一種基于自適應(yīng)的雙向無隙換流的防晃電裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電網(wǎng)晃電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于自適應(yīng)的雙向無隙換流的 防晃電裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 保證接觸器不脫扣，防止晃電在整個(gè)工廠運(yùn)行中占相當(dāng)重要的地位，良好的防晃 電裝置不僅可以保證負(fù)載運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，而且能夠提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。
[0003] 防晃電技術(shù)的提高應(yīng)從兩方面著手，一是晃電判斷，二是硬件電路結(jié)構(gòu)。目前采用 的晃電判斷算法多為基于正弦函數(shù)模型的算法，如果被測波形存在少量的畸變或偏移都將 導(dǎo)致測量誤差，同時(shí)算法求解過程復(fù)雜，控制芯片運(yùn)算過程中需要耗費(fèi)較長時(shí)間，閾值的設(shè) 定沒有可靠的理論基礎(chǔ)，對調(diào)試者的經(jīng)驗(yàn)依靠度大，可能出現(xiàn)同一系統(tǒng)在本地使用情況良 好，在其他地方誤動(dòng)作較多。對于硬件電路結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在市場上流行的多為繼電器結(jié)構(gòu)的防晃 電裝置，但是這種類型的防晃電裝置在切換過程中會(huì)出現(xiàn)斷流狀況，導(dǎo)致接觸器脫扣。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種基于自適應(yīng)的雙向無隙換流的防晃電 裝置及方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0006] 一種基于自適應(yīng)的雙向無隙換流的防晃電裝置，包括市電電壓幅值檢測采樣電 路、220V電網(wǎng)電壓電流相位采樣電路、整流模塊、直流降壓模塊電路、單片機(jī)主控單元、電源 模塊、高頻變壓器輸出電路、驅(qū)動(dòng)電路、雙向可控硅無隙換流切換主電路和負(fù)載電壓電流檢 測電路；
[0007] 電源模塊是用來為負(fù)載提供直流電的備用電源；
[0008] 市電電壓幅值檢測采樣電路的輸入端、220V電網(wǎng)電壓電流相位采樣電路的輸入 端、整流模塊的輸入端分別連接至220V電網(wǎng)，市電電壓幅值檢測采樣電路的輸出端連接單 片機(jī)主控單元的A/D采樣端口，220V電網(wǎng)電壓電流相位采樣電路的輸出端連接單片機(jī)主控 單元的電壓電流相位采樣端口，整流模塊的一路輸出端連接直流降壓模塊電路的輸入端， 直流降壓模塊電路的輸出端連接單片機(jī)主控單元的芯片供電端口，驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接 單片機(jī)主控單元的使能信號(hào)輸出端，整流模塊的另一路輸出端連接電源模塊的輸入端，電 源模塊的輸出端連接高頻變壓器輸出電路的輸入端，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端、高頻變壓器輸出 電路的輸出端連接雙向可控硅無隙換流切換主電路的輸入端，負(fù)載分別連接雙向可控硅無 隙換流切換主電路的輸出端、負(fù)載電壓電流檢測電路、220V電網(wǎng)，負(fù)載電壓電流檢測電路還 連接單片機(jī)主控單元的采樣端口。
[0009] 所述驅(qū)動(dòng)電路包括繼電器開關(guān)量控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)隔離模塊、雙向可控硅控制信號(hào)驅(qū) 動(dòng)隔尚申旲塊；
[0010] 繼電器開關(guān)量控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)隔離模塊用于實(shí)現(xiàn)繼電器開關(guān)量控制信號(hào)與單片機(jī) 主控單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)間的電氣隔離，從而完成對雙向可控硅無隙換流切換主電路中繼電器 的驅(qū)動(dòng)；
[0011] 雙向可控硅控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)隔離模塊用于驅(qū)動(dòng)雙向可控硅無隙換流切換主電路中 的交流可控硅晶閘管和直流可控硅晶閘管。
[0012] 所述市電電壓幅值檢測采樣電路用于將220V電網(wǎng)的220V正弦交流電壓轉(zhuǎn)換為單 片機(jī)主控單元能接收的恒為正相的電壓，使得220V正弦交流電壓的相位為正或負(fù)時(shí)單片 機(jī)主控單元均能實(shí)時(shí)監(jiān)測到220V電網(wǎng)電壓變化。
[0013] 所述220V電網(wǎng)電壓電流相位采樣電路通過霍爾電流傳感器將雙向可控硅無隙 換流切換主電路的電流相位以高低電平的形式輸入到單片機(jī)主控單元中，同時(shí)220V電網(wǎng) 電壓電流相位采樣電路將220V電網(wǎng)電壓的相位以高低電平的形式輸入到單片機(jī)主控單元 中。
[0014] 所述整流模塊用于將220V的電網(wǎng)電壓整成電壓值為5V的直流電壓輸出至電源模 塊。
[0015] 所述高頻變壓器輸出電路用來輸出+12V的直流電源VDD和-12V的直流電源VEE。
[0016] 所述負(fù)載電壓電流檢測電路用來采集負(fù)載上的電壓電流值，從而設(shè)定雙向可控硅 無隙換流切換主電路回切的時(shí)長。
[0017] 所述單片機(jī)主控單元用于根據(jù)市電電壓幅值檢測采樣電路的采樣信號(hào)監(jiān)測220V 電網(wǎng)是否發(fā)生晃電：在220V電網(wǎng)發(fā)生晃電時(shí)，根據(jù)220V電網(wǎng)電壓電流相位采樣電路傳來的 信號(hào)判斷此時(shí)電流相位，并關(guān)斷雙向可控硅無隙換流切換主電路中交流可控硅晶閘管，開 啟與當(dāng)前電流相位對應(yīng)的直流可控硅晶閘管；在220V電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常時(shí)，關(guān)斷雙向可控 硅無隙換流切換主電路中的直流可控硅晶閘管，開啟與當(dāng)前電流相位對應(yīng)的交流可控硅晶 閘管。
[0018] 所述雙向可控硅無隙換流切換主電路完成220V電網(wǎng)與備用電源的切換：當(dāng)單片 機(jī)主控單元監(jiān)測到220V電網(wǎng)發(fā)生晃電時(shí)，雙向可控硅無隙換流切換主電路在單片機(jī)主控 單元的指令下快速完成電源切換動(dòng)作，切換至備用電源為負(fù)載提供穩(wěn)定電壓；當(dāng)220V電網(wǎng) 恢復(fù)正常工作時(shí)，雙向可控硅無隙換流切換主電路再切換回220V電網(wǎng)供電，從而實(shí)現(xiàn)交流 供電與直流供電之間的平滑切換，即無隙換流。
[0019] 所述的基于自適應(yīng)的雙向無隙換流的防晃電裝置的控制方法，包括以下步驟：
[0020] 步驟1 :負(fù)載電壓電流檢測電路采集負(fù)載上的電壓電流值，并輸入到單片機(jī)主控 單元中，從而設(shè)定雙向可控硅無隙換流切換主電路回切的時(shí)長；
[0021] 步驟2 :市電電壓幅值檢測采樣電路將220V電網(wǎng)的220V正弦交流電壓轉(zhuǎn)換為單 片機(jī)主控單元能接收的恒為正相的電壓，輸出至單片機(jī)主控單元；
[0022] 步驟3 :220V電網(wǎng)電壓電流相位采樣電路通過霍爾電流傳感器將雙向可控硅無隙 換流切換主電路中的電流相位以高低電平的形式輸入到單片機(jī)主控單元中，同時(shí)220V電 網(wǎng)電壓電流相位采樣電路將220V電網(wǎng)電壓的相位以高低電平的形式輸入到單片機(jī)主控單 元中；
[0023] 步驟4 :整流模塊將220V電網(wǎng)電壓整流成5V直流電壓，輸入電源模塊，同時(shí)整流 模塊通過直流降壓模塊將5V直流電壓降成3. 3V給單片機(jī)主控單元供電；
[0024] 步驟5 :電源模塊通過高頻變壓器輸出電路將5V直流電壓轉(zhuǎn)換成+12V直流電壓 VDD和-12V直流電壓VEE給驅(qū)動(dòng)電路和雙向可控硅無隙換流切換主電路供電；
[0025] 步驟6:根據(jù)市電電壓幅值檢測采樣電路的采樣信號(hào)監(jiān)測220V電網(wǎng)是否發(fā)生晃 電：若220V電網(wǎng)的電壓低于標(biāo)準(zhǔn)電壓的80%，則判定220V電網(wǎng)發(fā)生晃電，執(zhí)行步驟7 ;否 貝1J，返回步驟1 ;
[0026] 步驟7:單片機(jī)主控單元根據(jù)220V電網(wǎng)電壓電流相位采樣電路傳來的信號(hào)判斷此 時(shí)電壓電流相位，給出使能信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)電路關(guān)斷雙向可控硅無隙換流切換主電路中交 流可控硅晶閘管，開啟與當(dāng)前電壓電流相位對應(yīng)的直流可控硅晶閘管，切換至備用電源，即 電源模塊為負(fù)載提供穩(wěn)定電壓，從而實(shí)現(xiàn)交流供電與直流供電之間的平滑切換，即無隙換 流；
[0027] 步驟8:在220V電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常時(shí)，單片機(jī)主控單元通過驅(qū)動(dòng)電路關(guān)斷雙向可 控硅無隙換流切換主電路中的直流可控硅晶閘管，開啟與當(dāng)前電壓電流相位對應(yīng)的交流可 控硅晶閘管，雙向可控硅無隙換流切換主電路再切換回220V電網(wǎng)供電，從而實(shí)現(xiàn)直流供電 與交流供電之間的平滑切換，實(shí)現(xiàn)晃電保護(hù)。
[0028] 有益效果：
[0029] (1)本發(fā)明采用交流采樣技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)正弦電壓幅值的采樣以及對電壓電流 相位的采樣，同時(shí)將負(fù)相電壓轉(zhuǎn)換為正相，將幅值相應(yīng)的減小至單片機(jī)主控單元可承受的 范圍，輸入單片機(jī)主控單元中。
[0030] (2)本裝置采用兩進(jìn)兩出的接線結(jié)構(gòu)，可以不改變原有電路的控制方式和接線。
[0031] (3)采用PIC32MX230F064B高性能芯片作為單片機(jī)主控單元，主頻達(dá)到40MHz，采 樣時(shí)間250us，可以在晃電發(fā)生5ms內(nèi)檢測到并且做出切換動(dòng)作，保證晃電保護(hù)的及時(shí)性。
[0032] (4)采用查表比較的晃電檢測方法，相比于以往100ms以上的判斷時(shí)間，本發(fā)明可 在5ms以內(nèi)作出晃電判斷，且準(zhǔn)確可靠，大大提高了防晃電保護(hù)的反應(yīng)速度。
[0033] (5)采用的基于自適應(yīng)的雙向可控硅無隙換流結(jié)構(gòu)通過平滑續(xù)流的方式很好的避 免了斷流情況的發(fā)生，提高了切換可靠性。
[0034] (6)采用旁路式結(jié)構(gòu)將繼電器接入電路中，減少了故障點(diǎn)，同時(shí)延長了可控硅的使 用壽命，并且在裝置故障時(shí)不影響負(fù)載的正常運(yùn)行。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的基于自適應(yīng)的雙向無隙換流的防晃電裝置結(jié)構(gòu)框 圖；
[0036] 圖2為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的市電電壓幅值檢測采樣電路和220V電網(wǎng)電壓電流 相位采樣電路的電路原理圖；
[0037] 圖3為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的單片機(jī)主控單元引腳圖；
[0038] 圖4為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的驅(qū)動(dòng)電路原理圖，其中，（a)為繼電器開關(guān)量控制信 號(hào)驅(qū)動(dòng)隔離模塊電路原理圖；(b)為雙向可控硅控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)隔離模塊電路原理圖；
[0039] 圖5為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的雙向可控硅無隙換流切換主電路原理圖；
[0040] 圖6為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的驅(qū)動(dòng)模塊與雙向可控硅無隙換流切換主電路連接 原理圖；
[0041] 圖7為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的控制軟件主流程設(shè)計(jì)流程圖；
[0042] 圖8為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的基于自適應(yīng)的雙向無隙換流的防晃電裝置狀態(tài)檢 測流程圖；
[0043] 圖9為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的控制軟件A/D中斷服務(wù)子程序?qū)﹄妷弘娏餍盘?hào)的采 樣流程圖；
[0044] 圖10為本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的電網(wǎng)電