用于预充电同步开关的智能控制保护器的制作方法

本发明涉及电力系统中采用的同步开关的智能控制保护器，具体地涉及针对电容器负载的预充电同步开关的智能控制保护器。

背景技术：

预充电同步开关应用预充电技术，只能对电容器负载预充电，不可以对电感、电机负载预充电。在投切电容器的技术中，预充电同步开关相比常规同步开关具有许多显著的优越性，例如：控制精度要求低，投切效果好，没有背靠背电流冲击，动作速度快，节电，可以用普通三极开关实现无冲击电流投切等。

然而，如果出现投切错误，预充电同步开关会造成比普通同步开关严重得多的故障。常规同步开关从打开到再次闭合需要几分钟的时间，在这段时间里电容器上的直流电压基本放光，开关主触点只承受交流电网电压。正常情况是在电网电压的零点闭合，如果发生误动作，最坏的情况是在电网电压的峰点闭合，这种状态如同普通开关的最坏状态的闭合，有电流冲击，但对于次数不多的冲击电流，系统还可以承受。对于预充电开关，正常情况是在开关的电压和电压变化率为零点闭合，即在电网电压的峰点闭合，如果发生误动作，最坏的情况是在另一个峰点闭合，此时开关承受电网峰值电压的两倍，电流冲击极其大，对系统的危害非常严重。因此，预充电同步开关的控制和保护显然尤为重要，必须确保不在危险区域发生闭合。尽管国内外已经开发了许多针对同步开关的控制装置，但是，还没有专门针对预充电同步开关的有效的控制保护装置。

一般讲，针对电容器组的连接方式，诸如D(三角)型连接、或者Y(星)型的共补、或者Y(星)型接地的分补，由于电容器组的连接方式不同，对应的理想投切点的位置发生变化，需分别设计相应的开关控制保护器。这存在不能根据电容器组的连接方式自动、智能地选择控制方式的问题。

一般讲，同步开关为永磁开关，而预充电开关既可以采用永磁开关，也可以采用电磁开关。永磁开关和电磁开关的结构形式和驱动方式均不同，如何实现对永磁开关和电磁开关的智能控制保护也是急需解决的问题。

技术实现要素：

针对上述的技术问题，本发明提供了一种用于预充电开关的智能控制保护器。本申请的智能控制保护器可以按照理想区域和准理想区域调整开关的投切点，达到准确投切，保护到位，不产生误动作的技术效果。

进一步地，本申请的控制保护器可以根据S2D/Y切换、S3Y分补/共补的位置状态信息，可以使一个开关运行在电容器组Y型接法的分补/共补或D型接法的不同电路中， 方便用户。用户只需根据电容器组的连接方式(诸如星形Y、三角形D接法)的需要，补偿方式(分补或共补)的要求，转换S2D/Y切换、S3Y分补/共补到相应的位置，智能控制保护器藉此能够实现对应接法的智能的投切运行控制保护。

本发明提供了一种用于预充电同步开关的智能控制保护器。所述智能控制保护器包括：同步电压检测模块(3)，所述同步电压检测模块(3)用于接收电网电压，输出同步电压信号；控制模块(1)，所述控制模块(1)根据位置开关模块(4)的开关反馈信号和所述同步电压信号以及S1投切命令、S2D/Y切换、S3Y分补/共补的位置状态信息生成控制线圈驱动命令信号；保护模块(2)，所述保护模块(2)根据所述同步电压信号、所述控制线圈驱动命令信号和所述S1投切命令、所述S2D/Y切换、所述S3Y分补/共补的位置状态信息生成输出线圈驱动命令信号；线圈驱动器模块(5)，所述线圈驱动器模块(5)接收所述输出线圈驱动命令信号，产生驱动线圈(1)的驱动电流从而控制预充电同步开关(K1)的投切；以及运行状态显示模块(6)，所述运行状态显示模块(6)接收所述控制模块(1)输出的信号，显示开关的运行状态。

优选地，所述智能控制保护器还包括通信模块(7)，所述通信模块(7)用于传送所述预充电同步开关(K1)的运行状态信息，并从外部接收调整和设定投切时间位置反馈的参数。

进一步地，所述预充电同步开关(K1)可以是三个单极开关、一个两极开关与一个单极开关、一个三极开关中的一个。

进一步地，所述控制模块(1)在所述预充电同步开关(K1)的理想投入点发出所述控制线圈驱动命令，并依据所述位置开关模块(4)的开关反馈信息，确定所述同步开关(K1)在理想区和准理想区内投切时，所述控制模块(1)不进行调整；在准理想区之外的预定区域投切时，将投切时刻调整到理想区域内。

进一步地，所述理想区为所述预充电同步开关(K1)上的电压和电压变化率同时为零点的±1ms的区域；所述准理想区为所述理想区的左侧-2ms～-1ms、右侧1ms～2ms的区域。

进一步地，所述保护模块(2)接受并保持所述理想投切点±5ms区域内的所述控制线圈驱动命令信号。

进一步地，所述保护模块(2)根据所述S1投切命令，接受或拒绝所述控制线圈驱动命令信号的线圈打开或线圈闭合命令。

进一步地，所述控制模块(1)根据所述S2D/Y切换、所述S3Y分补/共补的位置状态信息运行在电容器组Y型接法的分补/共补或D型接法电路中，所述保护模块(2)根据所述S2D/Y切换、所述S3Y分补/共补的位置状态信息运行在电容器组Y型接法的分补/共补或D型接法电路中。

进一步地，所述线圈驱动器模块(5)可以是用于永磁开关线圈的驱动器或用于电磁开关线圈的驱动器。

进一步地，当所述线圈驱动器模块(5)是永磁开关线圈驱动器时，在出现S1投切命令的30～60ms内接受所述控制线圈驱动命令，超过30～60ms拒绝接受所述控制线圈驱动命令。

本发明的有益技术效果至少包括：智能控制保护器可以准确地在预充电开关的开关电压和电压变化率为零点投切；既适合永磁线圈的驱动器，也适合电磁线圈的驱动器；适合电容器组的不同连接方式。

附图说明

图1：本发明的智能控制保护器的组成示意图；

图2：本发明的智能控制保护器的控制模块执行的流程示意图；

图3：本发明的智能控制保护器的控制模块调整投切时刻的流程图；

图4：本发明的开关触点上的电压和调整投切区间的示意图；

图5：本发明的智能控制保护器的保护模块的逻辑流程示意图；

图6：本发明的开关投入命令执行区间的示意图；

图7：本发明的开关切除命令执行区间的示意图。

具体实施方式

下面，通过附图1-图7来描述本发明的具体实现。

图1为用于预充电同步开关的智能控制保护器的一个实施例的组成示意图。智能控制保护器包括：同步电压检测模块(3)，它接收电网电压作为输入，并输出同步电压信号；位置反馈模块(4)，它与预充电同步开关(K1)相连，获得开关K1的位置反馈信号，发送给控制模块(1)；控制模块(1)，它接收S1投切命令，S2D/Y切换、S3Y分补/共补的位置状态信息以及同步电压信号和位置反馈信号，输出控制命令；保护模块(2)，它接收S1投切命令，S2D/Y切换、S3Y分补/共补的位置状态信息和控制命令，输出线圈驱动命令；线圈驱动器模块5，它接收线圈驱动命令，产生驱动线圈W的电流，从而驱动同步开关(K)。

智能控制保护器还包括通信模块(7)，所述通信模块(7)用于传送所述预充电同步开关(K1)的运行状态信息，并从外部接收调整和设定投切时间位置反馈的参数。

控制模块(1)根据S2D/Y切换、S3Y分补/共补的位置状态信息可确定电容器组是Y型连接的分补/共补还是D型连接，并据此选择相应的控制策略。详细的控制过程将在下文描述。

保护模块(2)根据S2D/Y切换、S3Y分补/共补的位置状态信息可确定电容器组是Y型连接的分补/共补还是D型连接，并据此选择相应的保护策略。关于保护模块(2)将在下文详细描述。

智能控制保护器还可包括显示模块(6)，显示模块(6)接收控制模块(1)输出的 信号，可显示开关的运行状态。

本申请的智能控制保护器针对电容器组Y型接法的分补/共补或者D型接法，拨动开关S2D/Y切换、S3Y分补/共补到相应的的位置状态，控制模块(1)和保护模块(2)进入不同的分支，提供电容器组相对应接法结构的理想投切点。

图2为智能控制保护器控制模块在某一利具体结构接法的流程示意图。首先在步骤202，进行初始化。然后在步骤203，判断电网同步投切时刻是否到来，如果为是，则前进到步骤204；如果为否，则返回步骤203继续进行判断。在步骤204，判断是否有闭合命令，即是否有S1投入命令，如果有，则在步骤205，延时到理想的投入时刻之后，在步骤206判断是否有开关闭合反馈，如果没有，则在步骤207发出开关闭合命令，返回步骤203，等待下一个电网同步时刻到来。如果在步骤206判断开关反馈闭合为是，则在步骤208进行开关闭合计数，然后在步骤209调整投入时刻，之后在步骤310，判断开关的状态，并进行显示。之后返回步骤203，等待下一个电网同步时刻到来。如果在步骤204判断没有闭合命令，则流程前进到步骤311，延时到理想的切除时刻；之后在步骤312判断是否有开关打开反馈，如果有，则返回步骤203继续等待下一同步时刻到来，如果没有，则在步骤313发出开关打开命令。

图3为智能控制保护器调整投切时刻的流程图，该过程可由控制模块(1)执行。首先在步骤301，调整投入开始。在步骤302，判断电网同步电压修正时刻是否到来，如果是，则前进到步骤303；如果没有到来，则返回步骤302继续进行判断。在步骤303，判断投入时刻是否在理想区域内，如果在理想区域内，则前进到步骤304，不进行调整，同时对左右准理想区域侧记忆次数；如果步骤303判断不在理想区域，则前进到步骤305，判断投入时刻是否在准理想区域，如果在，则不进行调整，在步骤306左侧、右侧准理想区域侧记忆次数；如果不在，则在步骤307，判断记忆次数是否超过阈值，如果超出阈值，则在步骤308，将投切时刻调整到理想区域，并对左侧、右侧记忆次数复位为零。如果步骤307判断没有超过阈值，则在步骤309返回。

上面提到的理想区和准理想区可根据如下确定。这里，将理想区定义为开关上的电压和电压变化率同时为零的附近的预定区域，优选为±1ms的区域，如图4所示的区间t2～t3；准理想区定义为理想区左侧和右侧的预定区域，优选为理想区左侧-2ms～-1ms的区域，如图4所示的t1～t2，理想区右侧1ms～2ms的区域，如图4所示的t3～t4。如果开关在准理想区域之外的±2ms内(如t1-2ms～t1和t2～t2+2ms)投入，同时在准理想区域的投入次数没有超出规定阈值，则不调整投切点；超出规定阈值的，则需要将投切时刻调整到理想区域，同时左右侧投入次数调整为0，重新开始投切点的分区调整。

图5为智能控制保护器保护模块的流程示意图。保护模块(2)确保其输出的线圈驱动命令不会出现干扰误动作的可能。保护模块(2)接收S1投入命令，在S1投入指令的初始允许区间，如图4所示的t0～t5，接受并保持控制模块(1)输出的控制命令信号，发出线圈驱动命令，在初始允许区间以外的区间，不接受控制模块(1)输出的 控制命令，不发出线圈驱动命令，以保证投切安全。在获得S1投切命令的投入或切除命令的瞬时，并且在初始允许区间时，如图4所示的t0～t5，保护模块(2)输出线圈驱动命令。在初始允许区间以外的区间，保护模块(2)封锁/阻止控制模块(1)的控制命令。

图6为开关投入命令执行区间图，图7为开关切除命令执行区间图。S1投切命令信号的投入命令和切除命令是长久给出的，永磁开关的线圈的正、反向得电只需要很少的一段时间，保护模块(2)确保不会发生S1投切命令信号在停止位置时开关闭合，S1投切命令信号在闭合位置时开关打开的误投切现象，同时在永磁开关瞬时闭合、瞬时打开动作完成后不会发生再次动作的错误。

上述的控制模块(1)可采用例如单片机或DSP来实现，上述的保护模(2)可采用例如CPLD、FPGA、TTL、MOS电路等硬件电路来实现，但并不局限于此。依照本文的教导，一般技术人员都可以想到实现上述的各组件功能的软件或硬件实现方式，这些实现方式均在本申请的范围内。

本发明的特定实施例已对本发明的内容作出了详尽的说明，但是，本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本申请的保护范围。