路灯照明系统单灯控制继电器触点粘连防控方法及装置
阅读说明：本技术 路灯照明系统单灯控制继电器触点粘连防控方法及装置 (Method and device for preventing and controlling contact adhesion of single lamp control relay of street lamp lighting system ) 是由 娄俊超 张高强 杜乐 梁旭涛 王伟 于小龙 于 2021-09-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及照明领域,具体公开了一种路灯照明系统单灯控制继电器触点粘连防控方法及装置,其方法是通过电源电压过零时刻计算出继电器投入时刻,通过电源电压过零时刻、电源电压与负载电流的相角差计算出继电器切除时刻,并根据投切效果自动迭代修正投切时刻。其装置由电压信号采集模块、电压信号调理模块、负载电流信号采集模块、负载电流信号调理模块、电能计量单元、单片机模块、复位电路模块、光电耦合器模块、控制输出单元、宽带电力线载波通信单元组成。本发明能精准实现单灯控制继电器投切时触点粘连在线防护,不受负载谐波电流影响,断开后灯具供电回路中无电流产生,且继电器本身寿命老化、性能系数畸变因素也不影响投切性能。(The invention relates to the field of illumination, and particularly discloses a method and a device for preventing and controlling contact adhesion of a single lamp control relay of a street lamp illumination system. The device comprises a voltage signal acquisition module, a voltage signal conditioning module, a load current signal acquisition module, a load current signal conditioning module, an electric energy metering unit, a single chip microcomputer module, a reset circuit module, a photoelectric coupler module, a control output unit and a broadband power line carrier communication unit. The invention can accurately realize the on-line protection of contact adhesion when the single lamp control relay is switched, is not influenced by load harmonic current, has no current generation in a lamp power supply loop after being switched off, and has no influence on the switching performance due to the factors of service life aging and performance coefficient distortion of the relay.)
技术领域
本发明属于路灯照明系统控制保护领域，涉及一种单灯控制继电器触点粘连在线防护方法及装置。
背景技术
在路灯照明系统中，受灯具类型差异和其功率因数补偿器件性质多样性的影响,用继电器对单灯进行投、切过程控制时，容易产生数倍于额定电流以上的涌流或数千伏及以上的反向感生电压，时常发生继电器触点粘连，严重影响系统控制效果和运行安全。
目前公知的单灯控制继电器触点粘连防护方法有常规零压零流法和复合零压零流法。常规零压零流法是在单片机模块收到投入指令后，采集灯具供电电源电压过零时刻，在后继紧邻的电压过零时刻使继电器触点同步吸合以减小合闸涌流，防护触点投入粘连；同理，在单片机模块收到切除指令后，采集灯具负载回路电流过零时刻，在后继紧邻的电流过零时刻使继电器触点同步断开以减小反向感生电压，减少触点燃弧能量，防护触点切除粘连。但此法受限于灯具电流中大量谐波影响(灯具是非线性负载)，其电流过零时刻不能精确获得，故继电器触点切除粘连得不到有效防护。复合零压零流法是采用可控硅和继电器并联手段，接通灯具供电回路时，在电压过零时刻可控硅先导通，再由并联的继电器触点闭合保持回路正常运行，可控硅退出，实现了继电器无涌流投入；关断灯具供电回路时，继电器触点先断开，可控硅延时至电流过零时刻再断开，实现继电器触点无燃弧断开。此法成本较高，且可控硅断开后其断开电阻不是无穷大，灯具供电回路中仍存在一定的漏电流，存在安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，在不改变原有单灯控制继电器类型的前提下，提供一种有效避免路灯照明系统单灯控制继电器触点粘连的在线防护方法，同时提供一种可用于实现该方法的路灯照明系统单灯控制继电器触点粘连在线防护装置。
本发明所述的路灯照明系统单灯控制继电器触点粘连防控方法包括以下的实施步骤：
步骤一、通过单灯控制继电器触点粘连在线防护装置的电压信号采集模块、负载电流信号采集模块，采集供电电源L与N之间的电压瞬时值u、负载回路电流瞬时值i，由电能计量单元和单片机模块计算并存储电源电压频率f、电源电压与负载电流的相角差θ；
步骤二、当继电器投入指令被触发后，单片机模块根据公式(1) 计算投入延时时间Δth并通过电能计量单元捕捉电源电压过零时刻tu0，以tu0时刻为起始时间参考点，即0时刻，由tu0时刻开始计时Δth后单片机模块发出继电器投入指令，继电器在后继电压过零时刻完成吸合动作，
公式(1)中，Δtx,2为继电器投入动作固有时间、由继电器本身特性确定、是预设值，m为正整数、通过[2f*Δtx,2+1]取整计算得到， tx为单片机模块发出继电器投入指令后负载电流初始产生时刻、通过单片机模块和电能计量单元测得、初始值取
步骤三、当继电器切除指令被触发后，单片机模块根据公式(2) 计算切除延时时间Δtd并通过电能计量单元捕捉电压过零时刻tu0，以 tu0时刻为起始时间参考点，即0时刻，由tu0时刻开始计时Δtd后单片机模块发出继电器切除指令，继电器在后继电流过零时刻完成断开动作，
公式(2)中，Δty,2为继电器切除动作固有时间、由继电器本身特性确定、是预设值，n为正整数、通过取整计算得到，ty为单片机模块发出继电器切除指令后负载电流最终为0时刻、通过单片机模块和电能计量单元测得、初始值取
用于实现上述方法的路灯照明系统单灯控制继电器触点粘连防控装置，包括电压信号采集模块、电压信号调理模块、负载电流信号采集模块、负载电流信号调理模块、电能计量单元、单片机模块、复位电路模块、光电耦合器模块、控制输出单元、宽带电力线载波通信单元。其中电压信号采集模块的输出端与电压信号调理模块的输入端电连接；负载电流信号采集模块的输出端与负载电流信号调理模块的输入端电连接；电压信号调理模块的输出端、负载电流信号调理模块的输出端均与电能计量单元的输入端电连接；电能计量单元的输出端、复位电路模块的输出端均与单片机模块的输入端电连接；单片机模块通过光电耦合器模块与控制输出单元电连接，用于完成单灯控制继电器吸合与断开动作；单片机模块通过宽带电力线载波通信单元与上位机相连接，上位机可实现读写、远程监控等功能。
进一步地，所述电压信号采集模块为电压互感器。
进一步地，所述电压信号调理模块依次由电连接的I/V转换电路、 RC滤波电路、放大电路及限幅电路组成。
进一步地，所述负载电流信号采集模块为电流互感器。
进一步地，所述负载电流信号调理模块依次由电连接的I/V转换电路、RC滤波电路、放大电路及限幅电路组成。
本发明具有以下有益效果：
一、本发明所述的方法及装置通过电源电压过零时刻计算出继电器投入时刻，通过电源电压过零时刻、电源电压与负载(灯具)电流的相角差θ计算出继电器切除时刻，而不再需要直接测量负载回路电流过零时刻计算继电器切除时刻，避免了谐波电流影响，电流过零时刻可以精确获得，继电器触点切除粘连得到有效在线防护；
二、本发明所述的方法及装置，其继电器触点属于干结点，断开后灯具供电回路中无电流产生，不存在安全隐患；
三、本发明所述的方法及装置会根据继电器投入和切除动作固有时间的变化自动迭代修正投切时刻，确保继电器在电压过零投入、在电流过零切除的精准性，不受继电器本身寿命老化、性能系数畸变等因素影响，使继电器投切触点粘连得到有效在线防护。
附图说明
图1是本发明所述路灯照明系统单灯控制继电器触点粘连防控装置的结构示意图。
其中，1为电压信号采集模块、2为电压信号调理模块、3为负载电流信号采集模块、4为负载电流信号调理模块、5为电能计量单元、6为单片机模块、7为复位电路模块、8为光电耦合器模块、9为控制输出单元、10为宽带电力线载波通信单元。
具体实施方式
下面结合附图1对本发明做进一步详细描述：
本发明所述路灯照明系统单灯控制继电器触点粘连防控方法的基本内容是通过路灯照明系统单灯控制继电器触点粘连在线防护装置的电压信号采集模块1、负载电流信号采集模块3，持续同步采集电源电压瞬时值u、负载回路电流瞬时值i，分别经电压信号调理模块2及负载电流信号调理模块4放大、限幅、滤波、I/V变换后，送入含有内置A/D转换器的电能计量单元5，由电能计量单元5和单片机模块6计算并存储电源电压频率f、电源电压与负载电流的相角差θ；
单片机模块6计算并存储tx、ty的初值当继电器投入指令被触发后，单片机模块6计算继电器投入延时时间Δth并通过电能计量单元5捕捉电源电压过零时刻tu0，由路灯照明系统单灯控制继电器触点粘连在线防护装置的单片机模块6根据前述发明内容节——方法实施步骤中的公式(1)计算出继电器投入延时时间Δth，由tu0时刻开始计时Δth，计时完成后单片机模块6发出继电器投入指令，继电器触点在电压过零时刻完成吸合动作，通过单片机模块和电能计量单元测得继电器投入后初始负载电流产生时刻tx，用于下次单灯控制继电器Δth修正计算；
当继电器切除指令被触发后，单片机模块6计算继电器切除延时时间Δtd并通过电能计量单元5捕捉电源电压过零时刻tu0，由路灯照明系统单灯控制继电器触点粘连在线防护装置的单片机模块6根据前述发明内容节——方法实施步骤中的公式(2)计算出继电器切除延时时间Δtd，由tu0时刻开始计时Δtd，计时完成后单片机模块6发出继电器切除指令，继电器触点在电流过零时刻完成断开动作，通过单片机模块和电能计量单元测得继电器切除后最终负载电流为0时刻ty, 用于下次单灯控制继电器Δtd修正计算。
本发明所述的路灯照明系统单灯控制继电器触点粘连防控装置的实施例结构如附图1所示，它包括电压信号采集模块1、电压信号调理模块2、负载电流信号采集模块3、负载电流信号调理模块4、电能计量单元5、单片机模块6、复位电路模块7、光电耦合器模块8、控制输出单元9、宽带电力线载波通信单元10。其中，电压信号采集模块1的输出端与电压信号调理模块2的输入端电连接；负载电流信号采集模块3的输出端与负载电流信号调理模块4的输入端电连接；电压信号调理模块2的输出端、负载电流信号调理模块4的输出端均与电能计量单元5的输入端电连接；电能计量单元5的输出端、复位电路模块7的输出端均与单片机模块6的输入端电连接；单片机模块 6通过光电耦合器模块8与控制输出单元9电连接，用于完成单灯控制继电器吸合与断开动作；单片机模块6通过宽带电力线载波通信单元10与上位机相连接，上位机可实现读写、远程监控等功能。
所述电压信号采集模块1为电压互感器。
所述电压信号调理模块2由依次电相连接的I/V转换、RC滤波电路、放大电路及限幅电路组成。
所述负载电流信号采集模块3为电流互感器。
所述负载电流信号调理模块4由依次电相连接的I/V转换、RC 滤波电路、放大电路及限幅电路组成。
具体实例的结构设计上，电压信号采集模块1采用电压互感器 (如HPT304A、HRPT-1)、负载电流信号采集模块3采用电流互感器 (如HCT255A、HRCT-1),电压信号调理模块2及负载电流信号调理模块4由I/V转换及放大电路(如RVC420、LM324及外围辅助元件)、钳位二极管(如IN4148)、限幅稳压管、通用阻容器件组成的滤波器实现。电能计量单元5可采用ATT7022系列器件(如ATT7022E)，单片机模块6可采用内置多路A/D的数字信号处理器(如dsPIC30F6014A)，光电耦合器模块8则需选用输出驱动能力较大的光耦器件(如TLP127)。控制输出单元9采用通用控制继电器(如JQX-14)。
本发明装置进行路灯照明系统单灯控制继电器触点粘连在线防护工作过程如下：
一、系统上电、自检、初始化；
二、读取预设的Δtx,2、Δty,2值；
三、检查本发明装置自身系统是否有故障，有故障时转入相应处理程序，给出故障诊断提示信息，无故障时向下步执行；
四、不断采集路灯照明系统单灯控制继电器触点粘连在线防护装置供电电源L与N之间的电压瞬时值、负载回路电流瞬时值；
五、实时计算并存储路灯照明系统的f、θ；
六、当继电器投入指令被触发，单片机模块计算Δth并捕捉tu0，由tu0时刻开始计时Δth后发出继电器投入指令，执行步骤七；
当继电器切除指令被触发，单片机模块计算Δtd并捕捉tu0，由tu0时刻开始计时Δtd后发出继电器切除指令，直接执行步骤八；
七、控制输出单元吸合单灯控制继电器，单片机模块和电能计量单元测得tx，用于修正下次单灯控制继电器Δth，执行步骤九；
八、控制输出单元断开单灯控制继电器，单片机模块和电能计量单元测得ty，用于修正下次单灯控制继电器Δtd；
九、宽带电力线载波通信单元将路灯照明系统单灯控制继电器状态信息上传给上位机进行远程监控；
十、重复执行步骤三。
通过以上说明和实施例描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，特别是显示了本发明的精髓所在——通过电源电压过零时刻计算出继电器投入时刻，通过电源电压过零时刻、电源电压与负载电流的相角差计算出继电器切除时刻，并根据投切效果自动迭代修正投切时刻，不用直接测量负载回路电流过零时刻，避免了负载谐波电流对精确获取电流过零时刻的干扰，投切性能也不受继电器本身寿命老化、性能系数畸变等因素影响，精准实现单灯控制继电器投切时触点粘连在线防护。
本发明的实际应用方式和应用场合并不受上述实施例的限制，在不脱离本发明主旨范围的前提下，本发明还会有各种相应变化(例如应用场合变化至其它工业控制系统)和改进，这些变化和改进都应落入本发明要求保护的范围内，而保护范围可由本发明申请文本所附的权利要求书及其等效物界定。
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