CN104515932B - 一种线路电流故障快速检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种线路电流故障快速检测方法和装置。一种线路电流故障快速检测方法：光电流传感器采集线路电流信号，并将线路电流信号传输给数字合并单元，数字合并单元将处理后的线路电流信号传输给单片机，单片机完成故障检测。一种线路电流故障快速检测装置，包括光电流传感器、数字合并单元、单片机。本发明能快速的检测到线路的故障，且在100us内输出故障信号，特别适用于有IGBT组成的柔性直流输电系统中，作为换流阀的电流过流故障快速主保护，或线路电流过流故障快速保护。

Description

一种线路电流故障快速检测方法和装置

技术领域

本发明涉及一种线路电流故障快速检测方法和装置，属于高压直流输电技术领域。

背景技术

目前，传统直流输电线路故障检测装置，受限于电流传感器，以及合并单元的性能，合并单元处理光信号后的延时较大，通常为100us左右，另合并单元处理光信号后的输出数据信号速率仅为10kHZ的帧传输速率，这样算起来，信号传输给单片机的延时至少200us以上，远不能满足有IGBT组成的柔性直流输电系统中换流阀或线路过流故障要求小于100us快速保护动作的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种线路电流故障快速检测方法和装置，用以解决传统直流输电线路故障检测装置传输信号延时较大，影响快速保护动作的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：一种线路电流故障快速检测方法：光电流传感器采集线路电流信号，并将线路电流信号传输给数字合并单元，数字合并单元将处理后的线路电流信号传输给单片机，单片机完成故障检测。

数字合并单元的工作过程为：光电流传感器输出的参考值与反馈值经负反馈运算，输出值依次经光电转换、运算放大、AD转换、积分后一路输出给单片机，另一路经斜波处理、DA转换、运算放大、调制后作为反馈值。

一种线路电流故障快速检测装置，包括光电流传感器、数字合并单元、单片机；光电流传感器的输出端连接数字合并单元对应的输入端，数字合并单元的输出大于50kHz的电流帧数据信号，连接至单片机对应的输入端。

数字合并单元输出大于50kHZ的电流帧数据信号至单片机，单片机处理电流帧数据信号，若检测到的电流帧数据信号超过设定值，单片机输出故障信号。该故障信号是电信号或光信号。

本发明中光电流传感器、单片机为高速光电流传感器、高速单片机，采用的高速光电流传感器的的延时经数字合并单元处理后，信号延时仅有70us左右，数字合并单元输出给高速单片机的帧数据传输速率达到50kHZ，这样高速单片机接收到的信号总延时仅有90us左右，且在故障发生后100us内输出故障保护信号(电信号或光信号)。

采用光电流传感器，配置数字型合并单元处理光信号，确保在线路故障100us内发出故障保护信号。比传统直流输电故障电流检测装置快100us以上，在有IGBT组成的柔性直流输电换流阀系统中，作为换流阀的快速过流保护或直流线路过流故障的快速保护，确保系统的安全。

附图说明

图1是线路电流故障快速检测装置的实施方式结构示意图；

图2是实施方式中数字合并单元数据处理示意图；

图3是闭环反馈简化图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

一种线路电流故障快速检测方法，为：光电流传感器采集线路电流信号，并将线路电流信号传输给数字合并单元，数字合并单元将处理后的线路电流信号传输给单片机。

一种线路电流故障快速检测装置，包括光电流传感器、数字合并单元、单片机；光电流传感器的输出端连接数字合并单元对应的输入端，数字合并单元的输出端连接单片机对应的输入端。

基于以上技术方案，结合附图，给出以下一个具体实施方式。

本发明中的光电流传感器、单片机为高速光电流传感器、高速单片机。

高速光电流传感器为全光纤电流传感器，是一种新型的电流传感测量装置，其基于磁光法拉第效应，采用高频调制及闭环反馈技术，能够同时实现对交直流电流的精确检测。通过高频调制解调技术实现对交直流电流信号的精密检测，通过闭环控制技术使输出线性化，其线性度远优于传统互感器。

基于以上高速光电流传感器、高速单片机，提供一种线路电流故障快速检测装置，如图1所示，包括高速光电流传感器、数字合并单元、高速单片机；高速光电流传感器的输出端连接数字合并单元对应的输入端，数字合并单元的输出端连接高速单片机对应的输入端。

另外，提供一种线路电流故障快速检测方法，为：高速光电流传感器采集线路电流信号，并将线路电流信号传输给数字合并单元，数字合并单元将处理后的线路电流信号传输给高速单片机，高速单片机进行数据处理后，当检测到的电流超过允许值时，立即输出线路过流故障信号，进行保护动作。

采用的高速光电流传感器的的延时经数字合并单元处理后，信号延时仅有70us左右，数字合并单元输出给高速单片机的帧数据传输速率达到50kHZ，这样高速单片机接收到的信号总延时仅有90us左右，且在故障发生后100us内输出故障保护信号(电信号)，特别适用于有IGBT组成的柔性直流输电系统中，作为换流阀的快速主保护，或线路的快速保护。

数字合并单元采用闭环反馈技术高速处理光电流信号，其数据处理和组成结构如图2所示。

数字合并单元中，光电流传感器输出的参考值与反馈值经负反馈运算，输出值依次经光电转换、运算放大、AD转换、积分后一路输出给单片机，另一路经斜波处理、DA转换、运算放大、调制后作为反馈值。

数字合并单元包括：

敏感元件(即光电流传感器的光纤环)：两束旋光在穿过它的导线中电流i的作用下产生相位差即为该闭环反馈的参考值；

反馈环节：携带相位信息的两束光波返回到调制器再次受到调制，此时施加一个反馈相移满足闭环条件即为该闭环反馈的反馈值；

探测器(即光电转换器)：到达探测器的光强信号中携带有相位信息光强被转换为电压信号其中R为转换系数，为调制方波的偏置相位(通常为±π/2)；

运放A1和A2：为线性放大环节，放大系数分别为K_A1和K_A2；

A/D转换器：在解调时钟的控制下，对模拟电压信号进行高频采样，生成数字序列，转换系数设为K_AD；

积分器：对数字信号进行积分，生成反馈误差信号；

斜波发生器：对反馈信号再次积分生成数字反馈斜波信号；

D/A转换器：将数字反馈斜波信号转换为模拟电压信号，转换系数设为K_DA；

调制器：模拟斜波信号施加到调制器，以本征频率进行微分操作，产生反馈相位差信号

光电流传感器输出的参考值与反馈值经负反馈运算，输出值依次经光电转换、运算放大、AD转换、积分后一路输出给高速单片机，另一路经斜波处理、DA转换、运算放大、调制后为反馈值

将上述闭环反馈简化后的闭环控制如图3所示，根据控制原理，化简后可得系统的传递函数，如下：

令T＝τ/(K₁K₂)，为一阶惯性环节的时间常数。

影响时间常数的因素有增益K₁、K₂以及光波的传输时间τ。决定K₁和K₂大小的有光功率、光路损耗、光电转换、电光转换、信号处理等部分，而本征周期τ由光纤延迟线确定，以上因素均可控制和测试。通过对上述参数的精确控制，实现对电流测量的快速响应。

合并单元输出大于50kHz的电流帧数字信号，经单片机系统处理后，根据控制策略要求，当检测到的电流超过允许值时，立即输出线路过流故障信号，该信号为电信号或者光信号，不经继电器输出(继电器本身有延时)，确保线路电流故障发生100us内立即发出故障保护信号。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种线路电流故障快速检测方法，其特征在于，所述检测方法为：光电流传感器采集线路电流信号，并将线路电流信号传输给数字合并单元，数字合并单元将处理后的线路电流信号传输给单片机，单片机完成故障检测；所述数字合并单元的工作过程为：光电流传感器输出的参考值与反馈值经负反馈运算，输出值依次经光电转换、运算放大、AD转换、积分后一路输出给单片机，另一路经斜波处理、DA转换、运算放大、调制后作为反馈值。

2.一种线路电流故障快速检测装置，其特征在于，所述检测装置包括光电流传感器、数字合并单元、单片机；光电流传感器的输出端连接数字合并单元对应的输入端，数字合并单元的输出大于50kHz的电流帧数据信号，连接至单片机对应的输入端；所述数字合并单元用于将光电流传感器输出的参考值与反馈值经负反馈运算，输出值依次经光电转换、运算放大、AD转换、积分后一路输出给单片机，另一路经斜波处理、DA转换、运算放大、调制后作为反馈值。

3.根据权利要求2所述的线路电流故障快速检测装置，其特征在于，数字合并单元输出大于50kHZ的电流帧数据信号至单片机，单片机处理电流帧数据信号，若检测到的电流帧数据信号超过设定值，单片机输出故障信号。

4.根据权利要求3所述的线路电流故障快速检测装置，其特征在于，所述故障信号是电信号或光信号。