[发明专利]一种智能换相控制装置及换相控制方法

权利要求书

1.一种应用于智能换相控制装置的换相控制方法，其特征在于，所述智能换相控制装置包括：模拟量输入模块，AD转换器，处理器，换相控制模块，载波通讯模块以及用于给智能换相控制装置内部元件提供电源的电源模块；

模拟量输入模块通过AD转换器与处理器连接，模拟量输入模块用于获取配电网的三相电压信号和电流信号，并将电压、电流信号通过AD转换器后传输至处理器；

换相控制模块、载波通讯模块分别与处理器连接，载波通讯模块用于向台区控制终端上传负荷电流值及电子换相开关三相状态，同时接收台区控制终端的换相指令；

处理器用于接收模拟量输入模块传输的配电网的三相电压信号和电流信号，采用半波傅立叶变换算法计算出三相电压、负荷电流幅值及相位，实现测量显示及通讯远传功能，同时实现过压、欠压、过流保护功能；当接收到台区控制终端发出的换相指令后，实时判断电压、电流采样波形，通过向控制换相控制模块发出换相指令，实现换相动作；换相动作完成后，通过载波通讯模块向台区控制终端上传操作结果；

换相控制模块用于根据处理器发出的换相指令，控制电子换相开关执行换相动作；

模拟量输入模块包括：电压输入电路，电流输入电路，信号放大电路，低通滤波电路；

电压输入电路用于获取配电网的电压信号，电流输入电路用于获取配电网的电流信号，信号放大电路用于将获取的电压信号和电流信号进行运放，低通滤波电路将运放的电压信号和电流信号进行滤波，滤波后传入AD转换器；

电压输入电路包括：第一电阻R1，过压保护装置FU，第一变压器T1；

过压保护装置FU的第一端与电压输入电路的第一输入端连接，过压保护装置FU的第二端通过第一电阻R1连接第一变压器T1一次侧的第一端，第一变压器T1一次侧的第二端连接电压输入电路的第二输入端；第一变压器T1的二次侧接信号放大电路；

电流输入电路包括：第二电阻R2，第三电阻R3，第二变压器T2；

电流输入电路的第一输入端分别与第二电阻R2第一端、第二变压器T2一次侧的第一端、第三电阻R3第一端连接；电流输入电路的第二输入端分别与第二电阻R2第二端和第二变压器T2一次侧的第二端连接；第三电阻R3第二端与第二变压器T2二次侧第一端及电流输入电路的第一输出端连接，第二变压器T2二次侧第二端与电流输入电路的第二输出端连接；

信号放大电路包括：第四电阻R4，第五电阻R5，第一电容C1，第二电容C2，第十一运放器U11；

信号放大电路的输入端分别与第四电阻R4第一端、第一电容C1第一端、第十一运放器U11二脚连接，第十一运放器U11三脚接地，第十一运放器U11四脚接地，第十一运放器U11五脚接电源，第十一运放器U11一脚分别与第四电阻R4第二端、第一电容C1第二端、第五电阻R5第一端连接，第五电阻R5第二端分别与第二电容C2第一端、信号放大电路的输出端连接，第二电容C2第二端接地；处理器采用MCU芯片，MCU芯片兼具高效率数字信号处理能力和微程序控制器的实时控制能力，内核工作频率可达120MHz，程序空间和数据空间分开编址，支持并行处理，片内集成了FLASH、RAM以及I/O模块，并具有多个带输入捕捉的定时器；

载波通讯模块采用FSK调制方式，半双工方式与处理器的异步串行口通信，处理器使用DMA模式读取异步串行口收发数据，实现与台区控制终端的数据交互；

还包括：多个LED工作指示灯；

处理器还用于根据换相指令，对LED工作指示灯显示内容进行控制，更新相应的LED工作指示灯显示状态；处理器在每个预设的循环周期进行自检操作，若自检失败则发出告警指示，并闭锁智能换相控制装置；

换相控制模块包括：换相开关控制电路，辅助电源电路；

换相开关控制电路用于控制电子换相开关动作；辅助电源电路用于向换相控制模块提供激励+24电源，辅助电源电路包括：第十一电阻R11，第十二电阻R12，第十三电阻R13，第十四电阻R14，第三电容C3，第四电容C4，第五电容C5，第六电容C6，电感L，二极管D，电源芯片U1；

辅助电源电路输入端分别与第十一电阻R11第一端、第三电容C3第一端、电源芯片U1六脚连接；第三电容C3第二端、电源芯片U1四脚、第十四电阻R14第二端、第四电容C4第二端、第五电容C5第二端分别接地；

第十一电阻R11第二端分别与电源芯片U1七脚、电感L第一端、第十二电阻R12第一端连接；

第十二电阻R12第二端接电源芯片U1八脚；电感L第二端分别与电源芯片U1一脚、二极管D阳极连接，二极管D阴极分别与第十三电阻R13第一端、第四电容C4第一端、第五电容C5第一端、辅助电源电路输出端连接；

电源芯片U1二脚接地，三脚通过第六电容C6接地，第十三电阻R13第二端分别与电源芯片U1五脚、第十四电阻R14第一端连接；

换相开关控制电路包括：第二运放器U2，第三运放器U3，第四运放器U4，第五运放器U5，第一三极管Q1，第二三极管Q2，第六电阻R6，第七电阻R7；

换相开关控制电路的SET脚分别与第二运放器U2的一脚和第五运放器U5的一脚连接，第二运放器U2二脚、第三运放器U3二脚、第四运放器U4二脚、第五运放器U5二脚分别接地，第二运放器U2的三脚分别与第六电阻R6第一端和第一三极管Q1基极连接，换相开关控制电路的RST脚分别与第三运放器U3一脚和第四运放器U4一脚连接，第三运放器U3三脚分别与第一三极管Q1集电极和换相开关控制电路的OUT+连接，第五运放器U5三脚分别与第二三极管Q2集电极和换相开关控制电路的OUT-连接，第四运放器U4三脚分别与第七电阻R7第一端和第二三极管Q2基极连接，第六电阻R6第二端、第七电阻R7第二端、第一三极管Q1发射极、第二三极管Q2发射极分别与+24电源连接；

所述装置还包括：电子开关元件触头端电压测量模块；

电子开关元件触头端电压测量模块用于检测电子换相开关中每一相的换相前电压和换相后电压，并将检测的电压信号传输至处理器；

所述方法包括：

智能换相控制装置上电或复位后执行初始化操作，读取测频方波边沿信号计算实时频率，并同步调整采样间隔；采用半波傅立叶变换算法计算出三相电压、负荷电流幅值及相位，实现测量显示及通讯远传功能，同时实现过压、欠压、过流保护功能；

当接收到台区控制终端发送的换相指令后，智能换相控制装置根据台区三相电的电压、电流采样波形，

通过处理器内置的定时器判断出接收到换相指令后电流的第一个过零点，此时根据频率预判出第二个过零点的发生时刻，智能换相控制装置根据换相开关的固有动作时间，预先发出切换指令，在电流过零点时瞬时断开负载；

换相动作完成后，通过载波通讯模块上传换相结果。

2.根据权利要求1所述的应用于智能换相控制装置的换相控制方法，其特征在于，

初始化操作包括采样数据初始化、通信数据初始化、IO口初始化、AD采样初始化，

初始化操作之后还包括：智能换相控制装置进行自检操作，自检成功后读取测频方波边沿信号计算实时频率；

智能换相控制装置的处理器在每个预设的循环周期运行自检操作，若自检失败则发出告警指示，并闭锁电子换相开关。