电力开关控制装置

摘要

本发明提供一种运转时的计算简便并且能够用廉价的计算装置进行高速的控制的电力开关控制装置。通过目标合闸相位图生成单元(3)，预先考虑到断路器(6)的弧前特性(9)、机械动作离散特性(10)、负载侧电压的振幅变动而生成目标合闸相位图(3a)。目标合闸时刻计算单元(4)根据断路器(6)的电源侧电压和负载侧电压各自的频率和相位(2a，2b)，参考目标合闸相位图(3a)，计算出目标合闸时刻序列(4a)。合闸控制单元(5)在输入了合闸指令(11)的情况下，根据预测合闸时间(12)和目标合闸时刻序列(4a)，控制合闸控制信号5a的输出定时。

权利要求

1.一种电力开关控制装置，其特征在于包括：

测量电力开关装置的电源侧电压和负载侧电压的电压测量单元；

计算出上述电源侧电压和上述负载侧电压各自的频率和相位的频率/相位计算单元；

预先考虑到上述电力开关装置的弧前特性、机械动作离散特性和负载侧电压的振幅变动，生成目标合闸相位图的目标合闸相位图生成单元，其中，上述目标合闸相位图是表示与上述电力开关装置的接通时刻的电源侧电压相位和负载侧电压相位对应的极间电压的绝对值的最大值的图；

根据上述电源侧电压和上述负载侧电压各自的频率和相位，参考上述目标合闸相位图计算出目标合闸时刻序列的目标合闸时刻计算单元；

在向上述电力开关装置输入了合闸指令的情况下，根据预先设置的预测合闸时间和上述目标合闸时刻序列，控制用于使上述电力开关装置的合闸动作开始的合闸控制信号的输出定时的合闸控制单元。

说明书

电力开关控制装置

技术领域

[0001] 本发明涉及控制断路器等电力开关装置的开关定时的装置，特别涉及抑制在接通输电线时(making time)产生的过电压的电力开关控制装置。

背景技术

[0002] 在现有的电力开关控制装置中，根据断路器的电源侧电压和负载侧电压的测量波形，求出频率、相位、振幅进行函数近似，使用近似函数合成当前时刻以后的极间电压(interpole voltage)，在基于断路器的弧前(pre-arc)特性进行了信号变换并且基于断路器的机械动作离散进行了信号变换的基础上，决定目标合闸时刻(例如参考专利文献1)。然后，通过在目标合闸时刻使断路器合闸，而抑制接通输电线时产生的过电压。

[0003] 专利文献1：特开2003-168335号公报

[0004] 一般，在电力开关控制装置中，有在输电线故障时的高速再闭路任务时使用的情况。在这样的任务时，必须从输电线故障产生开始在500毫秒左右的有限时间内找到抑制输电线接通时的过电压那样的目标合闸时刻，使断路器合闸。在上述现有的电力开关控制装置中，为了决定目标合闸时刻，必须在运转时进行许多计算，因此需要高性能的计算装置，有成本高的问题。

发明内容

[0005] 本发明就是为了解决上述那样的问题而提出的，其目的在于：得到一种运转时的计算简便并且能够用廉价的计算装置进行高速的控制的电力开关控制装置。

[0006] 本发明的电力开关控制装置具备：预先考虑到电力开关装置的弧前特性、机械动作离散特性和负载侧电压的振幅变动，生成目标合闸相位图(phase map)的目标合闸相位图生成单元；根据电力开关装置的电源侧电压和负载侧电压各自的频率和相位，参考目标合闸相位图计算出目标合闸时刻序列的目标合闸时刻计算单元；在向电力开关装置输入了合闸指令的情况下，根据预先设置的预测合闸时间和目标合闸时刻序列，控制用于使电力开关装置的合闸动作开始的合闸控制信号的输出定时的合闸控制单元。

[0007] 本发明的电力开关控制装置通过目标合闸相位图生成单元预先生成目标合闸相位图，目标合闸时刻计算单元根据该目标合闸相位图，计算出目标合闸时刻序列，因此运转时的计算简便并且能够用廉价的计算装置进行高速的控制。

附图说明

[0008] 图1是表示本发明的实施例1的电力开关控制装置的结构图。

[0009] 图2是表示本发明的实施例1的电力开关控制装置的每个时间的极间电压的绝对值的关系的说明图。

[0010] 图3是表示本发明的实施例1的电力开关控制装置的电源侧电压和负载侧电压和极间电压的变化的说明图。

[0011] 图4是表示本发明的实施例1的电力开关控制装置的使负载侧电压的振幅变化时的接通电压的说明图。

[0012] 图5是表示本发明的实施例1的电力开关控制装置的目标合闸相位图的说明图。

[0013] 图6是表示本发明的实施例1的电力开关控制装置的合闸控制单元的动作的时序图。

具体实施方式

[0014] 实施例1

[0015] 图1是表示本发明的实施例1的电力开关控制装置的结构图。

[0016] 在图中，电力开关控制装置包括电压测量单元1、频率/相位计算单元2、目标合闸相位图生成单元3、目标合闸时刻计算单元4、合闸控制单元5。

[0017] 电压测量单元1是对作为电力开关装置的断路器6的电源侧电压和负载侧电压进行测量，并存储一定时间的数据的单元。另外，断路器6是被设置在电源7和负载侧的输电线8之间，进行电源7和输电线8的电力开关的装置。

[0018] 频率/相位计算单元2是计算由电压测量单元1测量出的电源侧电压1a和负载侧电压1b的频率、相位的单元。目标合闸相位图生成单元3是在电力开关控制装置的运转前，预先考虑到断路器6的弧前特性9、机械动作离散特性10、负载侧电压的振幅变动而生成目标合闸相位图3a的单元。目标合闸时刻计算单元4是根据由频率/相位计算单元2计算出的电源侧电压和负载侧电压各自的频率和相位，参考目标合闸相位图3a，计算出目标合闸时刻序列的单元。合闸控制单元5是如果输入了合闸指令11，则根据预测合闸时间12和从目标合闸时刻计算单元4输出的目标合闸时刻序列4a，对输出用于使断路器6的合闸动作开始的合闸控制信号5a的定时进行控制的单元。

[0019] 接着，说明这样构成的电力开关控制装置的动作。

[0020] 电压测量单元1测量断路器6的电源侧电压和负载侧电压并存储一定时间的数据，并作为电源侧电压1a和负载侧电压1b输出到频率/相位计算单元2。

[0021] 频率/相位计算单元2根据从电压测量单元1输出的过去一定时间的电源侧电压1a和负载侧电压1b，分别计算出电源侧电压的频率和相位2a、负载侧电压的频率和相位2b。具体地说，针对所得到的电压信号，检测出作为符号从负到正、或从正到负变化了的点的多个过零点时刻并存储。在电压信号是正弦波信号的情况下，每半个周期得到过零点，因此可以取得所存储的多个过零点时刻的时间间隔的平均值的倒数，将其2倍的值作为频率f(Hz)。对于电源侧电压的频率，由于与系统条件对应地固定是50Hz或60Hz，所以使用预先设置了的值。

[0022] 对于相位，如果从所存储的多个过零点时刻中，将最接近当前时刻的时刻作为t1(秒)，设当前时刻为t2(秒)，则根据以下的公式进行计算。

[0023] 在时刻t1的过零点从负变到正的情况下，

[0024] 相位(度)＝(t2-t1)×f×360

[0025] 在时刻t1的过零点从正变到负的情况下，

[0026] 相位(度)＝(t2-t1)×f×360+180

[0027] 通过以上的计算，求出电源侧电压的频率和相位2a、负载侧电压的频率和相位2b。

[0028] 接着，说明目标合闸相位图生成单元的目标合闸相位图的生成动作。

[0029] 首先，说明断路器6的特性。如果从合闸控制单元5输出了合闸控制信号5a，则在经过了某机械动作时间后，断路器6的触头(contacts)机械地接触。将触头机械地接触的瞬间称为合闸，将从输出合闸控制信号5a后到合闸的时间称为合闸时间。另外，已知在合闸前由于先行放电而开始流过主电路电流。将该先行放电称为弧前(pre-arc)，将开始流过主电路电流的瞬间称为接通。接通的瞬间依存于施加在断路器6的触头之间的电压，即作为电源侧电压1a与负载侧电压1b的差分值的极间电压的绝对值。

[0030] 图2是表示每个时间的极间电压的绝对值的关系的说明图。

[0031] 图2中的耐电压直线101表示在时刻102合闸的断路器的某时刻的触头间的耐电压值，因此其斜率是与断路器6的弧前特性对应地唯一决定的值。在某时刻极间电压的绝对值104比耐电压值低的情况下，触头之间的耐电压提高，因此不接通，但在作为耐电压直线101和极间电压的绝对值104的交点的图2中的点103，由于触头之间的耐电压为极间电压的绝对值104以下，所以产生弧前而进行接通。以后，将耐电压直线101与极间电压的绝对值104的交点称为接通点。

[0032] 为了抑制在输电线接通时产生的过电压，可以在极间电压的绝对值成为最小的瞬间接通断路器6。因此，可以在考虑到上述弧前特性的基础上决定目标合闸时刻，使得极间电压的绝对值为最小的瞬间成为接通点，输出合闸控制信号5a，使得断路器6在目标合闸时刻合闸。

[0033] 但是，断路器6存在机械动作离散，因此并不只限于作为下次合闸时间的预测值的预测合闸时间12与实际的合闸时间一致的情况。即，如果在从目标合闸时刻只追溯了预测合闸时间12的时刻输出合闸控制信号5a，则实际的合闸时刻以目标合闸时刻为中心具有正规分布上的离散。

[0034] 在图2中，用106和107表示了存在合闸时间离散105的情况下的耐电压直线的变动范围。因此，在图2所示的例子中，在点108～点109的范围内进行接通。

[0035] 另外，在输电线故障时，电源侧电压1a被看作为额定振幅，但由于负载侧电压1b的振幅与故障时的条件对应地变动，所以作为电源侧电压1a和负载侧电压1b的差分值的极间电压的大小也变动。

[0036] 使用图3说明上述那样的考虑到断路器的弧前特性、断路器的机械动作离散特性、负载侧电压的振幅变动而生成目标合闸相位图的方法。

[0037] 图3是表示电源侧电压201、负载侧电压202、极间电压的绝对值203的变化的说明图。

[0038] 首先，根据断路器6的弧前特性，预先设置耐电压直线204的斜率。另外，根据断路器6的机械动作离散特性，预先设置合闸时间离散205。以后，假设电源侧电压的频率为60(Hz)进行说明。图3表示了求出负载侧电压的频率＝30(Hz)、负载侧电压的振幅＝0.5(PU)的(电源侧电压相位，负载侧电压相位)＝(0度，30度)的图点的方法。另外，1PU表示将额定振幅设为1时的振幅值的相对值。

[0039] 首先，生成电源侧电压201使得时刻0秒的电源侧电压相位为0度，另外生成负载侧电压202使得时刻0秒的负载侧电压相位为30度。然后，求出作为电源侧电压201与负载侧电压202的差分值的绝对值的极间电压的绝对值203。

[0040] 接着，以时刻0秒为中心使具有基于断路器6的弧前特性的斜率的耐电压直线204在合闸时间离散205的范围内变化，求出作为与极间电压的绝对值203的交点的最大值的接通电压206。另外，如图4所示那样，将使负载侧电压的振幅在0～1PU之间变化时的接通电压206的最大值作为最大接通电压207。图4表示负载侧电压的频率＝30(Hz)、(电源侧电压相位，负载侧电压相位)＝(0度，30度)的例子。将这样得到的最大接通电压207作为图点。

[0041] 对于以上的操作，使电源侧电压相位在0～360度的范围内变化，使负载侧电压相位在0～360度的范围内变化，计算出各相位的图点，由此生成二维形式的目标合闸相位图。图5表示生成了负载侧电压的频率＝30(Hz)的目标合闸相位图的例子。图中的207与图4的最大接通电压对应。另外，图中的0.6、0.8......这样的曲线表示了极间电压的绝对值的振幅(PU)。

[0042] 对于以上的操作，通过使负载侧电压的频率变化而循环进行，由此生成各负载侧电压的频率的目标合闸相位图3a。

[0043] 另外，目标合闸相位图3a是在运转电力开关控制装置之前生成的。

[0044] 接着，在目标合闸时刻计算单元4中，根据由频率/相位计算单元2求出的电源侧电压的频率和相位2a、以及负载侧电压的频率和相位2b，参考目标合闸相位图3a，求出目标合闸时刻序列4a。

[0045] 使用图5，说明目标合闸时刻序列4a的计算方法。如果设负载侧电压的频率为30(Hz)，当前时刻的(电源侧电压相位，负载侧电压相位)＝(0度，30度)，则当前时刻为
208的位置。以后，随着时间的经过，电源侧电压相位和负载侧电压相位在直线209上沿着箭头方向变化。根据以下的公式求出直线209的斜率。

[0046] 直线209的斜率＝负载侧电压频率/电源侧电压频率

[0047] 因此，可以通过在目标合闸相位图3a上沿着直线209进行读取，而直接求出当前时刻208以后的最大接通电压的值。例如，图5的下部表示了设最大接通电压未满0.8PU的时刻的值为1，0.8PU以上为0，而生成目标合闸时刻序列4a的例子。由于最大接通电压未满0.8PU的时刻区域被表示为1，所以如果在目标合闸时刻序列4a为1的时刻使断路器6合闸，则接通点的极间电压变小，能够抑制接通时的过电压。

[0048] 另外，需要针对从当前时刻开始经过了预测合闸时间12的未来的时刻区域，计算目标合闸时刻序列4a。

[0049] 接着，在合闸控制单元5中，如果输入了合闸指令11，则根据目标合闸时刻序列4a、预测合闸时间12，在延迟了后述的时间后输出使断路器的合闸动作开始的合闸控制信号5a。

[0050] 图6是表示合闸控制单元5的动作的定时图。

[0051] 如图6所示，如果输入了合闸指令11，则探索从当前时刻301经过了预测合闸时间12以上的时刻区域，即目标合闸时刻序列4a为1的时刻。在图6中，时刻302成为希望的时刻，因此在从时刻302追溯了预测合闸时间12的时刻303，即从当前时刻301经过了延迟时间304的时刻，输出合闸控制信号5a。

[0052] 如果输出了合闸控制信号5a，则在经过了预测合闸时间12后的时刻302，断路器6合闸。

[0053] 如上述那样，根据实施例1的电力开关控制装置，具备：测量电力开关装置的电源侧电压和负载侧电压的电压测量单元；计算出电源侧电压和负载侧电压各自的频率和相位的频率/相位计算单元；预先考虑到电力开关装置的弧前特性、机械动作离散特性和负载侧电压的振幅变动，生成目标合闸相位图(map)的目标合闸相位图生成单元；根据电源侧电压和负载侧电压各自的频率和相位，参考目标合闸相位图计算出目标合闸时刻序列的目标合闸时刻计算单元；在向电力开关装置输入了合闸指令的情况下，根据预先设置的预测合闸时间和目标合闸时刻序列，控制用于使电力开关装置的合闸动作开始的合闸控制信号的输出定时的合闸控制单元，因此能够在最优的定时下进行电力开关装置的接通，能够抑制在输电线接通时产生的过电压。另外，运转时的计算简便，能够用廉价的计算装置进行高速的控制。

[0054] 另外，根据实施例1的电力开关控制装置，目标合闸相位图是表示出与电力开关装置的接通时刻的电源侧电压相位和负载侧电压相位对应的极间电压的绝对值的最大值的图，因此能够通过简便的计算求出接通电力开关装置时的最优定时。