[發(fā)明專利]一種智能換相控制裝置及換相控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710375399.5
• 申請(qǐng)日: 2017-05-24
• 公開（公告）號(hào): CN107147137B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁銳;劉海泳;王官濤;王暉;伊瑞鵬;代佰華;龐波;李平;郭增民;李巍;朱洪防;張力;高濤;高峰;王忠友;吳曉東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濱州供電公司;國(guó)家電網(wǎng)公司
• 主分類號(hào): H02J3/26
• 分類號(hào): H02J3/26
• 代理公司: 37205 濟(jì)南舜源專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 張亮

1.一種應(yīng)用于智能換相控制裝置的換相控制方法，其特征在于，所述智能換相控制裝置包括：模擬量輸入模塊，AD轉(zhuǎn)換器，處理器，換相控制模塊，載波通訊模塊以及用于給智能換相控制裝置內(nèi)部元件提供電源的電源模塊；

模擬量輸入模塊通過AD轉(zhuǎn)換器與處理器連接，模擬量輸入模塊用于獲取配電網(wǎng)的三相電壓信號(hào)和電流信號(hào)，并將電壓、電流信號(hào)通過AD轉(zhuǎn)換器后傳輸至處理器；

換相控制模塊、載波通訊模塊分別與處理器連接，載波通訊模塊用于向臺(tái)區(qū)控制終端上傳負(fù)荷電流值及電子換相開關(guān)三相狀態(tài)，同時(shí)接收臺(tái)區(qū)控制終端的換相指令；

處理器用于接收模擬量輸入模塊傳輸?shù)呐潆娋W(wǎng)的三相電壓信號(hào)和電流信號(hào)，采用半波傅立葉變換算法計(jì)算出三相電壓、負(fù)荷電流幅值及相位，實(shí)現(xiàn)測(cè)量顯示及通訊遠(yuǎn)傳功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)過壓、欠壓、過流保護(hù)功能；當(dāng)接收到臺(tái)區(qū)控制終端發(fā)出的換相指令后，實(shí)時(shí)判斷電壓、電流采樣波形，通過向控制換相控制模塊發(fā)出換相指令，實(shí)現(xiàn)換相動(dòng)作；換相動(dòng)作完成后，通過載波通訊模塊向臺(tái)區(qū)控制終端上傳操作結(jié)果；

換相控制模塊用于根據(jù)處理器發(fā)出的換相指令，控制電子換相開關(guān)執(zhí)行換相動(dòng)作；

模擬量輸入模塊包括：電壓輸入電路，電流輸入電路，信號(hào)放大電路，低通濾波電路；

電壓輸入電路用于獲取配電網(wǎng)的電壓信號(hào)，電流輸入電路用于獲取配電網(wǎng)的電流信號(hào)，信號(hào)放大電路用于將獲取的電壓信號(hào)和電流信號(hào)進(jìn)行運(yùn)放，低通濾波電路將運(yùn)放的電壓信號(hào)和電流信號(hào)進(jìn)行濾波，濾波后傳入AD轉(zhuǎn)換器；

電壓輸入電路包括：第一電阻R1，過壓保護(hù)裝置FU，第一變壓器T1；

過壓保護(hù)裝置FU的第一端與電壓輸入電路的第一輸入端連接，過壓保護(hù)裝置FU的第二端通過第一電阻R1連接第一變壓器T1一次側(cè)的第一端，第一變壓器T1一次側(cè)的第二端連接電壓輸入電路的第二輸入端；第一變壓器T1的二次側(cè)接信號(hào)放大電路；

電流輸入電路包括：第二電阻R2，第三電阻R3，第二變壓器T2；

電流輸入電路的第一輸入端分別與第二電阻R2第一端、第二變壓器T2一次側(cè)的第一端、第三電阻R3第一端連接；電流輸入電路的第二輸入端分別與第二電阻R2第二端和第二變壓器T2一次側(cè)的第二端連接；第三電阻R3第二端與第二變壓器T2二次側(cè)第一端及電流輸入電路的第一輸出端連接，第二變壓器T2二次側(cè)第二端與電流輸入電路的第二輸出端連接；

信號(hào)放大電路包括：第四電阻R4，第五電阻R5，第一電容C1，第二電容C2，第十一運(yùn)放器U11；

信號(hào)放大電路的輸入端分別與第四電阻R4第一端、第一電容C1第一端、第十一運(yùn)放器U11二腳連接，第十一運(yùn)放器U11三腳接地，第十一運(yùn)放器U11四腳接地，第十一運(yùn)放器U11五腳接電源，第十一運(yùn)放器U11一腳分別與第四電阻R4第二端、第一電容C1第二端、第五電阻R5第一端連接，第五電阻R5第二端分別與第二電容C2第一端、信號(hào)放大電路的輸出端連接，第二電容C2第二端接地；處理器采用MCU芯片，MCU芯片兼具高效率數(shù)字信號(hào)處理能力和微程序控制器的實(shí)時(shí)控制能力，內(nèi)核工作頻率可達(dá)120MHz，程序空間和數(shù)據(jù)空間分開編址，支持并行處理，片內(nèi)集成了FLASH、RAM以及I/O模塊，并具有多個(gè)帶輸入捕捉的定時(shí)器；

載波通訊模塊采用FSK調(diào)制方式，半雙工方式與處理器的異步串行口通信，處理器使用DMA模式讀取異步串行口收發(fā)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與臺(tái)區(qū)控制終端的數(shù)據(jù)交互；

還包括：多個(gè)LED工作指示燈；

處理器還用于根據(jù)換相指令，對(duì)LED工作指示燈顯示內(nèi)容進(jìn)行控制，更新相應(yīng)的LED工作指示燈顯示狀態(tài)；處理器在每個(gè)預(yù)設(shè)的循環(huán)周期進(jìn)行自檢操作，若自檢失敗則發(fā)出告警指示，并閉鎖智能換相控制裝置；

換相控制模塊包括：換相開關(guān)控制電路，輔助電源電路；

換相開關(guān)控制電路用于控制電子換相開關(guān)動(dòng)作；輔助電源電路用于向換相控制模塊提供激勵(lì)+24電源，輔助電源電路包括：第十一電阻R11，第十二電阻R12，第十三電阻R13，第十四電阻R14，第三電容C3，第四電容C4，第五電容C5，第六電容C6，電感L，二極管D，電源芯片U1；

輔助電源電路輸入端分別與第十一電阻R11第一端、第三電容C3第一端、電源芯片U1六腳連接；第三電容C3第二端、電源芯片U1四腳、第十四電阻R14第二端、第四電容C4第二端、第五電容C5第二端分別接地；

第十一電阻R11第二端分別與電源芯片U1七腳、電感L第一端、第十二電阻R12第一端連接；

第十二電阻R12第二端接電源芯片U1八腳；電感L第二端分別與電源芯片U1一腳、二極管D陽(yáng)極連接，二極管D陰極分別與第十三電阻R13第一端、第四電容C4第一端、第五電容C5第一端、輔助電源電路輸出端連接；

電源芯片U1二腳接地，三腳通過第六電容C6接地，第十三電阻R13第二端分別與電源芯片U1五腳、第十四電阻R14第一端連接；

換相開關(guān)控制電路包括：第二運(yùn)放器U2，第三運(yùn)放器U3，第四運(yùn)放器U4，第五運(yùn)放器U5，第一三極管Q1，第二三極管Q2，第六電阻R6，第七電阻R7；

換相開關(guān)控制電路的SET腳分別與第二運(yùn)放器U2的一腳和第五運(yùn)放器U5的一腳連接，第二運(yùn)放器U2二腳、第三運(yùn)放器U3二腳、第四運(yùn)放器U4二腳、第五運(yùn)放器U5二腳分別接地，第二運(yùn)放器U2的三腳分別與第六電阻R6第一端和第一三極管Q1基極連接，換相開關(guān)控制電路的RST腳分別與第三運(yùn)放器U3一腳和第四運(yùn)放器U4一腳連接，第三運(yùn)放器U3三腳分別與第一三極管Q1集電極和換相開關(guān)控制電路的OUT+連接，第五運(yùn)放器U5三腳分別與第二三極管Q2集電極和換相開關(guān)控制電路的OUT-連接，第四運(yùn)放器U4三腳分別與第七電阻R7第一端和第二三極管Q2基極連接，第六電阻R6第二端、第七電阻R7第二端、第一三極管Q1發(fā)射極、第二三極管Q2發(fā)射極分別與+24電源連接；

所述裝置還包括：電子開關(guān)元件觸頭端電壓測(cè)量模塊；

電子開關(guān)元件觸頭端電壓測(cè)量模塊用于檢測(cè)電子換相開關(guān)中每一相的換相前電壓和換相后電壓，并將檢測(cè)的電壓信號(hào)傳輸至處理器；

所述方法包括：

智能換相控制裝置上電或復(fù)位后執(zhí)行初始化操作，讀取測(cè)頻方波邊沿信號(hào)計(jì)算實(shí)時(shí)頻率，并同步調(diào)整采樣間隔；采用半波傅立葉變換算法計(jì)算出三相電壓、負(fù)荷電流幅值及相位，實(shí)現(xiàn)測(cè)量顯示及通訊遠(yuǎn)傳功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)過壓、欠壓、過流保護(hù)功能；

當(dāng)接收到臺(tái)區(qū)控制終端發(fā)送的換相指令后，智能換相控制裝置根據(jù)臺(tái)區(qū)三相電的電壓、電流采樣波形，

通過處理器內(nèi)置的定時(shí)器判斷出接收到換相指令后電流的第一個(gè)過零點(diǎn)，此時(shí)根據(jù)頻率預(yù)判出第二個(gè)過零點(diǎn)的發(fā)生時(shí)刻，智能換相控制裝置根據(jù)換相開關(guān)的固有動(dòng)作時(shí)間，預(yù)先發(fā)出切換指令，在電流過零點(diǎn)時(shí)瞬時(shí)斷開負(fù)載；

換相動(dòng)作完成后，通過載波通訊模塊上傳換相結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于智能換相控制裝置的換相控制方法，其特征在于，

初始化操作包括采樣數(shù)據(jù)初始化、通信數(shù)據(jù)初始化、IO口初始化、AD采樣初始化，

初始化操作之后還包括：智能換相控制裝置進(jìn)行自檢操作，自檢成功后讀取測(cè)頻方波邊沿信號(hào)計(jì)算實(shí)時(shí)頻率；

智能換相控制裝置的處理器在每個(gè)預(yù)設(shè)的循環(huán)周期運(yùn)行自檢操作，若自檢失敗則發(fā)出告警指示，并閉鎖電子換相開關(guān)。