同步电容器开关的控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供用于将电源连接到开关电容器的系统和方法。一种方法可用于控制多相电源到多个电容器的连接。所述多相电源的每个相位可通过开关装置电连接到所述电容器中的至少一个。所述方法包括针对所述多相电源的每个相位，使用电连接到针对所述相位的所述开关装置的第一端子的第一分压器确定用于所述电源的所述相应相位的电信号的第一电压。所述方法进一步包括确定跨连接到针对所述相位的所述开关装置的第二端子的电容器的第二电压。所述第二电压是使用连接到所述开关装置的所述第二端子的第二分压器来确定。
【专利说明】同步电容器开关的控制系统
【背景技术】
[0001]本发明大体上涉及电开关控制系统的领域。更具体地，本发明涉及用于控制开关以选择性地将电源(例如，三相、中压电源)连接到一或多个电容器的系统和方法。
[0002]开关电容器组被安装在电杆上和变电站里以响应于重型工业电感负载(例如，电动机)的应用和移除而(例如，通过更改负载定相)施加功率因数校正到电网。当负载不同相时，额外反应电流增加传输损失，其导致浪费能量和对额外发电能力的需要。在一些系统中，单独的控制感测电压到电流相关系且命令电容器开关基于所述关系断开和闭合。应用电容器可帮助改进透过电网传输的电能的转移效率。中压应用(例如，5kV到38kV)常包含基于功率因数校正需求而接通和断开的电容器。
[0003]如果开关在跨开关的AC电压非处于波形零时闭合，那么当电容器被充电时可能归因于大浪涌电流而发生干扰。干扰可包含(例如)电压骤降、谐波、谐振峰值和/或对电系统的其它不需要的影响。这种干扰可造成敏感客户设备的问题，例如，工业VFD(可变频率驱动)电动机控制器。由于机械和电复杂性，大多数中压电容器开关相对于电压随机闭合。一些系统被配置为电阻器与开关串联插入以将电容器充电到电压，减小浪涌电流。这些系统可能对于一些应用是可接受的，但是无法针对更敏感的应用以可接受的方式执行。
[0004]被配置为在跨电容器开关的电压接近零伏时闭合的控制器通常复杂、昂贵且难以投入使用/安装，因为其必须处置机械变化与电变化的复杂混合情况。复杂算法可用于估计跨每个开关的电压，且这些算法可能需要安装者提供有关安装的详细信息(例如，相位旋转(例如，A-B-C定相或A-C-B定相)、Y/ Λ电容器连接和电容器接地(例如，接地或未接地))。一些控制器基于单相电压传感器和有关系统所连接的电系统的校准信息盲目地对其操作进行定时。例如，电压感测变压器可仅参考三相系统的相位Α。如果电容器组连接为接地的Y配置，那么预期每个相位的零伏之间的电时序分开达120电角度。必须已知相位旋转以配置这样一种控制器。
[0005]另外，常规零闭合开关被配置来测量开关单侧(例如，电源侧)上的电压。当操作电容器的中压AC开关断开时，电流在零交叉时清除。由于电流和电压信号因电容器而相差90度，因此在开关断开后在电容器上保留近峰值陷阱DC电荷。电容器具有内部电阻器，其被配置来缓慢消散这种能量，直到跨电容器的电压被带到零伏。为了确保电容器已完全放电(例如，使得开关的电容器侧上的电压为零)且闭合开关不会诱发异常大的浪涌电流(例如，比负载电容负载电流大6倍)，常规零闭合开关可被配置来在在再次闭合开关之前最后一次断开开关之后等待预定时间量(例如，五分钟)。在预定时间量之前闭合开关可在源电压遭遇电容器上的大陷阱电荷电压时产生异常大的浪涌电流(例如，高达80倍负载电流)。专用联锁控制设备、培训和/或标识通常用于防止开关在预定时间量经过之前闭合。
[0006]需要一种改进的控制系统，其控制用于将电源选择性地连接到开关电容器的开关的操作。还需要一种控制系统，其在多种环境条件下高度可重复。另外，需要一种控制系统，其可连接到多种不同的电力系统和/或电容器配置，而无需对单独类型的配置的大量专门校准。更进一步，需要一种控制系统，其提供对开关两侧上的电压条件的更大了解和意识。还需要一种控制系统，其无需开关在开关可能再次闭合之前断开后等待预定时间量。
【发明内容】
[0007]本发明的一个示范性实施例涉及一种控制将多相电源连接到多个电容器的方法。多相电源的每个相位可通过开关装置电连接到多个电容器的至少一个。方法包括针对多相电源的每个相位，使用电连接到针对所述相位的开关装置的第一端子的第一分压器确定电源的相应相位的电信号的第一电压。方法进一步包括针对每个相位，确定跨电连接到针对所述相位的开关装置的第二端子的电容器的第二电压。第二电压使用电连接到针对所述相位的开关装置的第二端子的第二分压器确定。方法进一步包括针对每个相位，产生闭合信号，其被配置来在第一电压与第二电压之间的差异大约为零时使针对所述相位的开关装置闭合且将电源的相应相位电连接到电容器。
[0008]本发明的另一个示范性实施例涉及一种控制将多相电源连接到多个电容器的控制系统。多相电源的每个相位可通过开关装置电连接到多个电容器的至少一个。控制系统包括控制电路。控制电压被配置来针对多相电源的每个相位，使用电连接到针对所述相位的开关装置的第一端子的第一分压器确定电源的相应相位的功率信号的第一电压。控制电路进一步被配置来针对每个相位，确定跨电连接到针对所述相位的开关装置的第二端子的电容器的第二电压。第二电压使用电连接到针对所述相位的开关装置的第二端子的第二分压器确定。控制电路进一步被配置来针对每个相位，产生闭合信号，其被配置来在第一电压与第二电压之间的差异大约为零时使针对所述相位的开关装置闭合且将电源的相应相位电连接到电容器。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是根据示范性实施例的可用于控制用于将三相电压源选择性地连接到开关电容器的开关装置的操作的控制系统的框图。
[0010]图2根据示范性实施例的图1中所示的控制系统的单相框图。
[0011]图3是根据示范性实施例的控制用于将电压源连接到开关电容器的开关装置的操作的过程的流程图。
[0012]图4是根据示范性实施例的用于控制用于将电压源连接到开关电容器的开关装置的操作的控制系统的单相示意电气图。
[0013]图5是根据示范性实施例的可用于控制用于将三相电压源选择性地连接到开关电容器的开关装置的操作的控制系统的透视图。
[0014]图6根据示范性实施例的图5的控制系统的后视图。
[0015]图7根据示范性实施例的图5中所示的控制系统的侧向横截面的透视图。
[0016]图8根据示范性实施例的图5中所示的控制系统的侧向横截面的正视图。
[0017]图9是根据示范性实施例可用于连接和/或断开连接到开关电容器的电压源的开关装置的正视图。
[0018]图10根据示范性实施例的图9的开关装置的后视图。
[0019]图11是根据示范性实施例可用于连接和/或断开连接到开关电容器的电压源的操作杆的示意图。【具体实施方式】
[0020]为在参看图之前，应注意，提及“前”、“后”、“后部”、“向上”、“向下”、“内”、“外”、
“右”、“左”和/或本描述中的其它方向术语仅用于在各种元件定向在图中时识别它们。这些术语不意在限制其所描述的元件，因为各种元件在各种应用中可能不同地定向。
[0021]大体上参看图，根据各种示范性实施例提供用于控制电源(例如，多相(例如，三相)电源)与一或多个电容器之间的连接的系统和方法。开关系统可由针对多相系统的每个相位的单独的开关装置或接触器(例如，针对三个相位的三个接触器)组成。在各种实施例中，针对每个相位，单独的分压器可提供在开关装置的每一侧上(例如，一个在电容器或负载侧上，另一个在电源或电网侧上)。分压器可用于确定针对所述相位的开关装置的每一侧上的电压。控制电路可比较所确定的电压以判定跨开关的电压(例如，开关的相对侧上的电压之间的差异)是否和何时接近大约零。控制电路接着可产生信号(例如，闭合信号)，其可被传输到开关装置以使开关装置大体上在电压差接近大约零伏时闭合并且形成电源与一或多个电容器之间的电连接。
[0022]在各种示范性实施例(例如，系统和/或方法)中，各种特征可用于控制电源与开关电容器之间的连接。例如，闭合信号可在电容器完全放电之前产生。闭合信号可在第一电压与第二电压之间的差异预期接近大约零之前的预定时间产生。预定时间可基于开关装置接收闭合信号之时与开关装置进入闭合位置之时之间的时间延迟。时间延迟可通过在第一时间跨开关装置的第一端子和第二端子施加电压、闭合开关装置以及确定电压接近大约零的第二时间而确定，其中时间延迟包括第一时间与第二时间之间的差异。
[0023]可提供被配置来提供大体上恒定电流来给开关装置供电的电源。
[0024]开关装置可包括在开关装置处于断开位置的第一位置与开关装置处于闭合位置的第二位置之间移动的杆。第一分压器或第二分压器的至少一部分可定位在杆内。定位在杆内的分压器可包含一或多个高压厚膜电阻器。电阻器可被囊封在氨基甲酸乙酯材料内。
[0025]现参看图1，根据示范性实施例展示可用于控制用于将三相电压源选择性地连接到开关电容器的开关装置的操作的控制系统100的框图。系统100可用于控制三相开关装置的三个开关装置160、165和170 (例如，电源的三个相位的每个相位各一个开关装置)闭合且形成电源与电容器之间的电连接的时间。虽然系统100被说明为应用于三相系统，但是本文所述的系统100的特征件可应用于任一单相或多相电力系统。
[0026]系统100包含控制电路105，其被配置来接收来自分压器的输入信号并且产生用于基于输入信号控制开关装置的操作的控制信号。在一些实施例中，控制电路105包含处理器110和存储器115。处理器110可为任一类型的通用或专用处理电路或装置。存储器115可为任一类型的机器可读媒体，例如，快闪存储器、RAM、ROM等。
[0027]存储器115可包含被配置来执行控制电路105的各种功能的一或多个模块。例如，存储器115可包含电压比较器模块120，其被配置来比较从分压器接收的电压并且确定电压之间的差异何时接近大约零。存储器115可另外或替代地包含开关控制模块，其被配置来产生被配置来指令开关装置断开或闭合的信号(例如，闭合和/或断开信号)。在一些实施例中，模块可使用存储在存储器115中和可由处理器105执行的机器可执行指令来实施。在一些实施例中，控制电路105的一些或所有功能(例如，比较输入电压和/或发送控制信号到开关装置)可使用处理器和/或存储器以外的电路来实施。
[0028]控制电路105被配置来接收来自针对多相电力系统的每个相位的至少两个分压器的电压信号。如所说明，控制电路接收来自针对相位A的第一分压器130(例如，针对相位A的电源侧分压器)、针对相位A的第二分压器135 (例如，针对相位A的电容器或负载侧分压器)、针对相位B的第一分压器140 (例如，针对相位B的电源侧分压器)、针对相位B的第二分压器145 (例如，针对相位B的电容器或负载侧分压器)、针对相位C的第一分压器150 (例如，针对相位C的电源侧分压器)和针对相位C的第二分压器155 (例如，针对相位C的电容器或负载侧分压器)的电压输入信号。在一些实施例中，分压器和/或控制电路105的每一个的低压端子或引线可连接到相同的低压参考或接地端子。
[0029]控制电路105被配置来基于来自相应相位分压器的电压输入产生信号用于传输到相位A开关装置160、相位B开关装置165和相位C开关装置170。例如，控制电路105被配置来基于来自分压器130和135的电压输入产生针对相位A开关装置160的控制信号，基于来自分压器140和145的电压输入产生针对相位B开关装置165的控制信号和基于来自分压器150和155的电压输入产生针对相位C开关装置170的控制信号。在一些实施例中，单个控制电路可用于控制针对所有相位的开关装置的操作。在其它实施例中，多个控制电路(例如，针对每个相位的控制电路)可用于控制开关装置的操作。
[0030]现参看图2，根据示范性实施例展示图1中所说明的控制系统100的单相系统200的框图。单相系统200说明在控制使用相位A开关装置160将单相A连接到一或多个电容器中的控制电路105的操作。控制电路105被配置来使用分压器130测量开关装置160的源或电网侧上的电压。使用分压器130测量的电压可表示在多相电力系统的相位A电极上传输的单相源功率信号的电压(例如，交流电或AC电压)。控制电路105被配置来使用分压器135测量开关装置160的负载或电容器侧上的电压。使用分压器135测量的电压可表示跨电容器的电压(例如，直流电或DC电压)(例如，由于存储在电容器中的能量)。
[0031]控制电路105可被配置来监测开关装置160的源侧与负载侧上的电压之间的差异。如果电压之间的差异不接近大约零伏，那么控制电路105可被配置来不产生闭合信号且开关装置160可保持在断开配置中。当源侧与负载侧上的电压之间的差异接近大约零时(例如，如果电压大致相同)，控制电路105可被配置来产生闭合信号并且将信号传输到开关装置160，使开关装置160闭合并且形成电源与电容器之间的电连接。在一些实施例中，控制电路105可被配置来维持开关装置在零交点的+/-10度内的闭合。由于开关装置160在源侧与负载侧之间的电压差为大约零伏时闭合，因此无大量浪涌电流会在所得电路中流动且连接到电容器的非所要效应被减少或避免。
[0032]一些现有设计利用变压器提供适当电接触件闭合定序的参考信号。由于变压器可被配置为相到相或相到接地接线配置，因此这些变化必须在控制方案中考虑且在设置时配置。
[0033]通过利用开关装置160两侧上的分压器，可获得电压的瞬时DC分量。控制电路105可使用分压器输入以确定跨开关装置160的实际电压差分。因此，控制电路105可独立确定每个相位的电压零且无需了解电力系统的相位旋转(例如，A-B-C或A-C-B定相)。另外，由于分压器用于独立确定开关装置160的每侧上的实际电压(例如，相对于基于另一侧的测量和电力系统的配置的了解推断一侧上电压)，因此控制电路105无需结合电力系统的特定配置(例如，Λ/Υ、接地/未接地等)校准以确定开关装置160应闭合的合适零点或近零点。此外，只要开关装置160的两侧之间的电压差分为大约零，就不会发生大量浪涌电流，即使电容器仍持有电荷。因此，控制电路105无需在开关装置160可再次闭合之前在电容器最后一次断开之后等待预定时间量(例如，五分钟)。
[0034]在一些实施例中，控制电路105还可用于产生控制信号以使开关装置160断开。电流传感器可用于确定合适的零电流断开时间。在一些实施例中，控制电路105可被配置来通过监测负载侧电压信号而在不使用电流传感器的情况下产生断开信号。由于电容器导致电流信号领先负载侧上的电压信号达90度，所以可由控制电路105计算适当的零电流断开时间。
[0035]现参看图3，根据示范性实施例的控制用于将电压源连接到开关电容器的开关装置的操作的过程300的流程图。在各种实施例中，过程300可如图2中所说明使用控制电路105以单相实施和/或可如图1中所说明应用于多相。如图3中所示，过程300包含可用于控制电力系统的单相到一或多个电容器的连接的操作。在一些实施例中，控制电路可被配置来利用过程300以独立控制多相电力系统的每个相位(例如，使得过程300针对每个相位重复)。
[0036]控制电路可被配置来使用接收自第一分压器的电压信号确定与所连接的电力系统的相位的功率信号相关的源侧电压(操作305)。第一分压器可电连接到针对所述相位的开关装置的源侧。控制电路可被配置来使用接收自针对所述相位的第二分压器的另一个电压信号确定负载侧电压或跨连接到开关装置的第二侧的电容器的电压(操作310)。第二分压器可电连接到针对所述相位的开关装置的负载或电容器侧。
[0037]控制电路可使用来自第一分压器和第二分压器的电压信号确定跨针对所述相位的开关装置的电压差分。控制电路可被配置来监测电压差分以确定电压差是否接近大约零伏(例如，使得源侧电压和负载侧电压大体上相同)(操作315)。如果电压差分并非大约零伏，那么控制电路可继续监测接收自分压器的电压信号且可能不产生信号以使针对所述相位的开关装置断开。当电压差分被确定为大约零时，例如，当电容器被完全放电且源侧电压为零时，或当相同的非零电压存在于针对所述相位的源功率信号且跨电容器存在时，控制电路可被配置来产生闭合信号并且将闭合信号传输到开关装置(操作320)。开关装置可被配置来在跨开关装置的电压差分为大约零时响应于接收来自控制电路的闭合且将电力系统的相应相位或电极电连接到电容器。
[0038]现参看图4，根据示范性实施例展示用于控制用于将电压源连接到开关电容器的开关装置的操作的控制系统的单相示意电气图400。电气图400可表示在一些示范性实施例中的控制系统200的高级电实施和/或控制系统100的单个相位。在一些实施例中，电气图400中所说明的电路可被应用来使用过程300的一或多个操作控制电压源到开关电容器的连接。
[0039]如电气图400中所说明，控制系统包含电源405(例如，AD电压源，例如，来自电网的高压电源)和电容器410(例如，例如在电容器组中的一或多个电容器)，其可通过使用开关装置选择性地连接。在一些实施例中，电源405的电压可高达22kV或更高。开关装置包含一对接触器415，其可移动为彼此接触(例如，在开关装置的闭合位置中)及彼此分离(例如，在开关装置的断开位置中)以分别启用和停用电源405与电容器410之间的电连接。
[0040]在一些实施例中，接触器415中的一个或两个可通过使用螺线管总成或其它类型的致动器而操作地移进和移出与另一个接触器415的接触。在电气图400中，两个螺线管装置结合操作杆420使用以将源侧接触器移进和移出与负载侧(例如，电容器侧)接触器的接触。闭合螺线管425被配置来上推操作杆420，将源侧接触器移进与电容器侧接触器的接触。开放螺线管430被配置来下拉操作杆420，将源侧接触器移出与电容器侧接触器的接触。拨动开关435或其它机构可用于控制螺线管装置的操作。在一些实施例中，一个螺线管装置可用于执行开关装置的断开和闭合功能。在一些实施例中，不同类型的致动装置可用于断开和闭合电源405与电容器410之间的连接。
[0041]电气图400还包含两个单独的分压器，一个电连接到接触器415的源侧且一个电连接到接触器415的电容器侧。源侧分压器440包含两个或两个以上电阻器并且可由控制电路用于在任一给定时间点确定电源405的电压(例如，AC电压)。分压器440可与电源405按并联配置连接，使得分压器440的高压侧可与电源405的高压侧电连接，且分压器440的低压侧可连接到低压端子(例如，接地端子、非常高阻抗的元件等)。在这样一种配置中，跨分压器440的电压与电源405的电压相同。 [0042]分压器440可至少包含第一电阻器445和第二电阻器450。电阻器445可为被配置来承受跨电阻器的高电压降而不损坏电阻器的高压电阻器，例如，高压厚膜电阻器(例如，16Ω、106Ω、10ΜΩ等)。电阻器450可为较低压电阻器(例如，与电阻器445相比)且可被配置使得跨电阻器450的电压降在操作期间实质低于跨电阻器445的电压降。控制电路可被配置来测量跨电阻器450的电压(例如，通过使用到电阻器450的高压侧和/或电阻器450的低压侧的电连接，例如，电线引线)。跨电阻器450的电压可用于确定跨整个分压器440的电压，因为跨电阻器450的电压基于电阻器445与450的相对电阻值与总电压直接相关。跨分压器440的总电压(和因此，电源405的电压)可根据下列表达式确定，其中表不跨分压器440的总电压，R445和R45tl分别表不电阻器445和450的电阻值(例如，以欧姆计)且Vk45ci表示跨较小电阻器450测量的电压:
[0043]Vvd44o — ( (1^445+尺450) /尺445) X Vr450
[0044]通过跨较小电阻器450测量，电压可降低到对于用于测量电压值的控制电路的电子装置而言安全的水平。在一些实施例中，电阻器445和450可被包含作为分压器总成的部分。在一些实施例中，电阻器445可包含在独立于电阻器450的总成中。例如，电阻器445可被包含在被配置来囊封高压电阻器的总成中且电阻器450可被安装或嵌入在电路板(例如，控制电路的电路板)上。
[0045]第二分压器455电连接到接触器415的电容器侧。电容器侧分压器455包含两个或两个以上电阻器并且可由控制电路用于确定跨电容器410的电压(例如，DC电压)。分压器455可与电容器410按并联配置连接，使得分压器455的高压侧电连接到电容器410的高压侧且分压器455的低压侧电连接到低压端子。
[0046]电容器侧分压器455可至少包含第一电阻器460和第二电阻器465。电阻器460可为高压电阻器且电阻器465可为较低电压电阻器(例如，电阻器460可具有比电阻器465高的电阻值)。控制电路可被配置来测量跨较小电阻器465的电压并且使用所述电压值来确定跨整个分压器455的电压及因此跨电容器410的电压。跨分压器455的电压可以与上文参考分压器445所描述的相同方式确定。在各种实施例中，电阻器450和/或465可分别具有与电阻器445和450相同或不同的电阻值。
[0047]现参看图5，根据示范性实施例展示可用于控制用于将三相电压源选择性地连接到开关电容器的开关装置的操作的控制系统500的透视图。系统500包含三个单相开关系统505，每个系统用于连接到电源的每个相位或电极。每个单相系统505包含被配置来围封用于连接和断开连接到电容器的相位的外壳510。电源的相位可连接在端子515上且电容器可连接在另一个端子520上。每个单相系统505包含源侧分压器(图5中不可见)和电容器侧分压器525(例如，电连接到针对所述相位的开关装置的电容器侧或负载侧的外部分压器)，其可用于确定针对所述相位的开关装置的每侧上的电压。针对所有三个相位的开关装置和分压器可提供在一个集成控制系统中，使得控制系统500是一种“连接即运转”型系统，其与非零闭合系统一样容易安装。在一些实施例中，类似于控制系统500的系统可用于实施本文中描述的各种系统和方法(例如,系统100和/或200、过程300、图400中所示的电系统等)且控制系统500可并入有关于所述系统和方法而描述的各种特征。
[0048]现参看图6，根据示范性实施例展示图5的控制系统500的后视图。在这个视图中，展示系统500的电源输入接口 605和控制输入接口 610。控制输入接口 610可用于接收控制输入信号以控制针对每个相位的开关装置的操作和/或校准系统500。例如，技术人员可将计算装置连接到控制输入接口的一或多个端子以提供校准值到系统500、测试系统500、手动断开和/或闭合一或多个开关装置等。在一些实施例中，控制输入接口 610可提供针对三相电源的每个相位的单独控制输入。
[0049]在一些实施例中，控制系统500可被校准一次(例如，在出厂时，在制造期间)并且一旦被安装在电网节点上即可能无需后续校准以准确操作。校准可能包含定义从控制电路提供信号以闭合开关装置时直到开关装置的接触件实际闭合并且接触时的时间延迟。初始校准可通过跨电容器开关源和负载主端子施加电压而实现。控制可被置于校准模式中并且使用有关跨端子的电压差分的反馈以校准时间延迟(例如，在电压差分接近大约零之前信号传输花费的时间)。时间延迟可作为恒定值被存储在控制电路中。在一些实施例中，类似过程可用于在操作期间提供反馈到控制电路(例如，用于误差检测和/或由于开关响应时间的变化而对时间延迟值进行增量调整)。
[0050]电源输入接口 605可用于接收来自电源的针对开关装置(例如，螺线管装置)的操作功率(例如，120VAC，50Hz或60Hz，1000VA等)。一些控制器使用存储在电容器中的能量以操作开关中的螺线管或致动器。由于电容器能量如螺线管绕组电阻一样随温度而变化，所以许多变量可用于考虑适当的温度补偿。
[0051]提供更高可重复性和一致性的方式是使用恒流电源来给开关装置供电。螺线管装置(例如)在其线圈中具有设定数目的匝数，且螺线管装置的输出基于匝数与所施加电流的乘积。使用提供恒流功率信号来给螺线管装置供电的电源减小与电容和/或螺线管绕组电阻因温度的变化相关的变量的数目和复杂性。在一些实施例中，脉宽调制(PWM)电流相关驱动信号可用于补偿线圈温度、电力线电压和/或电力线阻抗变化。
[0052]现参看图7，根据示范性实施例说明图5中展示的控制系统500的侧向横截面的透视图。所说明的横截面展示隐藏在外壳510内的每个单相系统505的若干特征。如图7中所示，每个系统505包含真空断路器型开关装置。在各种实施例中，其它类型的开关装置可取代真空断路器开关使用。
[0053]系统505的开关装置包含两个接触器，一个用于系统505的源侧且一个用于系统505的负载侧或电容器侧。负载侧接触器705电连接到针对相位的一或多个电容器所连接到的电容器端子520。源侧接触器710电连接到三相电源的相应相位所连接到的电源端子515。在一些实施例中，源侧接触器710可电连接到操作杆715和/或控制电路。
[0054]操作杆715 (例如，机械和/或电)耦接到源侧接触器710且用于将源侧接触器710移进及移出与负载侧接触器705的接触，以分别啮合和脱离电源与电容器之间的电连接性。使用致动器720(例如，向上及向下)移动操作杆715。在一些实施例中，致动器720可包括被配置来移动操作杆715和因此源侧接触器710的一或多个螺线管装置。在一些实施例中，操作杆715和/或致动器720可被设计为不同配置且可被配置来取代源侧接触器710而移动负载侧接触器705。致动器720的操作可由控制电路控制，其被配置来基于来自系统505的电反馈(例如，来自针对每个相位的负载侧和源侧的每个上的分压器的电压信号)确定接触器何时应闭合和/或断开。
[0055]现参看图8，根据示范性实施例说明图5中展示的控制系统500的侧向横截面的正视图。控制系统500被展示为包含可用于控制一或多个单相系统505的开关装置的操作的控制电路725。控制电路725可类似于图1和图2中所示的控制电路105且可并有本文中关于控制电路105描述的各种特征。
[0056]现参看图9，根据示范性实施例说明图7和图8中展示的致动器720的正视图。致动器720包含开放螺线管装置910，其被配置来下拉操作杆715和因此源侧接触器710，断开电容器与电源之间的电连接。致动器720还包含闭合螺线管装置915，其被配置来上推操作杆715和因此源侧接触器710，啮合接触器705与710之间的接触且造成电容器与电源之间的电连接。螺线管装置910和915可通过使用凸轮905而移动杆715。如图9中所示，致动器720处于断开位置。在一些实施例中，致动器720可包含单个螺线管装置，其被配置来执行断开和闭合功能和/或可包含不同类型的致动装置。
[0057]现参看图10，根据示范性实施例说明图7和图8中展示的致动器720的后视图。致动器720可包含一或多个辅助开关1005。辅助开关可被配置来在执行断开操作之后断开电流。
[0058]现参看图11，根据示范性实施例展示可用于连接和/或断开到开关电容器的电压源的操作杆1100的示意图解。在各种实施例中，操作杆1100可结合系统100、200和/或500使用，可用在过程300的实施方案中和/或用作图400中所说明的电系统的部分并且可结合参考那些系统描述的各种特征中的任何者使用。
[0059]操作杆1100耦接到源侧开关接触件1155(例如，真空断路器接触件)，其可通过使用偏置机构1160(例如，致动器720)移进和移出与负载侧开关接触件1150(例如，固定真空断路器接触件)的接触。杆1100可通过使用机械接头1130耦接到接触件1155。机械接头1130可至少部分由导电材料制成，所述导电材料可被配置来通过机械接头1130传输电而不实质上阻碍电流。在一些实施例中，机械接头1130可包含偏置元件(例如，弹簧)，其被配置来促进接触件1150与1155之间的牢固界面。源侧开关接触件1155可电连接到被配置来连接到电源的源端子1135且负载侧开关接触件1150可电连接到被配置来连接到一或多个电容器的负载端子1140。负载侧开关接触件1150还可连接到分压器1145(例如，夕卜部分压器)且电压感测引线1160(例如，系结到分压器1145的低压感测电线)可被提供来将来自分压器1145的负载侧电压信号传输到控制电路。
[0060]电压感测可使用电容耦接或使用分压器执行。用于测量最靠近偏置机构的端子的分压器可形成在囊封开关装置(例如，真空断路器)的套管内。
[0061]在一些实施例中，源侧分压器的至少一部分可定位或嵌入在操作杆1100内。电阻器1120(例如，高压、厚膜电阻器)如图11中所说明嵌入在操作杆1100内。电阻器1120可使用电引线1115电连接到电阻器1120的高压侧上的接触件1155和/或源端子1135(例如，通过机械接头1130)。电压感测引线1110可连接到电阻器1120的低压侧且用于将电压信号(例如，针对分压器的第二电阻器的高压信号)提供到控制电路。电阻器1120可被围封在囊封件1125(例如，例如氨基甲酸乙酯的材料)内。将电阻器1120囊封在氨基甲酸乙酯中可帮助提供介电能力、机械减震、热膨胀的公差、热消散、感测最靠近偏置机构1160的端子上的电压的能力和/或其它好处。在一些实施例中，操作杆1100的外表面1105可包含刚性介电管。
[0062]如所说明，操作杆1100只围封源侧分压器的一部分或单个电阻器。源侧分压器的第二电阻器可提供在系统中的其它位置，例如，在与电路相关联的电路板上。在一些实施例中，电阻器1120可为高压电阻器，其被配置来供可能在电网应用中经历的高压使用，且第二电阻器可为较低压电阻器，其被配置使得由控制电路跨第二电阻器感测到的电压低到足以避免损坏控制电路的电子装置。在一些实施例中，分压器的两个电阻器可定位和/或囊封在操作杆1100内。
[0063]上文参看图式描述本发明。这些图式说明实施本发明的系统和方法和程序的特定实施例的某些细节。但是，结合图描述本发明不应解释为对本发明强加图中可能存在的任一限制。本发明设想用于实现其操作的任何机器可读媒体上的方法、系统和程序产品。本发明的实施例可使用现有计算机处理器实施或通过为此目的或另一个目的而并入的专用计算机处理器或通过硬连线系统而实施。本文中的权利要求元件不依据35U.S.C.§ 112第
六段落解释，除非元件使用短语“用于......的构件”明确引述。此外，本发明中的元件、组
件或方法步骤不旨在贡献给公众，无论元件、组件或方法步骤是否在权利要求中明确引述。
[0064]在本发明的范围内的实施例可包含程序产品，其包括用于携载或具有存储于其上的机器可执行指令或数据结构的机器可读媒体。这种机器可读媒体可为任何可获得的媒体，其可由通用或专用计算机或具有处理器的其它机器存取。举例来说，这种机器可读媒体可包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD ROM或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁性存储装置或任何其它媒体(例如，非暂时性媒体)，其可用于携载或存储呈机器可执行指令或数据结构形式的所要程序代码且可由通用或专用计算机或具有处理器的其它机器存取。上述项目的组合也包含在机器可读媒体的范围内。机器可执行指令包括(例如)使通用计算机、专用计算机或专用处理机执行某一功能或功能群组的指令和数据。
[0065]本发明的实施例在方法步骤的一般背景中描述，其在一个实施例中可通过包含机器可读指令(例如，例如呈由机器执行的程序模块形式的程序代码)的程序产品实施。通常，程序模块包含例程、程序、对象、组件、数据结构等，其执行特定任务或实施特定抽象数据类型。机器可执行指令、相关联的数据结构和程序模块表示用于执行本文揭示的方法的步骤的程序代码的实例。这些可执行指令或相关联的数据结构的特定序列表示用于实施在这些步骤中描述的功能的对应的行动的实例。
[0066]一种用于实施本发明的总系统或部分的示范性系统可包含呈计算机形式的通用计算装置，其包含处理单元、系统存储器和系统总线，系统总线将包含系统存储器的各种系统组件耦接到处理单元。系统存储器可包含唯读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。计算机还可包含用于从磁性硬盘读取和写入磁性硬盘的磁性硬盘驱动器、用于从可移除磁盘读取或写入可移除磁盘的磁盘驱动器和用于从可移除光盘(例如，CD ROM或其它光学媒体)读取和写入可移除光盘的光盘驱动器。驱动器和其相关机器可读媒体提供用于计算机的机器可执行指令、数据结构、程序模块和其它数据的非易失性存储。
[0067]应注意，虽然本文中提供的流程图展示方法步骤的特定顺序，但是应理解，这些步骤的顺序可与所描绘的不同。而且，两个或两个以上步骤可同时或部分执行。这种变化将取决于所选择的软件和硬件以及取决于设计者选择。应理解，所有这些变化在本发明的范围内。同样地，本发明的软件实施方案可结合标准的编程技术实现，其使用基于规则逻辑或其它逻辑以完成各种数据库搜索步骤、关联步骤、比较步骤和决策步骤。还应注意如本文中和权利要求中使用的词“组件”旨在涵盖使用一或多行软件代码的实施方案和/或硬件实施方案和/或用于接收手动输入的设备。
[0068]已为说明和描述的目的而提出本发明的实施例的前述描述。其不旨在详尽或将本发明限制为所揭示的精确形式且修改和变化按照上述教示是可行的或可从本发明的实践中获得。实施例被选择和描述以便解释本发明的原理和其实践应用以使所属领域的技术人员能够在各种实施例中且结合适于所设想的特定用途的各种修改利用本发明。
【权利要求】
1.一种控制多相电源到多个电容器的连接的方法，其中所述多相电源的每个相位可通过开关装置电连接到所述多个电容器的至少一个，所述方法包括: 针对所述多相电源的每个相位: 使用电连接到针对所述相位的所述开关装置的第一端子的第一分压器确定所述电源的所述相应相位的功率信号的第一电压； 确定跨电连接到针对所述相位的所述开关装置的第二端子的电容器的第二电压，其中所述第二电压是使用电连接到针对所述相位的所述开关装置的所述第二端子的第二分压器来确定；以及 产生闭合信号，其经配置以在所述第一电压与所述第二电压之间的差异大约为零时使针对所述相位的所述开关装置闭合且将所述电源的所述相应相位电连接到所述电容器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述闭合信号在所述电容器完全放电之前产生。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述开关装置包括经配置以在所述开关装置处于断开位置的第一位置与所述开关装置处于闭合位置的第二位置之间移动的杆，且其中所述方法进一步包括将所述第一分压器或所述第二分压器的至少一部分定位在所述杆内。
4.根据权利要求3所述的方法，其中定位在所述杆内的所述分压器的所述部分包括至少一个高压厚膜电阻器。
5.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括将所述至少一个电阻器囊封在氨基甲酸乙酯材料内。
6.根据权利要求1所述的方法，其中产生经配置以使针对所述相位的所述开关装置闭合的所述闭合信号包括在所述第一电压与所述第二电压之间的所述差异预期接近大约零之前的预定时间产生所述闭合信号，其中所述预定时间基于所述开关装置接收所述闭合信号时与所述开关装置进入闭合位置时之间的时间延迟。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述时间延迟通过在第一时间跨所述开关装置的所述第一端子和所述第二端子施加电压、闭合所述开关装置和确定所述电压接近大约零的第二时间而确定，其中所述时间延迟包括所述第一时间与所述第二时间之间的所述差异。
8.一种用于控制多相电源到多个电容器的连接的控制系统，其中所述多相电源的每个相位可通过开关装置电连接到所述多个电容器的至少一个，所述控制系统包括: 控制电路，其经配置以针对所述多相电源的每个相位: 使用电连接到针对所述相位的所述开关装置的第一端子的第一分压器确定所述电源的所述相应相位的功率信号的第一电压； 确定跨电连接到针对所述相位的所述开关装置的第二端子的电容器的第二电压，其中所述第二电压是使用电连接到针对所述相位的所述开关装置的所述第二端子的第二分压器来确定；以及 产生闭合信号，其经配置以在所述第一电压与所述第二电压之间的差异为大约零时使针对所述相位的所述开关装置闭合且将所述电源的相应相位电连接到所述电容器。
9.根据权利要求8所述的控制系统，其中所述控制电路经配置以在所述电容器完全放电之前产生所述闭合信号。
10.根据权利要求8所述的控制系统，其进一步包括所述开关装置、所述第一分压器和所述第二分压器，其中所述开关装置包括经配置以在所述开关装置处于断开位置的第一位置与所述开关装置处于闭合位置的第二位置之间移动的杆，且其中所述第一分压器或所述第二分压器中的一个的至少一部分定位在所述杆内。
11.根据权利要求10所述的控制系统，其中定位在所述杆内的所述分压器的所述部分包括至少一个高压厚膜电阻器。
12.根据权利要求11所述的控制系统，其中所述至少一个电阻器被囊封在氨基甲酸乙酯材料内。
13.根据权利要求8所述的控制系统，其中所述控制电路经配置以在所述第一电压与所述第二电压之间的所述差异预期接近大约零之前的预定时间产生所述闭合信号，其中所述预定时间基于所述开关装置接收所述闭合信号时与所述开关装置进入闭合位置时之间的时间延迟。
14.一种用于控制多相电源到多个电容器的连接的控制系统，其中所述多相电源的每个相位可通过开关装置电连接到所述多个电容器的至少一个，所述控制系统包括: 用于针对所述多相电源的每个相位使用电连接到针对所述相位的所述开关装置的第一端子的第一分压器确定用于所述电源的所述相应相位的功率信号的第一电压的构件； 用于针对所述多相电源的每个相位确定跨电连接到针对所述相位的所述开关装置的第二端子的电容器的第二电压的构件，其中所述第二电压是使用电连接到针对所述相位的所述开关装置的所述第二端子的第二分压器来确定；以及 用于针对所述多相电 源的每个相位产生闭合信号的构件，所述闭合信号经配置以在所述第一电压与所述第二电压之间的差异为大约零时使针对所述相位的所述开关装置闭合且将所述电源的所述相应相位电连接到所述电容器。
15.根据权利要求14所述的控制系统，其进一步包括所述开关装置、所述第一分压器和所述第二分压器，其中所述开关装置包括经配置以在所述开关装置处于断开位置的第一位置与所述开关装置处于闭合位置的第二位置之间移动的杆，且其中所述第一分压器或所述第二分压器的至少一部分定位在所述杆内。
16.根据权利要求15所述的控制系统，其中定位在所述杆内的所述分压器的所述部分包括至少一个高压厚膜电阻器。
17.根据权利要求16所述的控制系统，其中所述至少一个电阻器被囊封在氨基甲酸乙酯材料内。
18.根据权利要求14所述的控制系统，其中所述用于产生的构件经配置以在所述第一电压与所述第二电压之间的所述差异预期接近大约零之前的预定时间产生所述闭合信号，其中所述预定时间基于所述开关装置接收所述闭合信号时与所述开关装置进入闭合位置时之间的时间延迟。
【文档编号】H02J3/00GK103999313SQ201180075704
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2011年11月3日 优先权日:2011年11月3日
【发明者】约瑟夫·P·格罗瓦茨, 罗伯特·A·特拉斯卡 申请人:豪倍公司