一种开关柜电动驱动器智能控制装置及方法

摘要

本发明涉及一种开关柜电动驱动器智能控制装置及方法，该装置包括中央处理单元、电机控制单元和开关量控制单元，电机控制单元包括电机控制模块和保护模块，电机控制模块和保护模块分别与中央处理单元连接，开关量控制单元包括开关量输入模块，开关量输入模块经光电耦合后与中央处理单元连接。该方法为电机控制单元根据控制指令控制电动驱动器进行相应操作，且实时监测操作电流最大值与操作时间，当操作电流最大值大于预设堵转电流或操作时间大于预设操作时间，闭锁电机并进行报警，若电机运行正常，记录操作电流最大值、时间及电压，通过逻辑运算，自适应调整预设堵转电流和预设操作时间进行。本发明的控制装置及方法的高度集中，智能化程度高。

权利要求

1.一种开关柜电动驱动器智能控制方法，其特征在于，该方法包括：电机控制模块根据控制指令控制电动驱动器进行相应操作，同时保护模块实时监测操作电流与操作时间并反馈给中央处理单元，当操作电流最大值大于预设堵转电流或操作时间大于预设操作时间后，闭锁电机并进行报警，若电机运行正常，记录实际操作电流最大值、时间及电压，通过逻辑运算，对预设堵转电流和预设操作时间进行自适应调整；

所述自适应调整的过程为：存储的每组操作电流最大值、时间及电压对应设置有参考权重，将每组操作电流最大值乘以各自权重相加后求取的平均值作为自适应调整堵转电流值，将每组操作时间乘以各自权重相加后求取的平均值作为自适应调整操作时间。

2.根据权利要求1所述开关柜电动驱动器智能控制方法，其特征在于，控制电动驱动器进行相应操作时，将自适应调整堵转电流值与预设堵转电流进行比较，且将自适应调整操作时间与预设操作时间进行比较，若自适应调整堵转电流或自适应调整操作时间超过各自的允许范围后，进行告警并闭锁装置。

3.根据权利要求1所述开关柜电动驱动器智能控制方法，其特征在于，在电机驱动器实际操作过程中，操作电压突然变化时，按照设定规则修改预设操作时间或/和预设堵转电流。

4.根据权利要求3所述开关柜电动驱动器智能控制方法，其特征在于，设定规则为电压波动超过10V时，每升高5V电压超时预设操作时间缩短350ms，电压每降低5V预设操作时间增加500ms，电压稳定后，按照实际操作时间作为预设操作时间。

5.根据权利要求3所述开关柜电动驱动器智能控制方法，其特征在于，设定规则为当电压波动超过10V时，电压每升高5V，预设堵转电流增加0.001A，预设操作时间缩短0.01S；电压每降低5V，预设堵转电流减少0.001A，预设操作时间增加0.01S，电压稳定后，按照实际操作电流最大值的1.05倍为预设堵转电流，实际操作电流最大值持续时间为预设操作时间。

6.一种专用于实施如权利要求1所述开关柜电动驱动器智能控制方法的开关柜电动驱动器智能控制装置，其特征在于，该装置包括中央处理单元、电机控制单元和开关量控制单元，所述电机控制单元包括电机控制模块和保护模块，电机控制模块和保护模块分别与中央处理单元连接，所述开关量控制单元包括开关量输入模块，所述开关量输入模块经光电耦合器后与中央处理单元连接。

7.根据权利要求6所述开关柜电动驱动器智能控制装置，其特征在于，所述开关量控制单元还包括告警输出模块，所述告警输出模块经光电耦合器连接到告警指示回路。

8.根据权利要求6所述开关柜电动驱动器智能控制装置，其特征在于，该装置还包括通信单元，通过所述通信单元实现对配电单元的遥调、遥控、遥测和遥信，并实现与上位机之间的通信。

9.根据权利要求6所述开关柜电动驱动器智能控制装置，其特征在于，该装置还包括电源单元，所述电源单元包括整流模块和检测模块，用于为整个装置供电及对装置工作中的电流、电压进行检测。

说明书

一种开关柜电动驱动器智能控制装置及方法

技术领域

[0001] 本发明属于电力系统自动控制技术领域，具体涉及一种开关柜电动驱动器智能控制装置及方法，特别适用于中压开关设备的多工位电动驱动器。

背景技术

[0002] 随着国家电网公司新一轮农网改造和高铁行业的迅猛发展，有力的推动了配网开关的发展。电缆化供电已成为城乡配电网主要形式，为了提高供电可靠性和经济性，将供电网连接成环形的环网供电成为配电网络电缆化的首选方式。开关柜作为换网供电的主设备，因其体积小巧、性能稳定、免维护等特点，而被城市配网和高铁配电广泛采用，受到用户高度重视。因此，与开关柜配套的控制装置也渐渐受到重视。

[0003] 现有的开关柜对于隔离和接地驱动器关注度不高，使得其控制回路功能比较单一，仅控制电动驱动器内部的电机启停，完成开关的合/分闸操作，开关柜内部的好多电气控制元器件的运行状况监测不到，同一站内不同柜子之间的控制也是相对独立的，监测不到彼此信息，不利于五防联锁要求，不够智能化，并且结构复杂，操作繁琐，可靠性低，不利于智能配网升级改造，不利于推广应用。

发明内容

[0004] 本发明提供了一种开关柜电动驱动器智能控制装置及方法，旨在解决现有技术中开关柜控制装置功能单一、不够智能化的问题。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明的开关柜电动驱动器智能控制装置包括中央处理单元、电机控制单元和开关量控制单元，所述电机控制单元包括电机控制模块和保护模块，电机控制模块和保护模块分别与中央处理单元连接，所述开关量控制单元包括开关量输入模块，所述开关量输入模块经光电耦合器后与中央处理单元连接。

[0006] 所述开关量控制单元还包括告警输出模块，所述告警输出模块经光电耦合器连接到告警指示回路。

[0007] 该装置还包括通信单元，通过所述通信单元实现对配电单元的遥调、遥控、遥测和遥信，并实现与上位机之间的通信。

[0008] 该装置还包括电源单元，所述电源单元包括整流模块和检测模块，用于为整个装置供电及对装置工作中的电流、电压进行检测。

[0009] 本发明的开关柜电动驱动器智能控制方法包括：电机控制模块根据控制指令控制电动驱动器进行相应操作，同时保护模块实时监测操作电流与操作时间并反馈给中央处理单元，当操作电流最大值大于预设堵转电流或操作时间大于预设操作时间后，闭锁电机并进行报警，若电机运行正常，记录实际操作电流最大值、时间及电压，通过逻辑运算，对预设堵转电流和预设操作时间进行自适应调整。

[0010] 所述自适应调整的过程为：存储的每组操作电流最大值、时间及电压对应设置有参考权重，将每组操作电流最大值乘以各自权重相加后求取的平均值作为自适应调整堵转电流值，将每组操作时间乘以各自权重相加后求取的平均值作为自适应调整操作时间。

[0011] 控制电动驱动器进行相应操作时，将自适应调整堵转电流值与预设堵转电流进行比较，且将自适应调整操作时间与预设操作时间进行比较，若自适应调整堵转电流或自适应调整操作时间超过各自的允许范围后，进行告警并闭锁装置。

[0012] 在电机驱动器实际操作过程中，操作电压突然变化时，按照设定规则修改预设操作时间或/和预设堵转电流。

[0013] 设定规则为电压波动超过10V时，每升高5V电压超时预设操作时间缩短350ms，电压每降低5V预设操作时间增加500ms，电压稳定后，按照实际操作时间作为预设操作时间。

[0014] 设定规则为当电压波动超过10V时，电压每升高5V，预设堵转电流增加0.001A，预设操作时间缩短0.01S；电压每降低5V，预设堵转电流减少0.001A，预设操作时间增加0.01S，电压稳定后，按照实际操作电流最大值的1.05倍为预设堵转电流，实际操作电流最大值持续时间为预设操作时间。

[0015] 本发明的有益效果：本发明的控制装置和方法将电动操作的控制、指示、以及监视和闭锁线路进行数字化集成，解决控制回路的功能单一，结构复杂，可靠性低等问题，该发明功能高度集中，除了控制驱动器完成隔离开关合/分闸和接地开关合/分闸操作外，还具备监测隔离开关、接地开关、电动驱动器和其他电气控制元器件的运行的功能，具有堵转过流/超时保护功能；异常状态出现时，能够进行闭锁和告警；具有四遥通讯功能；智能化程度高。

[0016] 功能多样智能化，集操控、指示、保护、监测、通信、事件记录等多种功能集成于一体，充分利用电子技术稳定可靠和高集成度优点，进行了小型化模块化设计，结构简单，便于维修升级，解决了配线繁琐、时间长、错误率高、检修难等问题；装置设计简单、功能可靠，维护方便、整体工艺美观性强，环境适应性强。

附图说明

[0017] 图1为基于配电开关的多工位智能驱动器控制装置结构框图；

[0018] 图2为合闸控制逻辑时序图；

[0019] 图3为基于配电开关的多工位智能驱动器控制装置合闸操作流程图；

[0020] 图4为自适应调整值与设定值比较图。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细介绍。

[0022] 开关柜电动驱动器智能控制装置实施例。

[0023] 如图1所示，本实施例的控制装置包括中央处理单元、电机控制单元和开关量控制单元，所述电机控制单元包括电机控制模块和保护模块，电机控制模块和保护模块分别于中央处理单元连接，所述开关量控制单元包括开关量输入模块，所述开关量输入模块经光电耦合后与中央处理单元连接。

[0024] 中央处理单元包括MCU、存储器、复位芯片和驱动元器件等，主要完成对外围电路模块的采集、分析、处理和控制。

[0025] 所述的电机控制单元包括电机的控制模块和保护模块两部分，两部分分别与中央处理单元相连接，保护模块监测控制模块的工作情况并将信息反馈给中央处理单元。

[0026] 整个控制装置由电源单元进行供电，所述的电源单元包括整流模块和检测模块两部分，整流模块将电源稳压整流后，变为两种电压的电源，一种为中央处理单元供电，一种为驱动器电机和驱动器状态指示灯供电。而检测模块则在装置整个工作过程中对电流、电压进行检测。

[0027] 所述的开关量控制单元有两部分组成，分别为开关量输入模块和告警输出模块，所述的开关量输入模块经光电耦合接入中央处理单元；所述的告警输出模块由GPIO口经光电耦合器连接到继电器输出。

[0028] 所述的通信回路，可通过其对配电单元进行遥调、遥控、遥测、遥信，也可以与上位机相连对装置整定和进行厂内配电单元调试。

[0029] 开关柜电动驱动器智能控制方法实施例。

[0030] 结合附图2和图3对本实施例开关柜电动驱动器智能控制方法作进一步说明如下：

[0031] 本实施例的控制方法为：通过开关量控制回路对与配电开关的隔离和接地驱动器相关的开关量信息进行采集和监测，并将所采集的信息进行处理并传送至中央处理单元，中央处理单元对所收集的信息进行逻辑判断后，反馈给电机控制和保护回路或开关量控制回路进行相应操作，并在操作过程中检测工作情况。同时中央处理单元会对驱动器相关参数建立专家数据库以实现自适应和自检测。

[0032] 中央处理单元是整个控制装置的核心和大脑，它通过收集开关量控制回路中开关量输入模块采集的信息和/或通信回路的信息，并对施加的指令进行逻辑运算，如符合条件则发送信息至电机控制回路进行相应的操作，与此同时电机控制回路也实时进行检测，并将信息反馈至中央处理单元，若运行正确中央处理单元接收到开关量输入模块采集的信息后发出中止指令至电机控制回路，完成操作；若电机控制回路反馈运行状态错误，则中央处理单元发出中止指令至电机控制回路立即停止电机运行，并发送信息至开关量控制回路的告警输出模块进行告警。同时中央处理单元会对驱动器的操作运行时间、运行电流等建立数据库，通过逻辑运算实现正常范围下的自适应，并对长时间的运行参数异常进行提示告警。

[0033] 以控制装置控制多工位驱动器隔离合闸为例，如图2和图3所示，控制装置接收到合闸信号后，首先进行联锁检查、控制装置状态检查以及驱动器及电机状态判断，在所有信息都符合条件后，进行合闸操作，直至收到合闸到位信号，停止电机运转；在此过程中，若发现有堵转现象和超时，则立即停止电机动作并进行告警。

[0034] 在控制装置执行相应操作指令时，保护模块会实时监测操作的电流与操作的时间，当操作电流大于设置的堵转电流或操作时间大于超时时间时，闭锁电机进行相应告警。而在控制装置正常操作时，中央处理模块会记录相应的操作电流最大值与操作时间值，并根据已记录的多组数据值进行逻辑计算，然后对已设置的堵转电流值和超时时间值进行自适应调整，使得堵转电流值和超时时间值的设置能够符合开关柜驱动器的实际性能，并能在整个寿命周期内根据驱动器的实际性能状况进行智能调整，而且在开关柜驱动器的性能出现较大差异时，中央处理模块能够及时的进行告警，避免开关柜及其驱动装置出现损伤或造成事故。

[0035] 具体的自适应调整过程如下：以控制装置控制多工位驱动器隔离合闸为例，在开关柜正常分、合闸操作过程中，控制装置会对合、分闸时测到的电流，电压值以及合、分闸的操作时间进行监控记录，并将数据存储在缓存区，记录缓冲区为十组，每组数据都有被用做计算定值的参考权重，参考权重的设置规律一般为：数据越新，其对应的权重越大。每组数据的参考权重如表1所示：

[0036] 表1参考权重

[0037]序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
参考权重 1 1 1 2 2 2 2 3 3 4

[0038] 每组数据记录的参数为：

[0039] typedef struct_tagFeatureValue{

[0040]                                u16 CHCurrent； 合闸最大电流值特征量[0041]                                u16 CVoltage；  合闸工作电压值特征量[0042]                                u16 CTime；     合闸时间特征量[0043]                                u16 OHCurrent； 分闸最大电流值特征量[0044]                                u16 OVoltage；  分闸工作电压值特征量[0045]                                u16 OTime；     分闸时间特征量[0046] }FEATEV,*p FEATEV；

[0047] CHCurrent值为合闸时躲过励磁后的电流最大采样点

[0048] CVoltage值为该合闸时的电压值。

[0049] CTime值为该合闸时间

[0050] OHCurrent值为分闸时躲过励磁后的电流最大采样点

[0051] OVoltage值为该分闸时的电压值。

[0052] OTime值为该分闸时间

[0053] 缓存区只记录10组数据，序号为10的数据为最新数据，10组数据值乘以各自权重(各权重相加后等于1，上表中的权重值还要作进一步处理，才是真实的权重值)相加后为自适应调整值。控制装置根据相应的自适应调整值设置新的预设堵转电流值和预设操作时间，使得预设堵转电流值和预设操作时间的设置能够符合开关柜驱动器的实际性能。

[0054] 本实施例中优选缓冲区中存储10组数据，作为其他实施方式，可根据实际需要设置11、12组数据等等。

[0055] 作为其他实施方式，在对预设堵转电流值和预设操作时间进行自适应调整时，也可将存储的操作电流最大值求平均后作为新的预设堵转电流值，将存储的操作时间求平均后作为新的操作时间。

[0056] 在开关柜驱动器实际操作过程中，电压突然变化时修改预设操作时间，修改逻辑为电压波动超过10V时，每升高5V电压预设操作时间缩短350ms，电压每降低5V超预设操作时间增加500ms。当电压稳定后根据实际操作时间做判定依据。

[0057] 电压突然变化时，修改预设堵转电流值，修改方案为当电压波动超过10V时，堵转定值及时限做修改，每升高5V，预设堵转电流增加0.001A，时间缩短0.01S；每降低5V预设堵转电流减少0.001A，预设操作时间增加0.01S。预设堵转电流变化范围一般为[0.6,0.9]，单位A；预设操作时间变化范围一般为[0.2,0.08]，单位S。电压稳定后，按照实际操作最大电流的1.05倍为定值，最大电流持续时间为预设操作时间。

[0058] 控制装置将对每次计算出的自适应调整值同写入的平均操作时间经验值和平均操作电流经验值进行对比，在任意一值超过允差范围后，进行告警并闭锁装置，如图4所示。

[0059] 该控制装置能够通过通信模块与手机实现无线通讯。手机安装调试软件，当中央处理模块监测到开关量的状态不符合控制逻辑时，会通过通信模块与手机通讯，在调试软件的告警栏提示告警，并在开关量状态显示栏具体标示错误开关量，使调试和检修人员能够快速便捷的发现问题；同时通过手机也可以操作驱动器并能查看其操作时电机的电压及电流。