本發(fā)明涉及電氣控制領(lǐng)域，特別涉及一種零過渡過程條件檢測與智能控制方法及裝置。

背景技術(shù)：

電力開關(guān)合閘和分閘將產(chǎn)生過電壓和過電流，對電網(wǎng)和電氣設(shè)備帶來危害，嚴(yán)重影響供用電系統(tǒng)的安全運(yùn)行和供用電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和大功率電力電子開關(guān)器件高壓等級和容量的提高以及機(jī)械開關(guān)的速度和性能的提高，使智能控制電力開關(guān)，從而避免和大幅度控制在開關(guān)合閘和分閘過程中產(chǎn)生過電壓和過電流成為可能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案解決電力開關(guān)合閘和分閘過程中引起的上述問題：

一種零過渡過程條件檢測與智能控制方法，包括下列步驟：

步驟1，設(shè)置開關(guān)性質(zhì)和動作時間、開關(guān)操作的對象和性質(zhì)，具體包括：

步驟1.1，設(shè)置開關(guān)性質(zhì)：a.機(jī)械觸頭開關(guān)，包括但不限于斷路器和接觸器；b.電力電子開關(guān)，包括但不限于晶閘管開關(guān)和其它電力電子功率器件；c.復(fù)合開關(guān)，電力電子開關(guān)和機(jī)械觸頭開關(guān)并聯(lián)結(jié)構(gòu)。

步驟1.2，設(shè)置開關(guān)動作時間：根據(jù)開關(guān)型號和技術(shù)參數(shù)，分別設(shè)置所開關(guān)的實(shí)際平均固有合閘和平均固有分閘時間，并通過開關(guān)固有合閘和分閘時間的數(shù)量級校核設(shè)置動作時間是否合理，避免出錯。a.機(jī)械觸頭開關(guān)，固有合閘和分閘時間為毫秒數(shù)量級；b.電力電子開關(guān)，固有合閘和分閘時 間為微秒數(shù)量級；c.復(fù)合開關(guān)，固有合閘和分閘時間為毫秒數(shù)量級。

步驟1.3，設(shè)置開關(guān)操作的對象：a.同期并網(wǎng)與解列；b.負(fù)荷合閘與分閘；c.電源合閘與分閘。

步驟1.4，設(shè)置開關(guān)操作的性質(zhì)：a.電阻性負(fù)荷；b.電容性負(fù)荷；c.電感性負(fù)荷；d.未知負(fù)荷。

步驟2，同步實(shí)時檢測開關(guān)兩端電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的電壓電流瞬時值，即采用同步實(shí)時交流采樣方式，采集各電壓互感器和電流互感器的電壓和電流瞬時值，并將電壓和電流瞬時采樣值標(biāo)注時標(biāo)后存儲到實(shí)時數(shù)據(jù)庫中。采樣頻率滿足開關(guān)動作需求，并符合香農(nóng)采樣定律；

步驟3，計(jì)算開關(guān)閉合前后電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的電壓電流的幅值和相位，并針對開關(guān)合閘兩交流電源系統(tǒng)、電阻性負(fù)荷和電感性負(fù)荷以及未知負(fù)荷時，分別進(jìn)行對應(yīng)操作；

步驟4，根據(jù)不同的負(fù)荷性質(zhì)，計(jì)算零過渡過程開關(guān)合閘和分閘條件；

步驟5，根據(jù)不同開關(guān)的性質(zhì)和性能，確定開關(guān)控制的合閘和分閘時間；

步驟6，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需求和零過渡過程條件智能控制開關(guān)的分合。

在上述的一種零過渡過程條件檢測與智能控制方法，所述的步驟2中，同步實(shí)時檢測開關(guān)兩端電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的電壓電流瞬時值，包括：

步驟2.1，設(shè)置開關(guān)兩端電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的電壓互感器和電流互感器；

步驟2.2，采用同步實(shí)時交流采樣方式，采集各電壓互感器和電流互感器的電壓和電流瞬時值，并將電壓和電流瞬時采樣值標(biāo)注時標(biāo)后存儲到實(shí)時數(shù)據(jù)庫中。采樣頻率滿足開關(guān)動作需求，并符合香農(nóng)采樣定律。

步驟2.3，三相分相開關(guān)系統(tǒng)采用Y形接線，分相獨(dú)立同步實(shí)時交流采 樣，采集各相電壓互感器和電流互感器的電壓和電流瞬時值，并標(biāo)注時標(biāo)后存儲到實(shí)時數(shù)據(jù)庫中。采樣頻率滿足開關(guān)動作需求，并符合香農(nóng)采樣定律。

步驟2.4，開關(guān)兩端電壓差Δuk、電源側(cè)電壓us和負(fù)荷側(cè)電壓u，檢測任意兩個電壓，計(jì)算出另一個電壓，即：Δuk＝us-u。

在上述的一種零過渡過程條件檢測與智能控制方法，所述的步驟3中，計(jì)算開關(guān)閉合前后電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的電壓電流的幅值和相位時，定義當(dāng)開關(guān)投切電容器，計(jì)算出投切前瞬間的狀態(tài)變量初始值，即：電容電壓值u_c(0)和變壓器或系統(tǒng)電感電流值i_L(0)，則：

狀態(tài)一：當(dāng)開關(guān)合閘兩交流電源系統(tǒng)時，需要計(jì)算出合閘前開關(guān)兩端的頻率和電壓幅值及相位，確定同期條件，即開關(guān)兩端頻率、電壓幅值及相位差值接近零。

狀態(tài)二：當(dāng)開關(guān)合閘電阻性負(fù)荷和電感性負(fù)荷時，從實(shí)時數(shù)據(jù)庫中讀出標(biāo)注時標(biāo)的各電壓和電流瞬時采樣值，采用快速算法算出開關(guān)閉合前后電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的電壓電流的幅值和相位。

狀態(tài)三：當(dāng)開關(guān)合閘未知負(fù)荷時，通過檢測開關(guān)兩端電壓差判斷開關(guān)合閘對象。當(dāng)開關(guān)兩端電壓差等于電源側(cè)電壓時，開關(guān)合閘電阻性負(fù)荷和電感性負(fù)荷；當(dāng)開關(guān)兩端電壓差存在直流分量，開關(guān)合閘電容器；當(dāng)開關(guān)兩端電壓差不等于電源側(cè)電壓，而且不存在直流分量時，開關(guān)合閘兩交流電源系統(tǒng)。

在上述的一種零過渡過程條件檢測與智能控制方法，所述的步驟4中，根據(jù)不同的負(fù)荷性質(zhì)，計(jì)算零過渡過程開關(guān)合閘和分閘條件，包括：

步驟4.1，不同的負(fù)荷性質(zhì)的零過渡過程分閘條件均為開關(guān)電流過零時刻。

步驟4.2，當(dāng)開關(guān)合閘電容器時，零過渡過程開關(guān)合閘條件是電容電壓值u_c(0)和變壓器或系統(tǒng)電感電流值i_L(0)相匹配使得通過開關(guān)的動態(tài)電流的非周期分量接近零。

步驟4.3，當(dāng)開關(guān)合閘兩交流電源系統(tǒng)時，零過渡過程開關(guān)合閘條件是開關(guān)兩端頻率、電壓幅值及相位差值接近零，而且待合閘電源側(cè)電壓值u₂(0)和變壓器或系統(tǒng)電感電流值i_L(0)相匹配使得通過開關(guān)的動態(tài)電流的非周期分量接近零。

步驟4.4，當(dāng)開關(guān)合閘電阻性負(fù)荷和電感性負(fù)荷時，零過渡過程開關(guān)合閘條件是開關(guān)兩端電壓差接近零。

在上述的一種零過渡過程條件檢測與智能控制方法，所述的步驟5中，根據(jù)不同開關(guān)的性質(zhì)和性能，確定開關(guān)控制的合閘和分閘時間，包括：

步驟5.1，電力電子開關(guān)的合閘和分閘時間為滿足零過渡過程開關(guān)合閘和分閘條件對應(yīng)的時間。

步驟5.2，機(jī)械觸頭開關(guān)的合閘和分閘時間分別為滿足零過渡過程開關(guān)合閘和分閘條件對應(yīng)的時間，減除機(jī)械觸頭開關(guān)固有合閘和分閘時間；

步驟5.3，復(fù)合開關(guān)的合閘和分閘時間為：復(fù)合開關(guān)中的電力電子開關(guān)的合閘和分閘時間為滿足零過渡過程開關(guān)合閘和分閘條件對應(yīng)的時間。復(fù)合開關(guān)中機(jī)械觸頭開關(guān)的合閘和分閘時間分別為機(jī)械觸頭開關(guān)固有合閘和分閘時間。

在上述的一種零過渡過程條件檢測與智能控制方法，所述的步驟6中，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需求和零過渡過程條件智能控制開關(guān)的分合，包括：

步驟6.1，單相交流系統(tǒng)開關(guān)合閘和分閘的智能控制是根據(jù)權(quán)利要求6確定的開關(guān)控制的合閘和分閘時間進(jìn)行控制。

步驟6.2，三相交流系統(tǒng)開關(guān)合閘和分閘的智能控制是分相根據(jù)權(quán)利要求6確定的開關(guān)控制的合閘和分閘時間進(jìn)行控制。

步驟6.3，機(jī)械觸頭開關(guān)固有合閘和分閘時間具有離散性，智能控制通過檢測機(jī)械觸頭開關(guān)實(shí)際合閘和分閘時間，采用智能算法動態(tài)校正機(jī)械觸頭開關(guān)固有合閘和分閘時間，減少分散性對開關(guān)控制精度的影響。

步驟6.4，復(fù)合開關(guān)機(jī)合閘和分閘的智能控制策略是電力電子開關(guān)先通后斷、機(jī)械觸頭開關(guān)后通先斷，即：合閘先合電力電子開關(guān)，電力電子開關(guān)合閘穩(wěn)定后合機(jī)械觸頭開關(guān)；分閘先分機(jī)械觸頭開關(guān)，電力電子開關(guān)合閘狀態(tài)，機(jī)械觸頭分閘完畢后分電力電子開關(guān)。

一種零過渡過程條件檢測與智能控制裝置，設(shè)置有開關(guān)兩端運(yùn)行數(shù)據(jù)采集單元、實(shí)時數(shù)據(jù)存儲單元、零過渡過程條件檢測單元、運(yùn)行條件設(shè)置單元、零過渡過程智能控制單元和開關(guān)分合閘驅(qū)動單元。其連接和交互關(guān)系是：

開關(guān)兩端運(yùn)行數(shù)據(jù)采集單元的輸入端連接開關(guān)兩端電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的電壓互感器和電流互感器，輸出端連接實(shí)時數(shù)據(jù)存儲單元的輸入端；實(shí)時數(shù)據(jù)存儲單元的輸出和輸入端連接零過渡過程條件檢測單元的輸入和輸出端；零過渡過程條件檢測單元的另一輸出端連接零過渡過程智能控制單元的輸入端；零過渡過程智能控制單元的輸出和輸入端連接實(shí)時數(shù)據(jù)存儲單元的輸入和輸出端；運(yùn)行條件設(shè)置單元的輸出端連接零過渡過程智能控制單元的輸入端；零過渡過程智能控制單元的輸出端連接開關(guān)分合閘驅(qū)動單元的輸入端，開關(guān)分合閘驅(qū)動單元的輸出端連接受控開關(guān)。

在上述的一種零過渡過程條件檢測與智能控制裝置，所述的零過渡過程智能控制單元設(shè)置高性能微處理器或工控機(jī)、智能控制算法、參數(shù)設(shè)置接口、數(shù)據(jù)存儲接口和輸入/輸出接口、通信接口。從運(yùn)行條件設(shè)置單元獲 取開關(guān)性質(zhì)和動作時間、開關(guān)操作的對象和性質(zhì)設(shè)置信息，從實(shí)時數(shù)據(jù)存儲單元獲取開關(guān)固有合閘和分閘時間，從零過渡過程條件檢測單元獲取零過渡過程條件滿足信號；根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需求和零過渡過程條件滿足信號，實(shí)施零過渡過程開關(guān)合閘和分閘的智能控制。

高性能微處理器或工控機(jī)和智能控制算法實(shí)施電壓、電流和頻率計(jì)算；開關(guān)合閘和分閘智能控制；

參數(shù)設(shè)置接口獲取運(yùn)行條件設(shè)置單元提供的信息；

數(shù)據(jù)存儲接口存儲同步實(shí)時檢測開關(guān)兩端電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的電壓電流瞬時值信息、零過渡過程開關(guān)合閘和分閘條件以及開關(guān)控制的合閘和分閘時間信息；

輸入/輸出接口獲取開關(guān)操作信息、通過開關(guān)分合閘驅(qū)動單元實(shí)現(xiàn)開關(guān)合閘和分閘智能控制；

通信接口從遠(yuǎn)程獲取開關(guān)合閘和分閘控制信息。

在上述的一種零過渡過程條件檢測與智能控制裝置，所述的開關(guān)兩端運(yùn)行數(shù)據(jù)采集單元按同步實(shí)時檢測開關(guān)兩端電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的電壓電流瞬時值，并將電壓和電流瞬時采樣值標(biāo)注時標(biāo)后存儲到實(shí)時數(shù)據(jù)存儲單元；

所述的實(shí)時數(shù)據(jù)存儲單元存儲來自開關(guān)兩端運(yùn)行數(shù)據(jù)采集單元、零過渡過程條件檢測單元、零過渡過程智能控制單元存儲的實(shí)時數(shù)據(jù)；

所述的零過渡過程條件檢測單元，包括：按計(jì)算開關(guān)閉合前后電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的電壓電流的幅值和相位；按根據(jù)不同的負(fù)荷性質(zhì)，計(jì)算零過渡過程開關(guān)合閘和分閘條件；按根據(jù)不同開關(guān)的性質(zhì)和性能，確定開關(guān)控制的合閘和分閘時間；將計(jì)算結(jié)果存儲到實(shí)時數(shù)據(jù)存儲單元；將零過渡過程條件滿足信號發(fā)給零過渡過程智能控制單元。

所述的運(yùn)行條件設(shè)置單元按設(shè)置開關(guān)性質(zhì)和動作時間、開關(guān)操作的對象和性質(zhì)；

所述的開關(guān)分合閘驅(qū)動單元接受零過渡過程智能控制單元的控制命令，實(shí)時控制電力開關(guān)的合閘和分閘。

因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、可以避免和大幅度控制在開關(guān)合閘和分閘過程中產(chǎn)生過電壓和過電流；2、可以避免和大幅度減少大功率電氣設(shè)備頻繁啟停過程中產(chǎn)生的功率損耗和電壓損耗，提高電氣設(shè)備的工作效率；3、可以避免和大幅度減少電容器、電纜和空載變壓器開關(guān)合閘過程中生產(chǎn)的過電流沖擊；4、提高供用電系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平；5、減少維護(hù)成本以及提高開關(guān)和電氣設(shè)備的使用壽命等。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實(shí)施例流程示意圖。

圖2是本裝置實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。

圖3為晶閘管開關(guān)投切電容器無功補(bǔ)償系統(tǒng)實(shí)施例系統(tǒng)接線圖

圖4為晶閘管開關(guān)投切電容器無功補(bǔ)償系統(tǒng)實(shí)施例系統(tǒng)等效電路圖

圖5為晶閘管開關(guān)投切電容器無功補(bǔ)償系統(tǒng)實(shí)施例系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化等效電路圖

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。

一、原理實(shí)施例：

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明：

一)方法

零過渡過程條件檢測與智能控制方法實(shí)施例流程圖如圖1所示，由圖1可見：

步驟1為設(shè)置開關(guān)性質(zhì)和動作時間、開關(guān)操作的對象和性質(zhì)1，包括：

1)設(shè)置開關(guān)性質(zhì)：a.機(jī)械觸頭開關(guān)，包括但不限于斷路器和接觸器；b.電力電子開關(guān)，包括但不限于晶閘管開關(guān)和其它電力電子功率器件；c. 復(fù)合開關(guān)，電力電子開關(guān)和機(jī)械觸頭開關(guān)并聯(lián)結(jié)構(gòu)。

2)設(shè)置開關(guān)動作時間：根據(jù)開關(guān)型號和技術(shù)參數(shù)，分別設(shè)置所開關(guān)的實(shí)際平均固有合閘和平均固有分閘時間，并通過開關(guān)固有合閘和分閘時間的數(shù)量級校核設(shè)置動作時間是否合理，避免出錯。a.機(jī)械觸頭開關(guān)，固有合閘和分閘時間為毫秒數(shù)量級；b.電力電子開關(guān)，固有合閘和分閘時間為微秒數(shù)量級；c.復(fù)合開關(guān)，固有合閘和分閘時間為毫秒數(shù)量級。

3)設(shè)置開關(guān)操作的對象：a.同期并網(wǎng)與解列；b.負(fù)荷合閘與分閘；c.電源合閘與分閘。

4)設(shè)置開關(guān)操作的性質(zhì)：a.電阻性負(fù)荷；b.電容性負(fù)荷；c.電感性負(fù)荷；d.未知負(fù)荷。

步驟2為同步實(shí)時檢測開關(guān)兩端電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的電壓電流瞬時值2，包括：

1)設(shè)置開關(guān)兩端電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的電壓互感器和電流互感器；

2)采用同步實(shí)時交流采樣方式，采集各電壓互感器和電流互感器的電壓和電流瞬時值，并將電壓和電流瞬時采樣值標(biāo)注時標(biāo)后存儲到實(shí)時數(shù)據(jù)庫中。采樣頻率滿足開關(guān)動作需求，并符合香農(nóng)采樣定律。

3)三相分相開關(guān)系統(tǒng)采用Y形接線，分相獨(dú)立同步實(shí)時交流采樣，采集各相電壓互感器和電流互感器的電壓和電流瞬時值，并標(biāo)注時標(biāo)后存儲到實(shí)時數(shù)據(jù)庫中。采樣頻率滿足開關(guān)動作需求，并符合香農(nóng)采樣定律。

4)開關(guān)兩端電壓差Δuk、電源側(cè)電壓us和負(fù)荷側(cè)電壓u，檢測任意兩個電壓，計(jì)算出另一個電壓，即：Δuk＝us-u。

步驟3為計(jì)算開關(guān)閉合前后電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的電壓電流的幅值和相位3，包括：

1)當(dāng)開關(guān)投切電容器時，需要計(jì)算出投切前瞬間的狀態(tài)變量初始值， 即：電容電壓值u_c(0)和變壓器或系統(tǒng)電感電流值i_L(0)。

2)當(dāng)開關(guān)合閘兩交流電源系統(tǒng)時，需要計(jì)算出合閘前開關(guān)兩端的頻率和電壓幅值及相位，確定同期條件，即開關(guān)兩端頻率、電壓幅值及相位差值接近零。

3)當(dāng)開關(guān)合閘電阻性負(fù)荷和電感性負(fù)荷時，從實(shí)時數(shù)據(jù)庫中讀出標(biāo)注時標(biāo)的各電壓和電流瞬時采樣值，采用快速算法算出開關(guān)閉合前后電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的電壓電流的幅值和相位。

4)當(dāng)開關(guān)合閘未知負(fù)荷時，通過檢測開關(guān)兩端電壓差判斷開關(guān)合閘對象。當(dāng)開關(guān)兩端電壓差等于電源側(cè)電壓時，開關(guān)合閘電阻性負(fù)荷和電感性負(fù)荷；當(dāng)開關(guān)兩端電壓差存在直流分量，開關(guān)合閘電容器；當(dāng)開關(guān)兩端電壓差不等于電源側(cè)電壓，而且不存在直流分量時，開關(guān)合閘兩交流電源系統(tǒng)。

步驟4為根據(jù)不同的負(fù)荷性質(zhì)，計(jì)算零過渡過程開關(guān)合閘和分閘條件4，包括：

1)不同的負(fù)荷性質(zhì)的零過渡過程分閘條件均為開關(guān)電流過零時刻。

2)當(dāng)開關(guān)合閘電容器時，零過渡過程開關(guān)合閘條件是電容電壓值u_c(0)和變壓器或系統(tǒng)電感電流值i_L(0)相匹配使得通過開關(guān)的動態(tài)電流的非周期分量接近零。

3)當(dāng)開關(guān)合閘兩交流電源系統(tǒng)時，零過渡過程開關(guān)合閘條件是開關(guān)兩端頻率、電壓幅值及相位差值接近零，而且待合閘電源側(cè)電壓值u₂(0)和變壓器或系統(tǒng)電感電流值i_L(0)相匹配使得通過開關(guān)的動態(tài)電流的非周期分量接近零。

4)當(dāng)開關(guān)合閘電阻性負(fù)荷和電感性負(fù)荷時，零過渡過程開關(guān)合閘條件是開關(guān)兩端電壓差接近零。

步驟5中為根據(jù)不同開關(guān)的性質(zhì)和性能，確定開關(guān)控制的合閘和分閘 時間5，包括：

1)電力電子開關(guān)的合閘和分閘時間為滿足零過渡過程開關(guān)合閘和分閘條件對應(yīng)的時間。

2)機(jī)械觸頭開關(guān)的合閘和分閘時間分別為滿足零過渡過程開關(guān)合閘和分閘條件對應(yīng)的時間，減除機(jī)械觸頭開關(guān)固有合閘和分閘時間；

3)復(fù)合開關(guān)的合閘和分閘時間為：復(fù)合開關(guān)中的電力電子開關(guān)的合閘和分閘時間為滿足零過渡過程開關(guān)合閘和分閘條件對應(yīng)的時間。復(fù)合開關(guān)中機(jī)械觸頭開關(guān)的合閘和分閘時間分別為機(jī)械觸頭開關(guān)固有合閘和分閘時間。

步驟6為根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需求和零過渡過程條件智能控制開關(guān)的分合6，包括：

1)單相交流系統(tǒng)開關(guān)合閘和分閘的智能控制是根據(jù)權(quán)利要求6確定的開關(guān)控制的合閘和分閘時間進(jìn)行控制。

2)三相交流系統(tǒng)開關(guān)合閘和分閘的智能控制是分相根據(jù)權(quán)利要求6確定的開關(guān)控制的合閘和分閘時間進(jìn)行控制。

3)機(jī)械觸頭開關(guān)固有合閘和分閘時間具有離散性，智能控制通過檢測機(jī)械觸頭開關(guān)實(shí)際合閘和分閘時間，采用智能算法動態(tài)校正機(jī)械觸頭開關(guān)固有合閘和分閘時間，減少分散性對開關(guān)控制精度的影響。

4)復(fù)合開關(guān)機(jī)合閘和分閘的智能控制策略是電力電子開關(guān)先通后斷、機(jī)械觸頭開關(guān)后通先斷，即：合閘先合電力電子開關(guān)，電力電子開關(guān)合閘穩(wěn)定后合機(jī)械觸頭開關(guān)；分閘先分機(jī)械觸頭開關(guān)，電力電子開關(guān)合閘狀態(tài)，機(jī)械觸頭分閘完畢后分電力電子開關(guān)。

二)裝置

1、總體

如圖2，本裝置包括開關(guān)兩端運(yùn)行數(shù)據(jù)采集單元10、實(shí)時數(shù)據(jù)存儲單元20、零過渡過程條件檢測單元30、運(yùn)行條件設(shè)置單元40、零過渡過程智能控制單元50和開關(guān)分合閘驅(qū)動單元60。

其連接和交互關(guān)系是：

開關(guān)兩端運(yùn)行數(shù)據(jù)采集單元10的輸入端連接開關(guān)兩端電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的電壓互感器和電流互感器，輸出端連接實(shí)時數(shù)據(jù)存儲單元20的輸入端；實(shí)時數(shù)據(jù)存儲單元20的輸出和輸入端連接零過渡過程條件檢測單元30的輸入和輸出端；零過渡過程條件檢測單元30的另一輸出端連接零過渡過程智能控制單元50的輸入端；零過渡過程智能控制單元50的輸出和輸入端連接實(shí)時數(shù)據(jù)存儲單元20的輸入和輸出端；運(yùn)行條件設(shè)置單元40的輸出端連接零過渡過程智能控制單元50的輸入端；零過渡過程智能控制單元50的輸出端連接開關(guān)分合閘驅(qū)動單元60的輸入端，開關(guān)分合閘驅(qū)動單元60的輸出端連接受控開關(guān)。

2、功能塊。

(1)開關(guān)兩端運(yùn)行數(shù)據(jù)采集單元10：

用于同步實(shí)時檢測開關(guān)兩端電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的電壓電流瞬時值，并將電壓和電流瞬時采樣值標(biāo)注時標(biāo)后存儲到實(shí)時數(shù)據(jù)存儲單元；

(2)實(shí)時數(shù)據(jù)存儲單元20：

用于存儲來自開關(guān)兩端運(yùn)行數(shù)據(jù)采集單元、零過渡過程條件檢測單元、零過渡過程智能控制單元存儲的實(shí)時數(shù)據(jù)；

(3)零過渡過程條件檢測單元30：

用于計(jì)算開關(guān)閉合前后電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的電壓電流的幅值和相位，根據(jù)不同的負(fù)荷性質(zhì)，計(jì)算零過渡過程開關(guān)合閘和分閘條件，根據(jù)不同開關(guān)的性質(zhì)和性能，確定開關(guān)控制的合閘和分閘時間，將計(jì)算結(jié)果存儲到實(shí)時數(shù)據(jù)存儲單元；

(4)運(yùn)行條件設(shè)置單元40：

用于設(shè)置開關(guān)性質(zhì)和動作時間、開關(guān)操作的對象和性質(zhì)；

(5)零過渡過程智能控制單元50：

設(shè)置高性能微處理器或工控機(jī)、智能控制算法、參數(shù)設(shè)置接口、數(shù)據(jù)存儲接口和輸入/輸出接口、通信接口。用于從運(yùn)行條件設(shè)置單元40獲取開關(guān)性質(zhì)和動作時間、開關(guān)操作的對象和性質(zhì)設(shè)置信息，從實(shí)時數(shù)據(jù)存儲單元20獲取開關(guān)固有合閘和分閘時間，從零過渡過程條件檢測單元30獲取零過渡過程條件滿足信號；根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需求和零過渡過程條件滿足信號，實(shí)施零過渡過程開關(guān)合閘和分閘的智能控制。

高性能微處理器或工控機(jī)和智能控制算法實(shí)施電壓、電流和頻率計(jì)算；開關(guān)合閘和分閘智能控制；

參數(shù)設(shè)置接口獲取運(yùn)行條件設(shè)置單元提供的信息；

數(shù)據(jù)存儲接口存儲同步實(shí)時檢測開關(guān)兩端電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的電壓電流瞬時值信息、零過渡過程開關(guān)合閘和分閘條件以及開關(guān)控制的合閘和分閘時間信息；

輸入/輸出接口獲取開關(guān)操作信息、通過開關(guān)分合閘驅(qū)動單元60實(shí)現(xiàn)開關(guān)合閘和分閘智能控制；

通信接口從遠(yuǎn)程獲取開關(guān)合閘和分閘控制信息。

(6)開關(guān)分合閘驅(qū)動單元60：

用于接受零過渡過程智能控制單元50的控制命令，實(shí)時控制電力開關(guān)的合閘和分閘。

工作原理是：

(1)開關(guān)兩端運(yùn)行數(shù)據(jù)采集單元10：

采用交流采樣方式，按步驟2同步實(shí)時檢測開關(guān)兩端電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的電壓電流瞬時值，并將電壓和電流瞬時采樣值標(biāo)注時標(biāo)后存儲到實(shí)時數(shù) 據(jù)存儲單元20；

(2)實(shí)時數(shù)據(jù)存儲單元20：

采用大容量隨機(jī)存儲器RAM，存儲來自開關(guān)兩端運(yùn)行數(shù)據(jù)采集單元10、零過渡過程條件檢測單元30、零過渡過程智能控制單元50存儲的實(shí)時數(shù)據(jù)；

(3)零過渡過程條件檢測單元30：

采用高性能微處理器或工控機(jī)、智能控制算法，按步驟3計(jì)算開關(guān)閉合前后電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的電壓電流的幅值和相位；按步驟4根據(jù)不同的負(fù)荷性質(zhì)，計(jì)算零過渡過程開關(guān)合閘和分閘條件；按步驟5根據(jù)不同開關(guān)的性質(zhì)和性能，確定開關(guān)控制的合閘和分閘時間；將計(jì)算結(jié)果存儲到實(shí)時數(shù)據(jù)存儲單元20；將零過渡過程條件滿足信號發(fā)給零過渡過程智能控制單元。

(4)運(yùn)行條件設(shè)置單元40：

采用計(jì)算機(jī)人機(jī)接口和程序設(shè)計(jì),按步驟1設(shè)置開關(guān)性質(zhì)和動作時間、開關(guān)操作的對象和性質(zhì)；

(5)零過渡過程智能控制單元50：

采用高性能微處理器或工控機(jī)、智能控制算法、參數(shù)設(shè)置接口、數(shù)據(jù)存儲接口和輸入/輸出接口、通信接口。從運(yùn)行條件設(shè)置單元40獲取開關(guān)性質(zhì)和動作時間、開關(guān)操作的對象和性質(zhì)設(shè)置信息，從實(shí)時數(shù)據(jù)存儲單元獲取開關(guān)固有合閘和分閘時間，從零過渡過程條件檢測單元獲取零過渡過程條件滿足信號；根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需求和零過渡過程條件滿足信號，實(shí)施零過渡過程開關(guān)合閘和分閘的智能控制。

高性能微處理器或工控機(jī)和智能控制算法實(shí)施電壓、電流和頻率計(jì)算；開關(guān)合閘和分閘智能控制；

參數(shù)設(shè)置接口獲取運(yùn)行條件設(shè)置單元提供的信息；

數(shù)據(jù)存儲接口存儲同步實(shí)時檢測開關(guān)兩端電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的電壓電流瞬時值信息、零過渡過程開關(guān)合閘和分閘條件以及開關(guān)控制的合閘和分閘 時間信息；

輸入/輸出接口獲取開關(guān)操作信息、通過開關(guān)分合閘驅(qū)動單元實(shí)現(xiàn)開關(guān)合閘和分閘智能控制；

通信接口從遠(yuǎn)程獲取開關(guān)合閘和分閘控制信息。

(6)開關(guān)分合閘驅(qū)動單元60：

采用電子電路驅(qū)動模塊實(shí)現(xiàn)電力電子開關(guān)的驅(qū)動；采用電磁功率放大驅(qū)動裝置實(shí)現(xiàn)機(jī)械觸頭開關(guān)的驅(qū)動，當(dāng)接受到零過渡過程智能控制單元50的合閘或分閘控制命令，開關(guān)分合閘驅(qū)動單元60實(shí)時控制電力開關(guān)的合閘和分閘。

二、應(yīng)用實(shí)施例：

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明：

圖3為晶閘管開關(guān)投切電容器無功補(bǔ)償系統(tǒng)實(shí)施例原理示意圖。

由圖3可見，電網(wǎng)S經(jīng)過變壓器T降低電壓，經(jīng)過一條供電線路向感性負(fù)荷供電，現(xiàn)通過電力電子開關(guān)，晶閘管開關(guān)零過渡過程動態(tài)投切電容器，實(shí)現(xiàn)零過渡過程動態(tài)無功補(bǔ)償。該系統(tǒng)的等效電路如圖4所示。為了便于分析，現(xiàn)將圖4標(biāo)準(zhǔn)化等效處理為圖5。

圖5為一個正在感性負(fù)荷Z供電的交流系統(tǒng)，經(jīng)過晶閘管型電力電子開關(guān)K動態(tài)投切電容器。其中：Vs1為系統(tǒng)等效電壓源，Zs1＝Rs1+jXs1為系統(tǒng)等效阻抗，該阻抗是電網(wǎng)內(nèi)阻抗、變壓器阻抗和線路阻抗之和。Z＝R+jX為負(fù)荷等效阻抗。-jXc為電容器等效電抗。晶閘管型電力電子開關(guān)K當(dāng)t≥0時投切電容器。

本裝置各單元的工作原理如下：

開關(guān)兩端運(yùn)行數(shù)據(jù)采集單元10：采用與零過渡過程智能控制單元CPU總線兼容的內(nèi)置各路獨(dú)立的多路交流同步數(shù)據(jù)采樣模塊，從電流互感器分別采集系統(tǒng)電流I₁、負(fù)荷電流I和電容器電流Ic；從電壓互感器或電壓傳感器分別采集系統(tǒng)電壓V,負(fù)荷電壓V和電容器電壓Vc。設(shè)開關(guān)K合閘或分閘前 瞬間系統(tǒng)動態(tài)變量電感電流和電容電壓的初始值分別為I₁(0)和Vc(0)。

實(shí)時數(shù)據(jù)存儲單元20：采用大容量RAM，循環(huán)方式存放系統(tǒng)電流I1、負(fù)荷電流I、電容器電流Ic、系統(tǒng)電壓V,負(fù)荷電壓V和電容器電壓Vc；動態(tài)變量的初始值電感電流I₁(0)和電容電壓Vc(0)；系統(tǒng)參數(shù)Zs1＝Rs1+jXs1；負(fù)荷參數(shù)Z＝R+jX；電容器等效電抗-jXc；控制所需計(jì)算數(shù)據(jù)以及其它單元所需的相關(guān)數(shù)據(jù)和臨時數(shù)據(jù)。

零過渡過程條件檢測單元30：

1)計(jì)算開關(guān)閉合前后電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的電壓電流的幅值和相位,計(jì)算出投切前瞬間的狀態(tài)變量初始值，即：電容電壓值V_c(0)和變壓器或系統(tǒng)電感電流值I₁(0)。

2)當(dāng)開關(guān)合閘電容器時，零過渡過程開關(guān)合閘條件是電容電壓值V_c(0)和變壓器或系統(tǒng)電感電流值I₁(0)相匹配使得通過開關(guān)的動態(tài)電流的非周期分量接近零。

即：動態(tài)電容電壓為：

v_c(t)＝v″_c(V_c(0),I₁(0),R_s1,X_s1,R,X)e^-βt

+v′_c(V_s1,R_s1,X_s1,R,X,X_c,ωt)

零過渡過程條件為：

v″_c(V_c(0),I₁(0),R_s1,X_s1,R,X)e^-βt→0 (1)

3)晶閘管開關(guān)投入電容器的時刻為滿足式(1)的時刻。晶閘管開關(guān)切除電容器的時刻為晶閘管開關(guān)電流過零時刻，此時晶閘管觸發(fā)脈沖為零。

4)將計(jì)算結(jié)果存儲到實(shí)時數(shù)據(jù)存儲單元，將零過渡過程條件滿足信號發(fā)給零過渡過程智能控制單元50。

運(yùn)行條件設(shè)置單元40：晶閘管開關(guān)固有合閘和分閘時間≈0

零過渡過程智能控制單元50：設(shè)置CPU，采用工控機(jī)或嵌入式ARM系統(tǒng)；Linux操作系統(tǒng)；具有CPU總線兼容的內(nèi)置交流模擬量同步數(shù)據(jù)采樣模塊(8路)；智能算法；電磁或光電隔離的開關(guān)量輸出模塊(8路)；無功補(bǔ)償控制程序；通信接口：RS485/RS232、以太網(wǎng)、GPRS/CDMA；操作和顯示單元。當(dāng)無功補(bǔ)償控制程序檢測到需要無功補(bǔ)償?shù)臒o功功率缺額時，無功補(bǔ)償控制程序選擇投入電網(wǎng)的電容器容量，零過渡過程智能控制單元50準(zhǔn)備投入，等到獲得零過渡過程條件滿足信號時，實(shí)施零過渡過程開關(guān)合閘和分閘的智能控制，即：將控制信號發(fā)給開關(guān)分合閘驅(qū)動單元60。

開關(guān)分合閘驅(qū)動單元60：采用晶閘管開關(guān)過零檢測、中頻脈寬調(diào)制(10kHz),脈沖變壓器電磁隔離的晶閘管觸發(fā)電路，當(dāng)接收到零過渡過程智能控制單元50的合閘信號時，驅(qū)動相應(yīng)的晶閘管開關(guān)可靠合閘；當(dāng)接收到分閘信號時，封閉相應(yīng)的晶閘管開關(guān)的觸發(fā)脈沖，使其可靠分閘。

本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。