一种机械式直流断路器控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种机械式直流断路器控制器，该控制器电路包括供电模块，通讯模块，按钮模块，主控模块和驱动模块。驱动模块由机械开关驱动单元和换流回路驱动单元两个子单元组成；机械开关驱动单元，用于控制机械开关操动机构——斥力机构电源柜内分/合闸储能电容的充/放电开关，包括快速分闸电容、慢速分闸电容、合闸电容的充电开关IGBT的驱动电路和快速分闸电容、慢速分闸电容、合闸电容的放电开关晶闸管的驱动电路；换流回路驱动单元，用于控制换流回路的触发开关。本发明专利技术提供的机械式直流断路器控制器结构简单，体积小，成本低；运行功耗小；具有电磁屏蔽效果，可靠性高；可实现就地操作与远程通讯多种控制方式。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术主要应用于直流断路器领域，更具体地，涉及一种机械式直流断路器控制器。
技术介绍
化石能源大规模开发利用导致资源紧缺、环境污染、气候变化等诸多全球性难题，开发可再生清洁能源取代化石能源将是大势所趋。新能源接入等问题表明发展直流电网的迫切性，而高压直流断路器已经成为发展直流电网主要技术瓶颈，需求日益迫切。在三种直流断路器主流拓扑中，机械式直流断路器运用“人工过零”技术为成熟可靠的交流灭弧室创造人工过零点，营造成熟的交流开断环境，结构简单，原理可靠；此外，相较混合式和固态式直流断路器，机械式直流断路器通态损耗小，不需要附加散热装置，因此具有体积小，成本低等经济优势。然而，机械式直流断路器的可靠运行依赖于控制器对其各动作部件的可靠控制，以及各部件动作时序的精准配合。因此，对该直流断路器控制器的需求越来越多，同时对其响应速度，可靠性，操作维护，外形尺寸，成本以及功耗等方面提出了更高的要求。目前，直流断路器的研发还集中于拓扑研究和参数优化阶段，国内外对高压直流断路器控制器的研究相对较少，还无法在上述多个方面全方位满足电力系统的需求。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题以及目前电力市场的需求，本专利技术的目的是提供一种具有电磁屏蔽效果，简单可靠，体积小，成本低，运行功耗小的机械式直流断路器控制器，能够实现就地操作与远程通讯两种控制方式。本专利技术为实现上述目的，本专利技术提供了一种机械式直流断路器控制器，包括通讯模块，按钮模块，主控模块和驱动模块；通讯模块的输入端用于接收上层命令信号，通讯模块的输出端用于输出反馈信息；按钮模块的输入端用于接收人机交互信号，主控模块的输入端连接至按钮模块的输出端，主控模块的发送接收端连接至通讯模块的发送接收端；驱动模块的输入端连接至主控模块的输出端，驱动模块具有三个输出端，分别用于连接外部的充电开关、放电开关和换流回路。更进一步地，还包括：供电模块，具有四个输出端，分别连接至所述通讯模块的电源端、所述按钮模块的电源端、主控模块的电源端和驱动模块的电源端。更进一步地，供电模块用于将输入电源IN+24V隔离转换成不同的供电电压为其他四个模块供电。通讯模块接收上层继保系统发来的额定分闸、故障分闸、合闸等命令并且传递给主控模块，并且向上层继保系统反馈动作信息，实现远程通讯控制。按钮模块可实现对直流断路器的就地控制，通过按钮给主控模块发送脉冲信号，用于控制直流断路器的分合闸操作，也可根据检修和测试需要，修改单片机程序将按钮设置为其它功能，便于控制器操作维护。主控模块对按钮模块及通讯模块的输入数据进行分析处理后，给驱动模块发送动作命令，具有响应速度快、超低功耗的特点。机械开关驱动模块，用于控制机械开关操动机构——斥力机构电源柜内分(合)闸储能电容的充/放电开关，包括快速分闸电容、慢速分闸电容、合闸电容的充电开关IGBT的驱动电路和快速分闸电容、慢速分闸电容、合闸电容的放电开关晶闸管的驱动电路；换流回路驱动模块，用于控制换流回路的触发开关。更进一步地，供电模块中，第一转换单元U10的EN和IN脚连接U11的Vo1+脚和稳压电容C5的正端，脚OUT连接稳压电容C6的正端并输出+3.3V电压，脚GND与稳压电容C6的负端相连并接地。第二转换单元U11脚Vin+和+24V以及滤波电容C1正端相连，脚Vin-和地以及滤波电容C1负端相连，脚Vo1+和稳压电容C5的正端以及U10的EN和IN脚相连，并输出+5V电压，脚GND和C5的负端相连并接地。第三转换单元U12脚Vin+和+24V以及滤波电容C3正端相连，脚Vin-和地以及滤波电容C3负端相连，脚Vo1+和稳压电容C7的正端相连，并输出+15V电压，脚GND和C7的负端相连并接地。第四转换单元U13脚Vin+和+24V以及滤波电容C3正端相连，脚Vin-和地以及滤波电容C3负端相连，脚Vo1+和稳压电容C8的正端相连，并输出+15V电压，脚GND和C8的负端相连并接地。第五转换单元U14脚Vin+和+24V以及滤波电容C4正端相连，脚Vin-和地以及滤波电容C4负端相连，脚Vo1+和稳压电容C9的正端相连，并输出+24V电压，脚GND和C9的负端相连并接地。所述供电模块满足各模块电路芯片的各种工作电压要求，用于给各模块电路供电；更进一步地，通讯模块中，功率驱动电路U1其VCC脚接+5V工作电压以及滤波电容C3的正极，脚GND以及C3的负极接地，脚1A接受主控模块4的输出信号TXD，脚1B接限流电阻R4一端，R4另一端接+5V工作电压，脚1Y和光纤发射器U2的脚2、6、7以及上拉电阻R6的一端相连，其中R6另一端与+5V工作电压相连。光纤发射器U2的3脚接地。光纤接收器U4脚2接+5V工作电压并与滤波电容C8的正极相连，其中C8的负端接地，脚3、7接地，脚6与限流电阻R8一端相连，其R8另一端接+3.3V工作电压，脚6输出信号RXD；更进一步地，按钮模块中，按钮S1、S2、S3的一端分别接电容C809、C810、C811的正极，并与电阻R825、R826、R827的一端相连，同时分别引出IN1、IN2、IN3作为主控模块引脚P1.0，P1.1，P1.2的输入信号，其中电阻R825、R826、R827的另一端接+3.3V，按钮S1、S2、S3的另一端与电容C809、C810、C811的负极接地；更进一步地，主控模块中，主控芯片单片机U7引脚DVCC及AVCC接+3.3V工作电压，并分别与滤波电容C20、C16的正端相连，引脚DVSS、CVSS以及C20、C16负极接地；U7的脚XIN、XOUT接晶振Y1的两端，并分别接振荡电容C21、C24的一端，其中C21、C24的另一端接地；脚P6.7与电阻相连，其中R828的另一端和发光二极管正端相连，D828负端接地；引脚TDO、TDI、TMS、TCK、NMI分别依次与下载器接口P1引脚1、3、5、7、11相连，其中P1的脚4接+3.3V，脚9接地；脚P1.0、P1.1、P1.2依次接按钮模块的输出信号IN1、IN2、IN3；脚P1.5、P2.3、P2.4、P2.5、P2.6、P2.7、P4.3依次输出信号OUT1、OUT2、OUT3、OUT4、OUT5、OUT6、OUT7；脚P3.6、P3.7接通讯模块的信号TXD、RXD；脚P4.0、P4.1依次输出ENA1、ENA2。复位芯片U8脚1与U7的脚RST以及限流电阻R30相连，脚5与R30的另一端以及C19的正极相连并接+3.3V工作电压，脚2和C19负极共同接地；更进一步地，路充电开关IGBT驱动电路中，双与门高速驱动器U810脚VCC与电容C812一端相连并接+5V工作电压，其中C812另一端接地；脚1A、2A接主控模块4的输出OUT5、OUT6；脚1B、2B与R811一端相连，其中R811另一端接+5V工作电压；脚1Y与R812一端以及U812的脚1pos相连，其中R812另一端接+5V；脚2Y与R813一端以及U812的脚2pos相连，其中R813另一端接+5V；脚GND接地。双与门高速驱动器U811脚VCC与电容C813一端相连并接+5V工作电压，其中C813另一端接地；脚1A接主控模块4的输出OUT7；脚1B与R835一端相连，其中R835另本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械式直流断路器控制器，其特征在于，包括：通讯模块(2)，按钮模块(3)，主控模块(4)和驱动模块(5)；所述通讯模块(2)的输入端用于接收上层命令信号，所述通讯模块(2)的输出端用于输出反馈信息；所述按钮模块(3)的输入端用于接收人机交互信号，所述主控模块(4)的输入端连接至所述按钮模块(3)的输出端，所述主控模块(4)的发送接收端连接至所述通讯模块(2)的发送接收端；所述驱动模块(5)的输入端连接至所述主控模块(4)的输出端，所述驱动模块(5)具有三个输出端，分别用于连接外部的充电开关、放电开关和换流回路。

【技术特征摘要】
1.一种机械式直流断路器控制器，其特征在于，包括：通讯模块(2)，按钮模块(3)，主控模块(4)和驱动模块(5)；所述通讯模块(2)的输入端用于接收上层命令信号，所述通讯模块(2)的输出端用于输出反馈信息；所述按钮模块(3)的输入端用于接收人机交互信号，所述主控模块(4)的输入端连接至所述按钮模块(3)的输出端，所述主控模块(4)的发送接收端连接至所述通讯模块(2)的发送接收端；所述驱动模块(5)的输入端连接至所述主控模块(4)的输出端，所述驱动模块(5)具有三个输出端，分别用于连接外部的充电开关、放电开关和换流回路。2.如权利要求1所述的机械式直流断路器控制器，其特征在于，还包括：供电模块(1)，具有四个输出端，分别连接至所述通讯模块(2)的电源端、所述按钮模块(3)的电源端、主控模块(4)的电源端和所述驱动模块(5)的电源端。3.如权利要求2所述的机械式直流断路器控制器，其特征在于，所述供电模块(1)包括：第一转换单元U10，第二转换单元U11，第三转换单元U12，第四转换单元U13，第五转换单元U14，滤波电容C1、滤波电容C2、滤波电容C3、滤波电容C4，稳压电容C5、稳压电容C6、稳压电容C7、稳压电容C8和稳压电容C9；所述第二转换单元U11的输入正端Vin+连接+24V输入电压，所述第二转换单元U11的输入负端Vin-接地，所述第二转换单元U11的地端GND接地，所述第二转换单元U11的输出端Vo1+用于输出+5V电压；所述滤波电容C1正端连接在所述第二转换单元U11的输入正端Vin+，所述滤波电容C1的负端接地；所述稳压电容C5的正端连接至所述第二转换单元U11的输出端Vo1+，所述稳压电容C5的负端接地；所述第一转换单元U10的使能端EN和输入端IN均连接至所述第二转换单元U11的输出端Vo1+，所述第一转换单元U10的地端GND接地，所述第一转换单元U10的输出端OUT用于输出+3.3V电压；所述稳压电容C6的负端接地，所述稳压电容C6的正端连接至所述第一转换单元U10的输出端OUT；所述第三转换单元U12的输入正端Vin+连接+24V输入电压，所述第三转换单元U12的输入负端Vin-接地，第三转换单元U12的地端GND接地，所述第三转换单元U12的输出端Vo1+用于输出+15V电压；所述滤波电容C2正端连接在所述第三转换单元U12的输入正端Vin+，所述滤波电容C2的负端接地；所述稳压电容C7的正端连接至所述第三转换单元U12的输出端Vo1+，所述稳压电容C7的负端接地；所述第四转换单元U13的输入正端Vin+连接+24V输入电压，所述第四转换单元U13的输入负端Vin-接地，所述第四转换单元U13的地端GND接地，所述第四转换单元U13的输出端Vo1+用于输出+15V电压；所述滤波电容C3正端连接在所述第四转换单元U13的输入正端Vin+，所述滤波电容C3的负端接地；所述稳压电容C8的正端连接至所述第四转换单元U13的输出端Vo1+，所述稳压电容C8的负端接地；所述第五转换单元U14的输入正端Vin+连接+24V输入电压，所述第五转换单元U14的输入负端Vin-接地，所述第五转换单元U14的地端GND接地，所述第五转换单元U14的输出端Vo1+用于输出+24V电压；所述滤波电容C4正端连接在所述第五转换单元U14的输入正端Vin+，所述滤波电容C4的负端接地；所述稳压电容C9的正端连接至所述第五转换单元U14的输出端Vo1+，所述稳压电容C9的负端接地。4.如权利要求1-3任一项所述的机械式直流断路器控制器，其特征在于，所述通讯模块(2)包括：功率驱动电路U1，光纤发射器U2，光纤接收器U4，滤波电容C10、滤波电容C11，限流电阻R4、限流电阻R8和上拉电阻R6；所述功率驱动电路U1的电源输入端Vcc连接+5V输入电压，还通过所述滤波电容C10接地，所述功率驱动电路U1的地端GND接地，所述功率驱动电路U1的第一输入端1A连接所述主控模块(4)的通讯发送端UTXD1；所述限流电阻R4的一端连接所述功率驱动电路U1的第二输入端1B，所述限流电阻R4的另一端接入+5V输入电压；所述限流电阻R6的一端连接所述功率驱动电路U1的第一输出端1Y，所述限流电阻R6的另一端连接+5V输入电压；所述光纤发射器U2的第一正极端(第2引脚)、第二正极端(第6引脚)、第三正极端(第7引脚)共同连接所述功率驱动电路U1的第一输出端1Y，所述光纤发射器U2的地端GND接地；所述光纤接收器U4的电源输入端(第2引脚)连接+5V输入电压，还通过所述电容C11接地；所述光纤接收器U4的地端(第3引脚)和地端(第7引脚)接地，所述光纤接收器U4的输出端(第6引脚)用于连接所述主控模块(4)的通讯接收端URXD1，还通过所述电阻R8连接+3.3V输入电压。5.如权利要求1-4任一项所述的机械式直流断路器控制器，其特征在于，所述按钮模块(3)包括：第一按钮S1、第二按钮S2、第三按钮S3，电阻R825、电阻R826、电阻R827，电容C809、电容C810和电容C811；所述第一按钮S1的正端用于输出信号IN1，所述第一按钮S1的正端还通过所述电阻R825连接至+3.3V输入电压，所述第一按钮S1的负端接地；所述电容C809与所述第一按钮S1并联连接；所述第二按钮S2的正端用于输出信号IN2，所述第二按钮S2的正端还通过所述电阻R826连接至+3.3V输入电压，所述第二按钮S2的负端接地；所述电容C810与所述第二按钮S2并联连接；所述第三按钮S3的正端用于输出信号IN3，所述第三按钮S3的正端还通过所述电阻R827连接至+3.3V输入电压，所述第三按钮S3的负端接地；所述电容C811与所述第三按钮S3并联连接。6.如权利要求1-5任一项所述的机械式直流断路器控制器，其特征在于，所述主控模块(4)包括：主控芯片单片机U7，复位芯片U8，下载器接口P1，滤波电容C16、滤波电容C19、滤波电容C20，振荡电容C21、振荡电容C24，发光二极管D828，晶振Y1，电阻R30和电阻R828；所述主控芯片单片机U7的数字电源正输入端DVcc和模拟电源正输入端AVcc均接入+3.3V输入电压，所述主控芯片单片机U7的数字电源负输入端DVss和模拟电源负输入端AVss均接地，所述主控芯片单片机U7的第一输入端P1.0接入所述按钮模块(3)的输出信号IN1，所述主控芯片单片机U7的第二输入端P1.1接入所述按钮模块(3)的输出信号IN2，所述主控芯片单片机U7的第三输入端P1.2接入所述按钮模块(3)的输出信号IN3，所述主控芯片单片机U7的通讯接收端URXD1接收所述模块(2)的输出信号RXD，所述主控芯片单片机U7的第一输出端P1.5用于输出信号OUT1，所述主控芯片单片机U7的第二输出端P2.3用于输出信号OUT2，所述主控芯片单片机U7的第三输出端P2.4用于输出信号OUT3，所述主控芯片单片机U7的第四输出端P2.5用于输出信号OUT4，所述主控芯片单片机U7的第五输出端P2.6用于输出信号OUT5，所述主控芯片单片机U7的第六输出端P2.7用于输出信号OUT6，所述主控芯片单片机U7的第七输出端P4.3用于输出信号OUT7，所述主控芯片单片机U7的第八输出端P4.0用于输出信号ENA1，所述主控芯片单片机U7的第九输出端P4.1用于输出信号ENA2，所述主控芯片单片机U7的通讯发送端UTXD1用于输出信号TXD；所述滤波电容C16的正端连接所述主控芯片单片机U7的模拟电源正输入端AVcc，所述滤波电容C16的负端接地；所述滤波电容C20的正端连接所述主控芯片单片机U7的数字电源正输入端DVcc，所述滤波电容C20的负端接地；所述晶振Y1的输入端连接所述主控芯片单片机U7的晶振输入端XIN，所述晶振Y1的输出端连接所述主控芯片单片机U7的晶振输出端XOUT；所述振荡电容C21的正端连接所述晶振Y1的输入端，所述振荡电容C21的负端接地；所述振荡电容C24的正端连接所述晶振Y1的输出端，所述振荡电容C24的负端接地；所述电阻R828一端连接所述主控芯片单片机U7的输入端P6.7，所述电阻R828的另一端连接所述发光二级管D828的正端；所述发光二级管D828的负端接地；所述复位芯片U8的电源输入端VCC接入+3.3V输入电压，所述复位芯片U8的地端GND接地，所述复位芯片U8的复位端RST连接所述主控芯片单片机U7的复位端RST；所述滤波电容C19的正端连接所述复位芯片U8的电源输入端VCC，所述滤波电容C19的负端接地；所述电阻R30的一端连接所述复位芯片U8的复位端RST，所述电阻R30的另一端接入+3.3V输入电压；所述下载器接口P1的电源输入端(第4引脚)接入+3.3V输入电压，所述下载器接口P1的地端(第9引脚)接地，所述下载器接口P1的测试数据串行输出端(第1引脚)连接所述复位芯片U8的测试数据串行输出端TDO，所述下载器接口P1的测试数据串行输入端(第3引脚)连接所述复位芯片U8的测试数据串行输入端TDI，所述下载器接口P1的测试模式选择端(第5引脚)连接所述复位芯片U8的测试模式选择端TMS，所述下载器接口P1的测试时钟端(第7引脚)连接所述复位芯片U8的测试时钟端TCK，...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁召，钟璨夷，何俊佳，魏晓光，张宁，赵岩，单云海，
申请(专利权)人：华中科技大学，全球能源互联网研究院，国网湖北省电力公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42