CN100427962C - 失超型超导故障限流器的故障检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种失超型超导故障限流器的故障检测方法，实时控制超导故障限流器的动作，保障电网及用电设备的安全运行；本发明的优越性和技术效果在于：①硬件装置与计算机软件编程相结合，硬件装置设计简单，软件编程通俗易懂；②采用di/dt故障电流变化率来控制超导故障限流器的动作，避免了其在传统控制方式下的误动作；③通过A/D模数转换模块与逻辑电路配合，使超导故障限流器的动作更加精确可靠；④利用计算机高速的数据计算和数据处理能力，大大提高了该控制系统的可靠性。
Description
(一)技术领域：
本发明属于电力系统失超型超导故障限流器控制检测技术领域，特别是一种集硬件技术和软件编程于一体的失超型超导故障限流器的故障检测方法。
(二)背景技术：
随着电力系统规模的不断扩大，当线路发生故障时，限流装置能否迅速有效地动作成为相关人士关注的技术热点之一。超导故障限流器的触发电流(Triggle Level)，是超导体临界电流的峰值，当短路冲击电流大于触发电流时，超导体由超导态转变为正常态以限制短路电流，使得被限制的短路冲击电流不超过断路器的瞬时开断能力，这样，可以选用“轻型”断路器。在工程中，触发电流的幅值应该结合超导线圈的S/N临界电流、故障电流的瞬时峰值与断路器最大电流开断能力的差值。在留有裕度的前提下，经过反复试验(trial-and-error)的原则来确定。
但是，超导故障限流器(SFCL)的触发方式若仅仅依靠峰值电流，容易导致误动作。因为故障电流可以有相同的峰值，不同的有效值。在具有相同峰值的前提条件下，不对称短路电流的有效值要小于对称短路电流的有效值。工程实际中往往结合di/dt来触发SFCL。di/dt是故障电流随时间的变化率，它与电流幅值触发方式共同作用来控制超导故障限流器由超导态向正常态转变的过程。避免仅由电流幅值触发SFCL而引发的误动作。所以，改进以往技术的不足之处以提高故障限流器所需触发条件的稳定性和可靠性已经变得至关重要。
(三)发明内容：
本发明的目的在于提供一种失超型超导故障限流器的故障检测方法，它采用高性能的信号处理器和灵活的控制技术以获得高精度的控制效果，大大的提高了失超型超导故障限流器的稳定性和可靠性，并从最大程度上减小了电网短路故障带来的损失，保证了相关电力设备、线路的稳定运行。
本发明的技术方案是基于如下的检测系统：
一种失超型超导故障限流器的故障检测系统，它是由整流模块、逻辑电路模块、A/D转换模块、超导控制开关模块所构成，所说的整流模块的输入端通过电流互感器与外电网相连接，其输出端连接逻辑电路模块和A/D转换模块，逻辑电路模块与超导控制开关模块相连接，超导控制开关模块的输出端控制超导故障限流器的动作。
上述所说的整流模块是由不可控整流电路或可控整流电路组成，其中不可控整流电路由二极管桥路组成，可控整流电路由可关断晶闸管或者绝缘栅双极型晶闸管类的大功率电力电子器件搭构成桥式电路。
上述所说的A/D转换模块采用芯片TLV1544，其生成的数字量经DSP处理，对超导故障限流器的失超进行控制；其内部采用开关电容逐次近似来得到模数转换结果，芯片有4路模拟信号输入通道，通过芯片内部参数设置选择不同通道输入，进行A/D转换输出。
上述所说的逻辑电路模块、超导控制开关模块采用常规的模块电路组合。
一种上述失超型超导故障限流器的故障检测系统的故障检测方法，其特征在于它是由以下步骤所构成：
(1)电流互感器从电网采集电流信号量；
(2)电流信号量经过全波整流得到一个单向电流信号，给模数转换模块、电流变化率检测模块、超导控制开关模块提供电源；
(3)模数转换模块将采集到的模拟量转换成数字量，其输出信号通过延时电路模块，跟电流变化率模块的输出经或门相连来控制超导控制开关的动作；
(4)根据电流变化率触发逻辑电路和电流幅值触发逻辑电路的逻辑状态确定超导故障限流器的动作，限制短路故障电流。
上述所说的步骤(3)中的模数转换要通过软件来实现，其软件流程如下：①启动模数转换信号；②在AUTO_SEQ_SR寄存器中装初值；③进行模数转换，每转换一次，AUTO_SEQ_SR寄存器中的值就自动减1；④将转换结果保存到相应的寄存器中；⑤判断转换是否完成；若完成，就申请中断，转换结束；否则就继续转换。
上述所说的计算机软件组成主要涉及到DSP串行口的初始化和TLV1544芯片的内部参数设置及转换结果的接收，串行口的初始化为对McBSP0的控制寄存器的配置，使DSP可以为TLV1544提供片选、时钟、帧同步信号等控制信号，同时从BDX0串行发送TLV1544的内部设置参数，并从BDR0串行接收转换后的数据，完成一次完整的A/D转换过程；系统上电后，DSP的XF引脚输出高电平，即将TLV1544的CS位置高电平，转换芯片处于非激活状态，并关闭所有中断。初始化McBSP后，打开接收及外部中断，XF引脚输出低电平，即TLV1544的CS位置低电平，转换芯片开始工作；发送转换速度选择及通道选择参数，芯片开始模/数转；程序进入等待状态，转换结束时EOC由低变高，进入外部中断处理程序，接收转换输出的数字信号，存入相应的数据空间以待进一步处理；全部的程序可以用TI公司的集成开发平台CodeComposer Studio，即CCS，采用C语言编程完成。
另外，对逻辑电路模块的控制，也可以通过软件来实现。由于逻辑变量主要是按位来操作的，通过位变量的复位或置位来控制开关量的关断或开通，因此可以用单片机对片内地址区及某些特殊功能寄存器的位进行操作。在80C51系列单片机的硬件结构中，有个位处理器(布尔处理器)，它具有一套处理位变量的指令集，包括位变量传送、逻辑运算、控制运算、控制程序转移等指令。该程序的实现，可以通过汇编语言来实现，程序简单，占用存储空间小，运行速度快。该程序可以在KeilC51 μvision 2集成开发平台下完成。
本发明的工作原理：电流互感器(CT)从电网取电流信号量，通过全波整流(Full-Wave Recifier)输出一个与电网电流数值成正比例的单向电流信号，给逻辑电路提供电源，同时为控制超导故障限流器动作的超导控制开关提供电源。电流互感器输出的电流信号，同时为di/dt传感器和电流幅值采样-保持两个逻辑单元提供信号，其中电流幅值采样-保持电路采集的是模拟量，通过A/D变换将其转换为数字信号，并通过微秒延时电路与di/dt信号通过或门相连，来控制超导故障限流器的动作。di/dt触发逻辑电路和电流幅值触发逻辑电路共有四种逻辑状态，若电流的di/dt和幅值逻辑值分别为(1，1)表示电网处于正常工作状态，超导故障限流器处于超导态；其它三种[(0，1)，(1，0)，(0，0)]分别表示电网发生短路故障时，故障电流幅值越限、故障电流变化率di/dt越限或故障电流幅值和故障电流变化率di/dt均越限的情况，上述三种情况下，逻辑控制电路就有“0”作为或门的输入信号，则输出动作信号均为“0”，使超导故障限流器的正确动作。
本发明的优越性和技术效果在于：①硬件装置与计算机软件编程相结合，硬件装置设计简单，软件编程通俗易懂；②采用di/dt故障电流变化率来控制超导故障限流器的动作，避免了其在传统控制方式下的误动作；③通过A/D模数转换模块与逻辑电路配合，使超导故障限流器的动作更加精确可靠；④利用计算机高速的数据计算和数据处理能力，大大提高了该控制系统的可靠性。
(四)附图说明：
附图1为本发明所涉一种失超型超导故障限流器的故障检测方法所基于的失超型超导故障限流器的故障检测系统的总体结构示意图。
附图2为本发明所涉一种失超型超导故障限流器的故障检测方法所基于的失超型超导故障限流器的故障检测系统的整流模块电路结构示意图。
附图3为本发明所涉一种失超型超导故障限流器的故障检测方法所基于的失超型超导故障限流器的故障检测系统中的A/D转换模块电路结构示意图。
附图4为本发明所涉一种失超型超导故障限流器的故障检测方法中的A/D转换模块程序流程图。
(五)具体实施方式：
失超型超导故障限流器的故障检测方法
实施例：一种失超型超导故障限流器的故障检测系统(见图1)，它是由硬件设备和计算机软件组成。其中硬件设备由整流模块、逻辑电路模块、A/D转换模块、超导控制开关模块所构成，所说的整流模块的输入端通过电流互感器与外电网相连接，其输出端连接逻辑电路模块和A/D转换模块，逻辑电路模块与超导控制开关模块相连接，超导控制开关模块的输出端控制超导故障限流器的动作。
上述所说的整流模块(见图2)是由不可控整流电路或可控整流电路组成，其中不可控整流电路由二极管桥路组成，可控整流电路由可关断晶闸管或者绝缘栅双极型晶闸管类的大功率电力电子器件搭构成桥式电路。
上述所说的A/D转换模块(见图3)拟采用TI公司的A/D(模/数)转换芯片TLV1544，将其生成的数字量经DSP处理，以达到对超导故障限流器精确可靠的失超控制。该芯片是TI公司生产的CMOS型10b模数转换芯片，其内部采用开关电容逐次近似来得到模数转换结果。芯片有4路模拟信号输入通道，通过芯片内部参数设置选择不同通道输入，进行A/D转换输出。
上述所说的逻辑电路模块、超导控制开关模块采用常规的模块电路组合。
一种上述失超型超导故障限流器的故障检测系统的故障检测方法，其特征在于它是由以下步骤所构成：
(1)电流互感器从电网采集电流信号量；
(2)电流信号量经过全波整流得到一个单向电流信号，给模数转换模块、电流变化率检测模块、超导控制开关模块提供电源；
(3)模数转换模块将采集到的模拟量转换成数字量，其输出信号通过延时电路模块，跟电流变化率模块的输出经或门相连来控制超导控制开关的动作；
(4)根据电流变化率触发逻辑电路和电流幅值触发逻辑电路的逻辑状态确定超导故障限流器的动作，限制短路故障电流。
上述所说的步骤(3)中的模数转换要通过软件来实现，其软件流程如下：①启动模数转换信号；②在AUTO_SEQ_SR寄存器中装初值；③进行模数转换，每转换一次，AUTO_SEQ_SR寄存器中的值就自动减1；④将转换结果保存到相应的寄存器中；⑤判断转换是否完成；若完成，就申请中断，转换结束；否则就继续转换。
上述所说的计算机软件组成主要涉及到DSP串行口的初始化和TLV1544芯片的内部参数设置及转换结果的接收，串行口的初始化为对McBSP0的控制寄存器的配置，使DSP可以为TLV1544提供片选、时钟、帧同步信号等控制信号，同时从BDX0串行发送TLV1544的内部设置参数，并从BDR0串行接收转换后的数据，完成一次完整的A/D转换过程(见图4)；系统上电后，DSP的XF引脚输出高电平，即将TLV1544的CS位置高电平，转换芯片处于非激活状态，并关闭所有中断。初始化McBSP后，打开接收及外部中断，XF引脚输出低电平，即TLV1544的CS位置低电平，转换芯片开始工作；发送转换速度选择及通道选择参数，芯片开始模/数转；程序进入等待状态，转换结束时EOC由低变高，进入外部中断处理程序，接收转换输出的数字信号，存入相应的数据空间以待进一步处理；全部的程序可以用TI公司的集成开发平台CodeComposer Studio，即CCS，采用C语言编程完成。
另外，对逻辑电路模块的控制，也可以通过软件来实现。由于逻辑变量主要是按位来操作的，通过位变量的复位或置位来控制开关量的关断或开通，因此可以用单片机对片内地址区及某些特殊功能寄存器的位进行操作。在80C51系列单片机的硬件结构中，有个位处理器(布尔处理器)，它具有一套处理位变量的指令集，包括位变量传送、逻辑运算、控制运算、控制程序转移等指令。该程序的实现，可以通过汇编语言来实现，程序简单，占用存储空间小，运行速度快。该程序可以在KeilC51 μvision 2集成开发平台下完成。
Claims (2)
1、一种失超型超导故障限流器的故障检测方法，其特征在于它是由以下步骤所构成：
(1)电流互感器从电网采集电流信号量；
(2)电流信号量经过全波整流得到一个单向电流信号，此单向电流信号为模数转换模块提供电信号，为电流变化率检测模块提供电信号，为超导控制开关模块提供电源；
(3)模数转换模块将采集到的模拟量转换成数字量，其输出信号通过延时电路模块，跟电流变化率检测模块的输出经或门相连来控制超导控制开关的动作；
(4)根据电流变化率触发逻辑电路和电流幅值触发逻辑电路的逻辑状态确定超导故障限流器的动作，限制短路故障电流。
2、根据权利要求1所说的一种失超型超导故障限流器的故障检测方法，其特征在于所说的步骤(3)中的模数转换要通过软件来实现，其软件流程如下：①启动模数转换信号；②在AUTO_SEQ_SR寄存器中装初值；③进行模数转换，每转换一次，AUTO_SEQ_SR寄存器中的值就自动减1；④将转换结果保存到相应的寄存器中；⑤判断转换是否完成；若完成，就申请中断，转换结束；否则就继续转换。
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| A/D转换芯片TLV1544及其与DSP TMS320VC5402的接口设计. 骆开庆，肖化.现代电子技术，第2003年卷第24期. 2003 |
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