本实用新型涉及电力控制领域，特别是涉及一种断路器智能控制系统。
背景技术：
分布式太阳能光伏发电系统，作为一种绿色再生能源，正从补充能源向替代能源方向转变。目前，各国越来越重视分布式光伏发电系统并网发电利用。由于分布式并网发电系统直接将太阳能逆变后发送给电网，所以需要保护措施，特别是孤岛效应的防止。孤岛效应指：电力公司的供电，因故障事故或停电维修而脱跳时，各个用户端的分布式并网发电系统未能及时检测出停电状态而将自身切离市电网路，而形成由分布式并网发电系统和周围的负载形成的一个电力公司无法掌握的自给供电孤岛。孤岛效应对电力公司输电线路维修人员造成安全危害；影响配电系统上的保护开关动作程序；电力孤岛区域所发生的供电电压和频率不稳定等。因此，必须消除孤岛效应。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种断路器智能控制系统，用于解决现有技术中不能自动的根据市电电网的运行情况，控制分布式并网发电系统与市电断开或者接通，且容易产生孤岛效应的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种断路器智能控制系统，所述断路器与一分布式并网发电系统以及一电网电源电连接，所述智能控制系统包括：CPU控制电路；电网电压采样电路，与所述电网电源电连接，且与所述CPU控制电路电连接；断路器位置采样电路，与所述CPU控制电路电连接；电机驱动电路，与所述CPU控制电路电连接；直流电机，与所述电机驱动电路电连接，且与所述断路器连接；开关电源电路，与所述CPU控制电路、所述断路器位置采样电路、所述电机驱动电路以及所述直流电机电连接，且为所述CPU控制电路、所述断路器位置采样电路、所述电机驱动电路以及所述直流电机提供电源。
于本实用新型一具体实施例中，于对所述电网电源进行采样，以供所述CPU控制电路获取采样结果。
于本实用新型一具体实施例中，所述断路器位置采样电路用于对所述断路器的位置进行采样，所述断路器的位置包括合闸位置、分闸位置以及离合器复位位置。
于本实用新型一具体实施例中，所述电机驱动电路包括驱动芯片U1，通过所述芯片U1的第七引脚INA和第八引脚INB均与所述CPU控制电路电连接，且通过所述芯片U1的第四引脚OUTA和第六引脚OUTB与所述直流电机电连接。
于本实用新型一具体实施例中，所述断路器位置采样电路包括对所述合闸位置进行检测的第一霍尔元件U2、对所述分闸位置进行检测的第二霍尔元件U3以及对所述离合器复位位置进行检测的第三霍尔元件U4。
于本实用新型一具体实施例中，所述电网电压采样电路包括对所述电网电源进行半波整流的二极管D1，还包括与所述二极管D1电连接的分压电阻，所述分压电阻对经所述二极管D1整流后的电网电源进行分压后通过输出端输出至所述CPU控制电路。
于本实用新型一具体实施例中，所述电网电压采样电路还包括一滤波电容，所述滤波电容的第一端接地，所述滤波电容的第二端与所述输出端电连接。
于本实用新型一具体实施例中，所述开关电源电路包括交流输入整流滤波模块、缓冲模块、PWM控制模块、辅助电源模块、辅助反馈模块、输出整流滤波模块、LDO稳压模块和AC/DC开关控制模块。
于本实用新型一具体实施例中，所述开关电源电路还包括一电路保护模块，所述电路保护模块由一与所述电网电源电连接的压敏电阻组成。
如上所述，本实用新型的断路器智能控制系统，包括CPU控制电路；电网电压采样电路，与所述电网电源电连接，且与所述CPU控制电路电连接；断路器位置采样电路，与所述CPU控制电路电连接；电机驱动电路，与所述CPU控制电路电连接；直流电机，与所述电机驱动电路电连接，且与所述断路器连接；开关电源电路，与所述CPU控制电路、所述断路器位置采样电路、所述电机驱动电路以及所述直流电机电连接，且为所述CPU控制电路、所述断路器位置采样电路、所述电机驱动电路以及所述直流电机提供电源。本实用新型可实时检测市电电网是否停电、失压或过压。当检测到市电电网停电、失压或过压时经过一定时间延时后自动切断市电与负载，使分布式并网发电系统与市电电网分离。当市电电网来电并电压正常时，自动将市电电网切入负载，并将分布式并网发电系统并入电网。解决了分布式并网发电系统接入市电时，电网容易出现孤岛效应的缺点，提升电网运行的稳定性和安全性。
附图说明
图1显示为本实用新型的断路器智能控制系统在一具体实施例中的组成示意图。
图2显示为本实用新型的一具体实施例中应用的电机驱动电路的原理结构示意图。
图3显示为本实用新型的一具体实施例中应用的电网电压采样电路的原理结构示意图。
图4显示为本实用新型的一具体实施例中应用的断路器位置采样电路的原理结构示意图。
图5显示为本实用新型的一具体实施例中应用的开关电源电路的原理结构示意图。
图6显示为本实用新型的一具体实施例中应用的CPU控制电路的原理结构示意图。
元件标号说明
100 断路器智能控制系统
101 CPU控制电路
102 电网电压采样电路
103 断路器位置采样电路
104 电机驱动电路
105 直流电机
106 开关电源电路
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
为了有效的消除现有电力系统中的孤岛效应，本实用新型提出了一种断路器智能控制系统，用于实时检测市电电网是否停电、失压或过压。当检测到市电电网停电、失压或过压时经过一定时间延时后自动切断市电与负载，使分布式并网发电系统与市电电网分离。当市电电网来电并电压正常时，自动将市电电网切入负载，并将分布式并网发电系统并入电网。
请参阅图1，显示为本实用新型的断路器智能控制系统在一具体实施例中的组成示意图。所述断路器与一分布式并网发电系统以及一电网电源电连接，所述断路器智能控制系统100用于控制所述断路器的开闸或者分闸，以令所述分布式并网发电系统与所述电网电源断开或者接通，所述断路器智能控制系统100包括：CPU控制电路101、电网电压采样电路102、断路器位置采样电路103、电机驱动电路104、直流电机105以及开关电源电路106。
所述电网电压采样电路102与所述电网电源电连接，且与所述CPU控制电路101电连接；所述断路器位置采样电路103与所述CPU控制电路101电连接；所述电机驱动电路104与所述CPU控制电路101电连接；所述直流电机105与所述电机驱动电路104电连接，且与所述断路器连接；所述开关电源电路106与所述CPU控制电路101、所述断路器位置采样电路103、所述电机驱动电路104以及所述直流电机105电连接，且为所述CPU控制电路101、所述断路器位置采样电路103、所述电机驱动电路104以及所述直流电机105提供电源。
所述电网电压采样电路102用于对所述电网电源进行采样，以供所述CPU控制电路101获取采样结果。所述断路器位置采样电路103用于对所述断路器的位置进行采样，所述断路器的位置包括合闸位置以及分闸位置。
且，所述CPU控制电路101用于将所述采样结果与一预设正常电压范围进行比较。
当所述采样结果属于所述正常电压范围时，向所述开关电源电路106发送开启指令，令所述开关电源电路106处于工作状态，且继续获取所述断路器位置采样电路103采样的当前位置，且当所述当前位置不处于所述合闸位置时，向所述电机驱动电路104发送合闸信号，所述电机驱动电路104根据所述合闸信号向所述直流电机105发送合闸指令，以令所述直流电机105根据所述合闸指令执行合闸操作，以令所述断路器处于所述合闸位置，进而令所述分布式并网发电系统与所述电网电源接通。
当所述采样结果超出所述正常电压范围时，即当电网电源停电、失压或过压时，向所述开关电源电路106发送关闭指令，令所述开关电源电路106处于停止工作状态，在延时预设延时时间后，向所述开关电源电路106发送所述开启指令，且继续获取所述断路器位置采样电路103采样的当前位置，且当所述当前位置不处于所述分闸位置时，向所述电机驱动电路104发送分闸信号，所述电机驱动电路104根据所述分闸信号向所述直流电机105发送分闸指令，以令所述直流电机105根据所述分闸指令执行分闸操作，以令所述断路器处于所述分闸位置，进而令所述分布式并网发电系统与所述电网电源断开，避免孤岛效应的产生。
优选的，所述断路器的位置还包括离合器复位位置；其中，所述CPU控制电路101在判断所述合闸操作或者分闸操作完成后，向所述电机驱动电路104发送复位信号，所述电机驱动电路104根据所述复位信号向所述直流电机105发送复位指令，以令所述直流电机105根据所述复位指令执行复位操作，以令所述断路器处于所述离合器复位位置，以此确保断路器的手柄可以用手自由分合闸。
优选的，本实用新型的断路器采用光伏并网断路器，光伏并网断路器是由具有保护功能的断路器和执行操作机构组成的专用于光伏并网系统的断路器。执行操作机构主要用来控制断路器的分闸与合闸，使电网与负载断开与接通。而操作机构是通过直流电机和齿轮传动机构来驱动断路器的分闸和合闸动作，因此必须有驱动电路来控制电机的顺时针转动、逆时针转动、制动，从而完成断路器的分闸和合闸。
具体的，请参阅图2～图6，其中，所述电机驱动电路104与所述直流电机105的电路连接如图2所示，所述电机驱动电路104包括驱动芯片U1，通过所述芯片U1的引脚INA和引脚INB与所述CPU控制电路电连接，且通过所述芯片U1的引脚OUTA和引脚OUTB与所述直流电机电连接。具体的，所述芯片U1为直流电机专用芯片，在保证可靠性的同时使电路简单，成本低廉，所述芯片U1内含H桥及驱动电路，直接控制所述直流电机105。所述芯片U1的第二引脚VCC和第三引脚VM为电源引脚，均与一12V的直流电源电连接，且通过电容C1接地，所述芯片U1的第七引脚INA和第八引脚INB为逻辑控制输入引脚；所述芯片U1的第四引脚OUTA和第六引脚OUTB为输出电机负载引脚，分别与电机Motor1的正极和负极电连接。
当所述第七引脚INA＝1和所述第八引脚INB＝1时，实现所述直流电机105的制动；当所述第七引脚INA＝1且所述第八引脚INB＝0时，实现所述直流电机105的顺时转动；当所述第七引脚INA＝0且所述第八引脚INB＝1时，实现所述直流电机105的逆时针转动；当所述第七引脚INA＝0且所述第八引脚INB＝0时，实现所述直流电机105的自由停止。其中ONC，OFFC分别与所述CPU控制电路101中芯片U7的第十引脚RC0和第十一引脚RA2通信连接，当输出ONC＝1，OFFC＝1时，INA＝1，INB＝1，实现直流电机105的制动；当输出ONC＝1，OFFC＝0时，INA＝1，INB＝0，实现直流电机105的顺时针转动，即输出所述合闸信号时，向所述直流电机105发送控制所述直流电机105进行顺时针转动的合闸指令，以使所述断路器处于合闸位置，即，使所述断路器的闸移动于所述合闸位置，进而令所述分布式并网发电系统与所述电网电源接通；当输出ONC＝0，OFFC＝1时，INA＝0且INB＝1，实现电机逆时转动，即输出所述分闸信号时，向所述直流电机105发送控制所述直流电机105进行逆时针转动的分闸指令，以使所述断路器处于分闸位置，即，使所述断路器的闸移动于所述分闸位置，进而令所述分布式并网发电系统与所述电网电源断开；当输出ONC＝0，OFFC＝0时，INA＝0且INB＝0，实现所述直流电机105的自由停止，降低电路功耗。所述芯片U1可以很好地实现控制断路器的分闸或合闸，使电网与负载断开或接通。
进一步的，所述电机驱动电路104还包括电阻R1、电阻R2、电阻R3以及电阻R4。所述电阻R1的第一端与所述电阻R4的第一端均与所述芯片U1的第八引脚INB电连接，所述电阻R1的第二端通过所述OFFC与所述芯片U7的第十一引脚RA2电连接，所述电阻R2的第一端与所述电阻R3的第一端均与所述芯片U1的第七引脚INA电连接，所述电阻R2的第二端通过所述ONC与所述芯片U7的第十引脚RC0电连接，所述电阻R4的第二端以及所述电阻R3的第二端均接地。
由于光伏并网智能断路器要实现电网失压、欠压和过压情况下，能自动使断路器分闸，在电压正常下能自动使断路器合闸，必须有对电网电压的实时采样电路，实时计算得到电网的电压，然后根据电压的大小作出不同的断路器动作。如图3所示，显示为本实用新型的一具体实施例中应用的电网电压采样电路的原理结构示意图。
所述电网电压采样电路102包括对所述电网电源进行半波整流的二极管D1，还包括与所述二极管D1电连接的分压电阻，所述分压电阻对经所述二极管D1整流后的电网电源进行分压后通过输出端输出至所述CPU控制电路。具体的，所述分压电阻包括电阻R5、电阻R6以及电阻R7。所述二极管D1的阳极与所述电网电源(电网输入L线)电连接，所述二极管D1的阴极与所述电阻R5的第一端电连接，所述电阻R5的第二端与所述电阻R6的第一端电连接，所述电阻R6的第二端与所述电阻R7的第一端，且所述电阻R6的第二端通过ADV与所述CPU控制电路101中芯片U7的第十三引脚AN0电连接。所述电阻R7的第二端接地。即通过分压电阻得到与电网电压成一定比例的小电压信号ADV输入所述CPU控制电路101进行AD采样。
进一步的，所述电网电压采样电路102还包括一滤波电容C2，用于去除电网毛刺，提高测量电压的稳定和可靠性所述滤波电容C2的第一端接地，所述滤波电容C2的第二端与所述输出端电连接，即所述滤波电容C2的第二端通过所述ADV与所述CPU控制电路101中芯片U7的第十三引脚AN0电连接。
请参阅图4所示，显示为本实用新型的一具体实施例中应用的断路器位置采样电路的原理结构示意图。本实用新型采用的光伏并网智能断路器有合闸位置、分闸位置和离合器复位位置。电机对断路器的分合闸动作是根据这三个位置来进行相应的动作。当电网电压失压、欠压或过压时，如断路器在合闸位置，则直流电机105进行分闸动作；当电网电压正常时，如断路器在分闸位置，则直流电机105进行合闸动作。分合闸完成后直流电机105必须进行离合器复位动作，确保手柄可以用手自由分合闸。因此，必须有三个位置的采样电路。本实用新型使用如图4所示的霍尔元件感应磁性原理来进行位置检测，所述断路器位置采样电路103包括对所述合闸位置进行检测的第一霍尔元件U2、对所述分闸位置进行检测的第二霍尔元件U3以及对所述离合器复位位置进行检测的第三霍尔元件U4。第一霍尔元件U2、第二霍尔元件U3以及第三霍尔元件U4的结构和组成完全相同，其中，第一霍尔元件U2的第一引脚VCC接12V的直流电平，所述第一霍尔元件U2的第二引脚OUT通过ONP与所述CPU控制电路101的芯片U7的第二引脚RA5通信连接，所述第一霍尔元件U2的第三引脚接地，还包括两端分别与所述第一霍尔元件U2的第二引脚和第三引脚电连接的电容C3。其中，第二霍尔元件U3的第一引脚VCC接12V的直流电平，所述第二霍尔元件U3的第二引脚OUT通过OFFP与所述CPU控制电路101的芯片U7的第三引脚RA4通信连接，所述第二霍尔元件U3的第三引脚接地，还包括两端分别与所述第二霍尔元件U3的第二引脚和第三引脚电连接的电容C4。其中，第三霍尔元件U4的第一引脚VCC接12V的直流电平，所述第三霍尔元件U4的第二引脚OUT通过RSTP与所述CPU控制电路101的芯片U7的第六引脚RC4通信连接，所述第三霍尔元件U4的第三引脚接地，还包括两端分别与所述第三霍尔元件U4的第二引脚和第三引脚电连接的电容C3。
其中，所应用的霍尔元件在感应到一定大小的磁场强度时，第二引脚与第三引脚接通，输出低电平；无感应磁场时第二引脚与第三引脚之间不导通，输出高电平。三个位置输出分别输入所述CPU控制电路101的芯片U7的三个引脚，所述CPU控制电路101根据这三个引脚的高低电平来判定所述断路器是否在相应的位置。
进一步的，参阅图5，显示为本实用新型的一具体实施例中应用的开关电源电路的原理结构示意图。所述开关电源电路106包括交流输入整流滤波模块、缓冲模块、PWM控制模块、辅助电源模块、辅助反馈模块、输出整流滤波模块、LDO稳压模块和AC/DC开关控制模块。
其中，图中，RV1为压敏电阻，吸收浪涌能量，保护后续电路以免被雷击顺坏。二极管D2和电容C6组成所述交流输入整流滤波模块，将交流输入电源变换成一稳定直流电源。电阻R9、电容C7、电阻R10以及二极管D3组成所述缓冲模块，吸收芯片U5关断时芯片T1的电感NP1和电感NP2的反激能量，保护U5以免顺坏。电阻R13、二极管D4和电容C8组成所述辅助电源模块，产生直流电源以为作为PWM控制模块的PWM芯片U5提供工作电源。电阻R14和电阻R15组成所述辅助反馈模块，供芯片U5进行输出电压反馈调节，保证输出电压12V的稳定。电阻R11设定开关电源的原边工作电流，与电源输出功率有关，根据实际负载情况计算后进行阻值的选取。二极管D5和电容C10组成所述输出整流滤波模块，使输出的直流电压较为稳定。二极管D6、电容C11、芯片U6以及电容C12组成所述LDO稳压模块，提供所述CPU控制电路101的3.3V电源。所述二极管D6起隔直作用，使11.3V电压放电时间大于12V的放电时间。电阻R12和电容C9组成所述开关电源电路106的控制电路，具体为，电阻R12的第一端连接PowerCN，且所述CPU控制电路101的芯片U7的第八引脚RC2连接到PowerCN，当PowerCN＝0时，所述开关电源电路106工作；当PowerCN＝1时，所述开关电源电路106停止工作。为了保证在电网电压异常(停电、失压或过压)时在10s延时后开关电源输出12V电压以带动直流电机105的负载断路器，以使断路器分闸，本实用新型在测到电网电压异常时，使PowerCN＝1，关闭开关电源工作。这时电容C6上的高压直流电一直保持，当10s延时到后，使PowerCN＝0，开启开关电源工作，以输出12V电源，驱动直流电机105完成断路器的分闸操作。所述开关电源电路106的电路连接具体包括：所述压敏电阻RV1的第一端与电网输入L线电连接，所述压敏电阻RV1的第一端接地，电阻R8的第一端与所述电网输入L线电连接，电阻R8的第二端与二极管D2的阳极电连接，所述二极管D2的阴极与所述电容C6的正极电连接，所述电容C6的负极接地，所述电阻R9的第一端与所述二极管D2的阴极以及电容C7的第一端电连接，电阻R9的第二端与电阻R10的第一端以及电容C7的第二端电连接，电阻R10的第二端与二极管D3的阴极电连接，二极管D3的阳极与芯片T1的第二引脚NP2、芯片U5的第五引脚和芯片U5的第六引脚电连接，电容C9的第一端和电容C8的负极均接地，电容C9的第二端与电阻R12的第二端电连接，且电容C9的第二端与芯片U5的第二引脚ZC电连接，电容C8的阳极与芯片U5的第一引脚VDD电连接，电阻R11的第一端与芯片U5的第四引脚CS电连接，电阻R11的第二端接地，电容C8的阳极还与二极管D4的阴极电连接，二极管D4的阳极与电阻R13的第一端电连接，电阻R13的第二端与电阻R14的第一端电连接，电阻R14的第二端与电阻R15的第一端电连接，电阻R15的第二端接地，电阻R13的第二端还与芯片T1的第四引脚NB2电连接，二极管D5的阳极与芯片T1的第八引脚NS1电连接，二极管D5的阴极与电容C10的阳极电连接，电容C10的阴极与芯片T1的第五引脚NS2均接地，电阻R16的第一端与二极管D6的阳极电连接，电阻R16的第二端接地，二极管D6的阳极输出12V电平，二极管D6的阴极输出11.3V的电平，电容C11的阳极与二极管D6的阴极电连接，电容C11的阴极接地。芯片U6的第一引脚OUT输出3.3V的电平，芯片U6的第二引脚IN与二极管D6的阴极输出的11.3V的电平电连接，芯片U6的第三引脚GND接地，还包括一电容C12，电容C12的第一端与芯片U6的第一引脚OUT电连接，电容C12的第二端接地。
参阅图6，显示为本实用新型的一具体实施例中应用的CPU控制电路的原理结构示意图。其中，CPU控制电路101的芯片U7的第一引脚VDD连接所述开关电源电路106输出的3.3V的电源，芯片U7的第二引脚RA5通过ONP与芯片U2的第二引脚OUT通信连接，芯片U7的第三引脚RA4通过OFFP与芯片U3的第二引脚OUT通信连接，芯片U7的第六引脚RC4通过OFFP与芯片U4的第二引脚OUT通信连接，芯片U7的第八引脚RC2通过PowerCN电阻R12的第一端通信连接，芯片U7的第十引脚RC0通过ONC与电阻R2的第二端通信连接，芯片U7的第十一引脚RA2通过OFFC与电阻R1的第二端通信连接，芯片U7的第十三引脚AN0通过ADV与电阻R6的第二端通信连接，芯片U7的第十四引脚接地。
所述CPU控制电路101是本实用新型的断路器智能控制系统100的核心电路，用以完成整个电路的逻辑控制、电网电压采样计算和电机驱动控制。采样的电网电压信号输入芯片U7的第十三引脚AN0，以模拟通道0进行数字采样。断路器的三个位置信号分别输入芯片U7的第二引脚、第三引脚和第六引脚，CPU芯片U7对采集到的位置信号进行判断后执行相应的动作。OFFC和ONC是输出的两个电机驱动信号，控制直流电机105使断路器分闸或合闸。PowerCN用来控制开关电源电路106的开启或关闭。
整个控制逻辑是当检测到电网电压失压、欠压或过压时，输出PowerCN＝1，关闭开关电源，延时10s后，输出PowerCN＝0，开启开关电源，驱动直流电机105使断路器分闸，完成电网与负载的断开。避免孤岛效应出现。当检测到电网电压正常时，输出PowerCN＝0，开启开关电源，延时10s后，驱动电机使断路器合闸，完成电网与负载的接通。使用本实用新型的CPU控制后可以大大降低电路复杂度和可靠性。
综上所述，本实用新型的断路器智能控制系统包括CPU控制电路；电网电压采样电路，与所述电网电源电连接，且与所述CPU控制电路电连接；断路器位置采样电路，与所述CPU控制电路电连接；电机驱动电路，与所述CPU控制电路电连接；直流电机，与所述电机驱动电路电连接，且与所述断路器连接；开关电源电路，与所述CPU控制电路、所述断路器位置采样电路、所述电机驱动电路以及所述直流电机电连接，且为所述CPU控制电路、所述断路器位置采样电路、所述电机驱动电路以及所述直流电机提供电源。本实用新型可实时检测市电电网是否停电、失压或过压。当检测到市电电网停电、失压或过压时经过一定时间延时后自动切断市电与负载，使分布式并网发电系统与市电电网分离。当市电电网来电并电压正常时，自动将市电电网切入负载，并将分布式并网发电系统并入电网。解决了分布式并网发电系统接入市电时，电网容易出现孤岛效应的缺点，提升电网运行的稳定性和安全性。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。