CN109696863A - 一种分布式智能开关及其控制*** - Google Patents

一种分布式智能开关及其控制*** Download PDF

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Abstract

本发明提供一种分布式智能开关及其控制***，其中控制***包括主控层和执行层；主控层包括控制主机、状态监测主机和合并单元；执行层包括电压互感器、电流互感器和至少一个开关操动机构；开关操动机构包括控制单元、执行单元、传动结构和位置传感器；控制单元连接相应开关设备的控制端，以及位置传感器的信号输出端；控制主机和状态监测主机与各开关操动机构的控制单元连接，控制主机向各控制单元发送控制指令，各控制单元将相应开关的状态信号发送给状态监测主机；合并单元连接各电流互感器和电压互感器的信号输出端。本发明提供的技术方案，在各开关操动机构处设置控制单元，采用光纤连接，提高了智能高压开关设备控制***的可靠性。

Description

一种分布式智能开关及其控制***
技术领域
本发明属于开关设备控制技术领域，具体涉及一种分布式智能开关及其控制***。
背景技术
随着智能电网的快速发展，对智能变电站中高压开关设备控制的智能化要求越来越高，对高压开关设备智能化控制的基本理念是：采用传感器对高压开关设备状态进行实时监测，并对监测获得的数据进行收集、整合和分析，从而使电网高压开关设备的状态可观测，进而支持电网的优化运行。
传统高压开关设备所采用的操动机构多为弹簧操动机构和液压操动机构，控制***多采用继电器和辅助触点开关元件，因此从控制柜到高压开关设备的机构箱之间需要设置大量电缆。现有智能高压开关设备的控制***虽然采用智能终端接收继保***的分/合闸命令数字信号，但是，从智能终端到机构箱的信号传输仍采用大量电缆连接。并且，在现有智能高压开关设备的状态监测***中，许多传感器就地安装于开关设备本体处，通过电缆与安装于控制柜内的监测IED连接，这也增加了传感器信号传输过程中的电磁干扰风险。
随着技术的发展，电磁驱动、电机驱动等新型操动机构的出现，以及传统操动机构就地数字化技术的不断进步，使得操动机构的数字化特征越来越明显，而传统控制***以继电器和辅助开关的控制信号为基础的控制方式，制约新型操动机构技术优势的发挥。
新型操动机构主要是具有数字化控制电路，并且能够对操动机构的整个动作过程进行平滑控制的操动机构。与传统操动机构相比，新型操动机构一般具有数字化控制电路及数字通信接口，能对机构自身动作过程进行实时控制，可与其他电子装置进行信息交互，并且能够将自身的状态信息通过通信电路输出。
当前控制***中，开关主控设备与操动机构间通过电缆连接，通过传统继电器触电断开、吸合控制操动机构进行分/合闸操作，但是主控设备与操动机构间没有数字通信电路。新型操动机构的动作过程可控，能够产生不同动作特性的运动曲线，曲线控制参数需开关主控设备根据电网实时负荷等条件参数产生，由于当前***无法准确有效进行曲线控制参数传输，因此会导致新型操动机构的许多控制功能不能充分发挥作用的问题。
发明内容
本发明提供一种分布式智能开关控制***，解决了当前操动机构控制***性能不能满足新型智能操动机构需求，并制约新型操动机构充分发挥性能优势的问题；相应的，本发明还提供了一种采用该控制***的分布式智能开关。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种分布式智能开关控制***，包括主控层和执行层；
所述主控层包括控制主机、状态监测主机和合并单元；
所述执行层包括电压互感器、电流互感器和至少一个开关操动机构；
所述开关操动机构包括控制单元、执行单元和传动结构，以及用于检测相应开关设备分合闸状态的位置传感器；控制单元连接相应开关设备的控制端，以及位置传感器的信号输出端；
所述控制主机和状态监测主机与各开关控制机构的控制单元连接，控制主机向各控制单元发送控制指令，各控制单元将相应开关的状态信号发送给状态监测主机；所述合并单元连接各电流互感器和电压互感器的信号输出端。
本发明所提供的技术方案，在***中的每个开关操动机构处都设置有相应的控制单元，主控层的设备只需通过光纤与控制单元连接即可对各开关操动机构进行控制和监测，所以在主控层与执行层之间不需要设置大量的线缆，解决了由于智能高压开关设备的汇控柜到操动机构之间设置大量电缆而造成智能高压开关设备控制可靠性差的问题。
作为对主控层的进一步改进，所述主控层还包括人机交互模块，所述控制主机、状态监测主机和合并单元与人机交互模块通讯连接。
作为对开关操动机构的进一步改进，所述开关操动机构包括气体传感器，用于监测可控开关的气体状态；所述控制单元连接气体传感器的信号输出端。
作为对执行层中开关操动机构的进一步改进，所述执行层的开关操动机构包括接地开关操动机构、断路器操动机构、隔离开关操动机构和快速接地开关操动机构。
作为对控制主机的进一步改进，所述控制主机包括电源模块、处理器和通信电路，处理器连接有与执行层开关操动机构数量相应的通讯接口，各通讯接口与各开关操动机构通讯连接；处理器连接通信电路，通信电路用于连接上层网络。
作为对通讯接口的进一步改进，所述通讯接口包括光纤串口和光电转换模块。
作为对处理器的进一步改进，所述处理器还连接有数据存储模块。
作为对状态监测主机的进一步改进，所述状态监测主机包括电源模块、处理器和通信电路，处理器连接有与执行层开关操动机构数量相应的通讯接口，各通讯接口与各开关操动机构通讯连接；处理器连接通信电路，通信电路用于连接上层网络。
作为对通讯接口的进一步改进，所述通讯接口包括光纤串口和光电转换模块。
作为对处理器的进一步改进，所述处理器还连接有设定数量的RS-485接口。
作为对处理器的进一步改进，所述处理器还连接有数据存储模块。
一种分布式智能开关，包括开关设备本体和开关控制***；所述开关控制***包括主控层和执行层；
所述主控层包括控制主机、状态监测主机和合并单元；
所述执行层包括电压互感器、电流互感器和至少一个开关操动机构；
所述开关操动机构包括控制单元、执行单元和传动结构，以及用于检测相应开关设备本体分合闸状态的位置传感器；控制单元连接相应开关设备本体的控制端，以及位置传感器的信号输出端；
所述控制主机和状态监测主机与各开关操动机构的控制单元连接，控制主机向各控制单元发送控制指令，各控制单元将相应开关的状态信号发送给状态监测主机；所述合并单元连接各电流互感器和电压互感器的信号输出端。
作为对主控层的进一步改进，所述主控层还包括人机交互模块，所述控制主机、状态监测主机和合并单元与人机交互模块通讯连接。
作为对开关操动机构的进一步改进，所述开关操动机构包括气体传感器，用于监测可控开关的气体状态；所述控制单元连接气体传感器的信号输出端。
作为对执行层中开关操动机构的进一步改进，所述执行层的开关操动机构包括接地开关操动机构、断路器操动机构、隔离开关操动机构和快速接地开关操动机构。
作为对控制主机的进一步改进，所述控制主机包括电源模块、处理器和通信电路，处理器连接有与执行层开关操动机构数量相应的通讯接口，各通讯接口与各开关操动机构通讯连接；处理器连接通信电路，通信电路用于连接上层网络。
作为对通讯接口的进一步改进，所述通讯接口包括光纤串口和光电转换模块。
作为对处理器的进一步改进，所述处理器还连接有数据存储模块。
作为对状态监测主机的进一步改进，所述状态监测主机包括电源模块、处理器和通信电路，处理器连接有与执行层开关操动机构数量相应的通讯接口，各通讯接口与各开关操动机构通讯连接；处理器连接通信电路，通信电路用于连接上层网络。
作为对通讯接口的进一步改进，所述通讯接口包括光纤串口和光电转换模块。
作为对处理器的进一步改进，所述处理器还连接有设定数量的RS-485接口。
作为对处理器的进一步改进，所述处理器还连接有数据存储模块。
附图说明
图1为本发明***实施例中分布式智能开关控制***的结构原理图；
图2为本发明***实施例中控制主机的结构原理图；
图3为本发明***实施例中状态监测主机的结构原理图。
具体实施方式
本发明提供一种分布式智能开关及其控制***，用于解决当前操动机构控制***性能不能满足新型智能操动机构需求，制约新型操动机构充分发挥性能优势的问题。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种分布式智能开关控制***，包括主控层和执行层；
所述主控层包括控制主机、状态监测主机和合并单元；
所述执行层包括电压互感器、电流互感器和至少一个开关操动机构；
所述开关操动机构包括控制单元、执行单元和传动结构，以及用于检测相应开关设备分合闸状态的位置传感器；控制单元连接相应开关设备的控制端，以及位置传感器的信号输出端；
所述控制主机和状态监测主机与各开关操动机构的控制单元连接，控制主机向各控制单元发送控制指令，各控制单元将相应开关的状态信号发送给状态监测主机；所述合并单元连接各电流互感器和电压互感器的信号输出端。
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。
***实施例：
本实施例提供一种分布式智能开关控制***，采用分布式结构对变电站的智能高压开关设备进行监测和控制，当前操动机构控制***性能不能满足新型智能操动机构需求，制约新型操动机构充分发挥性能优势的问题。
本实施例提供的一种分布式智能开关控制***，其结构如图1所示，包括主控层和执行层，主控层包括人机交互模块、交换机、控制主机、状态监测主机和合并单元，执行层包括开关操动机构、电子式电流互感器和电子式电压互感器，其中开关操动机构包括接地开关操动机构、断路器操动机构、隔离操动控制机构和快速接地开关操动机构。
主控层的人机交互模块与控制主机、状态监测主机、合并单元之间通讯连接，控制主机的结构如图2所示，包括第一处理器、通信电路、数据存储模块、电源模块、光纤串口1、光纤串口2、光纤串口3、光纤串口4和光信号IO端口。本实施例中第一处理器采用DSP，第一处理器通过通信电路连接交换机，并通过交换机连接上层网络，第一处理器与上层网络之间的通讯采用IEC61850协议，从上层网络接收GOOSE报文，同时将开关分合闸状态实时通过GOOSE报文形式发送至上层网络；第一处理器还通过相应的光电转换模块连接光纤串口1、光纤串口2、光纤串口3、光纤串口4和光信号IO端口，通过光纤串口1、光纤串口2、光纤串口3、光纤串口4和光信号IO端口连接执行层中的各开关操动机构，向各开关操动机构发送分合闸命令，动作曲线的选择命令，以及接收断路器分合闸状态信息。电源模块连接第一处理器的电源端，为第一处理器供电；第一处理器连接数据存储模块的数据输入端和数据输出端，向数据存储模块存储数据或从数据存储模块读取数据，数据主要包括装置***程序及参数，在掉电时能够保证数据不丢失，同时还能够对实时数据进行暂存处理；第一处理器设有用于连接人机交互模块的接口，通过该接口连接人机交互模块。
状态监测主机的结构如图3所示，包括第二处理器、电源模块、数据存储模块、通信电路、光纤串口1、光纤串口2、光纤串口3和光纤串口4。本实施例中第二处理器通过通信电路连接交换机，并通过交换机连接上层网络；第二处理器还通过相应的光电转换模块连接光纤串口1、光纤串口2、光纤串口3和光纤串口4，通过光纤串口1、光纤串口2、光纤串口3和光纤串口4连接执行层的各开关控制结构，获取各开关操动机构中开关的状态信息，主要包括气室气体状态信息、电容电压、执行单元动作曲线、分/合闸状态信息、控制单元运行状态信息；电源模块连接第二处理器的电源端，为第二处理器供电；第二处理器连接数据存储模块的数据输入端和数据输出端，向数据存储模块存储数据或从数据存储模块读取数据，存储的数据主要包括装置***程序、运行参数及GIS设备状态监测参数；第二处理器设有用于连接人机交互模块的接口，通过该接口连接人机交互模块。第二处理器还连接有四个RS-485接口，这四个RS-485接口为预留接口，可方便接入其他智能传感器信息，便于功能扩展。
合并单元连接执行层中电子式电流互感器和电子式电压互感器的信号输出端，并与主控层中的交换机连接，通过交换机连接上层网络；合并单元获取电子式电流互感器和电子式电压互感器检测到的数据，并将检测到的数据上传给上层网络和人机交互模块。
执行层中的各开关操动机构结构相同，均包括控制单元、电源模块、位置传感器和气体传感器，电源模块连接开关操动机构中的各用电设备，为各用电设备供电；控制单元连接相应开关的控制端，控制相应开关的动作；控制单元还连接位置传感器和气体传感器的信号输出端，气体传感器设置在相应开关的气室处，用于检测气室中SF6气体的密度和压力，位置传感器设置在开关的刀闸处，用于检测开关刀闸的位置信号。控制单元设有两个光纤接口，其中一个光纤接口与控制主机中的光纤接口连接，另一个光纤接口与状态监测主机中的光纤接口连接。
人机交互模块包括显示装置和信号输入装置，能够对高压开关设备状态信息进行就地展示及操作，在不需要其他外接设备的前提下，实现高压开关设备运行参数的实时查看和设定。
开关实施例：
本实施例提供一种分布式智能开关，包括开关设备本体和开关控制***，开关控制***与上述***实施例中所提供的分布式智能开关控制***相同，该***已在上述***实施例中做了详细介绍，这里不多做说明。

Claims (10)

1.一种分布式智能开关控制***，其特征在于，包括主控层和执行层；
所述主控层包括控制主机、状态监测主机和合并单元；
所述执行层包括电压互感器、电流互感器和至少一个开关操动机构；
所述开关操动机构包括控制单元、执行单元和传动结构，以及用于检测相应开关设备分合闸状态的位置传感器；控制单元连接相应开关设备的控制端，以及位置传感器的信号输出端；
所述控制主机和状态监测主机与各开关操动机构的控制单元连接，控制主机向各控制单元发送控制指令，各控制单元将相应开关的状态信号发送给状态监测主机；所述合并单元连接各电流互感器和电压互感器的信号输出端。
2.根据权利要求1所述的分布式智能开关控制***，其特征在于，所述主控层还包括人机交互模块，所述控制主机、状态监测主机和合并单元与人机交互模块通讯连接。
3.根据权利要求1所述的分布式智能开关控制***，其特征在于，所述开关操动机构包括气体传感器，用于检测可控开关的气体状态；所述控制单元连接气体传感器的信号输出端。
4.根据权利要求1所述的分布式智能开关控制***，其特征在于，所述执行层的开关操动机构包括接地开关操动机构、断路器操动机构、隔离开关操动机构和快速接地开关操动机构。
5.根据权利要求1或2所述的分布式智能开关控制***，其特征在于，所述控制主机包括电源模块、处理器和通信电路，处理器连接有与执行层开关操动机构数量相应的通讯接口，各通讯接口与各开关操动机构通讯连接；处理器连接通信电路，通信电路用于连接上层网络。
6.根据权利要求5所述的分布式智能开关控制***，其特征在于，所述通讯接口包括光纤串口和光电转换模块。
7.根据权利要求5所述的分布式智能开关控制***，其特征在于，所述处理器还连接有数据存储模块。
8.根据权利要求1或2所述的分布式智能开关控制***，其特征在于，所述状态监测主机包括电源模块、处理器和通信电路，处理器连接有与执行层开关操动机构数量相应的通讯接口，各通讯接口与各开关操动机构通讯连接；处理器连接通信电路，通信电路用于连接上层网络。
9.根据权利要求8所述的分布式智能开关控制***，其特征在于，所述通讯接口包括光纤串口和光电转换模块。
10.一种分布式智能开关，包括开关设备本体和开关控制***；其特征在于，所述开关控制***包括主控层和执行层；
所述主控层包括控制主机、状态监测主机和合并单元；
所述执行层包括电压互感器、电流互感器和至少一个开关操动机构；
所述开关操动机构包括控制单元、执行单元和传动结构，以及用于检测相应开关设备本体分合闸状态的位置传感器；控制单元连接相应开关设备本体的控制端，以及位置传感器的信号输出端；
所述控制主机和状态监测主机与各开关操动机构的控制单元连接，控制主机向各控制单元发送控制指令，各控制单元将相应开关的状态信号发送给状态监测主机；所述合并单元连接各电流互感器和电压互感器的信号输出端。
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