应急电源进线断路器处于合闸状态，实现应急电源至该失电的区域配电站，应急电源投入过程结束。
91.综上所述，本发明提供了一种多电源自动投切控制系统及控制方法，一种多电源自动投切控制系统包括多个多电源自动投切控制装置和一应急电源自动投入控制装置；各个所述多电源自动投切控制装置包括第一处理器；包括多个电压互感器和多个电流互感器的第一采集单元；第一开关量输出单元；所述应急电源自动投入控制装置包括第二处理器；包括多个电压互感器的第二采集单元；第二开关量输出单元；所述第一处理器还用于根据第一采集单元采集的数据向第二处理器发送失电信号。本发明的多电源自动投切控制系统通过直接采集无需转换的电压互感器和电流互感器模拟量信号，实现多电源回路的电流和电压实时监测，再通过基于可编程的处理器控制系统中的开关量，适合应用于scada系统，实现多电源可编程切换投入；同时，各个多电源自动投切控制装置和应急电源自动投入控制装置各自独立工作，模块间抗干扰能力强，采集的信号准确、可靠，从而解决工程所需的多电源切换和应急电源多点投入的安全可靠问题。
92.以上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，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本领域技术人员而言，显然本技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本技术的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具
体形式实现本技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本技术内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一、第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。