專利名稱：風(fēng)力發(fā)電專用低壓斷路器的模塊化智能控制器及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低壓斷路器智能控制器，特別涉及一種風(fēng)電場專用低壓斷路器的
智能控制器。
背景技術(shù)：
隨著風(fēng)力發(fā)電的推廣，其相關(guān)的低壓電器亦得到了迅速的發(fā)展。風(fēng)電場一般由 100 200左右的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組網(wǎng)而成，所覆蓋面積可達(dá)幾公里。針對風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)，為 了便于及時發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，風(fēng)力發(fā)電用低壓斷路器除了具有常規(guī)低壓斷路器的主要 功能外，還需具有適應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電特點(diǎn)的所必需的其它功能。 申請?zhí)枮?200520076285. 3"、名稱為"真空斷路器遙控裝置"和申請?zhí)枮?"03210433. 2"、名稱為"遙控觸電斷路器"所公開的斷路器，其實(shí)現(xiàn)的無線遙控距離均很短， 不適用于風(fēng)力發(fā)電場；申請?zhí)枮?02131655. 4"、名稱為"斷路器遙控器"所公開斷路器遙控 器雖然可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無線通信，但實(shí)際構(gòu)建成本很高。此外，上述無線遙控內(nèi)容為控制斷路 器的分?jǐn)?，均為斷路器接收，而斷路器上沒有發(fā)送模塊，斷路器不具有向外發(fā)送信息以及電 能計量和諧波檢測的功能。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有斷路器無線遙控中存在的問題和適應(yīng)于風(fēng)力發(fā)電的特殊要求，本發(fā) 明提出一種可向外發(fā)送信息且具有電能計量和諧波檢測功能的風(fēng)力發(fā)電用低壓斷路器的 模塊化智能控制器及控制方法。 本發(fā)明控制器采用的技術(shù)方案是處理器與擴(kuò)展存儲器分別與以太網(wǎng)通信模塊、
現(xiàn)場總線通信模塊、無線收發(fā)模塊、電能計量模塊、模擬脫扣模塊和分、合閘控制模塊相連，
所述各模塊以及處理器與擴(kuò)展存儲器分別連接電源模塊，電能計量模塊的輸出連接模擬脫
扣模塊，模擬脫扣模塊的輸出連接分、合閘控制模塊；其中 處理器與擴(kuò)展存儲器用于執(zhí)行編譯好的控制程序； 無線收發(fā)模塊用于線收發(fā)裝置通信，通知故障情況并接收應(yīng)答信號； 現(xiàn)場總線通信模塊用于與其它斷路器和上位監(jiān)控裝置構(gòu)成現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)； 以太網(wǎng)通信模塊用于與其它斷路器和上位監(jiān)控裝置構(gòu)成以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)； 電能計量模塊用于檢測風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出電能的電壓/電流瞬時值、電壓/電流有
效值和電能值； 模擬脫扣模塊用于在特大短路或斷路器合到故障線路上時不經(jīng)過處理器處理直 接分?jǐn)喽搪菲鳎?分、合閘控制模塊用于接收模擬脫扣模塊的信號分?jǐn)鄶嗦菲骰蚪邮仗幚砥骷皵U(kuò)展 存儲器的控制信號分/合斷路器； 電源模塊用于向所述各模塊以及處理器及擴(kuò)展存儲器提供電源。 本發(fā)明控制器控制方法采用的技術(shù)方案是將處理器與擴(kuò)展存儲器、電能計量模
3塊、以太網(wǎng)通信模塊、現(xiàn)場總線模塊和無線收發(fā)模塊進(jìn)行初始化；電流/電壓互感器分別將 電流/電壓信號輸送至電能計量模塊，經(jīng)采樣后輸送至電能測量專用芯片，其中電流信號 同時經(jīng)調(diào)理電路后輸送至模擬脫扣模塊；處理器與擴(kuò)展存儲器判斷是否已發(fā)生超壓、欠壓 或三相不對稱電壓故障，若已發(fā)生則讀取電壓值判斷該故障是否仍存在，若存在且延時到， 則發(fā)出斷路器分?jǐn)嘀噶畋Ｗo(hù)動作；處理器與擴(kuò)展存儲器發(fā)出斷路器分?jǐn)嘀噶詈螅魯嗦菲?沒分?jǐn)鄤t說明拒分，發(fā)出無線信號通知檢修人員；若無電壓故障則讀取電流并判斷是否發(fā) 生短路、過載或三相不對稱故障，若故障且延時時間到，則發(fā)出斷路器分?jǐn)嘀噶畋Ｗo(hù)動作； 若無故障則根據(jù)讀取的瞬時電流值進(jìn)行諧波分析，根據(jù)讀取的電能值進(jìn)行發(fā)電機(jī)累計發(fā)出 電能計算，在定時時間到的情況下將相關(guān)數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線網(wǎng)傳送至上位監(jiān)控裝 置。 本發(fā)明的有益效果是 1、具有遠(yuǎn)程無線通信功能，能及時將故障信息發(fā)送給檢修人員，能接收檢修人員
的應(yīng)答，并將此相關(guān)信息通過現(xiàn)場總線網(wǎng)或以太網(wǎng)輸送至上位監(jiān)控裝置。 2、能檢測電流/電壓瞬時值、電流/電壓有效值和電能值，根據(jù)獲得的電流有效
值進(jìn)行短延時、長延時保護(hù)，根據(jù)獲得的電流瞬時值進(jìn)行諧波分析，根據(jù)獲得的電壓瞬時值
/有效值進(jìn)行所發(fā)電能質(zhì)量的分析，根據(jù)獲得的電能值進(jìn)行計算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的累計所發(fā)電能。 3，可滿足風(fēng)力發(fā)電的要求，有效實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，及時地掌握故障情況，實(shí)時地記錄 相關(guān)數(shù)據(jù)。 4、采用模塊化方式，既可提高其通用性，又便于控制器的檢修，對于其中的通信模 塊用戶還可根據(jù)自己的需要進(jìn)行取舍。


圖1是本發(fā)明控制器的結(jié)構(gòu)組成示意圖；
圖2是本發(fā)明控制器的應(yīng)用系統(tǒng)示意圖；
圖3是本發(fā)明控制器的工作流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 如圖1所示，本發(fā)明的模塊化智能控制器包括處理器與擴(kuò)展存儲器1、無線收發(fā) 模塊8、現(xiàn)場總線通信模塊7、以太網(wǎng)通信模塊6、電能計量模塊3、模擬脫扣模塊4、分、合閘 控制模塊5、電源模塊2，其中無線收發(fā)模塊8、現(xiàn)場總線通信模塊7和以太網(wǎng)通信模塊6可 根據(jù)需要選配其中的一種、兩種或三種全選。 處理器與擴(kuò)展存儲器l，用于執(zhí)行事先編譯好的控制程序，處理器可選用單片機(jī)、 DSP或ARM等，實(shí)現(xiàn)保護(hù)、諧波分析、通信控制等功能。 無線收發(fā)模塊8，用于與檢修人員所攜帶的移動無線收發(fā)裝置通信，及時地將故障 情況通知檢修人員并接收檢修人員的應(yīng)答信號。無線收發(fā)模塊8中采用RF專用收發(fā)芯片， 在其發(fā)射通道中加有功率放大環(huán)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)信號的遠(yuǎn)距離傳輸，其譯碼功能、解碼功能可用 軟件編程實(shí)現(xiàn)，也可采用專用的譯碼、解碼芯片實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)場總線通信模塊7，用于與風(fēng)電場中的其它斷路器和上位監(jiān)控裝置構(gòu)成現(xiàn)場總 線通信網(wǎng)絡(luò)?？刹捎酶呖箶_性、多主從的CAN總線或其他現(xiàn)場總線。 以太網(wǎng)通信模塊6，用于與風(fēng)電場中的其它斷路器和上位監(jiān)控裝置構(gòu)成以太網(wǎng)通 信網(wǎng)絡(luò)，用以太網(wǎng)控制芯片與處理器相結(jié)合實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信功能。 電能計量模塊3，用于檢測風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出電能的電壓/電流瞬時值、電壓/電流 有效值和電能值，采用模擬量輸入通道與專用的電能測量芯片結(jié)合實(shí)現(xiàn)，處理器可自電能 測量芯片中讀取各相的電流/電壓瞬時值/有效值和電能值。 模擬脫扣模塊4，用于在特大短路或斷路器合到故障線路上時不經(jīng)過處理器處理 直接分?jǐn)鄶嗦菲鳎眉蛇\(yùn)放構(gòu)成窗口比較實(shí)現(xiàn)模擬脫扣功能，當(dāng)測量值越出窗口時輸出 信號使斷路器斷開，窗口比較的范圍可通過調(diào)節(jié)電位器進(jìn)行設(shè)置。 分、合閘控制模塊6，用于接收模擬脫扣模塊的信號分?jǐn)鄶嗦菲骰蚪邮仗幚砥鞯目?制信號分/合斷路器，其主要功能是將控制信號放大，以能夠可靠地驅(qū)動分合閘線圈實(shí)現(xiàn) 斷路器的可靠分合，采用光電隔離和功率驅(qū)動器或繼電器等實(shí)現(xiàn)。 電源模塊2，用于向上述模塊以及處理器及擴(kuò)展存儲器1提供所必需的電源，采用 交流、直流兩路電源進(jìn)行供電，交流電流經(jīng)整流后與直流電源以或的方式給智能控制器供 電，只要其中一路電源正常即可保證智能控制器的正常工作。 如圖2所示，本發(fā)明控制器的應(yīng)用系統(tǒng)包括模塊化智能控制器、斷路器的本體、 電力母線、互感器、以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線網(wǎng)、無線通信組成。 電流互感器、電壓互感器分別將電流信號、電壓信號輸送至電能計量模塊3，經(jīng)采 樣后輸送至電能測量專用芯片，其中電流信號同時經(jīng)調(diào)理電路后輸送至模擬脫扣模塊4; 模擬脫扣模塊4的輸出與分、合閘控制模塊5的輸入相連；分、合閘控制模塊5同時與斷路 器本體的輔助開關(guān)9和處理器與擴(kuò)展存儲器1相連，分、合閘控制模塊5的輸出與主開關(guān)10 相連；電力母線與主開關(guān)10相連；以太網(wǎng)通信模塊6與以太網(wǎng)11相連；現(xiàn)場總線通信模塊 7與現(xiàn)場總線網(wǎng)12相連；上位監(jiān)控裝置與以太網(wǎng)11和現(xiàn)場總線網(wǎng)12相連；無線收發(fā)模塊 8通過發(fā)、收無線信號與配備在檢修人員身上的移動無線收發(fā)裝置13相連。
如圖3所示，本發(fā)明控制器工作時，根據(jù)電能計量模塊3所測得的電流瞬時值和電 流有效值與分、合閘控制模塊5相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)常規(guī)的斷路器三段保護(hù)；根據(jù)電能計量模塊3 所測得的電流瞬時值和電壓瞬時值，實(shí)現(xiàn)諧波的檢測與分析；根據(jù)電能計量模塊3所測得 的電能值獲得所相連的風(fēng)力發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能；根據(jù)斷路器的保護(hù)情況在線計算斷路器 的電壽命；根據(jù)斷路器的動作情況，及時發(fā)現(xiàn)拒動或誤動等故障；通過無線網(wǎng)和以太網(wǎng)11 或現(xiàn)場總線網(wǎng)12將斷路器的動作情況、故障情況及時地傳送至上層監(jiān)控系統(tǒng)，以便工作人 員適時地了解斷路器的性能或及時地進(jìn)行檢修，具體為電源模塊2首先給相連的模塊供 電，然后處理器與擴(kuò)展存儲器1中的程序執(zhí)行初始化功能，包括處理器與擴(kuò)展存儲器1的初 始化、電能計量模塊3的初始化、以太網(wǎng)通信模塊6的初始化、現(xiàn)場總線模塊7的初始化和 無線收發(fā)模塊8的初始化，繼而進(jìn)行循環(huán)執(zhí)行階段；電流互感器、電壓互感器分別將電流信 號、電壓信號輸送至電能計量模塊3，經(jīng)采樣后輸送至電能測量專用芯片，其中電流信號同 時經(jīng)調(diào)理電路后輸送至模擬脫扣模塊4，模擬脫扣模塊4根據(jù)輸入的信號進(jìn)行判斷是否直 接分?jǐn)鄶嗦菲?；處理器與擴(kuò)展存儲器1中的程序首次進(jìn)入循環(huán)執(zhí)行階段后，首先從電能計 量模塊3讀取電壓值判斷是否已發(fā)生超壓、欠壓或三相不對稱的電壓故障，若已發(fā)生電壓故障則讀取電壓值判斷該故障是否仍存在，若存在且延時到，處理器與擴(kuò)展存儲器1發(fā)出 斷路器分?jǐn)嘀噶畋Ｗo(hù)動作至分、合閘控制模塊5，發(fā)出斷路器分?jǐn)嘀噶詈螅幚砥髋c擴(kuò)展存 儲器1通過分、合閘控制模塊5讀取輔助開頭9的狀態(tài)，若斷路器沒分?jǐn)鄤t說明拒分，處理 器與擴(kuò)展存儲器1通過無線收發(fā)模塊8發(fā)出無線信號通過移動無線收發(fā)裝置13通知檢修 人員；若無電壓故障則讀取電流值并判斷是否發(fā)生短路故障、過載故障或三相不對稱故障， 若故障且延時時間到，處理器與擴(kuò)展存儲器1發(fā)出斷路器分?jǐn)嘀噶钪练?、合閘控制模塊5， 發(fā)出斷路器分?jǐn)嘀噶詈螅幚砥髋c擴(kuò)展存儲器1通過分、合閘控制模塊5讀取輔助開頭9的 狀態(tài)，若斷路器沒分?jǐn)鄤t說明拒分，處理器與擴(kuò)展存儲器1通過無線收模塊8發(fā)出無線信號 經(jīng)移動無線收發(fā)裝置13通知檢修人員；若無故障處理器與擴(kuò)展存儲器1則根據(jù)讀取的瞬時 電流值進(jìn)行諧波分析，根據(jù)讀取的電能值進(jìn)行發(fā)電機(jī)累計發(fā)出的電能計算，在定時時間到 的情況下將相關(guān)數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)ll或現(xiàn)場總線網(wǎng)12傳送至上位監(jiān)控裝置。
權(quán)利要求
一種風(fēng)力發(fā)電專用低壓斷路器的模塊化智能控制器，包括處理器及擴(kuò)展存儲器(1)、現(xiàn)場總線通信模塊(7)、以太網(wǎng)通信模塊(6)和電源模塊(2)，其特征是處理器及擴(kuò)展存儲器(1)分別外接以太網(wǎng)通信模塊(6)、現(xiàn)場總線通信模塊(7)、無線收發(fā)模塊(8)、電能計量模塊(3)、模擬脫扣模塊(4)和分、合閘控制模塊(5)，所述各模塊以及處理器及擴(kuò)展存儲器(1)分別連接電源模塊(2)，電能計量模塊(3)的輸出連接模擬脫扣模塊(4)，模擬脫扣模塊(4)的輸出連接分、合閘控制模塊(5)，其中，處理器及擴(kuò)展存儲器(1)用于執(zhí)行編譯好的控制程序；無線收發(fā)模塊(8)用于線收發(fā)裝置通信，通知故障情況并接收應(yīng)答信號；現(xiàn)場總線通信模塊(7)用于與其它斷路器和上位監(jiān)控裝置構(gòu)成現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)；以太網(wǎng)通信模塊(6)用于與其它斷路器和上位監(jiān)控裝置構(gòu)成以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)；電能計量模塊(3)用于檢測風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出電能的電壓/電流瞬時值、電壓/電流有效值和電能值；模擬脫扣模塊(4)用于在特大短路或斷路器合到故障線路上時不經(jīng)過處理器處理直接分?jǐn)喽搪菲鳎环?、合閘控制模塊(5)用于接收模擬脫扣模塊(4)的信號分?jǐn)鄶嗦菲骰蚪邮仗幚砥骷皵U(kuò)展存儲器(1)的控制信號分/合斷路器；電源模塊(2)用于向所述各模塊以及處理器及擴(kuò)展存儲器(1)提供電源。
2. —種風(fēng)力發(fā)電專用低壓斷路器的模塊化智能控制方法，其特征采用如下步驟A、 將處理器與擴(kuò)展存儲器(1)、電能計量模塊(3)、以太網(wǎng)通信模塊(6)、現(xiàn)場總線模塊 (7)和無線收發(fā)模塊(8)進(jìn)行初始化；電流/電壓互感器分別將電流/電壓信號輸送至電 能計量模塊(3)，經(jīng)采樣后輸送至電能測量專用芯片，其中電流信號同時經(jīng)調(diào)理電路后輸送 至模擬脫扣模塊(4);B、 處理器與擴(kuò)展存儲器(1)判斷是否已發(fā)生超壓、欠壓或三相不對稱電壓故障，若已 發(fā)生則讀取電壓值判斷該故障是否仍存在，若存在且延時到，則發(fā)出斷路器分?jǐn)嘀噶畋Ｗo(hù) 動作；C、 處理器與擴(kuò)展存儲器(1)發(fā)出斷路器分?jǐn)嘀噶詈?，若斷路器沒分?jǐn)鄤t說明拒分，發(fā) 出無線信號通知檢修人員；若無電壓故障則讀取電流并判斷是否發(fā)生短路、過載或三相不 對稱故障，若故障且延時時間到，則發(fā)出斷路器分?jǐn)嘀噶畋Ｗo(hù)動作；D、 若無故障則根據(jù)讀取的瞬時電流值進(jìn)行諧波分析，根據(jù)讀取的電能值進(jìn)行發(fā)電機(jī)累 計發(fā)出電能計算，在定時時間到的情況下將相關(guān)數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線網(wǎng)傳送至上位 監(jiān)控裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了風(fēng)力發(fā)電專用低壓斷路器的模塊化智能控制器及控制方法，處理器與擴(kuò)展存儲器分別與以太網(wǎng)通信模塊、現(xiàn)場總線通信模塊、無線收發(fā)模塊、電能計量模塊、模擬脫扣模塊和分、合閘控制模塊相連，各模塊以及處理器與擴(kuò)展存儲器分別連接電源模塊，電能計量模塊的輸出連接模擬脫扣模塊，模擬脫扣模塊的輸出連接分、合閘控制模塊。本發(fā)明具有遠(yuǎn)程無線通信功能，根據(jù)獲得的電流有效值進(jìn)行短延時、長延時保護(hù)，根據(jù)獲得的電流瞬時值進(jìn)行諧波分析，根據(jù)獲得的電壓瞬時值/有效值進(jìn)行所發(fā)電能質(zhì)量的分析，根據(jù)電能值進(jìn)行計算風(fēng)力發(fā)電機(jī)的累計所發(fā)電能，采用模塊化方式滿足風(fēng)力發(fā)電的要求。
文檔編號H02J13/00GK101741142SQ20091023261
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者劉利, 曾慶軍, 陸逸, 陳偉, 黃巧亮 申請人:江蘇科技大學(xué)