一种10kV合闸角控制系统及精确控制方法与流程

本发明属于配电网接地故障模拟技术领域，具体涉及配电网接地故障模拟过程中一种10kv合闸角控制系统及精确控制方法。

背景技术：

在电力系统中，配电网的中性点接地方式在一定程度上对配电网的安全性、可靠性以及经济性起着极其重要的影响，其中特别对配电网中设备的绝缘水平、配电网中继电保护装置的可靠性、与配电网相关的通信系统的性能以及配电网操作人员的人身安全的影响较大。

10kv配电网线路直接与用户接触，其运行可靠性尤为重要。目前众多科研单位已经研制了多种单相接地故障选线装置、故障指示定位装置以及故障隔离装置等配电网线路故障诊断设备，并且在配电网中大量应用。但是，在这些设备出厂前，如何切实有效的检验设备的功能以及可靠性，是设备研制厂商和使用单位所面临的问题。目前，配电网线路故障诊断设备的出厂检验通常都是在小型、低压的模型装置上进行，即通过小型低压变压器、继电器及电子元器件的相互配合来模拟真实配电网中的运行情况或故障状态，但是低压模拟装置由于耐压(＜400v)和通流能力(＜1a)的限制，很难真正模拟10kv配电网实际的设备情况和线路的运行情况(10kv配电网的额定运行电压为12kv，电流一般＞30a)，难以实现配电网线路故障诊断设备功能及可靠性的有效检验和测试。

公告号为cn203798929u的专利文献公开了配电网单相接地故障模拟测试平台。该配电网单相接地故障模拟测试平台，包括模拟零序网络模块和模拟零序电源控制模块；所述模拟零序网络模块包括若干首端与母线相连的π型等值电路，在每个π型等值电路与母线之间的线路上均设有一电流互感器，被测设备通过电流互感器的二次侧接入，所述模拟零序电源控制模块包括依次串联的可调变压器、可调电感、可调电阻、控制开关和多路开关。该配电网单相接地故障模拟测试平台能够实现不同故障类型、不同接地时间间隔、不同线路等故障调节下的选线功能测试，能够模拟实际小电流接地系统电网单相故障的多路零序电流变化过程，设备成本较低，操作方便，省时省力，测试效率较高。该配电网接地故障模拟平台由普通空开或者交流接触器组成，实验时由人工随机控制合闸断路器，而空开或者交流接触器的动作时间离散性很大，因此不能对故障合闸角度进行精确控制。

公告号为cn106772184a的专利文献公开了一种接地故障模拟装置及控制方法，涉及电力技术领域，能够在不影响配电网正常工作的前提下，模拟接线装置发生瞬时单相接地故障与永久单相接地故障以便于对配电网中的选线装置进行检测。包括：球间隙、隔离刀闸、快速开关，接地故障模拟装置被配置为第一接地故障模拟模式与第二接地故障模拟模式，当隔离刀闸的首端与隔离刀闸的尾端导通的时间大于投入时间间隔时，隔离刀闸的首端与隔离刀闸的尾端断开。本发明用于模拟接地故障，故障暂态特征与接地时的电压相位角密切相关，其不能实现对接地故障模拟时接地角度的准确控制，导致了测试的随意性。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种10kv合闸角的控制系统及精确控制方法，该方法能够对接地故障模拟时接地角度进行准确控制，从而实现针对性地对接地故障进行模拟测试，避免测试的随意性，为被试品提供相对公平、公正的试验条件。

本发明的技术方案是：

一种10kv合闸角控制系统，包括：与10kv线路直接连接的信号采集处理单元，所述的信号采集处理单元与高性能合闸角控制器连接进行10kv线路合闸角度控制信号信息的传递，所述的合闸角控制器通过通信网络与上位机进行连接，所述的上位机与模拟测试管理系统连接，同时所述的合闸角控制器的输出管脚与永磁开关连接进行合闸命令的下发，所述的永磁开关的输出管脚与合闸角控制器连接。

具体的，所述的信号采集处理单元包括与10kv线路连接的电阻分压传感器，所述的电阻分压传感器与信号调理单元连接进行信号调理，所述的信号调理单元与模数转换器连接，所述的模数转换器与高性能合闸角控制器连接。

具体的，所述的合闸角控制器的输出管脚与永磁开关之间通过设置依次连接的输出驱动、高速光耦和永磁开关控制器，控制永磁开关合闸与要求角度。

具体的，所述的永磁开关的输出管脚与合闸角控制器之间设置依次连接的辅助触点预处理模块和高速光耦，辅助触点预处理模块和高速光耦以外部中断的方式供合闸角控制器快速采集，以便修正合闸角控制器内部存储的永磁开关回路动作时间值，补偿永磁开关多次动作老化导致的动作时间误差。

一种如上所述10kv合闸角控制系统的控制方法，包括如下步骤：

s1、模拟测试管理系统通过上位机下发合闸角度控制信号给合闸角控制器；

s2、合闸角控制器接收与10kv线路各相连接的电阻分压传感器和信号调理单元的采集信息计算10kv线路电压的当前角度信息，并跟踪线路的电压相位；

s3、接收到上位机通过通信下发的合闸角度后，合闸角控制器根据其内部存储的永磁开关固有动作时间值，在需要的合闸角度到来前提前一个永磁开关的固有动作时间将该动作时间通过输出管脚下发合闸命令，并经由输出驱动、高速光耦、永磁开关控制器控制永磁开关合闸与要求角度，永磁控制器接收命令并动作合闸，一个动作周期结束；

s4、等待下一动作周期并提前一个永磁开关的固有动作时间下发合闸命令给永磁控制器；

s5、永磁控制器接收命令并动作合闸。

配电网动模实验是采用等比模拟的思想将10kv配电网络等效为400v或者690v的配电网络，其源、网、荷均为真实的物理模型，近年来在许多高校或者科研机构得到了广泛的应用。配电网动模实验较数字仿真更加真实、更加直接，可以用来研究配电网的运行状况、验证继电保护装置的性能、研究配电网短路故障特征、研究配电网小电流接地系统故障特征及小电流接地故障选线等。仿真模拟系统的配电网络模拟测试系统由于采用数字建模仿真方法，并不能完全精确模拟真实配网设备的情况，会忽略暂态特性等影响因素，同时由于仿真步长的限制，对提供的暂态信号频率范围有一定限制。不能完全模拟配电网的真实故障运行状态，使得配电终端功能测试验证均具有一定局限性，这为配电终端设备的动作策略、录波、通信、处置决策等功能，以及小电流接地故障的选线、定位等功能的验证埋下隐患。目前，传统一次设备、站所终端、馈线终端、线路故障定位指示器等配电终端均为独立开展试验测试与验证，不能完全模拟实际配电网设备的运行状态与故障状态，缺乏故障条件下设备的性能考核和一二次设备联合动作逻辑验证，为电网运行埋下隐患；无法准确验证配电终端、选线或定位装置、故障自愈装置、一二次融合设备等新技术、新装备的性能。

合闸角是指电力系统发生相间、接地短路故障时某相电压的相角，故障暂态特征与接地时的电压相位角密切相关，通过采用合闸角度控制技术，可实现对接地故障模拟时接地角度的准确控制，时间起点为某相正过零点，第一故障点的合闸角通常定位在0--360，实现合闸角的准确控制必须考虑光隔延时、软件延时、开关合延时和分延时等因素。当用户设定一个合闸角（开关动作时刻）后，系统应从中扣除各种延时，使命令提前发出，才能达到时间准确的动作效果。

本发明的有益效果是：该系统包括：与10kv线路直接连接的信号采集处理单元，所述的信号采集处理单元与高性能合闸角控制器连接进行10kv线路合闸角度控制信号信息的传递，所述的合闸角控制器通过通信网络与上位机进行连接，所述的上位机与模拟测试管理系统连接，同时所述的合闸角控制器的输出管脚与永磁开关连接进行合闸命令的下发，所述的永磁开关的输出管脚与合闸角控制器连接。使用本发明提供的系统的方法是前期通过模拟测试管理系统的上位机向合闸角控制器发送角度命令，利用合闸角控制器对相电压进行跟踪，提前向开关控制器发出合闸命令，提前量为永磁开关固有时间，即可在指令下精确合闸。

接地开关动作的稳定性是合闸角度误差的保证，为此，本发明采用了快速高稳定永磁开关，经试验验证，可以满足合闸角度精度要求。本发明使用高稳定性电磁开关，减小成本提高精确性，从而实现对接地故障模拟时接地角度的准确控制避免测试的随意性，为被试品提供相对公平、公正的试验条件。

合闸角控制器可以实现对接地电压、电流的采集、录波；合闸角控制器具备实时跟踪线路电压角度的功能，并能根据开关的固有动作时间和上位机下发的合闸角度要求实现对出口时间的准确控制，出口采用高速光耦，时间误差≤1us，同时合闸角控制器具备自学习功能，每次合闸操作时可实时回采接地线的永磁开关变位状态，跟踪永磁开关实际合闸时间，并进行补偿，将由于开关老化导致的动作时间误差补偿掉，进一步提高合闸角度准确性。

本发明提供的方法可实现对合闸角度的精确控制，保证故障模拟的针对性、一致性；通过人工智能算法，可补偿开关使用过程中由于老化导致的累计误差，进一步提高精度。

附图说明

图1为本发明原理结构示意图；

图2为本发明接线原理结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。

如图1所示为本发明提供的一种10kv合闸角控制系统的原理结构示意图，包括：与10kv线路直接连接的信号采集处理单元，所述的信号采集处理单元与高性能合闸角控制器连接进行10kv线路合闸角度控制信号信息的传递，所述的合闸角控制器通过通信网络与上位机进行连接，所述的上位机与模拟测试管理系统连接，同时所述的合闸角控制器的输出管脚与永磁开关连接进行合闸命令的下发，所述的永磁开关的输出管脚与合闸角控制器连接。

所述的信号采集处理单元包括与10kv线路连接的电阻分压传感器，所述的电阻分压传感器与信号调理单元连接进行信号调理，所述的信号调理单元与模数转换器连接，所述的模数转换器与高性能合闸角控制器连接。所述的合闸角控制器的输出管脚与永磁开关之间通过设置依次连接的输出驱动、高速光耦和永磁开关控制器，控制永磁开关合闸与要求角度。所述的永磁开关的输出管脚与合闸角控制器之间设置依次连接的辅助触点预处理模块和高速光耦，辅助触点预处理模块和高速光耦以外部中断的方式供合闸角控制器快速采集，以便修正合闸角控制器内部存储的永磁开关回路动作时间值，补偿永磁开关多次动作老化导致的动作时间误差。

如图2所示为接线原理示意图，三相试验线路分别通过电阻分压传感器pt采集各相电压基准信号并分别通过信号调理单元输送给合闸角控制器，同时三相试验线路分别通过永磁开关、永磁开关控制与合闸角控制连接。使用本发明提供的10kv合闸角控制系统的控制方法，包括如下步骤：

s1、模拟测试管理系统通过上位机下发合闸角度控制信号给合闸角控制器；

s2、合闸角控制器接收与10kv线路各相连接的电阻分压传感器和信号调理单元的采集信息计算10kv线路电压的当前角度信息，并跟踪线路的电压相位；

s3、接收到上位机通过通信下发的合闸角度后，合闸角控制器根据其内部存储的永磁开关固有动作时间值，在需要的合闸角度到来前提前一个永磁开关的固有动作时间将该动作时间通过输出管脚下发合闸命令，并经由输出驱动、高速光耦、永磁开关控制器控制永磁开关合闸与要求角度，永磁控制器接收命令并动作合闸，一个动作周期结束，可以将一个动作周期时间设定为20ms；

s4、等待下一动作周期并提前一个永磁开关的固有动作时间下发合闸命令给永磁控制器；

s5、永磁控制器接收命令并动作合闸。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。