一种应用于便携式发电机的控制器及控制方法

技术领域

本发明涉及电力配电技术领域，具体是涉及一种便携式发电机控制器及其控制方法。

背景技术

众所周知，我们日常生产和生活中所使用的电力绝大部分为交流电，由市电配电网络提供电力供应。在某些市电出现故障的特殊情况下，需要以便携式发电机的电力输出作为应急。但在一些重要场合下，需要在市电需要退出时电力供应不出现中断，这样就需要应急发电供应能够提前介入之后再断开市电输出。在电力配电系统中，对电力用户的不间断供电要求越来越高，特别是一些重要场合的“保电”要求用户负载不能有任何时长的断电。但在某些特殊情况下，市电线路出现局部故障需要断电时，则需要应急发电机投入以负担起电力用户的供电输出。而发电机的电力输出的电的特征往往是随机性的，如果强行将发电机的输出与市电并联，极有可能因两者的电压、频率、相序不同而在并联点发生短路。一般的便携式发电机控制器，只是控制发电机启停、控制发电机以某个恒定的电压和频率输出，无法实现对市电和发电的输入、比较、发电调整。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点，本发明提出了一种便携式发电机的控制器和控制方法，以满足对电力用户不间断的供电的要求，且可方便的实现对发电与市电的一致。可控制应急发电机与市电的电压、频率、相序始终一致，即所谓的“同步”，并且可以自动控制市电和发电机断路器。

本发明提供一种应用于便携式发电机的控制器，市电线路断路器的输入端通过信号线连接市电信号采样输入模块，发电断路器的输入端通过信号线连接发电信号采样输入模块；市电信号采样输入模块、发电信号采样输入模块分别连接低通滤波模块，2个低通滤波模块连接比较电路，比较电路连接MCU；

市电断路器的输出端与发电断路器的输出端使用线缆连接，市电断路器和发电断路器分别对应连接断路器监测控制模块，断路器监测控制模块连接MCU；

MCU连接有励磁控制模块和转速控制模块，励磁控制模块和转速控制模块对应连接发电机的励磁控制器和转速控制器；

控制器还设置有发电机投入和发电机退出的操作按钮。

所述的线缆的颜色标识与市电检测信号线的颜色一一对应。

所述的市电信号采样输入模块、发电信号采样输入模块分别对市电和发电电源进行采样，得到市电和发电电源的特征信息，传输至低通滤波模块；

所述的低通滤波模块，对输入的信号进行过滤，滤除高频干扰信号；

所述的比较电路，对从低通滤波模块输入的发电和市电的电压、频率、相位数据进行比较分析，并将结果传输至MCU；

所述的断路器监测控制模块，分为市电断路器监测控制模块和发电断路器监测控制模块，对其对应的市电断路器或发电断路器的合闸/分闸状态进行监测，并将合闸/分闸状态信息传输至MCU，并接收MCU指令控制断路器的合闸/分闸。

MCU接收到发电机投入或退出指令后，根据比较电路比较结果，通过励磁控制模块和转速控制模块向发电机发送相应的励磁调整和转速调整的指令，调整发电的电压、频率、相角差，并提示相位调整；根据断路器监测控制模块的监测结果，发出相应的指令至断路器监测控制模块，断路器监测控制模块控制对应的断路器合闸/分闸。

一种应用于便携式发电机的控制器的控制方法，采用上述的控制器，包括发电投入过程和发电退出过程，所述的发电投入过程为：

第一步，比较市电与发电参数：

按动发电机投入控制按钮，MCU接收到发电机投入信号后，在市电线路断路器处于合闸状态而发电断路器出于分闸状态时，检测是否有市电信号，如有市电信号，比较电路对市电和发电的电压、频率、相位进行比较；

第二步，调整发电电源参数：

若发电与市电的电压不一致，则通过励磁控制模块控制发电机调整输出电压；如发电与市电的频率不一致，则通过转速控制模块控制发电机转速以调整发电机输出频率；如发电与市电的相序不一致，则通过转速控制模块控制发电机的转速以实现相角差为0，在一定时间（如15秒）之内仍然不能一致，则判断为相序错误，发出要求更换线序的信号以实现相序一致；

第三步，控制断路器动作使发电投入：

经第二步将发电的电压、频率、相位调整为与市电一致后，控制发电断路器合闸然后控制市电断路器分闸，间隔时间3-12s。

所述的第一步，比较电路的比较结果为发电与市电的电压、频率、相位均一致时，则不对发电机的输出进行调整，直接执行第三步，控制发电断路器合闸然后控制市电断路器分闸，间隔时间3-12s。

所述的第一步，检测是否有市电信号，如无市电信号，则先控制市电断路器分闸而后控制发电断路器合闸，间隔时间3-12s，控制发电机以一般电力要求进行恒定输出；如三相400V、50Hz，或三相12kV、50Hz等；

所述的发电退出过程为：

第一步，比较市电与发电参数：

按动发电机退出控制按钮，MCU获得发电机退出信号后，在市电线路处于分闸状态而发电断路器出于合闸状态时，检测是否有市电信号，如有市电信号，比较电路对市电和发电的电压、频率、相位进行比较；

第二步，调整发电电源参数：

若发电与市电的电压不一致，则通过励磁控制模块控制发电机调整输出电压；如发电与市电的频率不一致，则通过转速控制模块控制发电机转速以调整发电机输出频率；如发电与市电的相序不一致，则通过转速控制模块控制发电机的转速以实现相角差为0，在一定时间（如15秒）之内仍然不能一致，则判断为相序错误，发出要求更换线序的信号以实现相序一致；

第三步，控制断路器动作使发电投入：

经第二步将发电的电压、频率、相位调整为与市电一致后，将控制市电断路器合闸然后控制发电断路器分闸，间隔时间3-12s。

所述的第一步，比较电路的比较结果为发电与市电的电压、频率、相位均一致时，则不对发电机的输出进行调整，直接执行第三步，控制市电断路器合闸然后控制发电断路器分闸，间隔时间3-12s。

所述的第一步，检测是否有市电信号，如无市电信号，将控制发电断路器断开。

本发明的有益效果在于：采用该便携式发电机的控制器，可对现有的应急发电车等便携式发电机进行替换改造。采用本发明所述的控制器替代原先的仅有启停发电机的控制器，增加了市电和发电的输入、比较、发电调整等闭环控制环节。满足对电力用户不间断的供电的要求，控制应急发电机与市电的电压、频率、相序始终一致，方便的实现发电与市电的同步和一致，并且可以自动控制市电和发电机断路器。

附图说明

图1为本发明控制器内部连接图；

图2为市电和发电信号采样输入模块电路原理图；

图3为市电断路器监测控制模块原理图。

具体实施方式

实施例1，本发明提供一种应用于便携式发电机的控制器，市电线路断路器的输入端通过信号线连接市电信号采样输入模块，发电断路器的输入端通过信号线连接发电信号采样输入模块；市电信号采样输入模块、发电信号采样输入模块分别连接低通滤波模块，2个低通滤波模块连接比较电路，比较电路连接MCU；

市电断路器的输出端与发电断路器的输出端使用线缆连接，市电断路器和发电断路器分别对应连接断路器监测控制模块，断路器监测控制模块连接MCU；

MCU连接有励磁控制模块和转速控制模块，励磁控制模块和转速控制模块对应连接发电机的励磁控制器和转速控制器；

MCU通过励磁控制模块和转速控制模块监测发电参数，并通过励磁控制模块和转速控制模块向发电机发送相应的励磁调整和转速调整的指令；

控制器还设置有发电机投入和发电机退出的操作按钮。

所述的线缆的颜色标识与市电检测信号线的颜色一一对应。

所述的市电信号采样输入模块、发电信号采样输入模块分别对市电和发电电源进行采样，得到市电和发电电源的特征信息，传输至低通滤波模块；

所述的低通滤波模块，对输入的信号进行过滤，滤除高频干扰信号；

所述的比较电路，对从低通滤波模块输入的发电和市电的电压、频率、相位数据进行比较分析，并将结果传输至MCU；

所述的断路器监测控制模块，分为市电断路器监测控制模块和发电断路器监测控制模块，对其对应的市电断路器或发电断路器的合闸/分闸状态进行监测，并将合闸/分闸状态信息传输至MCU，并接收MCU指令控制断路器的合闸/分闸。

MCU接收到发电机投入或退出指令后，根据比较电路比较结果，通过励磁控制模块和转速控制模块向发电机发送相应的励磁调整和转速调整的指令，调整发电的电压、频率、相角差，并提示相位调整；根据断路器监测控制模块的监测结果，发出相应的指令至断路器监测控制模块，断路器监测控制模块控制对应的断路器合闸/分闸。

所述的发电信号采样输入模块和市电信号采样输入模块，电路原理相同，如图2，插头JP1、JP2连接市电或者发电线路（例如市电信号采样输入模块的插头JP1、JP2的四根脚连接市电的ABCN四根线），通过电阻R1～R18降压，然后通过隔离变压器B1～B3实现电压隔离（左侧的一次回路和右侧的电路隔离开，避免一次侧偶然的事故导致右侧损坏），经过二极管D1～D6整流，变成直流（0～5V）信号，从JP5～JP7输出，输出的低压直流信号可输入后侧的线路，进行市电和发电两路的分布比较。

所述的断路器监测控制模块，通过连接断路器的辅助开关，实现对断路器合/分闸状态的信号采集，采集到的电信号转换为数字信号传输至MCU；MCU发出控制断路器合/分闸的信号至合闸继电器或者分闸继电器，合闸继电器或者分闸继电器作用于断路器使其合闸或者分闸。如图3为市电断路器监测控制模块的原理图，发电断路器监测控制模块原理亦同。

一种应用于便携式发电机的控制器的控制方法，采用上述的控制器，包括发电投入过程和发电退出过程，所述的发电投入过程为：

第一步，比较市电与发电参数：

按动发电机投入控制按钮，MCU接收到发电机投入信号后，在市电线路断路器处于合闸状态而发电断路器出于分闸状态时，检测是否有市电信号，如有市电信号，比较电路对市电和发电的电压、频率、相位进行比较；

第二步，调整发电电源参数：

若发电与市电的电压不一致，则通过励磁控制模块控制发电机调整输出电压；如发电与市电的频率不一致，则通过转速控制模块控制发电机转速以调整发电机输出频率；如发电与市电的相序不一致，则通过转速控制模块控制发电机的转速以实现相角差为0，在一定时间（如15秒）之内仍然不能一致，则判断为相序错误，发出要求更换线序的信号以实现相序一致；

第三步，控制断路器动作使发电投入：

经第二步将发电的电压、频率、相位调整为与市电一致后，控制发电断路器合闸然后控制市电断路器分闸。

所述的第一步，比较电路的比较结果为发电与市电的电压、频率、相位均一致时，则不对发电机的输出进行调整，直接执行第三步，控制发电断路器合闸然后控制市电断路器分闸。

所述的第一步，检测是否有市电信号，如无市电信号，则先控制市电断路器分闸而后控制发电断路器合闸，控制发电机以一般电力要求进行恒定输出；如三相400V、50Hz，或三相12kV、50Hz等；

所述的发电退出过程为：

第一步，比较市电与发电参数：

按动发电机退出控制按钮，MCU获得发电机退出信号后，在市电线路处于分闸状态而发电断路器出于合闸状态时，检测是否有市电信号，如有市电信号，比较电路对市电和发电的电压、频率、相位进行比较；

第二步，调整发电电源参数：

若发电与市电的电压不一致，则通过励磁控制模块控制发电机调整输出电压；如发电与市电的频率不一致，则通过转速控制模块控制发电机转速以调整发电机输出频率；如发电与市电的相序不一致，则通过转速控制模块控制发电机的转速以实现相角差为0，在一定时间（如15秒）之内仍然不能一致，则判断为相序错误，发出要求更换线序的信号以实现相序一致；

第三步，控制断路器动作使发电投入：

经第二步将发电的电压、频率、相位调整为与市电一致后，控制市电断路器合闸然后控制发电断路器分闸。

所述的第一步，比较电路的比较结果为发电与市电的电压、频率、相位均一致时，则不对发电机的输出进行调整，直接执行第三步，控制市电断路器合闸然后控制发电断路器分闸。

所述的第一步，检测是否有市电信号，如无市电信号，将控制发电断路器断开。