一种微电网智能隔离开关驱动控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，所述系统包括主电路；所述主电路包括设置在微电网和主电网间的静态开关、用于控制所述开关的下级控制器、用于控制下级控制器的上级控制器和用于将检测到的所述微电网与主电网间的电压电流信息传至所述上级控制器的模拟信号采集板。所述系统的控制过程为：预合闸过程；判断双向可控硅的好坏；晶闸管触发过程。该系统保证开关通断的准确性及快速性。
【专利说明】 —种微电网智能隔离开关驱动控制系统
【技术领域】
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[0001]本发明涉及一种隔离开关驱动控制系统，更具体涉及一种微电网智能隔离开关驱动控制系统。
【背景技术】
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[0002]在电力系统中，微型电网技术就是指将一定区域内或某些企事业单位内拥有的分散的发电资源(例如自行供电的发电设备或备用发电机组、太阳能发电装置、风力发电设备等可再生能源发电装置)联结起来共同向用户供电，并通过配电网与主干大型电力网并联运行，形成一个大型电网与小型发电设备联合运行的系统。从某种意义上来说，当分布式电源达到一定比例时，就可以称之为微型电网。
[0003]微电网技术中重要一个环节就是隔离开关的设计，隔离开关的作用是用来隔离主电网和微电网，并根据需要及时的接通和断开主电网与微电网。
[0004]在微电网中，通过静态开关，对于关键负载和敏感性负载的电能质量问题将会变的很清晰可见，然而，静态开关的主要问题之一是固态的半导体器件的功率损失。在静态开关中，由于持续的线电流作用，这将会导致在正常的工作期间元件的功耗和热损耗，因此，就需要一个较大的冷却设备，这就增大了额外的运营开销来控制可控硅的温度，同时也会降低设备的效率和可靠性。因此，对于散热器和冷却设备的选择是至关重要的。另一个重要的问题就是静态开关的运行速度，它主要是由开关时间确定的，开关时间非常重要。电源间断的时间是在预测负载的正常运行的关键因素，无论是从分布源的正常电网的负载类型还是故障干扰特性，静态开关必须能够执行快速的传输。故提出一种微电网智能隔离开关驱动控制系统以解决上述问题。
【发明内容】
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[0005]本发明的目的是提供一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，该系统保证开关通断的准确性及快速性。
[0006]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，所述系统包括主电路；所述主电路包括设置在微电网和主电网间的静态开关、用于控制所述开关的下级控制器、用于控制下级控制器的上级控制器和用于将检测到的所述微电网与主电网间的电压电流信息传至所述上级控制器的模拟信号采集板。
[0007]本发明提供的一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，所述静态开关与微电网侧间依次设有电流互感器1、断路器I和电压互感器I ;所述电流互感器I与所述下级控制器连接。
[0008]本发明提供的一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，在所述静态开关与主电网侧依次设有分别与所述模拟信号采集板连接的断路器2、电流互感器2和电压互感器2 ;串联的所述断路器2、静态开关、电流互感器I和断路器I与断路器3并联。
[0009]本发明提供的另一优选的一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，所述静态开关为双向可控硅；所述静态开关并联其保护电路。
[0010]本发明提供的再一优选的一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，所述双向可控硅为两个晶闸管反向并联；所述保护电路为晶闸管保护电路；所述下级控制器包括DSP控制器、与所述静态开关连接的触发电路、与所述触发电路连接的隔离装置、与所述DSP控制器连接的温度传感器和外围电路；所述隔离装置连接所述DSP控制器；所述上级控制器包括开关DSP控制器。
[0011]本发明提供的又一优选的一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，所述晶闸管保护电路包括抑制过电压的RC串联吸收电路和抑制过流保护的比较器。
[0012]本发明提供的又一优选的一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，所述模拟信号采集板把检测到的三相电流电压的模拟信号转换成所述上级控制器能够接收的数字信号，通过控制算法判断主电网侧和微电网侧的电压电流是否相同，其相位、频率是否同步，若相同并且同步则接通主电网和微电网。
[0013]本发明提供的又一优选的一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，若所述电流电压相同，则所述上级控制器先给所述下级控制器一个控制信号，使得所述下级控制器通过所述隔离装置控制所述断路器2接通，所述下级控制器给所述上级控制器一个反馈信号，判断断路器2是否接通成功；若成功，则判断所述静态开关的好坏。
[0014]本发明提供的又一优选的一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，在所述断路器2预合闸成功后，通过判断电流互感器1检测到的三相电流是否存在，判断所述静态开关的好坏；如果电流不为零，则所述静态开关已经被击穿，不能起隔离微电网和主电网的作用；
[0015]在并网期间，若所述静态开关已经是导通的，所述电流传感器1检测的电流为零，表明此时所述静态开关已经断路；
[0016]当所述断路器2预合闸正常且所述静态开关未被击穿时，通过所述上级控制器的分析给所述下级控制器一个控制信号，控制所述触发电路触发所述静态开关使其导通。
[0017]本发明提供的又一优选的一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，当所述静态开关接通时，需要对其通过所述温度传感器实时进行温度检测；若所述静态开关的温度过高并超过120°C时，则所述上级控制器给所述下级控制器一个信号断开所述断路器2，最终所述静态开关也自动断开。
[0018]本发明提供的又一优选的一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，所述DSP控制器通过人机界面对并网信息进行实时监控；所述人机界面包括显示屏和键盘；所述键盘为矩阵式键盘。
[0019]和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果
[0020]1、本发明的系统保证开关通断的准确性及快速性；
[0021]2、本发明的系统提供先进、可靠、高效的信号处理与控制的平台，它将数字信号处理的运算能力与面向高性能控制的能力集于一体，可以实现用软件取代模拟器件；
[0022]3、本发明的系统可方便地修改控制策略，修正控制参数，兼具故障监测、自诊断和上位机管理与通信等功能；
[0023]4、本发明系统减少了控制器的功耗，从而提高了控制器的实时控制能力；
[0024]5、本发明的系统通过不断检测三项电流电压，可以判断是否并网；不断检测断路器的状态，可以保证处于预合闸状态；实时的检测晶闸管的温度，可以保证晶闸管的正常运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明的霍尔电流传感器原理图；
[0026]图2为本发明的矩阵式键盘结构示意图；
[0027]图3为本发明系统的主电路图；
[0028]图4为本发明系统的控制流程图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
[0030]实施例1:
[0031]如图1-4所示，本例的发明一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，所述系统主要由静态开关来隔离主电网与微电网，并在合适的时候接通主电网和微电网；所述系统包括主电路；所述主电路包括设置在微电网和主电网间的静态开关、用于控制所述开关的下级控制器、用于控制下级控制器的上级控制器和用于将检测到的所述微电网与主电网间的电压电流信息传至所述上级控制器的模拟信号采集板。所述模拟信号采集板包括模数转换器。
[0032]所述静态开关与微电网侧间依次设有电流互感器1、断路器I和电压互感器I ;所述电流互感器I与所述下级控制器连接。
[0033]在所述静态开关与主电网侧依次设有分别与所述模拟信号采集板连接的断路器
2、电流互感器2和电压互感器2 ;串联的所述断路器2、静态开关、电流互感器I和断路器I与断路器3并联。所述电流互感器和电压互感器为霍尔电流电压传感器，如图1所示，当原边电流IP流过一根长导线时，在导线周围，将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出，其输出电压VS精确的反映原边电流IP。一般的额定输出标定为4V，使用时将待测电流从模块穿芯孔中穿过，即可从输出端测得电压大小，从而得到对应电流的大小。
[0034]霍尔电流传感器以4V的电压作为输出信号,而的A/D输入信号范围为O?3.3V,因此需要一个合适的调理电路来满足A/D输入的要求。
[0035]所述静态开关为双向可控硅；所述静态开关并联其保护电路；所述双向可控硅为两个晶闸管反向并联；所述保护电路为晶闸管保护电路；所述下级控制器包括DSP控制器、与所述静态开关连接的触发电路、与所述触发电路连接的隔离装置、与所述DSP控制器连接的温度传感器和外围电路；所述隔离装置连接所述DSP控制器。所述触发电路包括过零触发器，所述过零触发器为KJ008可控硅过零触发器。所述DSP控制器为TMS320LF2407核心控制芯片。所述上级控制器包括开关控制器TMS320LF2407为核心控制芯片。TMS320LF2407A为高性能的控制提供先进、可靠、高效的信号处理与控制的平台，它将数字信号处理的运算能力与面向高性能控制的能力集于一体，可以实现用软件取代模拟器件，可方便地修改控制策略，修正控制参数，兼具故障监测、自诊断和上位机管理与通信等功能，将成为控制系统开发的主流处理器。所述外围电路包括晶振电路、JTAG接口电路和复位电路；由于所述DSP控制器中的1M的有源晶体振荡器产生的是一个5V的电平，与DSP的3.3V电平不匹配，所以还要通过所述晶振电路对输出时钟进行电压转换。复位电路能够保证整个DSP系统有一个有序的启动顺序。复位是最高级别的中断，不必由CPU仲裁，直接取得压倒任何正在执行指令的优先权，所有可屏蔽中断均被屏蔽直到复位程序使能它们。
[0036]JTAG接口电路用于调试DSP的硬件和软件，通过JTAG接口可将仿真器与目标系统相连接。
[0037]所述晶闸管保护电路包括抑制过电压的RC串联吸收电路和抑制过流保护的比较器。所述比较器型号为LM339。
[0038]所述模拟信号采集板把检测到的三相电流电压的模拟信号转换成所述上级控制器能够接收的数字信号，通过控制算法判断主电网侧和微电网侧的电压电流是否相同，其相位、频率是否同步，若相同并且同步则接通主电网和微电网。
[0039]所述系统的控制过程为:预合闸过程；判断双向可控硅的好坏；晶闸管触发过程。
[0040]所述预合闸过程为:若所述电流电压相同，则所述上级控制器先给所述下级控制器一个控制信号，使得所述下级控制器通过所述隔离装置控制所述断路器2接通，所述下级控制器给所述上级控制器一个反馈信号，判断断路器2是否接通成功；若成功，则判断所述静态开关的好坏。
[0041]所述判断双向可控硅的好坏的过程:在所述断路器2预合闸成功后，通过判断电流互感器1检测到的三相电流是否存在，判断所述静态开关的好坏；如果电流不为零，则所述静态开关已经被击穿，不能起隔离微电网和主电网的作用；
[0042]在并网期间，若所述静态开关已经是导通的，所述电流传感器1检测的电流为零，表明此时所述静态开关已经断路；
[0043]所述晶闸管触发过程:
[0044]当所述断路器2预合闸正常且所述静态开关未被击穿时，通过所述上级控制器的分析给所述下级控制器一个控制信号，控制所述触发电路触发所述静态开关使其导通。
[0045]当所述静态开关接通时，需要对其通过所述温度传感器实时进行温度检测；若所述静态开关的温度过高并超过120°C时，则所述上级控制器给所述下级控制器一个信号断开所述断路器2，最终所述静态开关也自动断开。
[0046]所述由于双向可控硅没有反向耐压问题，控制电路简单，因此特别适合做交流无触点开关使用。双向可控硅接通的一般都是一些功率较大的用电器，且连接在强电网络中，其触发电路的抗干扰问题很重要，通常都是通过光电耦合器将控制系统中的触发信号加载到可控硅的控制极。为减小驱动功率和可控硅触发时产生的干扰，交流电路双向可控硅的触发常采用过零触发电路。过零触发是指在电流为零或零附近的瞬间接通，因此还需要交流电过零检测电路。由于KJ008可控硅过零触发器能使双向可控硅的开关过程在电源电压为零或电流为零的瞬间进行触发。这样，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。KJ008电路内部有自生直流稳压电源，可以直接接交流电网电压使用。该电路具有零电压触发、零电流触发、输出电流大等功能特点。
[0047]半导体单晶硅对周围温度的变化十分敏感，例如它的电阻率随着温度变化而变化。当单晶硅制成晶闸管后，晶闸管的各项参数也随温度变化而变化。随着环境温度升高，晶闸管正反向耐压，即击穿电压会有所提高，同时漏电流增加。若温度升高耐压降低，则应该是“不良品”。漏电流随温度升高而增加幅度很大，结温125°C时要比室温时增加约百倍数量级，如某规格晶闸管室温时漏电流为0.05毫安，125°C时要达到几十个毫安甚至更大的数量级。温度对门极触发电流也有影响，随着环境温度的升高，PN结内少子寿命随温度升高而升高，放大系数随之增加，这两点导致门极触发电流随温度升高而下降。另外，温度还影响开关的通断时间、晶闸管承受dv/dt能力等等。故对晶闸管进行温度检测是有必要的。
[0048]所述DSP控制器通过人机界面对并网信息进行实时监控；所述人机界面包括显示屏和键盘；所述键盘为矩阵式键盘。显示屏用来显示DSP传送过来的各种信息，比如温度，电流电压大小等等。键盘用来操作显示屏，例如上下键翻页及选定某一项等等。
[0049]8279可适应各种键盘和显示器的不同工作方式，这是由于8279内的各功能块的工作是可程控的。8279作为系统的输入输出口扩展，分别接键盘的输入、输出显示。8279可通过编程使其实现相应的功能，编程的过程实际上就是DSP向8279发送控制指令的过程。
[0050]在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O 口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口就可以构成4*4 = 16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键(9键)。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，矩阵式键盘具体如下图2所示:行线通过电阻接正电源，并将行线另一端接8279的RL0-RL3回送线，而列线所接8279的SL0-SL3扫描线。8279的扫描线一直不断循环的输入0111、1011、1101、1110，这样，可以来回的扫描列线，当按键没有按下时，总是只有一列线是低电平，即选中这一列，而行线都是高电平。一旦有键按下，选中的那一列上的按键的左端就被拉低变为低电平，这样，回送线由高电平跳变为低电平，8279就能检测这个回送线，继而确定按键的位置。当某一键闭合时，去抖电路被置位，延时等待1ms后，再检验该键是否继续闭合，并将该键的地址、控制状态一起形成键盘数据被送入8279内部FIFO(先进先出)存储器，即是8279的IRQ 端。
[0051]由于并网期间任何一个环节出问题都将会引起严重的后果，因此需要对该并网过程进行实时监控。
[0052]通过不断检测三项电流电压，可以判断是否并网；不断检测断路器的状态，可以保证处于预合闸状态；实时的检测晶闸管的温度，可以保证晶闸管的正常运行。
[0053]由于并网过程中需要检测的实时信息比较多，控制信息也比较多，且DSP的端口是有限的，为了避免DSP的超负荷，我们采用两个DSP。
[0054]并网过程中，检测到的信息统一给上级DSP，由上级DSP综合分析来分别给下级DSP 一个控制信号，由下级DSP控制各个部件的运行。各个部件的运行状态也反馈给上级DSP处理。
[0055]DSP控制器之间的连接以及信息传输可以通过SPI 口来进行，实现相互的功能扩展。这种模式的DSP之间的通讯，较通过串行通讯接口(SCI)进行通讯时，速率提高近一倍，而且它还可以通过控制寄存器的TALK位实现多个DSP之间的数据交换。
[0056]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解:依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
【权利要求】
1.一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，所述系统包括主电路；其特征在于:所述主电路包括设置在微电网和主电网间的静态开关、用于控制所述开关的下级控制器、用于控制下级控制器的上级控制器和用于将检测到的所述微电网与主电网间的电压电流信息传至所述上级控制器的模拟信号采集板。
2.如权利要求1所述的一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，其特征在于:所述静态开关与微电网侧间依次设有电流互感器1、断路器I和电压互感器I ;所述电流互感器I与所述下级控制器连接。
3.如权利要求2所述的一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，其特征在于:在所述静态开关与主电网侧依次设有分别与所述模拟信号采集板连接的断路器2、电流互感器2和电压互感器2 ;串联的所述断路器2、静态开关、电流互感器I和断路器I与断路器3并联。
4.如权利要求1-3任意一项所述的一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，其特征在于:所述静态开关为双向可控硅；所述静态开关并联其保护电路。
5.如权利要求4所述的一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，其特征在于:所述双向可控硅为两个晶闸管反向并联；所述保护电路为晶闸管保护电路；所述下级控制器包括DSP控制器、与所述静态开关连接的触发电路、与所述触发电路连接的隔离装置、与所述DSP控制器连接的温度传感器和外围电路；所述隔离装置连接所述DSP控制器；所述上级控制器包括开关DSP控制器。
6.如权利要求5所述的一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，其特征在于:所述晶闸管保护电路包括抑制过电压的RC串联吸收电路和抑制过流保护的比较器。
7.如权利要求3所述的一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，其特征在于:所述模拟信号采集板把检测到的三相电流电压的模拟信号转换成所述上级控制器能够接收的数字信号，通过控制算法判断主电网侧和微电网侧的电压电流是否相同，其相位、频率是否同步，若相同并且同步则接通主电网和微电网。
8.如权利要求7所述的一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，其特征在于:若所述电流电压相同，则所述上级控制器先给所述下级控制器一个控制信号，使得所述下级控制器通过所述隔离装置控制所述断路器2接通，所述下级控制器给所述上级控制器一个反馈信号，判断断路器2是否接通成功；若成功，则判断所述静态开关的好坏。
9.如权利要求8所述的一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，其特征在于:在所述断路器2预合闸成功后，通过判断电流互感器I检测到的三相电流是否存在，判断所述静态开关的好坏；如果电流不为零，则所述静态开关已经被击穿，不能起隔离微电网和主电网的作用； 在并网期间，若所述静态开关已经是导通的，所述电流传感器I检测的电流为零，表明此时所述静态开关已经断路； 当所述断路器2预合闸正常且所述静态开关未被击穿时，通过所述上级控制器的分析给所述下级控制器一个控制信号，控制所述触发电路触发所述静态开关使其导通。
10.如权利要求9所述的一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，其特征在于:当所述静态开关接通时，需要对其通过所述温度传感器实时进行温度检测；若所述静态开关的温度过高并超过120°C时，则所述上级控制器给所述下级控制器一个信号断开所述断路器2，最终所述静态开关也自动断开。
11.如权利要求10所述的一种微电网智能隔离开关驱动控制系统，其特征在于:所述DSP控制器通过人机界面对并网信息进行实时监控；所述人机界面包括显示屏和键盘；所述键盘为矩阵式键盘。
【文档编号】H02J3/38GK104253447SQ201410535647
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年10月11日 优先权日:2014年10月11日
【发明者】李晓强, 李武峰, 严辉, 郭萍, 卞秀婷, 苑卫娜, 丁晓赟 申请人:国家电网公司, 北京国网普瑞特高压输电技术有限公司, 中国电力科学研究院