CN102832696A - 一种基于电力电子开关的高压电源快切系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于电力电子开关的高压电源快切系统，其特征在于它包括信号检测电路、快切控制系统和电力电子开关主电路单元；其控制方法包括：初始化、信号检测、处理、发出脉冲、信号切换；其优越性在于：①控制方便；②切换时间小，切换过程的冲击电压和冲击电流最小；③主电路过零触发；④最快时间检测出系统的电源故障；⑤执行速度快，实时控制能力强。

Description

一种基于电力电子开关的高压电源快切系统及其控制方法

（一）技术领域：

本发明涉及电力系统供电安全领域，特别是一种基于电力电子开关的高压电源快切系统及其控制方法。

（二）背景技术：

目前，保证企业负荷供电的安全可靠性对企业具有重要意义，若负荷断电将会给企业带来重大的经济损失，因此企业电网现在多采用双向电源工作方式，两路电源互为备用，以保证企业电网的连续可靠运行。

现在企业中应用最广泛的是备自投，在企业电网的工作电源因故障或在不正常的工作情况下，断路器将动作将其切除，备用电源将会通过备自头接入。备自投切换方式同时也存在着相应的问题，备自投的切换时间长，一般在4秒左右，其无相频检测，因此产生的冲击电流和冲击电压都很大，故障率高，电动机易受冲击损坏或缩短寿命。近年来，微机型厂用电快切装置的应用大大提高了厂用电的可靠性。该系统自动切换速度非常快，切换冲击小，成功率高，解决了备自投存在的问题，大大提高了企业电网的供电安全。目前高压真空断路器的最快合闸时间为50ms左右，由于微机型快切装置的切换时间受到高压真空断路器的分合闸时间的限制，这大大限制了快切的切换时间。在一些供电质量要求很高的场合，特别是一些敏感负荷，这时就需要一种更加快速的切换系统来保障电源供电的可靠性。

随着电力电子技术的不断发展，电力电子开关管的容量不断增大，将电力电子器件作为开关应用于高压电源快切系统将成为未来的热点，电力电子开关通断时间为微秒级，切换时间更快，所产生的冲击更小，实现软切换的性能。应用晶闸管反并联的电路结构，这一结构已在UPS（uninterrupted power supply——不间断电源）、超导故障限流器中得到了应用。晶闸管反并联的电路可以实现电压过零点，当交流电压处于正半周时，触发晶闸管导通，当电压处于负半周时晶闸管自动关断。

采用小波变换的方法进行故障信号的检测，基于小波信号奇异性检测的电力系统故障检测算法利用故障电压信号的固有特性，结合小波变换对奇异信号的检测功能，通过检测小波变换模极大值点来检测故障信号，相比于其它的故障检测方法，这方法速度最快，一般在1ms以内，而且有很好的除噪性能，从而保证最快时间检测出系统的电源故障，使切换的响应时间更短。

相比较微机型电源快切装置，电力电子开关应用于高压电源快切其主要的优点在于它的切换时间的快速性；其电力电子开关管的单管容量还不足以满足要求，这就要进行串并联的方式来解决其容量不足的问题。

由于电力电子开关采用的是无触点开通，相比于机械开关其切换过程中产生的冲击更小，对负荷的影响也更小，保证了负荷的连续可靠运行。

（三）发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于电力电子开关的高压电源快切系统及其控制方法，它可以克服现有技术的不足，采用了一种晶闸管反并联的结构，大大减小切换时间，降低电源切换过程的冲击，保证负荷的连续运行，是一种可靠、无触点的电源切换方式，且操作简单。

本发明的技术方案：一种基于电力电子开关的高压电源快切系统，包括含有负载的电网，其特征在于它包括信号检测电路、快切控制系统和电力电子开关主电路单元；其中，所述信号检测电路的输入端连接电网，其输出端连接快切控制系统的输入端；所述快切控制系统的输出端连接电力电子开关主电路单元的输入端；所述电力电子开关主电路单元的输出端连接电网中的负载端母线。

所述快切控制系统包括A/D转换模块、DSP控制单元、脉冲发生器单元、数据接口单元、通信接口单元和人机界面单元；其中，所述信号检测电路的输入端连接电网，其输出端连接A/D转换模块的输入端；所述DSP控制单元的输入端连接A/D转换模块的输出端，其输出端连接脉冲触发器单元的输入端，同时，它还与数据接口单元和通信接口单元呈双向连接；所述通信接口单元与人机界面单元也呈双向连接；所述脉冲发生器的输出端为电力电子开关主电路单元发送脉冲信号。

所述DSP控制单元采用双DSP控制方式，由DSP控制器1和DSP控制器2构成；其中，所述DSP控制器1的输入端连接A/D转换模块的输出端，同时与数据接口单元呈双向连接；所述DSP的控制器2输出端连接脉冲触发器单元的输入端，同时，它还与通信接口单元呈双向连接；所述DSP控制器1和DSP控制器2之间也呈双向连接。

所述DSP控制单元采用双DSP芯片，且DSP控制器1和DSP控制器2分别为TI公司生产的TMS320C6713芯片和TMS320F2835芯片；其中，作为DSP控制器1的TMS320C6713芯片为主处理器、作为DSP控制器2的TMS320F2835芯片从处理器；所述A/D转换模块采用仪表放大器AD620芯片。

所述信号检测电路包括电流检测电路和电压检测电路。

所述电流检测电路是由电流互感器CT和电流信号调理电路组成；其中，所述电流互感器CT的一次侧输入端连接电网采集所需要测量的信号，其二次侧输出端与电流信号调理电路的输入端连接；

所述电流信号调理电路是由电阻R9、二阶巴特沃斯滤波器、稳压电路单元、交流提升模块、电阻R7和电容C3组成；其中，所述的电阻R9与电流互感器CT的二次侧并联，且与二阶巴特沃斯滤波器的输入端连接，其一端接地；所述稳压电路单元的输入端连接二阶巴特沃斯滤波器的输出端，其输出端则与交流提升模块的输入端连接；所述交流提升模块的输入端还与参考电压源REF连接，其输出端连接电阻R7的一端；所述电容C3连接于电阻R7和地之间，输出信号给DSP控制单元；所述二阶巴特沃斯滤波器、稳压电路单元、交流提升模块均有一个输出端接地；

所述二阶巴特沃斯滤波器由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，电容C1、电容C2及运算放大器LM324I组成；所述电阻R1和电阻R2串联后，电阻R1另一端连接运算放大器LM324I的同向输入端；所述电阻R2的一端连接电流互感器CT的输出端，其另一端与R9的一端相连；所述电阻R3和电容C1呈并联连接，且并联后的一端与运算放大器LM324I的反向输入端相连，另一端与地线连接；所述电阻R5并联在运算放大器LM324I的反向输入端和输出之间；所述电容C2并联在电阻R1和电阻R2的串联连接点以及运算放大器LM324I的输出端之间；所述电阻R4的一端与运放运算放大器LM324I的输出相连，其另一端与稳压电路的输入端连接；

所述稳压电路由电阻R6、可调电阻R8、运算放大器LM324II和双向稳压管组成；其中，所述电阻R8的两端并联在运算放大器LM324II的反向输入端和输出之间；所述运算放大器LM324II的同向输入端经电阻R6接地；所述双向稳压管的一端与地线相连，另一端与运算放大器LM324II的输出端连接；所双向稳压管的两端分别与交流提升模块的两个输入端连接；

所述双向稳压管是由稳压管D1、稳压管D2、稳压管D3和稳压管D4构成；其中，所述稳压管D1和稳压管D2同方向串联，而稳压管D3和稳压管D4同方向串联，串联后的两组稳压管再反方向并联组成双向稳压管；

所述交流提升模块是交流提升放大器INA128I。

所述电压检测电路是由电压互感器PT和电压信号调理电路组成；其中，所述电压互感器PT的一次侧输入端连接电网采集所需要测量的信号，其二次侧输出端与电压信号调理电路的输入端连接；

所述电压信号调理电路是由电阻R18、R19、二阶巴特沃斯滤波器、稳压电路单元、交流提升模块、电阻R16和电容C6组成；其中，所述的电阻R18、R19串联后与电压互感器PT的二次侧并联，电阻R18、R19连接点且与二阶巴特沃斯滤波器的输入端连接，其一端接地；所述稳压电路单元的输入端连接二阶巴特沃斯滤波器的输出端，其输出端则与交流提升模块的输入端连接；所述交流提升模块的输入端还与参考电压源REF连接，其输出端连接电阻R16的一端；所述电容C6连接于电阻R16和地之间，输出信号给DSP控制单元；所述二阶巴特沃斯滤波器、稳压电路单元、交流提升模块均有一个输出端接地；

所述二阶巴特沃斯滤波器由电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14，电容C4、电容C5及运算放大器LM324III组成；所述电阻R10和电阻R11串联后，电阻R10另一端连接运算放大器LM324III的同向输入端；所述电阻R11的一端连接电阻R18、R19的连接点，其另一端与R10的一端相连；所述电阻R12和电容C4呈并联连接，且并联后的一端与运算放大器LM324III的反向输入端相连，另一端与地线连接；所述电阻R14并联在运算放大器LM324III的反向输入端和输出之间；所述电容C5并联在电阻R10和电阻R11的串联连接点以及运算放大器LM324III的输出端之间；所述电阻R13的一端与运放运算放大器LM324III的输出相连，其另一端与稳压电路的输入端连接；

所述稳压电路由电阻R15、可调电阻R17、运算放大器LM324Ⅳ和双向稳压管组成；其中，所述电阻R17的两端并联在运算放大器LM324Ⅳ的反向输入端和输出之间；所述运算放大器LM324Ⅳ的同向输入端经电阻R15接地；所述双向稳压管的一端与地线相连，另一端与运算放大器LM324Ⅳ的输出端连接；所双向稳压管的两端分别与交流提升模块的两个输入端连接；

所述双向稳压管是由稳压管D5、稳压管D6、稳压管D7和稳压管D8构成；其中，所述稳压管D5和稳压管D6同方向串联，而稳压管D7和稳压管D8同方向串联，串联后的两组稳压管再反方向并联组成双向稳压管；

所述交流提升模块是交流提升放大器INA128II。

所述电力电子开关主电路单元由反并联的晶闸管结构构成三相交流开关电路组成；其中所述每相晶闸管均由6组型号为KPD5200-42的晶闸管反并联结构组成，且每组晶闸管有一个均压电路模块；所述电力电子开关主电路的两端连接在电网的母联线路上，其均压电路的两端连在反并联晶闸管的两端；

所述均压电路由电阻R_S、电阻R_C和电容C_S组成；其中电阻R_C和电容C_S串联后与电阻呈R_S呈并联连接，且并联后均压电路的两端与反并联晶闸管的两侧连接。

所述6组晶闸管反并联结构适用于6kV的电压等级。

一种基于电力电子开关的高压电源快切系统的控制方法，其特征在于它包括以下步骤：

①快切系统接入电网后，系统上电并进行初始化，此时信号检测电路实时检测电网的信号波形；

②当电网中的一路电源线路需要检修时，采用人工的切换，此时检测到正常的切换信号进行正常的切换方式；

③当电网发生故障时，信号检测电路检测到故障信号，并通过信号的调理和提升将信号转换成可以被DSP处理的信号波形；

④波形送入DSP控制器1中，对送入信号进行处理，将处理后的信号送入DSP控制器2中，选择对称小波函数为基本小波函数，并选取四阶传递函数所对应的小波及尺度函数对小波处理信号进行编程；

⑤当利用小波变换分析出所检测的信号为故障信号时，DSP控制器2发出主电路的触发脉冲，若检测到电力电子开关未接通则发出告警，否则主电路接通，切换成功。

本发明工作原理：本发明运用互感器检测故障信号，采用电压传感器并联至电网、电流传感器穿过电线的设计，而后由采样电阻将电流信号转换为电压信号，再进行信号调理和采样等处理。采用双DSP进行处理，主DSP（DSP控制器1）芯片通过EDMA方式接收由采样芯片采集的电网电压电流信号，利用准同步采样方法对采样数据进行快速的预处理，将计算结果上传至从DSP（DSP控制器2）芯片。从DSP根据主DSP的数据预处理结果进行电网电压、电流、频率、功率等实时数据计算，判断出电源的故障状态，准确发出晶闸管的触发信号，实现对电网电源的切换。应用改进型二阶巴特沃斯滤波器作为信号调理电路的滤波环节，保证相位滞后角趋近于0，从而保证主电路过零触发。

采用小波变换的方法的信号检测算法，通过检测小波变换模极大值点来检测信号奇异点的方法检测电力系统故障，保证最快时间检测出系统的电源故障。其所应用结论：（1）电力系统发生故障时，其故障暂态信号是奇异的，信号的奇异点对应于故障点。当确定了电力系统故障暂态信号的奇异点就可以确定系统发生故障的时刻。（2）信号的奇异点可以通过其小波变换的模极大值点来确定。（3）电力系统故障检测判据：通过检测电力系统中各电气量信号的小波变换模极大值点来确定电力系统故障的故障时刻。由于电力系统正常运行时，三相输电线的电压等级是确定的，也即相电压的幅值是确定的，以电压幅值设置一个门限值，当被检测信号小波变换的模极大值小十门限值时，任为系统运行正常；当被检测信号小波变换的模极大值越限时，认为可能有故障发生，利用模极大值来探测信号的奇异点。

电压、电流互感器均采用霍尔传感器，采用电压互感器并联至电网、电流互感器穿过电线的设计，而后由采样电阻将电流信号转换为电压信号，再进行信号调理和采样等处理。信号调理电路模块，对经由传感器采样来的电压信号进行放大、滤波、再放大处理，以满足A /D模块的采样要求，一次放大采用放大器LM324及INA128芯片，只需改变外围电路电阻值就可以改变放大器的增益，此处增益的大小DSP芯片进行控制，可以根据具体应用对象选择合适的增益。放大采用仪表放大器AD620芯片，只需改变外围电路电阻值就可以改变放大器的增益，此处增益的大小由从DSP芯片进行控制，可以根据具体应用对象选择合适的增益。

DSP预处理和数据计算模块采用双DSP芯片进行处理，主DSP芯片通过EDMA方式接收由采样芯片采集的电网电压电流信号，利用准同步采样方法对采样数据进行快速的预处理，而后通过SPI方式，将采样数据预处理结果和补偿电流信号计算结果上传至从DSP芯片。从DSP根据主DSP的数据预处理结果进行电网电压、电流、频率、功率等实时数据计算，判断出电源的故障状态，准确发出晶闸管的触发信号，实现对电网电源的切换。

主电路采用晶闸管反并联的方式，然后通过多组晶闸管串并联的方式增加电压电流容量，其中每组晶闸管有各自的均压电路，防止由于电压不均导致管子损坏。晶闸管阀组采用电磁触发方式，该触发方式保证同步触发一致性，防止晚触发的晶闸管因过压而击穿。均压电路是为了保证串联在电路中的每个电力电子开关管所承受电压相同，防止由于电压不均造成管子击穿。

本发明的工作过程，有两组电源（工作电源和备用电源）。当工作电源发生故障，电源快切系统迅速检测出故障，并发出命令触发信号接通电力电子开关主电路，从而连接备用电源，使负荷供电连续可靠。

本发明的优越性在于：①硬件装置与计算机软件编程相结合，硬件装置控制方便，软件编程通俗易懂；②采用了电力电子开关代替传统的机械开关，减小电源快切的切换时间，使切换过程中的冲击电压和冲击电流最小，保障了负荷的安全可靠运行；③采用二阶巴特沃斯滤波器作为信号调理电路的滤波环节，保证相位滞后角趋近于0，从而保证主电路过零触发；④采用小波变换的故障信号检测算法，保证最快时间检测出系统的电源故障；⑤控制电路的核心芯片采用双DSP控制，DSP的执行速度达30MIPS几乎所有的指令均可在30ns的单周期内完成，从而提高了控制器的实时控制能力。

（四）附图说明：

图1 为本发明所涉一种基于电力电子开关的高压电源快切系统的工作过程原理图。

图2 为本发明所涉一种基于电力电子开关的高压电源快切系统的整体结构示意图。

图 3 为本发明所涉一种基于电力电子开关的高压电源快切系统中的信号检测电路的电路示意图（其中，图3-a为电流检测电路的电路结构示意图；图3-b为电压检测电路的电路结构示意图）。

图 4为本发明所涉一种基于电力电子开关的高压电源快切系统中电力电子开关主电路单元的电路结构示意图。

图 5为本发明所涉一种基于电力电子开关的高压电源快切系统的控制方法的流程示意图。

（五）具体实施方式：

实施例：一种基于电力电子开关的高压电源快切系统（见图1），包括含有负载的电网，其特征在于它包括信号检测电路、快切控制系统和电力电子开关主电路单元；其中，所述信号检测电路的输入端连接电网，其输出端连接快切控制系统的输入端；所述快切控制系统的输出端连接电力电子开关主电路单元的输入端；所述电力电子开关主电路单元的输出端连接电网中的负载端母线。

所述快切控制系统（见图2）包括A/D转换模块、DSP控制单元、脉冲发生器单元、数据接口单元、通信接口单元和人机界面单元；其中，所述信号检测电路的输入端连接电网，其输出端连接A/D转换模块的输入端；所述DSP控制单元的输入端连接A/D转换模块的输出端，其输出端连接脉冲触发器单元的输入端，同时，它还与数据接口单元和通信接口单元呈双向连接；所述通信接口单元与人机界面单元也呈双向连接；所述脉冲发生器的输出端为电力电子开关主电路单元发送脉冲信号。

所述DSP控制单元（见图2）采用双DSP控制方式，由DSP控制器1和DSP控制器2构成；其中，所述DSP控制器1的输入端连接A/D转换模块的输出端，同时与数据接口单元呈双向连接；所述DSP的控制器2输出端连接脉冲触发器单元的输入端，同时，它还与通信接口单元呈双向连接；所述DSP控制器1和DSP控制器2之间也呈双向连接。

所述DSP控制单元采用双DSP芯片，且DSP控制器1和DSP控制器2分别为TI公司生产的TMS320C6713芯片和TMS320F2835芯片；其中，作为DSP控制器1的TMS320C6713芯片为主处理器、作为DSP控制器2的TMS320F2835芯片从处理器；所述A/D转换模块采用仪表放大器AD620芯片。

所述信号检测电路（见图3）包括电流检测电路和电压检测电路。

所述电流检测电路（见图3-a）是由电流互感器CT和电流信号调理电路组成；其中，所述电流互感器CT的一次侧输入端连接电网采集所需要测量的信号，其二次侧输出端与电流信号调理电路的输入端连接；

所述电流信号调理电路（见图3-a）是由电阻R9、二阶巴特沃斯滤波器、稳压电路单元、交流提升模块、电阻R7和电容C3组成；其中，所述的电阻R9与电流互感器CT的二次侧并联，且与二阶巴特沃斯滤波器的输入端连接，其一端接地；所述稳压电路单元的输入端连接二阶巴特沃斯滤波器的输出端，其输出端则与交流提升模块的输入端连接；所述交流提升模块的输入端还与参考电压源REF连接，其输出端连接电阻R7的一端；所述电容C3连接于电阻R7和地之间，输出信号给DSP控制单元；所述二阶巴特沃斯滤波器、稳压电路单元、交流提升模块均有一个输出端接地；

所述二阶巴特沃斯滤波器（见图3-a）由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，电容C1、电容C2及运算放大器LM324I组成；所述电阻R1和电阻R2串联后，电阻R1另一端连接运算放大器LM324I的同向输入端；所述电阻R2的一端连接电流互感器CT的输出端，其另一端与R9的一端相连；所述电阻R3和电容C1呈并联连接，且并联后的一端与运算放大器LM324I的反向输入端相连，另一端与地线连接；所述电阻R5并联在运算放大器LM324I的反向输入端和输出之间；所述电容C2并联在电阻R1和电阻R2的串联连接点以及运算放大器LM324I的输出端之间；所述电阻R4的一端与运放运算放大器LM324I的输出相连，其另一端与稳压电路的输入端连接；

所述稳压电路（见图3-a）由电阻R6、可调电阻R8、运算放大器LM324II和双向稳压管组成；其中，所述电阻R8的两端并联在运算放大器LM324II的反向输入端和输出之间；所述运算放大器LM324II的同向输入端经电阻R6接地；所述双向稳压管的一端与地线相连，另一端与运算放大器LM324II的输出端连接；所双向稳压管的两端分别与交流提升模块的两个输入端连接；

所述双向稳压管（见图3-a）是由稳压管D1、稳压管D2、稳压管D3和稳压管D4构成；其中，所述稳压管D1和稳压管D2同方向串联，而稳压管D3和稳压管D4同方向串联，串联后的两组稳压管再反方向并联组成双向稳压管；

所述交流提升模块（见图3-a）是交流提升放大器INA128I。

所述电压检测电路（见图3-b）是由电压互感器PT和电压信号调理电路组成；其中，所述电压互感器PT的一次侧输入端连接电网采集所需要测量的信号，其二次侧输出端与电压信号调理电路的输入端连接；

所述电压信号调理电路（见图3-b）是由电阻R18、R19、二阶巴特沃斯滤波器、稳压电路单元、交流提升模块、电阻R16和电容C6组成；其中，所述的电阻R18、R19串联后与电压互感器PT的二次侧并联，电阻R18、R19连接点且与二阶巴特沃斯滤波器的输入端连接，其一端接地；所述稳压电路单元的输入端连接二阶巴特沃斯滤波器的输出端，其输出端则与交流提升模块的输入端连接；所述交流提升模块的输入端还与参考电压源REF连接，其输出端连接电阻R16的一端；所述电容C6连接于电阻R16和地之间，输出信号给DSP控制单元；所述二阶巴特沃斯滤波器、稳压电路单元、交流提升模块均有一个输出端接地；

所述二阶巴特沃斯滤波器（见图3-b）由电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14，电容C4、电容C5及运算放大器LM324III组成；所述电阻R10和电阻R11串联后，电阻R10另一端连接运算放大器LM324III的同向输入端；所述电阻R11的一端连接电阻R18、R19的连接点，其另一端与R10的一端相连；所述电阻R12和电容C4呈并联连接，且并联后的一端与运算放大器LM324III的反向输入端相连，另一端与地线连接；所述电阻R14并联在运算放大器LM324III的反向输入端和输出之间；所述电容C5并联在电阻R10和电阻R11的串联连接点以及运算放大器LM324III的输出端之间；所述电阻R13的一端与运放运算放大器LM324III的输出相连，其另一端与稳压电路的输入端连接；

所述稳压电路（见图3-b）由电阻R15、可调电阻R17、运算放大器LM324Ⅳ和双向稳压管组成；其中，所述电阻R17的两端并联在运算放大器LM324Ⅳ的反向输入端和输出之间；所述运算放大器LM324Ⅳ的同向输入端经电阻R15接地；所述双向稳压管的一端与地线相连，另一端与运算放大器LM324Ⅳ的输出端连接；所双向稳压管的两端分别与交流提升模块的两个输入端连接；

所述双向稳压管（见图3-b）是由稳压管D5、稳压管D6、稳压管D7和稳压管D8构成；其中，所述稳压管D5和稳压管D6同方向串联，而稳压管D7和稳压管D8同方向串联，串联后的两组稳压管再反方向并联组成双向稳压管；

所述交流提升模块（见图3-b）是交流提升放大器INA128II。

所述电力电子开关主电路单元（见图4）由反并联的晶闸管结构构成三相交流开关电路组成；其中所述每相晶闸管均由6组型号为KPD5200-42的晶闸管反并联结构组成，且每组晶闸管有一个均压电路模块；所述电力电子开关主电路的两端连接在电网的母联线路上，其均压电路的两端连在反并联晶闸管的两端；

所述均压电路由电阻R_S、电阻R_C和电容C_S组成；其中电阻R_C和电容C_S串联后与电阻呈R_S呈并联连接，且并联后均压电路的两端与反并联晶闸管的两侧连接。

所述6组晶闸管反并联结构适用于6kV的电压等级。

一种基于电力电子开关的高压电源快切系统的控制方法（见图5），其特征在于它包括以下步骤：

①快切系统接入电网后，系统上电并进行初始化，此时信号检测电路实时检测电网的信号波形；

②当电网中的一路电源线路需要检修时，采用人工的切换，此时检测到正常的切换信号进行正常的切换方式；

③当电网发生故障时，信号检测电路检测到故障信号，并通过信号的调理和提升将信号转换成可以被DSP处理的信号波形；

④波形送入DSP控制器1中，对送入信号进行处理，将处理后的信号送入DSP控制器2中，选择对称小波函数为基本小波函数，并选取四阶传递函数所对应的小波及尺度函数对小波处理信号进行编程；

⑤当利用小波变换分析出所检测的信号为故障信号时，DSP控制器2发出主电路的触发脉冲，若检测到电力电子开关未接通则发出告警，否则主电路接通，切换成功。

Claims (10)

1.一种基于电力电子开关的高压电源快切系统，包括含有负载的电网，其特征在于它包括信号检测电路、快切控制系统和电力电子开关主电路单元；其中，所述信号检测电路的输入端连接电网，其输出端连接快切控制系统的输入端；所述快切控制系统的输出端连接电力电子开关主电路单元的输入端；所述电力电子开关主电路单元的输出端连接电网中的负载端母线。

2.根据权利要求1所述一种基于电力电子开关的高压电源快切系统，其特征在于所述快切控制系统包括A/D转换模块、DSP控制单元、脉冲发生器单元、数据接口单元、通信接口单元和人机界面单元；其中，所述信号检测电路的输入端连接电网，其输出端连接A/D转换模块的输入端；所述DSP控制单元的输入端连接A/D转换模块的输出端，其输出端连接脉冲触发器单元的输入端，同时，它还与数据接口单元和通信接口单元呈双向连接；所述通信接口单元与人机界面单元也呈双向连接；所述脉冲发生器的输出端为电力电子开关主电路单元发送脉冲信号。

3.根据权利要求2所述一种基于电力电子开关的高压电源快切系统，其特征在于所述DSP控制单元采用双DSP控制方式，由DSP控制器1和DSP控制器2构成；其中，所述DSP控制器1的输入端连接A/D转换模块的输出端，同时与数据接口单元呈双向连接；所述DSP的控制器2输出端连接脉冲触发器单元的输入端，同时，它还与通信接口单元呈双向连接；所述DSP控制器1和DSP控制器2之间也呈双向连接。

4.根据权利要求2所述一种基于电力电子开关的高压电源快切系统，其特征在于所述DSP控制单元采用双DSP芯片，且DSP控制器1和DSP控制器2分别为TI公司生产的TMS320C6713芯片和TMS320F2835芯片；其中，作为DSP控制器1的TMS320C6713芯片为主处理器、作为DSP控制器2的TMS320F2835芯片从处理器；所述A/D转换模块采用仪表放大器AD620芯片。

5.根据权利要求1所述一种基于电力电子开关的高压电源快切系统，其特征在于所述信号检测电路包括电流检测电路和电压检测电路。

6.根据权利要求5所述一种基于电力电子开关的高压电源快切系统，其特征在于所述电流检测电路是由电流互感器CT和电流信号调理电路组成；其中，所述电流互感器CT的一次侧输入端连接电网采集所需要测量的信号，其二次侧输出端与电流信号调理电路的输入端连接；

所述电流信号调理电路是由电阻R9、二阶巴特沃斯滤波器、稳压电路单元、交流提升模块、电阻R7和电容C3组成；其中，所述的电阻R9与电流互感器CT的二次侧并联，且与二阶巴特沃斯滤波器的输入端连接，其一端接地；所述稳压电路单元的输入端连接二阶巴特沃斯滤波器的输出端，其输出端则与交流提升模块的输入端连接；所述交流提升模块的输入端还与参考电压源REF连接，其输出端连接电阻R7的一端；所述电容C3连接于电阻R7和地之间，输出信号给DSP控制单元；所述二阶巴特沃斯滤波器、稳压电路单元、交流提升模块均有一个输出端接地；

所述二阶巴特沃斯滤波器由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，电容C1、电容C2及运算放大器LM324I组成；所述电阻R1和电阻R2串联后，电阻R1另一端连接运算放大器LM324I的同向输入端；所述电阻R2的一端连接电流互感器CT的输出端，其另一端与R9的一端相连；所述电阻R3和电容C1呈并联连接，且并联后的一端与运算放大器LM324I的反向输入端相连，另一端与地线连接；所述电阻R5并联在运算放大器LM324I的反向输入端和输出之间；所述电容C2并联在电阻R1和电阻R2的串联连接点以及运算放大器LM324I的输出端之间；所述电阻R4的一端与运放运算放大器LM324I的输出相连，其另一端与稳压电路的输入端连接；

所述稳压电路由电阻R6、可调电阻R8、运算放大器LM324II和双向稳压管组成；其中，所述电阻R8的两端并联在运算放大器LM324II的反向输入端和输出之间；所述运算放大器LM324II的同向输入端经电阻R6接地；所述双向稳压管的一端与地线相连，另一端与运算放大器LM324II的输出端连接；所双向稳压管的两端分别与交流提升模块的两个输入端连接；

所述双向稳压管是由稳压管D1、稳压管D2、稳压管D3和稳压管D4构成；其中，所述稳压管D1和稳压管D2同方向串联，而稳压管D3和稳压管D4同方向串联，串联后的两组稳压管再反方向并联组成双向稳压管；

所述交流提升模块是交流提升放大器INA128I。

7.根据权利要求5所述一种基于电力电子开关的高压电源快切系统，其特征在于所述电压检测电路是由电压互感器PT和电压信号调理电路组成；其中，所述电压互感器PT的一次侧输入端连接电网采集所需要测量的信号，其二次侧输出端与电压信号调理电路的输入端连接；

所述电压信号调理电路是由电阻R18、R19、二阶巴特沃斯滤波器、稳压电路单元、交流提升模块、电阻R16和电容C6组成；其中，所述的电阻R18、R19串联后与电压互感器PT的二次侧并联，电阻R18、R19连接点且与二阶巴特沃斯滤波器的输入端连接，其一端接地；所述稳压电路单元的输入端连接二阶巴特沃斯滤波器的输出端，其输出端则与交流提升模块的输入端连接；所述交流提升模块的输入端还与参考电压源REF连接，其输出端连接电阻R16的一端；所述电容C6连接于电阻R16和地之间，输出信号给DSP控制单元；所述二阶巴特沃斯滤波器、稳压电路单元、交流提升模块均有一个输出端接地；

所述二阶巴特沃斯滤波器由电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14，电容C4、电容C5及运算放大器LM324III组成；所述电阻R10和电阻R11串联后，电阻R10另一端连接运算放大器LM324III的同向输入端；所述电阻R11的一端连接电阻R18、R19的连接点，其另一端与R10的一端相连；所述电阻R12和电容C4呈并联连接，且并联后的一端与运算放大器LM324III的反向输入端相连，另一端与地线连接；所述电阻R14并联在运算放大器LM324III的反向输入端和输出之间；所述电容C5并联在电阻R10和电阻R11的串联连接点以及运算放大器LM324III的输出端之间；所述电阻R13的一端与运放运算放大器LM324III的输出相连，其另一端与稳压电路的输入端连接；

所述稳压电路由电阻R15、可调电阻R17、运算放大器LM324Ⅳ和双向稳压管组成；其中，所述电阻R17的两端并联在运算放大器LM324Ⅳ的反向输入端和输出之间；所述运算放大器LM324Ⅳ的同向输入端经电阻R15接地；所述双向稳压管的一端与地线相连，另一端与运算放大器LM324Ⅳ的输出端连接；所双向稳压管的两端分别与交流提升模块的两个输入端连接；

所述双向稳压管是由稳压管D5、稳压管D6、稳压管D7和稳压管D8构成；其中，所述稳压管D5和稳压管D6同方向串联，而稳压管D7和稳压管D8同方向串联，串联后的两组稳压管再反方向并联组成双向稳压管；

所述交流提升模块是交流提升放大器INA128II。

8.根据权利要求1所述一种基于电力电子开关的高压电源快切系统，其特征在于所述电力电子开关主电路单元由反并联的晶闸管结构构成三相交流开关电路组成；其中所述每相晶闸管均由6组型号为KPD5200-42的晶闸管反并联结构组成，且每组晶闸管有一个均压电路模块；所述电力电子开关主电路的两端连接在电网的母联线路上，其均压电路的两端连在反并联晶闸管的两端；

所述均压电路由电阻R_S、电阻R_C和电容C_S组成；其中电阻R_C和电容C_S串联后与电阻呈R_S呈并联连接，且并联后均压电路的两端与反并联晶闸管的两侧连接。

9.根据权利要求8所述一种基于电力电子开关的高压电源快切系统，其特征在于所述6组晶闸管反并联结构适用于6kV的电压等级。

10.一种基于电力电子开关的高压电源快切系统的控制方法，其特征在于它包括以下步骤：

①快切系统接入电网后，系统上电并进行初始化，此时信号检测电路实时检测电网的信号波形；

②当电网中的一路电源线路需要检修时，采用人工的切换，此时检测到正常的切换信号进行正常的切换方式；

③当电网发生故障时，信号检测电路检测到故障信号，并通过信号的调理和提升将信号转换成可以被DSP处理的信号波形；

④波形送入DSP控制器1中，对送入信号进行处理，将处理后的信号送入DSP控制器2中，选择对称小波函数为基本小波函数，并选取四阶传递函数所对应的小波及尺度函数对小波处理信号进行编程；

⑤当利用小波变换分析出所检测的信号为故障信号时，DSP控制器2发出主电路的触发脉冲，若检测到电力电子开关未接通则发出告警，否则主电路接通，切换成功。

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