专利名称：一种光控模块式智能真空开关智能选相控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种光控模块式智能真空开关智能选相控制系统及方法，属于电力高压 开关技术领域。
背景技术：
开关的操作性能对电网的安全、稳定及经济运行至关重要。应用于投切容性负载(电 容器组、空载输电线等)或感性负载(变压器、电抗器组、大容量电动机等)的开关， 分合闸操作所带来的开关暂态过程会对电力系统产生各种干扰，引起过电压和过电流， 甚至会传播到远端影响其他用户。这在电能质量要求越来越严格的背景下己经引起重视。中国专利01127930. 3 "—种光控模块式高压真空开关技术"中用光控真空开关模 块串联组成高压真空开关，单元模块用真空灭弧室完成接通与分段，其动导电杆直接与 操动机构相连，用感应电源线圈从负载电流中提取能量为蓄电池充电，由光电器件控制 该蓄电池为机构供电，各模块通过光纤在低电位端同步控制，完成了整个开关的接通与 分段。该专利中的真空开关连接方式仅限于串联，无法实现更高电压等级的智能真空开 关的选相控制；而且各模块仅在低电位端进行控制，绝缘结构不够简化。中国专利02229546. 1 "低压选相位分合闸真空开关"中真空开关泡的动触头通过 操作杆连接一基座，通过电压测量元件和电流测量元件测量电源的电压、电流信号，并 将这些电压、电流信号送到判别控制电路，与所设定的分、合闸要求值进行比较，以控 制线包电流的通断，从而控制永磁体同基座的吸合和分离来完成开关在所要求相序和相 位进行分、和闸。该专利同样仅在低电位端进行控制，绝缘结构不够简化。发明内容本发明的目的在于提供一种光控模块式智能真空开关智能选相控制系统和方法，用 来控制由具有选相功能的光控模块式智能真空开关单个模块或多个模块串、并联积木组 合而成的高压真空开关，同时使用高低电位光电隔离技术，实现高、低压隔离，简化绝 缘结构。本发明的技术方案是 一种光控模块式智能真空开关智能选相控制系统，主要包括3模拟信号采集单元、模拟信号调理单元、A/D转换器、包括串口和以太网口等在内的多 种通讯接口、各种传感器(可以检测开关位置、控制电压和环境温度等信号)、系统工 作电源、系统参数与波形记录单元、故障报警单元和人机交换设备，其特征在于还包 括高电位DSP数字信号处理器、低电位DSP数字信号处理器和利用光纤技术的高低电位 光电隔离单元等；其连接方式是模拟信号釆集单元连接模拟信号调理单元，模拟信号 调理单元连接A/D转换器，A/D转换器连接低电位的DSP，低电位DSP与多种通讯接口 双向连接，低电位DSP分别与波形记录单元和故障报警单元连接，系统工作电源连接低 电位DSP，人机交换设备与低电位DSP双向连接，高、低电位的DSP数字信号处理器通 过光电隔离单元连接在一起，并且与光电隔离单元均为双向连接，高电位DSP数字信号 处理器分别与各种传感器和实时时钟双向连接，系统工作电源连接高电位DSP数字信号 处理器。一种光控模块式智能真空开关智能选相控制方法，包括采用包括无线通讯和串口通 讯等在内的多种通讯技术，实现与电站计算机多机通讯，并且可实现与电站计算机系统 的实时信息交换；采用DSP数字信号处理器和控制技术，来判断出开关的最佳投切相位 并进行可靠操作；其特征在于釆用光纤来进行控制信号传输，实现高、低压隔离，简 化绝缘结构；对具有选相功能的光控智能真空丌关模块串、并联积木组合而成的真空开 关进行控制，实现更高电压等级的智能真空开关的选相控制。本发明的有益效果如下1. 智能选相控制器算法灵活可靠，能快速、准确地计算出开关的最佳投切相位并进 行可靠操作；2. 智能选相控制器与光纤控制技术结合真正实现了智能真空开关模块的低电位端控制、高电位端操动；3. 智能选相控制器采用包括无线通讯和串口通讯在内的通讯技术，便于实现与电站 计算机系统的实时信息交换；4. 智能选相控制器控制精度高，既可实现单模块的选相控制，又可实现串、并联组 合模块的选相控制。
附图1为本发明实施例光控模块式智能真空开关智能选相控制系统原理图。附图2为本发明实施例光控模块式智能真空开关智能选相控制系统与单个光控智 能真空开关模块连接图。附图3为本发明实施例光控模块式智能真空开关智能选相控制系统与三相光控智 能真空开关模块连接图。附图4为本发明实施例光控模块式智能真空开关智能选相控制系统与由18个光控 智能真空开关模块串、并联组合而成的智能高压真空开关连接图。附图5为本发明实施例光控模块式智能真空开关智能选相控制系统低电位部分 DSP主程序流程图。附图6为本发明实施例光控模块式智能真空开关智能选相控制系统低电位部分 DSP启动A/D转换子程序流程图。 ，附图7为本发明实施例光控模块式智能真空开关智能选相控制系统低电位部分 DSP响应外部中断子程序流程图。附图8为本发明实施例光控模块式智能真空开关智能选相控制系统高电位部分 DSP操作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。如图l所示， 一种光控模块式智能真空开关智能选相控制系统，主要包括模拟信号 采集单元、模拟信号调理单元、A/D转换器、DSP数字信号处理器(包括位于高电位和 低电位的DSP信号处理器)、利用光纤技术的高低电位光电隔离单元、包括串口和以太 网口等在内的多种通讯接口、各种传感器(可以检测开关位置、控制电压和环境温度等 信号)、系统工作电源、系统参数与波形记录单元、故障报警单元和人机交换设备等， 其连接方式是模拟信号采集单元连接模拟信号调理单元，模拟信号调理单元连接A/D 转换器，A/D转换器连接低电位的DSP，低电位DSP与多种通讯接口双向连接，低电位 DSP分别与波形记录单元和故障报警单元连接，系统工作电源连接低电位DSP，人机交 换设备与低电位DSP双向连接，高、低电位的DSP数字信号处理器通过光电隔离单元连 接在一起，并且与光电隔离单元均为双向连接，高电位DSP数字信号处理器分别与各种 传感器和实时时钟双向连接，系统工作电源连接高电位DSP数字信号处理器。其工作原理为智能选相控制系统低电位部分从PT和CT同步釆集电压与电流信号，通过低电位的DSP数字信号处理器快速数学运算实时检测出电压与电流信号的零点；当远方电站计算机系统、就地动作按钮或继电保护装置发出动作指令后，智能选相控制系统低电位部分的DSP数字信号处理器根据实时检测到的作为参考点的电压与电流信号零点，同时根据以一定通讯协议由光电隔离接口传送来的通过智能选相控制系统高电位部分DSP数字信号处理器采集到的真空开关状态信息(包括开关位置、控制电压和环境
温度等，分别来自开关位置传感器、电压传感器和温度传感器)来自适应调整开关动作时间的补偿参数，计算出到达最佳动作相位所需要的延时，延时结束后向光电隔离接口
发出分、合闸操作指令；智能选相控制系统高电位部分DSP数字信号处理器按照一定通讯协议通过光电隔离接口收到操作指令后，向功率驱动单元发出分、合闸信号，实现智能真空开关的分、合闸操动；智能真空开关动作结束后，智能选相控制系统高电位部分DSP数字信号处理器再把新的真空开关状态信息以一定通讯协议由光电隔离接口传送到智能选相控制器低电位部分的DSP数字信号处理器，智能选相控制系统低电位部分DSP数字信号处理器控制记录开关的动作次数、开关操作事件记录、开关操作暂态电流和电压波形等操作结果，并通过多种通讯接口把真空开关状态信息和操作结果回送到电站计算机系统，便于系统诊断分析。
如图2所示，智能选相控制系统与单个光控智能真空开关模块的连接图。图中1为具有选相功能的光控模块式智能真空开关。图中智能选相控制系统的高电位部分与光控智能真空开关模块连在一起，与其处于同一电位，即高电位。智能选相控制系统高、低电位部分通过光电隔离单元的光纤相连，使得光控智能真空开关模块电气部分与智能选相控制系统信号传输通道隔离，与光纤控制技术结合真正实现了低电位端控制、高电位端操动。
如图3所示，智能选相控制系统与三相光控智能真空开关模块的连接图。智能选相控制系统采集三相电压、电流信号并实时检测出其零点作为参考信号，通过一系列数学计算和逻辑控制后向三个光控智能真空开关模块发送分、合闸信号。智能选相控制系统
高电位部分(与光控智能真空开关模块安装在一起，图中略去)把接收到的光信号转换为电信号，操动三个光控智能真空开关模块。
如图4所示为智能选相控制系统控制由18个光控智能真空模块串、并联积木组合而成的光控智能真空开关。连接在每相的串、并联起来的6个光控智能真空开关模块共用一个电压、电流参考零点。由于每个模块的开关动作特性不同，智能选相控制系统需
6要自适应整定18个模块的开关动作时间，以保证每6个光控智能真空开关模块同时动作。
如图5所示的智能选相控制方法，其位于低电位的DSP主程序流程图。为了保证控制系统正常工作，启动时必须自检。系统自检不正常，记录故障并上报；系统自检通过后，程序进入初始化阶段，包括DSP控制寄存器设置，定时器、内部数据存储器的初始化。之后存入各个模块的动作时间。系统没有收到就地/远动分、合闸指令时，完成电网电压与电流信号同步釆集、电压与电流信号零点检测、就地液晶屏显示电网参数与开关状态等参数和为电站计算机系统上传数据等功能。因此开启两个定时器开启定时器1，用来产生中断启动A/D采样，完成电网电压与电流信号的同步采集及信号零点检测；开启定时器2，每隔一段时间向就地液晶屏发送电网参数与开关状态参数等信息，由于数据显示的实时性不强，故不放在中断中实现，而在主程序中每0.5s更新显示。当有手动校验命令时，向光纤通道发送手动校验命令。当有通讯指令时，通过多种通讯接口与上位机进行通讯。
如图6所示的智能选相控制方法，其位于低电位的DSP启动A/D转换子程序流程图。当模拟量全部采集完毕，触发DSP的外部中断，在中断子程序中进行数据的读取与处理计算，如图7所示。当有A/D中断时，进行数据采集和FIR滤波处理，输出异号时判断有零点，用插值算法计算出零点时刻，重启并清零计数器3。然后再判断采样点数是否达到预定个数，如果达到了则计算出系统周期并动态更新定时器l的中断周期，以保证控制系统能自适应跟踪电网频率的变化。
如图7所示，分、合闸指令中断和光纤接口回报信息中断与A/D中断共用一个外部中断。当有分、合闸指令中断时，首先关中断，因为分、合闸信号优先级最高，避免产生中断嵌套。然后读取计数器3的值计算出当前时刻距离参考零点时刻的时间。再读取各模块的分、合闸动作时间计算出到达最佳分、合闹相位所需要的延时。延时结束后，向光纤通讯接口发送启动分、合闸命令。当有光纤接口回报信息中断吋，首先判断是哪种信息如果是分、合闸后开关状态信息回报，则根据传来的信息预测出下一次动作的分、合闸动作时间并更新储存；如果是手动或定时状态信息校验，则比较并更新储存各模块新的动作时间。
如图8所示的智能选相控制方法，其位于高电位的DSP操作流程图。DSP系统初始化后就进入无限循环，等待位于低电位的DSP发送分、合闸光纤信号。当有分、合闸光纤信号时，执行中断子程序。接受光纤信号后，确定是分闸或合闸指令后发送电信号到 功率驱动单元，操动开关。动作完成后记录开关的动作时间与状态信息，并通过光纤发 送到位于低电位的DSP。
权利要求
1.一种光控模块式智能真空开关智能选相控制系统，主要包括模拟信号采集单元、模拟信号调理单元、A/D转换器、包括串口和以太网口等在内的多种通讯接口、各种传感器、系统工作电源、系统参数与波形记录单元、故障报警单元和人机交换设备，其特征在于还包括高电位DSP数字信号处理器、低电位DSP数字信号处理器和利用光纤技术的高低电位光电隔离单元等；其连接方式是模拟信号采集单元连接模拟信号调理单元，模拟信号调理单元连接A/D转换器，A/D转换器连接低电位的DSP，低电位DSP与多种通讯接口双向连接，低电位DSP分别与波形记录单元和故障报警单元连接，系统工作电源连接低电位DSP，人机交换设备与低电位DSP双向连接，高、低电位的DSP数字信号处理器通过光电隔离单元连接在一起，并且与光电隔离单元均为双向连接，高电位DSP数字信号处理器分别与各种传感器和实时时钟双向连接，系统工作电源连接高电位DSP数字信号处理器。
2. —种光控模块式智能真空开关智能选相控制方法，包括采用包括无线通讯 和串口通讯等在内的多种通讯技术，实现与电站计算机多机通讯，并且可实现与 电站计算机系统的实时信息交换；采用DSP数字信号处理器和控制技术，来判断 出开关的最佳投切相位并进行可靠操作；其特征在于采用光纤來进行控制信号 传输，实现高、低压隔离，简化绝缘结构；对具有选相功能的光控智能真空开关 模块串、并联积木组合而成的真空开关进行控制，实现更高电压等级的智能真空 开关的选相控制。
全文摘要
本发明公开了一种光控模块式智能真空开关智能选相控制系统及方法，采用高性能的DSP数字信号处理器和灵活的控制技术，能快速、准确地判断出开关的最佳投切相位并进行可靠操作；采用光纤来进行控制信号传输，可实现高、低压隔离，简化绝缘结构，抗干扰能力强；采用包括无线通讯和串口通讯等在内的多种通讯技术，实现与电站计算机系统的实时信息交换；可对具有选相功能的光控智能真空开关模块串、并联积木组合而成的真空开关进行控制，实现更高电压等级的智能真空开关的选相控制。
文档编号H02J13/00GK101630863SQ20091006363
公开日2010年1月20日 申请日期2009年8月17日 优先权日2009年8月17日
发明者妍 何, 飞 刘, 杜忠东, 王晓琪, 晶 许, 进 邱, 陈轩恕 申请人:国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司