一种永磁真空断路器分合闸的控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种永磁真空断路器分合闸的控制装置及方法，充放电控制单元根据来自所述核心控制单元的充放电信号对储能电容器充放电，并将储能电容实时电压以及电流反馈给所述核心控制单元；在分合闸操作前，所述核心控制单元根据当前的电容电压值，确定本次操作的PWM参考曲线，从而确定分合闸过程中各时刻对应的PWM占空比参考值。本发明专利技术提供的永磁真空断路器分合闸的控制装置及方法的有益效果为：在不增加系统负担的前提下，有效减小了控制器输出电流的纹波，提高了电流的输出质量，使输出电流更加接近参考电流。应用该控制装置进行分合闸时，可以在保持分合闸时间稳定的同时，提高了永磁真空断路器分合闸的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁真空断路器分合闸的控制方法及装置
本专利技术涉及一种永磁真空断路器分合闸的控制装置，还涉及一种永磁真空断路器分合闸的控制方法。
技术介绍
目前，永磁真空断路器一般采用开环的控制方法，即断路器在进行分合闸时，控制器仅仅发出一个IO信号，从而驱动功率器件导通一段时间完成分合闸过程。在开环状态下，断路器触头的运动过程并不受控，分合闸的时间会随储能电容容量及电容初始电压变化影响而出现较大的波动，在故障情况下，甚至可能出现线圈损毁的情况。在较高操作电压下进行分合闸操作会使铁心运动速度增大，使触头承受较大的冲击力，导致机构使用寿命缩短，并可能使动触头发生多次弹跳，影响关合可靠性。如专利号为CN201210461913.4的专利技术专利，公开日为2013年2月13日，公开了一种基于线圈电流的真空断路器控制方法及装置实现(专利1)，应用电流闭环的控制策略实现对真空断路器的控制，即通过控制永磁机构的线圈电流与给定的电流曲线保持一致的方法，改善了动触头的运动特性，并保证了在同一温度下，断路器的合闸时间不随电容初始电压和电容容量的影响，使同一温度下的合闸时间分散性达到了±0.3ms。专利号为CN201310088167.3的专利技术专利，公开日为2013年9月18日，公开了一种VVVE永磁真空断路器合闸控制方法(专利2)，在专利1的基础上，实现了对断路器合闸时间的粗调和微调，并提供了一种电流参考曲线的计算方法，很好实现了对断路器合闸时间的控制。两个专利都是通过控制合闸电流曲线实现的，其控制核心都是让控制器输出更接近于预设参考电流曲线的电流，可以说专利1解决了基本的控制方法问题，专利2解决了如何确定参考曲线，从而实现合闸时间调节和合闸特性调整的问题。它们的实现都是以改进型滞环控制方法实现，因此控制器输出电流与参考曲线的接近程度将会直接影响控制的精度和可靠性。在对27.5kV双稳态永磁真空断路器的合闸检测过程中，由于负荷较重，出现了如图1所示的电流输出曲线。在图1中横坐标为时间值，单位为ms，纵坐标为AD采样值。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种永磁真空断路器分合闸的控制装置和方法。按照本专利技术提供的一种永磁真空断路器分合闸的控制方法采用的主要技术方案为：采用混合型PWM控制技术，将固定频率PWM控制技术与滞环控制技术结合，在不增加系统负担的前提下，提高控制器输出电流的质量，包括以下步骤，1)应用计算PWM参考基值，确定对应于特定分合闸电压下，分合闸过程中各时刻对应的参考PWM基值；2)利用四点中值滤波计算分合闸过程中各时刻的实时电流值；3)利用滞环控制方法计算实时电流增量，并以增量为依据设定实际输出的PWM占空比为R1和R2。本专利技术提供的永磁真空断路器分合闸的控制方法还可具有如下附属技术特征：PWM参考基值的计算方法中公式为，r＝Rs+n(Re-Rs)/N，式中n为分合闸过程中，自动触头运动开始的第n采样时刻，N为分合闸过程中从动触头始动时刻到分合闸完成时刻的采样次数，r为第n采样时刻的参考PWM值，RS为分合闸初始时刻的PWM占空比，Rg为分合闸末时刻PWM的占空比，且：式中α为获取参考曲线时，执行分合闸命令末时刻，电容电压与初始电压的比值，β为正常分合闸时，实际电容初始电压与获取参考曲线时电容初始电压的比值，γ为实际分合闸选取的容量与获取参考曲线时电容容量的比值。以第n采样时刻的参考PWM占空比r为基础，计算对应时刻应输出的上限PWM值R1，以及下限PWM值R2，R1和R2选取的应遵循两个原则：1)在占空比为R1时，确保控制器输出电流大于参考电流；2)在占空比为R2时，确保控制器输出电流小于参考电流。在整个分合闸过程中，N为整个分合闸过程中AD的采样次数，n为从合闸开始时刻的第n采样时刻。在确定α值后，在给定的γ值对应的电容容量下，计算PWM最大参考变化量对应的电压参考值，其中：β0即为最大PWM变化量对应的电压系数值。按照本专利技术提供的一种永磁真空断路器分合闸的控制装置采用的主要技术方案为：包括充放电控制单元、IGBT功率输出单元、光电隔离单元、模拟信号调理单元以及核心控制单元，充放电控制单元根据来自所述核心控制单元的充放电信号对储能电容器充放电，并将储能电容实时电压以及电流反馈给所述核心控制单元；在分合闸操作前，所述核心控制单元根据当前的电容电压值，确定本次操作的PWM参考曲线，从而确定分合闸过程中各时刻对应的PWM占空比参考值；在进行分合闸操作时，所述光电隔离单元对采集的电流进行中值滤波并计算电流增量；核心控制单元根据当前时刻PWM的占空比参考值，通过IGBT控制单元触发IGBT完成相应的动作，达到控制电流的目的。本专利技术提供的永磁真空断路器分合闸的控制装置还可具有如下附属技术特征：所述的控制装置采用线圈电流闭环的控制方式，核心控制单元通过滞环控制方法计算电流增量。所述核心控制单元应具有PWM控制功能。所述核心控制单元根据滞环控制方法计算的电流增量，并根据电流增量输出不同的占空比值，达到电流调节的目的。控制装置实时监测电容电压，并在操作前，根据电压计算PWM的参考值，并在分合闸控制过程中，输出不同占空比，进行电流调节。采用本专利技术提供的永磁真空断路器分合闸的控制装置及方法带来的有益效果为：1)避免了在应用改进型滞环控制方法时，增加积分系数而导致PWM调节周期增加，造成电流控制偏差增大的问题，使控制器输出电流在参考电流附近不会出现较大的波动，提高电流的输出质量。2)在滞环控制方式下，要使输出电流与参考电流较好吻合，通常要求系统具有较高的采样率，然而由于控制电路输出延时，传感器采集输入延时，以及控制算法延时等延时的存在，提高采样考虑可能无法从根本上解决电流偏差较大的问题。而应用本方法不仅可以降低对AD采样率的要求，减轻了在操作过程中处理器的计算负担，提高系统的运行效率，而且可以使控制器的输出电流更加接近于参考电流曲线，从而使输出电流的质量得到很大程度上的提高。在应用该方法实现分合闸操作时，可以有效保障分合闸操作的可靠性。附图说明图1为本专利技术中的控制电流波形与参考波形对比框图。图2为本专利技术中永磁真空断路器分合闸的控制装置的结构框图。图3为本专利技术中PWM控制电流与参考波形对比框图。图4为本专利技术中示波器下的混合型PWM控制电流波形图。图5为本专利技术中PWM控制电流与参考波形对比框图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详述：如图1至图5所示，按照本专利技术提供的一种永磁真空断路器分合闸的控制装置的实施例，包括充放电控制单元、IGBT功率输出单元、光电隔离单元、模拟信号调理单元以及带有PWM控制功能的核心控制单元，充放电控制单元根据来自所述核心控制单元的充放电信号对储能电容器充放电，并将储能电容实时电压以及电流反馈给所述核心控制单元；在分合闸操作前，所述核心控制单元根据当前的电容电压值，确定本次操作的PWM参考曲线，从而确定分合闸过程中各时刻对应的PWM占空比参考值；在进行分合闸操作时，所述光电隔离单元对采集的电流进行中值滤波并计算电流增量；核心控制单元根据当前时刻PWM的占空比参考值，通过IGBT控制单元触发IGBT完成相应的动作，达到控制电流的目的。可以使线圈电流更加接近于参考电流曲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁真空断路器分合闸的控制方法，其特征在于：采用混合型PWM控制技术，将固定频率PWM控制技术与滞环控制技术结合，在不增加系统负担的前提下，提高控制器输出电流的质量，包括以下步骤，1)应用计算PWM参考基值，确定对应于特定分合闸电压下，分合闸过程中各时刻对应的参考PWM基值；2)利用四点中值滤波计算分合闸过程中各时刻的实时电流值；3)利用滞环控制方法计算实时电流增量，并以增量为依据设定实际输出的PWM占空比为R1和R2。

【技术特征摘要】
1.一种永磁真空断路器分合闸的控制方法，其特征在于：采用混合型PWM控制技术，将固定频率PWM控制技术与滞环控制技术结合，在不增加系统负担的前提下，提高控制器输出电流的质量，包括以下步骤，1)应用计算PWM参考基值，确定对应于特定分合闸电压下，分合闸过程中各时刻对应的参考PWM基值；2)利用四点中值滤波计算分合闸过程中各时刻的实时电流值；3)利用滞环控制方法计算实时电流增量，并以增量为依据设定实际输出的PWM占空比；PWM参考基值的计算方法中公式为，r＝Rs+n(Re-Rs)/N，式中n为分合闸过程中，自动触头运动开始的第n采样时刻，N为分合闸过程中从动触头始动时刻到分合闸完成时刻的采样次数，r为第n采样时刻的参考PWM值，RS为分合闸初始时刻的PWM占空比，Re为分合闸末时刻PWM的占空比，且：式中α为获取参考曲线时，执行分合闸命令末时刻，电容电压与初始电压的比值，β为正常分合闸时，实际电容初始电压与获取参考曲线时电容初始电压的比值，γ为实际分合闸选取的容量与获取参考曲线时电容容量的比值。2.如权利要求1所述的永磁真空断路器分合闸的控制方法，其特征在于：以第n采样时刻的参考PWM占空比r为基础，计算对应时刻应输出的上限PWM值R1，以及下限PWM值R2，R1和R2选取的应遵循两个原则：1)在占空比为R1时，确保控制器输出电流大于参考电流；2)在占空比为R2时，确保控制器输出电流小于参考电流。3.如权利要求1所述的永磁真空断路器分合闸的控制方法，其特征在于：当PWM占空比变化量较小时，PWM参考值取常数R以简化控制过程的处理方法，其中：PWM参考值常数取R＝(Re+Rs)/2。4.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕锦柏，刘甲宾，韩玉玺，叶祖标，王建，王岩，封丹，
申请(专利权)人：北京科锐配电自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11