可通信的電力電子型換相器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子信息技術(shù)領(lǐng)域，具體為可通信的電力電子型換相器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]換相器是一種用于將三相供電系統(tǒng)中的負(fù)載由某一相供電切換至另一相供電的裝置。該裝置主要用于改善電網(wǎng)運行中的三相不平衡狀態(tài)，減少電路與配電變壓器的電能損耗、改善配電出力減少、維持電壓、減少中性線電能損耗、提高電動機(jī)負(fù)載的運行效率、保證電網(wǎng)的安全運行。即換相器是一種用于改善電能質(zhì)量的裝置。其對電網(wǎng)的功率補償動態(tài)可調(diào)，具有方法直接、較高的效率與較快的動態(tài)的響應(yīng)。電力電子型換相器是指該換相器裝置的切換開關(guān)部分是由可控硅等電力電子元件實現(xiàn)的，通過對應(yīng)用各種可控硅的運行特性來決定其門極的控制方式來實現(xiàn)某一路的通斷以實現(xiàn)負(fù)載換相。電力電子型換相器控制方式多樣靈活，換相速度極快，可在改善電能質(zhì)量中起到重要作用。
[0003]在現(xiàn)有的換相器中多使用機(jī)械開關(guān)或者繼電器而沒有使用電力電子元件實現(xiàn)開關(guān)功能的裝置，并且沒有與上級單元進(jìn)行復(fù)雜信息的自由實時交互的功能，不能對各個單個負(fù)載的工作狀況提供實時快速可靠的監(jiān)測。在電網(wǎng)自動化、智能化、信息化、測控一體化的發(fā)展方向下，不能夠缺少這樣的智能化的終端。只有具有這樣的裝置，才能對電網(wǎng)中數(shù)量龐大的負(fù)載進(jìn)行實時而精確的自動化操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種可通信的電力電子型換相器及其控制方法，能夠與上級單元進(jìn)行信息的自由實時交互，提供可靠的實時監(jiān)測，極大的提高了工作效率。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]可通信的電力電子型換相器，包括依次連接的DSP，控制電路和電力電子開關(guān)，依次連接在DSP輸入端的A\D轉(zhuǎn)換器和互感器，以及為DSP和控制電路供電的供電模塊；電力電子開關(guān)的一端分別對應(yīng)連接供電系統(tǒng)的A、B、C三相，另一端連接設(shè)置有地線的負(fù)載；互感器設(shè)置在負(fù)載上；互感器用于采集負(fù)載運行情況，并經(jīng)A\D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)送到DSP中；控制電路用于對電力電子開關(guān)進(jìn)行驅(qū)動控制；DSP用于根據(jù)負(fù)載運行情況控制電力電子開關(guān)，并與上級主控單元進(jìn)行通信；電力電子開關(guān)用于在DSP的控制負(fù)載在三相供電線與地線之間的通斷。
[0007]優(yōu)選的，每相對應(yīng)的電力電子開關(guān)包括五個整流二極管和一個MOSFET ；M0SFET的柵極連接控制電路中驅(qū)動電壓的正電壓端，源極連接控制電路中驅(qū)動電壓的地端以及整流二極管D4的陽極，漏極連接整流二極管D3的陰極，整流二極管D3的陽極分別連接整流二極管D2和D5的陰極，整流二極管D2的陽極連接整流二極管D1的陰極，整流二極管D5的陽極連接整流二極管D4的陰極，整流二極管D1和D4的陽極連接；整流二極管D1和D2之間設(shè)置連接對應(yīng)相的供電端，整流二極管D4和D5之間設(shè)置連接接地端。
[0008]優(yōu)選的，控制電路中設(shè)置有對應(yīng)每相供電電路的光耦隔離。
[0009]進(jìn)一步，所述的供電模塊包括若干相互獨立的隔離電源，隔離電源分別對應(yīng)為DSP和經(jīng)光耦隔離后的控制電路各部分供電。
[0010]優(yōu)選的，DSP設(shè)置有用于與主控單元的通訊線連接的輸入端口，以及與現(xiàn)場控制命令輸入線連接的輸入端口。
[0011]優(yōu)選的，互感器和A\D轉(zhuǎn)換器之間設(shè)置有模擬調(diào)理電路，用于對從采集到的負(fù)載運行電壓電流進(jìn)行調(diào)理。
[0012]可通信的電力電子型換相器控制方法，包括如下步驟，
[0013]步驟1，上級主控單元對換相器發(fā)出初始化命令，換相器內(nèi)部的DSP存儲上級主控單元規(guī)定的通信方式，再根據(jù)串行或并行的通信方式接收并存儲自己被分配的通信地址；
[0014]步驟2，DSP對初始工作相對應(yīng)的控制電路給出觸發(fā)信號，觸發(fā)信號經(jīng)控制電路形成觸發(fā)電壓提供給對應(yīng)的電力電子開關(guān)，使其導(dǎo)通，負(fù)載由初始工作相供電；
[0015]步驟3，獲取當(dāng)前工作相的狀態(tài)信息，當(dāng)DSP收到換相命令時，DSP停止當(dāng)前工作相的觸發(fā)信號，提供目標(biāo)相對應(yīng)相的觸發(fā)信號，完成換相操作。
[0016]優(yōu)選的，步驟3具體包括如下步驟，
[0017]步驟3.1，判斷是否收到現(xiàn)場換相命令；是則停當(dāng)前相觸發(fā)，開始目標(biāo)相觸發(fā)，并修改當(dāng)前工作相狀態(tài)信息；否則執(zhí)行步驟3.2 ;
[0018]步驟3.2，判斷是否收到上位機(jī)換相命令；是則停當(dāng)前相觸發(fā)，開始目標(biāo)相觸發(fā)，并修改當(dāng)前工作相狀態(tài)信息；否則執(zhí)行步驟3.3 ;
[0019]步驟3.3，判斷時候收到查詢命令；是則保持當(dāng)前觸發(fā)信號，調(diào)用A\D轉(zhuǎn)換器輸出負(fù)載功率參數(shù)和工作相狀態(tài)信息；否則保持當(dāng)前觸發(fā)信號。
[0020]優(yōu)選的，步驟2中，所述的初始工作相由上位機(jī)給定，否則初始工作相為DSP內(nèi)部默認(rèn)的初始工作相。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0022]本發(fā)明可通訊的電力電子型換相器，通過電力電子元件進(jìn)行負(fù)載對應(yīng)相供電的切換，代替了繼電器或者機(jī)械開關(guān)，并通過單片機(jī)進(jìn)行智能控制而具有通信功能，可向上級主控模塊報告其控制的單個負(fù)荷的運作情況并接受上級主控模塊的換相命令。在換相過程上具有高度快速性，可對負(fù)載實現(xiàn)不斷電換相。該系統(tǒng)可接受上級主控單元的命令而可精確的具體對某一指定的負(fù)載進(jìn)行換相，使得整個系統(tǒng)的三相不平衡調(diào)整過程具有高度的精確性與選擇性。該系統(tǒng)具有測量單元，因此可以實現(xiàn)測控一體，將其管理的負(fù)載運行情況實時的返回至主控單元。該系統(tǒng)具有的通信功能使得其具有應(yīng)用于高度智能化的電網(wǎng)的潛力，符合電網(wǎng)的發(fā)展方向，填補配電領(lǐng)域有關(guān)換相器智能化的技術(shù)空白。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于各種有平衡三相負(fù)載的需要的各種場合。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實例中所述電力電子開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明實例中所述換向器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0025]圖3為本發(fā)明實例中所述換相器工作邏輯框圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0027]本發(fā)明可通訊的電力電子型換相器，使用了電力電子元件代替了繼電器或者機(jī)械開關(guān)，并通過單片機(jī)進(jìn)行智能控制而具有通信功能，可向上級主控模塊報告其控制的單個負(fù)荷的運作情況并接受上級主控模塊的換相命令。如圖2所示，其包括DSP，控制電路，A\D轉(zhuǎn)換器、數(shù)個隔離的供電模塊以及由MOSFET和整流二極管構(gòu)成的開關(guān)電路。DSP負(fù)責(zé)對本負(fù)載運行情況采樣的控制、對MOSFET觸發(fā)信號的控制以及與上級主控單元的通信，開關(guān)電路負(fù)責(zé)保證能夠完全可控的控制負(fù)載在三相供電線與地線之間的通斷。隔離電源提供各自隔離的電源與地對DSP以及光耦的DSP端、三相的驅(qū)動電路進(jìn)行供電。
[0028]其中，DSP上同時設(shè)有換相命令開關(guān)與接受上級主控單元換相命令的端口。本發(fā)明具有采樣功能，可對該換相器所管理的負(fù)載的電壓電流進(jìn)行采樣并具有通信能力將采樣結(jié)果送返至主控單元。每個換相器都具有選通端口，用于外接地址譯碼器便于主控單元選擇某一具體的換相器。其電力電子開關(guān)使用了整流二級管與MOSFET相組合的方式。通過設(shè)置的互感線圈，模擬調(diào)理模塊與A\D轉(zhuǎn)換器用于從負(fù)載側(cè)采集負(fù)載運行電壓電流，實現(xiàn)裝置的測控一體化。對各個模塊進(jìn)行隔離供電，采用對等設(shè)計，各相以及控制模塊各使用一個供電的隔離電源。本發(fā)明所述的換向器能夠接受主控單元編址命名，接受主控單元查詢負(fù)載運行狀況，接受主控單元換相命令等的具體規(guī)則。本發(fā)明與主控單元進(jìn)行通訊時的具體規(guī)則，包括接受主控單元編址命名，接受主控單元查詢負(fù)載運行狀況，接受主控單元換相命令等的具體規(guī)則。本發(fā)明所述的換向器上設(shè)置有現(xiàn)場操作按鈕，可以在主機(jī)通訊失靈的情況的下仍然保持基本的控制功能。其工作主電路，即開關(guān)電路使用二極管與MOSFET的組合方式，即MOSFET與二極管組成的橋式電路的組合。
[0029]具體的，本發(fā)明能夠用于改善三相供電系統(tǒng)的三相不平衡狀態(tài)并與主控單元進(jìn)行通信，用于實現(xiàn)對保證三相供電系統(tǒng)的平衡，便于其他裝置進(jìn)一步的精細(xì)補償與調(diào)節(jié)，填補了該領(lǐng)域的技術(shù)和負(fù)載運行狀態(tài)檢測的空白。本發(fā)明提供的可通信電力電子型換相器裝置，可對三相供電系統(tǒng)中的各個負(fù)載運行情況進(jìn)行實時報告，并可接受上級主控單元具體至某一特定負(fù)載的調(diào)節(jié)命令，換相速度極快。使數(shù)量龐大的負(fù)載的運行狀態(tài)也置于完全的觀察與監(jiān)控之下，提高整個供電系統(tǒng)的可靠性與安全性。
[0030]本發(fā)明得到的可通信的電力電子型換相器可用于電網(wǎng)層面上對各個用戶進(jìn)行的調(diào)節(jié)，亦可用于用電用戶，無論是工業(yè)用戶還是民用用戶自己進(jìn)行的內(nèi)部的負(fù)載調(diào)節(jié)。本發(fā)明可通信的電力電子型換相器的使用可精確化負(fù)載的換相操作、提升其的可靠性并給靜止無功補償裝置的現(xiàn)場施工、故障排查帶來極大的便利。
[0031]其中，本發(fā)明所述的換相器其實際功能就是一個刀開關(guān)，通過電力電子的方式來完成這一功能。其主電路如圖1所示，圖示中以兩路換相為例，三相僅需再補充一個開關(guān)單元即可。其每一路的通斷都由一個電力電子開關(guān)完成，一個電力電子卡關(guān)由MOSFET管與五個電力二極管的組合完成。每一路單獨的導(dǎo)通方式為，以上面一路作說明，當(dāng)電流方向由P1流向P2時。電流依次經(jīng)