專利名稱：斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)和斷路器控制單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式涉及斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)和斷路器控制單元。
背景技術(shù)：
為了實(shí)現(xiàn)變電站中的電力設(shè)備的控制或保護(hù)，需要計(jì)測電力設(shè)備主體的電流或電壓的波形，來把握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)?，F(xiàn)有技術(shù)中，通過在電力設(shè)備主體上安裝的變換器(變流器或儀表用變壓器)，轉(zhuǎn)換為適合于計(jì)測的電流值或電壓值后，通過大量的電纜類與和電力設(shè)備主體分離的保護(hù)控制裝置相連而進(jìn)行波形的計(jì)測。另一方面，隨著近年來通信和數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，作為取得電流或電壓波形數(shù)據(jù)的方法，已經(jīng)開始使用過程總線。在過程總線應(yīng)用系統(tǒng)中，在電力設(shè)備附近配置統(tǒng)合單元(Merging Unit),將來自多個(gè)的變換器的波形信號暫時(shí)輸入到該統(tǒng)合單元。統(tǒng)合單元將多個(gè)波形信號作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)合，并經(jīng)稱作過程(process)總線的串行通信，發(fā)送到保護(hù)繼電器或線路控制單元(間隔控制單元Bay Control Unit)等上位單元。上位單元將斷路器的閉合指令或脫扣指令作為過程總線上的消息發(fā)送到斷路器附近配置的斷路器控制單元。 由此，可以實(shí)現(xiàn)電纜類的布線量的減少、變換器次級側(cè)負(fù)載的降低和保護(hù)控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化?，F(xiàn)有方式中，例如可使變流器的2次額定電流被標(biāo)準(zhǔn)化為IA或5A。與此相同，可通過IEC61850標(biāo)準(zhǔn)等標(biāo)準(zhǔn)化·規(guī)范化過程總線上的通信，并應(yīng)用符合標(biāo)準(zhǔn)的過程總線，從而可在不同制造者的單元之間進(jìn)行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的共用，即可實(shí)現(xiàn)相互的應(yīng)用。另外，現(xiàn)有技術(shù)中已知有控制斷路器的閉合或脫扣定時(shí)，從而抑制對電力系統(tǒng)或電力設(shè)備來說較為惡劣的瞬變現(xiàn)象的發(fā)生的方法。作為使用了該方法的裝置，有相位控制開關(guān)裝置，控制為使得在斷路器脫扣時(shí)，斷路器主觸點(diǎn)的斷開定時(shí)達(dá)到遮斷電流的目標(biāo)相位，或使在斷路器閉合時(shí)，斷路器主觸點(diǎn)的閉合定時(shí)達(dá)到電源電壓波形的目標(biāo)相位。該相位控制開關(guān)裝置在接收到斷路器閉合信號或脫扣信號時(shí)，為了在目標(biāo)相位進(jìn)行斷路器的閉合或脫扣動(dòng)作，而具有使針對斷路器的指令輸出定時(shí)、即對斷路器的閉合線圈或脫扣線圈通電的通電開始定時(shí)延遲的功能。大多將這種斷路器的開關(guān)控制方式稱作相位控制開關(guān)。接著，使用圖6來說明應(yīng)用相位控制開關(guān)裝置但沒有應(yīng)用過程總線的現(xiàn)有技術(shù)的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例。將來自線路控制單元或保護(hù)繼電器等上位單元22的斷路器閉合指令82或脫扣指令83作為觸點(diǎn)信號，以電壓形式經(jīng)電纜61A或61B發(fā)送到斷路器相位控制開關(guān)裝置81。在斷路器相位控制開關(guān)裝置81中，預(yù)測從向斷路器31的閉合線圈33或脫扣線圈34通電到斷路器的閉合動(dòng)作或脫扣動(dòng)作完成為止的動(dòng)作時(shí)間，從而相對作為目標(biāo)的閉合相位或脫扣相位，提前預(yù)測動(dòng)作時(shí)間接通晶體管2A或2B。由此經(jīng)電纜62A或62B，向斷路器的閉合線圈33或脫扣線圈34通電，斷路器31動(dòng)作(閉合或脫扣)。雖然由于作為目的或?qū)ο蟮碾娏υO(shè)備的不同而有所不同，但是為了有效實(shí)現(xiàn)相位控制開關(guān)，需要使包含斷路器側(cè)精度在內(nèi)的控制精度(目標(biāo)相位與實(shí)際開關(guān)相位的差)大致在±30度以內(nèi)。因此，斷路器相位控制開關(guān)裝置81開始閉合線圈33或脫扣線圈34的通電的定時(shí)偏差需要充分小于與相位角±30度相應(yīng)的時(shí)間。具體來說，必須限制在土幾百μ s以內(nèi)。在本結(jié)構(gòu)例的情況下，由于來自變流器42的電流波形、來自儀表用變壓器41的電壓波形和對斷路器31線圈的通電54不用通信而作為電信號立即到達(dá)，所以即使不考慮信號的傳輸延遲及其偏差，也可進(jìn)行控制精度高的相位控制開關(guān)。另一方面，在應(yīng)用了過程總線的變電站保護(hù)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)相位控制開關(guān)的情況下，由于將波形作為取樣值，并將指令作為消息，通過通信進(jìn)行傳輸，所以控制精度受到這些傳輸延遲或其偏差的影響。圖7表示考慮由IEC61850標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的相位控制開關(guān)的情形。邏輯節(jié)點(diǎn)CSWI71表示保護(hù)繼電器的功能、CP0W72表示相位控制開關(guān)裝置的功能、XCBR73表示斷路器的功能、TCTR74表示變流器的功能、TVTR75表示儀表用變壓器的功能。相位控制開關(guān)如下這樣進(jìn)行。首先，從CSWI71對CP0W72發(fā)送斷路器的閉合指令或脫扣指令。CP0W72參考來自TCTR74的電流波形取樣值或來自TVTR75的電壓波形取樣值，對斷路器輸出時(shí)限操作指令(Time-activated Operate)。XCBR73接受該指令而啟動(dòng)內(nèi)部的定時(shí)器，若時(shí)限到來，則進(jìn)行斷路器的閉合動(dòng)作或脫扣動(dòng)作，斷路器的相位控制開關(guān)動(dòng)作完成。這里，從相位控制開關(guān)裝置向斷路器傳送時(shí)限操作指令時(shí)，由于存在傳輸延遲，所以產(chǎn)生對控制精度的影響。為了具體說明上述問題，通過圖8來說明應(yīng)用了過程總線的變電站保護(hù)控制系統(tǒng)中的現(xiàn)有技術(shù)的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例。本結(jié)構(gòu)例中，上位單元22具有上述的邏輯節(jié)點(diǎn)CSWI和CPOW的功能，斷路器控制單`元I僅具有控制斷路器31的XCBR的功能。上位單元22接收統(tǒng)合單元21發(fā)送的電流或電壓的波形數(shù)據(jù)51 (取樣值SampledValue)等，來進(jìn)行控制與計(jì)測動(dòng)作，并且設(shè)定定時(shí)器的值，使其提前斷路器的預(yù)測開關(guān)動(dòng)作時(shí)間，開始斷路器31的閉合或脫扣動(dòng)作，并通過輸出斷路器的閉合指令或脫扣指令52來作為時(shí)限操作指令，從而進(jìn)行相位控制開關(guān)。時(shí)限操作指令由于經(jīng)過程總線24，從上位單元22發(fā)送到斷路器控制單元1，所以因存在由通信引起的閉合指令或脫扣指令的傳輸延遲，斷路器的閉合或脫扣動(dòng)作相對所設(shè)定的定時(shí)器值延遲了該延遲部分。由于在過程總線上除了時(shí)限操作指令以外，還存在電流或電壓的波形數(shù)據(jù)51等其他數(shù)據(jù)通信，所以因該混雜狀況，而傳輸延遲時(shí)間變化。因此，即使校正時(shí)限操作指令的平均傳輸延遲時(shí)間量，因通信的混雜狀況引起的傳輸延遲時(shí)間的變化量也會造成控制精度的降低。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1:日本特許第3907998號

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題
如上所述，在應(yīng)用了過程總線的現(xiàn)有斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)中，由于發(fā)生了通信的傳輸延遲時(shí)間，并且該延遲時(shí)間并不一定，因此存在斷路器的閉合或脫扣動(dòng)作的控制精度降低的問題。本發(fā)明的實(shí)施方式中，目的在于提供一種在應(yīng)用了過程總線的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)中控制精度高的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)和斷路器控制單元。用于解決問題的手段實(shí)施方式中的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)包括在電量的波形數(shù)據(jù)中附加時(shí)刻信息加以發(fā)送的統(tǒng)合單元、發(fā)送斷路器的閉合指令或脫扣指令的上位單元和對斷路器的閉合線圈或脫扣線圈通電的斷路器控制單元。斷路器控制單元包括波形零點(diǎn)算出處理部，基于內(nèi)部時(shí)鐘保持的絕對時(shí)刻和波形數(shù)據(jù)，算出當(dāng)前相位；以及斷路器預(yù)測動(dòng)作時(shí)間算出處理部，對預(yù)測動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行預(yù)測。還包括指令輸出定時(shí)決定處理部，該指令輸出定時(shí)決定處理部根據(jù)絕對時(shí)刻、事先設(shè)定的目標(biāo)相位、當(dāng)前相位和預(yù)測動(dòng)作時(shí)間，決定向線圈通電的定時(shí)。


圖1是第I實(shí)施方式中的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖2是第I實(shí)施方式中的斷路器控制單元I的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；圖3是說明第I實(shí)施方式中的指令輸出定時(shí)決定處理部的動(dòng)作的`
圖4是第2實(shí)施方式中的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖5是第2實(shí)施方式中的斷路器控制單元I的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；圖6是沒有應(yīng)用過程總線的現(xiàn)有技術(shù)的斷路器相位開關(guān)裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖7是說明IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中的斷路器相位控制開關(guān)的情形的圖；圖8是應(yīng)用了過程總線的現(xiàn)有技術(shù)的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式參考附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施方式中的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)。(第I實(shí)施方式)使用圖1來說明本實(shí)施方式的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)。圖1是表示斷路器相位控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)包括統(tǒng)合單元21、上位單元22、斷路器控制單元1，任何一個(gè)都與過程總線24相連。將來自對電力設(shè)備43的電壓進(jìn)行計(jì)測的儀表用變換器41、和對電流進(jìn)行計(jì)測的變流器42的信號輸入到統(tǒng)合單元21。由于這些信號對應(yīng)于3相或多線路的計(jì)測，所以一般輸入多個(gè)。該統(tǒng)合單元21具有未圖示的內(nèi)部時(shí)鐘和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，對所輸入的多個(gè)波形信號進(jìn)行取樣，作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)合，并將電流或電壓的波形數(shù)據(jù)51發(fā)送到過程總線24。進(jìn)一步，從內(nèi)部時(shí)鐘取得進(jìn)行取樣的時(shí)刻，并作為時(shí)刻信息附加到向該過程總線24發(fā)送的波形數(shù)據(jù)51中。該時(shí)刻信息也可以是可轉(zhuǎn)換為時(shí)刻的序號。上位單元22接收從統(tǒng)合單元21送來的波形數(shù)據(jù)51。進(jìn)一步，利用該波形數(shù)據(jù)51進(jìn)行控制·計(jì)測等的動(dòng)作，并在判斷為需要進(jìn)行斷路器31的閉合或脫扣的情況下，將斷路器31的閉合或脫扣指令52發(fā)送到斷路器控制單元I。斷路器控制單元I設(shè)置在斷路器31附近。使用圖2來說明詳細(xì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。過程總線24經(jīng)斷路器控制單元I內(nèi)部的LAN接口 4與運(yùn)算部3相連。另一方面，傳感器35經(jīng)傳感器接口 15，與運(yùn)算部3相連。運(yùn)算部3包括時(shí)刻同步處理部13、內(nèi)部時(shí)鐘14、過程總線協(xié)議處理部5、目標(biāo)開關(guān)相位設(shè)定處理部6、波形零點(diǎn)算出處理部7、斷路器預(yù)測動(dòng)作時(shí)間算出處理部8、指令輸出定時(shí)決定處理部9和波形記錄·讀取處理部16。首先，時(shí)刻同步處理部13經(jīng)過程總線從統(tǒng)合單元21接收時(shí)刻同步信號，并使內(nèi)部時(shí)鐘14中保持的內(nèi)部時(shí)鐘至少與統(tǒng)合單元21的內(nèi)部時(shí)刻同步。該同步以由內(nèi)部時(shí)鐘14的精度和同步開關(guān)要求精度所決定的必要時(shí)刻同步頻率以上的頻率來進(jìn)行。時(shí)刻同步處理部13可以根據(jù)例如IEEE1588協(xié)議來動(dòng)作，也可根據(jù)其他協(xié)議來動(dòng)作，也可不經(jīng)過程總線來接收未圖示的時(shí)刻同步信號。過程總線協(xié)議處理部5將電流或電壓的波形數(shù)據(jù)51傳到波形零點(diǎn)檢測處理部7，或?qū)㈤]合或脫扣指令52傳到 目標(biāo)開關(guān)相位設(shè)定處理部6。目標(biāo)開關(guān)相位設(shè)定處理部6接收閉合或脫扣指令52，并將表示進(jìn)行斷路器31的閉合或脫扣的目標(biāo)相位的目標(biāo)相位57送到指令輸出定時(shí)決定處理9。該目標(biāo)相位57還包含是否進(jìn)行斷路器的閉合或脫扣的其中之一的信息。另外，目標(biāo)相位57和作為其基準(zhǔn)的波形等的指定信息除了預(yù)先通過對斷路器控制單元I的直接操作進(jìn)行設(shè)定之外，還可經(jīng)過程總線24從上位單元22或未圖示的人機(jī)(human)界面加以設(shè)定。例如在無負(fù)載變壓器的系統(tǒng)投入的情況下，根據(jù)各相的變壓器鐵心的剩余磁通的方向和大小，最佳閉合相位不同。在這種根據(jù)電力設(shè)備的狀態(tài)，最佳閉合或脫扣相位變化的情況下，每次由上位單元22設(shè)定目標(biāo)相位。波形零點(diǎn)算出處理部7接受波形數(shù)據(jù)51，并將表示當(dāng)前的相位的當(dāng)前相位58傳到指令輸出定時(shí)決定處理部9。斷路器預(yù)測動(dòng)作時(shí)間算出處理部8從傳感器接口 15接收斷路器31的操作壓力、周圍溫度、控制電壓等，并根據(jù)這些值，將預(yù)測動(dòng)作時(shí)間59傳到指令輸出定時(shí)決定處理9，該預(yù)測動(dòng)作時(shí)間59表示從對斷路器的閉合線圈或脫扣線圈通電到斷路器的閉合動(dòng)作或脫扣動(dòng)作完成為止的動(dòng)作時(shí)間。這里，所謂到斷路器的閉合動(dòng)作或脫扣動(dòng)作完成為止的預(yù)測動(dòng)作時(shí)間59，在閉合指令的情況下，是指對斷路器31的閉合線圈33開始通電后，到電連接斷路器主觸點(diǎn)32為止的預(yù)測動(dòng)作時(shí)間，在脫扣指令的情況下，是指在對斷路器31的脫扣線圈34開始通電后，到機(jī)械地切開斷路器主觸點(diǎn)32為止的預(yù)測動(dòng)作時(shí)間。這些時(shí)間受到斷路器31的操作壓力、周圍溫度、控制電壓等的影響。指令輸出定時(shí)決定處理部9根據(jù)內(nèi)部時(shí)鐘14中保持的絕對時(shí)刻、目標(biāo)相位57、當(dāng)前相位58和預(yù)測動(dòng)作時(shí)間59決定對閉合線圈33或脫扣線圈34開始通電的定時(shí)，并將驅(qū)動(dòng)開始的指令輸出到脫扣側(cè)驅(qū)動(dòng)電路10或閉合側(cè)驅(qū)動(dòng)電路11的其中之一所對應(yīng)的一方。此時(shí)，在目標(biāo)相位57中包含進(jìn)行斷路器31的閉合的信息的情況下，向閉合側(cè)驅(qū)動(dòng)電路11輸出驅(qū)動(dòng)開始的指令，在其中包含進(jìn)行斷路器31的脫扣的信息的情況下，向脫扣側(cè)驅(qū)動(dòng)電路10輸出驅(qū)動(dòng)開始的指令。
脫扣側(cè)驅(qū)動(dòng)電路10與晶體管2B的基極相連，控制晶體管2B的接通 斷開。晶體管2B的發(fā)射極經(jīng)電纜62B與脫扣線圈34相連。對于閉合側(cè)驅(qū)動(dòng)電路11，也是相同的結(jié)構(gòu)。運(yùn)算部3包括波形記錄 讀取處理部16，以基于閉合或脫扣指令52的時(shí)限操作指令的時(shí)限作為觸發(fā)，將其前后一定期間的電流或電壓的波形數(shù)據(jù)51記錄到非易失性存儲器17中。波形記錄 讀取處理部16根據(jù)來自上位單元22或未圖示的人機(jī)接口的請求，經(jīng)過程總線24發(fā)送所記錄的波形數(shù)據(jù)51。下面說明基于上述結(jié)構(gòu)的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)的動(dòng)作。統(tǒng)合單元21對來自儀表用變壓器41和變流器42的電壓和電流波形進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，作為附加有時(shí)刻信息的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)加以統(tǒng)合，且以由標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的取樣頻率和格式將電流或電壓的波形數(shù)據(jù)51發(fā)送到過程總線24。線路控制單元或保護(hù)繼電器等的上位單元22接受波形數(shù)據(jù)51，并利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行控制 計(jì)測動(dòng)作 或保護(hù)動(dòng)作。在該動(dòng)作中需要進(jìn)行斷路器31的閉合或脫扣的情況下，上位單元22經(jīng)過程總線24，向斷路器控制單元I發(fā)送斷路器31的閉合或脫扣指令52。斷路器控制單元I內(nèi)的目標(biāo)開關(guān)相位設(shè)定處理部6接受斷路器31的閉合或脫扣指令52后，將目標(biāo)相位57傳到指令輸出定時(shí)決定處理部9。波形零點(diǎn)算出處理部7接受過程總線24上的電流或電壓的波形數(shù)據(jù)51，并將當(dāng)前相位值傳到指令輸出定時(shí)決定處理部9。通過統(tǒng)合單元21，在波形數(shù)據(jù)51中附加時(shí)刻信息，并通過參考由其求出的波形數(shù)據(jù)51的取樣時(shí)刻和內(nèi)部時(shí)鐘14的當(dāng)前時(shí)刻，來計(jì)算當(dāng)前相位58。由于總是從統(tǒng)合單元21送來波形數(shù)據(jù)，所以波形零點(diǎn)算出處理部7無論有無斷路器31的閉合或脫扣指令52，都總是預(yù)測作為相位控制開關(guān)的基準(zhǔn)的基準(zhǔn)波形的相位零點(diǎn)。斷路器預(yù)測動(dòng)作時(shí)間算出處理部8將如上所述那樣校正后的預(yù)測動(dòng)作時(shí)間59傳到指令輸出定時(shí)決定處理部9。指令輸出定時(shí)決定處理9決定開始向閉合線圈33或脫扣線圈34通電的定時(shí)，并將驅(qū)動(dòng)開始的指令輸出到脫扣側(cè)驅(qū)動(dòng)電路10或閉合側(cè)驅(qū)動(dòng)電路11的相應(yīng)的某一個(gè)中。具體來說，在接收了來自上位單元的閉合或脫扣指令的狀態(tài)下，在當(dāng)前相位58=目標(biāo)相位57 —相當(dāng)于預(yù)測動(dòng)作時(shí)間59的相位角成立的情況下，將驅(qū)動(dòng)指令輸出到相應(yīng)一方。圖3表示了該關(guān)系。通過驅(qū)動(dòng)指令,脫扣側(cè)驅(qū)動(dòng)電路10或閉合側(cè)驅(qū)動(dòng)電路11動(dòng)作，晶體管2B或2A接通，并經(jīng)電纜62B或62A，開始向脫扣線圈34或閉合線圈33通電。可以制作使得該過程中的延遲時(shí)間充分限制在幾百μ s以內(nèi)的單元。因通電開始，斷路器開始動(dòng)作，在動(dòng)作時(shí)間59后，在目標(biāo)相位57上完成斷路器主觸點(diǎn)32的開關(guān)。從上位單元22等讀取非易失性存儲器17中記錄的以時(shí)限操作指令的時(shí)限作為觸發(fā)的前后一定期間的電流或電壓的波形數(shù)據(jù)51，并可用于進(jìn)行相位控制開關(guān)是否成功的判定或控制精度的評價(jià)。說明本實(shí)施方式中的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)的效果。第一，斷路器控制單元I中具有相位控制開關(guān)功能CP0W，由斷路器控制單元I決定時(shí)限操作的定時(shí)，并通過不需要考慮傳輸延遲的電纜62Α對線圈進(jìn)行通電54，從而可以不需要經(jīng)過程總線24傳送時(shí)限操作指令，可以避免傳輸延遲的影響。第二，通過在斷路器控制單元I中，從總是從統(tǒng)合單元21送來的波形數(shù)據(jù)51中提取作為相位控制開關(guān)的基準(zhǔn)的基準(zhǔn)波形，來總是預(yù)測相位零點(diǎn)，從而可以在接收到閉合或脫扣指令52時(shí)，不需要等待必要的波形數(shù)據(jù)取樣數(shù)到達(dá)，而進(jìn)行延遲時(shí)間少的相位控制開關(guān)。第三，不用特別追加硬件就可以實(shí)現(xiàn)能夠用于相位控制開關(guān)是否成功的判定或控制精度的評價(jià)的相位控制開關(guān)時(shí)的波形數(shù)據(jù)的記錄功能。(第2實(shí)施方式)使用圖4來說明本實(shí)施方式中的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。圖4中，上位單元22除了 CSWI等的功能之外，還具有CPOW的功能，斷路器控制單元I具有XCBR的功能。本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)與第I實(shí)施方式的不同點(diǎn)在于，在過程總線24上連接有時(shí)間服 務(wù)器23。在斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)中，構(gòu)成為，統(tǒng)合單元21、上位單元22、斷路器控制單元I分別具有內(nèi)部時(shí)鐘，將來自時(shí)間服務(wù)器23的時(shí)刻同步信號53發(fā)送到所述各單元，各單元的內(nèi)部時(shí)鐘可同步為相同時(shí)刻。上位單元22接收波形數(shù)據(jù)51，并利用該數(shù)據(jù)進(jìn)行控制·計(jì)測動(dòng)作，并且提前斷路器31的開關(guān)動(dòng)作時(shí)間，將閉合或脫扣指令52送到過程總線24。由于總是從統(tǒng)合單元21送來該波形數(shù)據(jù)51，所以上位單元22中無論有無斷路器31的閉合或脫扣指令，都總是預(yù)測作為相位控制開關(guān)的基準(zhǔn)的基準(zhǔn)波形的相位零點(diǎn)。這里，在需要進(jìn)行斷路器31的閉合或脫扣的情況下，將閉合或脫扣指令52作為附加了應(yīng)開關(guān)斷路器31的目標(biāo)時(shí)刻的時(shí)限操作指令，發(fā)送到斷路器控制單元I。目標(biāo)時(shí)刻的算出所需的目標(biāo)相位和作為其基準(zhǔn)的波形等的指定信息除了預(yù)先通過對上位單元22的直接操作來設(shè)定之外，還可從未圖示的人機(jī)接口經(jīng)過程總線24或站級總線(station bus)等其他通信線路加以設(shè)定。接著，使用圖5，以與第一實(shí)施方式的不同點(diǎn)為中心來說明斷路器控制單元I。對與第I實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)附加同一附圖標(biāo)記，而省略說明。圖5表示斷路器控制單元I的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，與第I實(shí)施方式的不同點(diǎn)在于，刪除了波形零點(diǎn)算出處理部7、波形·記錄讀取處理部16、非易失性存儲器17，并進(jìn)一步代替目標(biāo)開關(guān)相位設(shè)定處理部6而具有目標(biāo)開關(guān)時(shí)刻設(shè)定處理部12。LAN接口 4將閉合或脫扣指令52傳到目標(biāo)開關(guān)時(shí)刻設(shè)定處理部12，并將時(shí)刻同步信號53傳到時(shí)刻同步處理部13。目標(biāo)開關(guān)時(shí)刻設(shè)定處理部12從作為時(shí)限操作指令接收到的閉合或脫扣指令52中提取目標(biāo)時(shí)刻55，傳到指令輸出定時(shí)決定處理部9。時(shí)刻同步處理部13基于來自過程總線24的時(shí)刻同步信號53，將內(nèi)部時(shí)鐘14同步到和時(shí)間服務(wù)器23相同的時(shí)刻。以由內(nèi)部時(shí)鐘14的精度和同步開關(guān)要求精度決定的必要時(shí)刻同步頻率以上的頻率來進(jìn)行同步。時(shí)刻同步處理部13可以基于例如IEEE1588協(xié)議來動(dòng)作，也可基于其他協(xié)議，或者也可不經(jīng)過程總線24來接收時(shí)刻同步信號。內(nèi)部時(shí)鐘14將其保持的當(dāng)前時(shí)刻56傳到指令輸出定時(shí)決定處理部9。斷路器預(yù)測動(dòng)作時(shí)間算出處理部8從傳感器接口 15接收斷路器31的操作壓力、周圍溫度、控制電壓等，并將基于這些值校正后的動(dòng)作時(shí)間59傳到指令輸出定時(shí)決定處理部9。指令輸出定時(shí)決定處理部9根據(jù)目標(biāo)時(shí)刻55、當(dāng)前時(shí)刻56和預(yù)測動(dòng)作時(shí)間59決定開始向閉合線圈33或脫扣線圈34通電的定時(shí)，并將表示驅(qū)動(dòng)開始的驅(qū)動(dòng)指令輸出到脫扣側(cè)驅(qū)動(dòng)電路10或閉合側(cè)驅(qū)動(dòng)電路11的相應(yīng)的某一個(gè)中。下面說明基于上述結(jié)構(gòu)的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)的動(dòng)作。斷路器 控制單元1內(nèi)的過程總線協(xié)議處理部5將閉合或脫扣指令52傳到目標(biāo)開關(guān)時(shí)刻設(shè)定處理部12。目標(biāo)開關(guān)時(shí)刻設(shè)定處理部12從時(shí)限操作指令中提取目標(biāo)時(shí)刻55，傳到指令輸出定時(shí)決定處理部9。內(nèi)部時(shí)鐘14將當(dāng)前時(shí)刻56傳到指令輸出定時(shí)決定處理部9。這里，由于內(nèi)部時(shí)鐘14與時(shí)間服務(wù)器23同步，所以與上位單元22在誤差范圍內(nèi)保持同一時(shí)刻。因此，可將由上位單元22算出的目標(biāo)時(shí)刻55原樣用于斷路器控制單元I的處理。斷路器預(yù)測動(dòng)作時(shí)間算出處理部8從傳感器接口 15接收斷路器31的操作壓力、周圍溫度、控制電壓等，并將基于這些值校正后的預(yù)測動(dòng)作時(shí)間59傳到指令輸出定時(shí)決定處理部9。由于這些值是斷路器相位控制固有的值，所以在斷路器控制單元I內(nèi)進(jìn)行處理。指令輸出定時(shí)決定處理部9決定開始對閉合線圈33或脫扣線圈34通電的定時(shí)，并將驅(qū)動(dòng)指令輸出到脫扣側(cè)驅(qū)動(dòng)電路10或閉合側(cè)驅(qū)動(dòng)電路11的相應(yīng)的某一個(gè)中。具體來說，在接收到來自上位單元的閉合或脫扣指令的狀態(tài)下，在當(dāng)前時(shí)刻56=目標(biāo)時(shí)刻55 —預(yù)測動(dòng)作時(shí)間59成立的情況下，向相應(yīng)一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)指令。說明本實(shí)施方式中的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)的效果。第一，通過以附加有應(yīng)開關(guān)斷路器31的目標(biāo)時(shí)刻55的時(shí)限操作指令的形式，將閉合或脫扣指令52發(fā)送到斷路器控制單元1，從而與發(fā)送指定定時(shí)器值的時(shí)限操作指令的現(xiàn)有方式相比，可以防止過程總線24上的傳輸延遲影響開關(guān)定時(shí)，所以可以避免傳輸延遲的影響。本實(shí)施方式中，由于在斷路器控制單元I中不需要進(jìn)行實(shí)時(shí)的電流或電壓波形處理，所以不會增加該單元中的運(yùn)算部3的負(fù)擔(dān)。第二，在上位單元22中，通過從總是從統(tǒng)合單元21送來的波形數(shù)據(jù)中提取作為相位控制開關(guān)的基準(zhǔn)的基準(zhǔn)波形，并總是預(yù)測相位零點(diǎn)，從而在需要閉合或脫扣指令52時(shí)，不用等待必要的波形數(shù)據(jù)取樣數(shù)到達(dá)，就可進(jìn)行延遲時(shí)間少的目標(biāo)時(shí)刻指定。本實(shí)施方式的上位單元22對斷路器操作單元I發(fā)送指定了時(shí)刻的時(shí)限操作指令，但是也可對斷路器操作單元I發(fā)送指定了相位角的時(shí)限操作指令。作為該情況下的斷路器控制單元1的結(jié)構(gòu)例，為與第I實(shí)施方式的圖2相同的結(jié)構(gòu)。如上所述，有時(shí)根據(jù)電力設(shè)備的狀態(tài)，最佳閉合相位或脫扣相位變化。該情況下，上位單元22算出最佳閉合相位或脫扣相位。每次從上位單元22經(jīng)過程總線24，對斷路器控制單元I進(jìn)行相位角的指定。通過這種指定了相位角的時(shí)限操作指令，也可避免傳輸延遲的影響。進(jìn)一步，通過指定相位角，可以在斷路器操作單元中實(shí)施與狀況變化對應(yīng)的彈性相位控制開關(guān)。例如，即使在時(shí)限操作指令來不及的情況下，也可在電流或電壓的下一周期的同一相位角上實(shí)施斷路器開關(guān)操作，或?qū)嵤r(shí)限操作指令輸出后的、與頻率變化對應(yīng)的斷路器開關(guān)操作等。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，可以提供在應(yīng)用了過程總線的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)中控制精度聞的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)。以上，說明了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式，但是這些實(shí)施方式僅作為例子提示，而沒有意圖限定發(fā)明的范圍?？梢砸云渌鞣N方式來實(shí)施這種新的實(shí)施方式，可以在不脫離發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，進(jìn)行各種省略、替換和變更。這些實(shí)施方式及其變形包含在發(fā)明的范圍和主旨中，并且包含在權(quán)利要求書所記載的范 圍及其等同的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)，包括 統(tǒng)合單元(21)，將電力設(shè)備(43)的電量的波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并附加時(shí)刻信息后，發(fā)送到過程總線(24); 上位單元(22)，將斷路器(31)的閉合指令或脫扣指令發(fā)送到所述過程總線(24);以及斷路器控制單元(1)，基于所述波形數(shù)據(jù)和所述閉合指令或脫扣指令，向斷路器的閉合線圈(33)或脫扣線圈(34)通電； 所述斷路器控制單元(I)包括 第2內(nèi)部時(shí)鐘(14)，與所述統(tǒng)合單元(21)或所述上位單元(22)中設(shè)置的第I內(nèi)部時(shí)鐘同步； 波形零點(diǎn)算出處理部(7)，基于所述波形數(shù)據(jù)和所述第2內(nèi)部時(shí)鐘(14)保持的絕對時(shí)亥IJ，來算出表示輸入電量的當(dāng)前的相位的當(dāng)前相位； 斷路器預(yù)測動(dòng)作時(shí)間算出處理部(8)，對預(yù)測動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行預(yù)測，所述預(yù)測動(dòng)作時(shí)間表示從向斷路器的閉合線圈(33)或脫扣線圈(34)通電到斷路器(31)的閉合動(dòng)作或脫扣動(dòng)作完成為止的動(dòng)作時(shí)間；以及 指令輸出定時(shí)決定處理部(9)，根據(jù)第2內(nèi)部時(shí)鐘(14)保持的絕對時(shí)刻、事先設(shè)定的目標(biāo)相位、由所述波形零點(diǎn)算出處理部(7)算出的當(dāng)前相位和由所述斷路器預(yù)測動(dòng)作時(shí)間算出處理部(8)預(yù)測出的預(yù)測動(dòng)作時(shí)間，決定向所述閉合線圈(33)或脫扣線圈(34)通電的定時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)， 事先設(shè)定的所述目標(biāo)相位是經(jīng)過程總線(24)從所述上位單元(22)或人機(jī)接口設(shè)定的。
3.—種斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)，包括 統(tǒng)合單元(21)，將電力設(shè)備(43)的電量的波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并附加時(shí)刻信息后，發(fā)送到過程總線(24); 上位單元(22)，將斷路器(31)的閉合指令或脫扣指令發(fā)送到過程總線(24)； 斷路器控制單元(1)，基于所述波形數(shù)據(jù)和所述閉合指令或脫扣指令，向斷路器的閉合線圈(33)或脫扣線圈(34)通電；以及 時(shí)間服務(wù)器(23)，將同步用時(shí)刻信息發(fā)送到所述過程總線(24); 所述上位單元(22)基于所述波形數(shù)據(jù)和第I內(nèi)部時(shí)鐘保持的絕對時(shí)刻，算出相當(dāng)于對斷路器(31)進(jìn)行閉合或脫扣的相位的時(shí)刻，并發(fā)送附加有基于所算出的時(shí)刻而得到的時(shí)刻信息的閉合指令或脫扣指令； 所述斷路器控制單元(I)包括 第2內(nèi)部時(shí)鐘(14)，基于從所述時(shí)間服務(wù)器(23)接收到的同步用時(shí)刻信息，與所述時(shí)間服務(wù)器(23)保持的絕對時(shí)刻同步； 斷路器預(yù)測動(dòng)作時(shí)間算出處理部(8)，對預(yù)測動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行預(yù)測，所述預(yù)測動(dòng)作時(shí)間表示從向斷路器的閉合線圈(33)或脫扣線圈(34)通電到斷路器(31)的閉合動(dòng)作或脫扣動(dòng)作完成為止的動(dòng)作時(shí)間；以及 指令輸出定時(shí)決定處理部(9)，根據(jù)所述第2內(nèi)部時(shí)鐘(14)保持的當(dāng)前時(shí)刻、從所述上位單元(22)接收到的閉合指令或脫扣指令中附加的時(shí)刻信息和由所述斷路器預(yù)測動(dòng)作時(shí)間算出處理部(8)預(yù)測出的預(yù)測動(dòng)作時(shí)間，決定向所述閉合線圈(33)或脫扣線圈(34)通電的定時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)， 所述上位單元(22 )發(fā)送附加有相位信息的閉合指令或脫扣指令，所述相位信息表示對斷路器(31)進(jìn)行閉合或脫扣的相位，從而不必算出相當(dāng)于對斷路器(31)進(jìn)行閉合或脫扣的相位的時(shí)刻并將基于所算出的時(shí)刻而得到的時(shí)刻信息附加到閉合指令或脫扣指令中； 所述斷路器控制單元(I)的所述指令輸出定時(shí)決定處理部(9)根據(jù)所述第2內(nèi)部時(shí)鐘(14)保持的當(dāng)前時(shí)刻、從所述上位單元(22)接收到的閉合指令或脫扣指令中附加的相位信息和由所述斷路器預(yù)測動(dòng)作時(shí)間算出處理部(8)預(yù)測出的預(yù)測動(dòng)作時(shí)間，決定向所述閉合線圈(33)或脫扣線圈(34)通電的定時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)， 所述斷路器控制單元(I)無論有無閉合指令或脫扣指令，都從所述統(tǒng)合單元(21)接收波形數(shù)據(jù)，并預(yù)測基準(zhǔn)波形中的相位零點(diǎn)時(shí)刻。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)， 所述上位單元(22)無論有無閉合指令或脫扣指令，都從所述統(tǒng)合單元(21)接收波形數(shù)據(jù)，并預(yù)測基準(zhǔn)波形中的相位零點(diǎn)時(shí)刻。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中的任一項(xiàng)所述的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)， 所述斷路器控制單元(I)在接收到斷路器(31)的閉合指令或脫扣指令的情況下，以該指令的接收時(shí)刻或與該指令相關(guān)的特定時(shí)刻為基準(zhǔn)，記錄前后一定期間的所述波形數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)， 所述斷路器控制單元(I)對所述上位單元(22)或其他裝置輸出所記錄的波形數(shù)據(jù)。
9.一種斷路器控制單元(1)，設(shè)置在斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)中，該斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)包含統(tǒng)合單元(21)，將電力設(shè)備(43)的電量的波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并附加時(shí)刻信息后，發(fā)送到過程總線(24);以及上位單元(22)，將斷路器(31)的閉合指令或脫扣指令發(fā)送到所述過程總線(24)， 所述斷路器控制單元(I)基于所述波形數(shù)據(jù)和所述閉合指令或脫扣指令，向斷路器的閉合線圈(33)或脫扣線圈(34)通電,包括 第2內(nèi)部時(shí)鐘(14)，與所述統(tǒng)合單元(21)或所述上位單元(22)中設(shè)置的第I內(nèi)部時(shí)鐘同步； 波形零點(diǎn)算出處理部(7)，基于所述波形數(shù)據(jù)和所述第2內(nèi)部時(shí)鐘(14)保持的絕對時(shí)亥IJ，來算出表示輸入電量的當(dāng)前的相位的當(dāng)前相位； 斷路器預(yù)測動(dòng)作時(shí)間算出處理部(8)，對預(yù)測動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行預(yù)測，所述預(yù)測動(dòng)作時(shí)間表示從向斷路器的閉合線圈(33)或脫扣線圈(34)通電到斷路器(31)的閉合動(dòng)作或脫扣動(dòng)作完成為止的動(dòng)作時(shí)間；以及 指令輸出定時(shí)決定處理部(9)，根據(jù)第2內(nèi)部時(shí)鐘(14)保持的絕對時(shí)刻、事先設(shè)定的目標(biāo)相位、由所述波形零點(diǎn)算出處理部(7)算出的當(dāng)前相位和通過所述斷路器預(yù)測動(dòng)作時(shí)間算出處理部(8)預(yù)測出的預(yù)測動(dòng)作時(shí)間，決定向所述閉合線圈(33)或脫扣線圈(34)通電的定時(shí)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的斷路器控制單元(I)，事先設(shè)定的所述目標(biāo)相位是經(jīng)過程總線(24)從所述上位單元(22)或人機(jī)接口設(shè)定的。
11.一種斷路器控制單元(1)，設(shè)置在斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)中，該斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)包括統(tǒng)合單元(21)，將電力設(shè)備(43)的電量的波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)并附加時(shí)刻信息后，發(fā)送到過程總線(24);上位單元(22)，基于所述波形數(shù)據(jù)和第I內(nèi)部時(shí)鐘保持的絕對時(shí)刻，算出相當(dāng)于對斷路器(31)進(jìn)行閉合或脫扣的相位的時(shí)刻，并將附加有基于所算出的時(shí)刻而得到的時(shí)刻信息的閉合指令或脫扣指令發(fā)送到過程總線(24);以及時(shí)間服務(wù)器(23)，將同步用時(shí)刻信息發(fā)送到所述過程總線(24)， 所述斷路器控制單元(I)基于所述波形數(shù)據(jù)和所述閉合指令或脫扣指令，向斷路器的閉合線圈(33)或脫扣線圈(34)通電,包括 第2內(nèi)部時(shí)鐘(14)，基于從所述時(shí)間服務(wù)器(23)接收到的同步用時(shí)刻信息，與所述時(shí)間服務(wù)器(23)保持的絕對時(shí)刻同步； 斷路器預(yù)測動(dòng)作時(shí)間算出處理部(8)，對預(yù)測動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行預(yù)測，所述預(yù)測動(dòng)作時(shí)間表示從向斷路器的閉合線圈(33)或脫扣線圈(34)通電到斷路器(31)的閉合動(dòng)作或脫扣動(dòng)作完成為止的動(dòng)作時(shí)間；以及 指令輸出定時(shí)決定處理部(9)，根據(jù)所述第2內(nèi)部時(shí)鐘(14)保持的當(dāng)前時(shí)刻、從所述上位單元(22)接收到的閉合指令或脫扣指令中附加的時(shí)刻信息和由所述斷路器預(yù)測動(dòng)作時(shí)間算出處理部(8)預(yù)測到的預(yù)測動(dòng)作時(shí)間，決定向所述閉合線圈(33)或脫扣線圈(34)通電的定時(shí)。
12.根據(jù)權(quán)利要求3所述的斷路器控制單元(I)，還包括從所述上位單元(22)接收附加有表示對斷路器(31)進(jìn)行閉合或脫扣的相位的相位信息的閉合指令或脫扣指令，從而不必算出相當(dāng)于對斷路器(31)進(jìn)行閉合或脫扣的相位的時(shí)刻并將基于所算出的時(shí)刻而得到的時(shí)刻信息附加到閉合指令或脫扣指令中的單元(4); 所述指令輸出定時(shí)決定處理部(9)根據(jù)所述第2內(nèi)部時(shí)鐘(14)保持的當(dāng)前時(shí)刻、從所述上位單元(22)接收到的閉合指令或脫扣指令中附加的相位信息和由所述斷路器預(yù)測動(dòng)作時(shí)間算出處理部(8)預(yù)測出的預(yù)測動(dòng)作時(shí)間，決定向所述閉合線圈(33)或脫扣線圈(34)通電的定時(shí)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9、10或12所述的斷路器控制單元(I)，包括 無論有無閉合指令或脫扣指令，都從所述統(tǒng)合單元(21)接收波形數(shù)據(jù)，并預(yù)測基準(zhǔn)波形中的相位零點(diǎn)時(shí)刻的單元(7 )。
14.根據(jù)權(quán)利要求9 13中的任一項(xiàng)所述的斷路器控制單元(I)，包括 在接收到斷路器(31)的閉合指令或脫扣指令的情況下，以該指令的接收時(shí)刻或與該指令相關(guān)的特定時(shí)刻為基準(zhǔn)，來記錄前后一定期間的所述波形數(shù)據(jù)的單元(16)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的斷路器控制單元(I)，包括 對所述上位單元(22)或其他裝置輸出所記錄的波形數(shù)據(jù)的單元(16)。
全文摘要
實(shí)施方式中的斷路器相位控制開關(guān)系統(tǒng)包括在電量的波形數(shù)據(jù)中附加時(shí)刻信息后加以發(fā)送的統(tǒng)合單元(21)、發(fā)送斷路器(31)的閉合指令或脫扣指令的上位單元(22)和對斷路器的閉合線圈(33)或脫扣線圈(34)通電的斷路器控制單元(1)。斷路器控制單元(1)包括基于內(nèi)部時(shí)鐘保持的絕對時(shí)刻和波形數(shù)據(jù)，算出當(dāng)前相位的波形零點(diǎn)算出處理部(7)和對預(yù)測動(dòng)作時(shí)間加以預(yù)測的斷路器預(yù)測動(dòng)作時(shí)間算出處理部(8)。還包括個(gè)根據(jù)絕對時(shí)刻、事先設(shè)定的目標(biāo)相位、當(dāng)前相位和預(yù)測動(dòng)作時(shí)間決定對線圈通電的定時(shí)的指令輸出定時(shí)決定處理部(9)。
文檔編號H02J13/00GK103069526SQ201180040518
公開日2013年4月24日 申請日期2011年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月7日
發(fā)明者前原宏之, 西田知敬, 片山茂樹, 齋藤實(shí) 申請人:株式會社東芝