CN107317303A - 一种负载电流反时限保护方法 - Google Patents

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Abstract

一种负载电流反时限保护方法，适用于可编程逻辑器件的负载电流反时限保护，以IT保护反时限方法，代替传统I2T保护反时限方法，可用于较小资源、较小体积和较低成本的CPLD可编程器件，满足了武器型号小型化、轻量化发展要求且处理信号较少的应用场合该方法包括了负载电流采样、采集时间值预设、当前时刻的热量积累值与能量阀值判断、根据判断结果进行跳闸保护。

Description

一种负载电流反时限保护方法
技术领域
本发明涉及一种负载电流反时限保护方法，属于智能配电技术领域。
背景技术
现有的负载电流反时限方法需要用到复杂乘除法运算，众所周知，可编程逻辑器件在乘除法计算方面存在天然缺陷，需要用到专用的、集成于芯片内部的硬件乘法器。大多数专用的硬件乘法器集成于FPGA中，而适应于武器型号小型化、轻量化发展要求且处理信号较少的应用场合，多采用未集成硬件乘法器的CPLD实现，而针对CPLD尚未有负载电流反时限保护的方法。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种适用于可编程逻辑器件实现的负载电流反时限保护方法，满足了武器型号小型化、轻量化发展要求。
本发明的技术解决方案是：
一种负载电流反时限保护方法，基于可编程逻辑器件实现，
步骤如下：
(1)对负载电流进行采样；
(2)确定当前时刻的热量积累值Vnow；
(3)判断采样时间是否达到预设时间，如果没有达到预设时间，则返回步骤(1)继续采样，如果达到预设时间，则进入步骤(4)；
(4)将当前时刻的热量积累值Vnow与预设能量阈值Vref进行比较，如果Vnow≥Vref，则启动跳闸进行保护，如果Vnow<Vref，则返回步骤(1)继续采样。
所述步骤(1)对负载电流进行采用通过电流霍尔传感器进行，再经AD模块进行模数转化。
对负载电流进行采样时，采样频率为1kHz，采样间隔时间为0.001s。
所述步骤(2)热量积累值Vnow为所有采样到的负载电流值的累加值，
Vnow＝Vpast×(2047/2048)+Iw；
其中，Vpast为前一时刻热量积累值，Iw为新采集到电流值。所述预设时间为2.048s。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明由于采用了IT保护反时限方法，满足负载电流反时限保护前提下，规避乘法运算，提高了系统运行速度，降低了系统能耗；
(2)本发明由于采用了IT保护反时限方法，节约了芯片资源，以通过没有乘法器的CPLD可编程器件实现，降低了生产成本，满足了武器型号小型化、轻量化的需求
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明电流对应的能量变化曲线示意图。
具体实施方式
本发明提出了一种适用于可编程逻辑器件实现的负载电流反时限保护方法，以IT保护反时限方法，代替传统I2T保护反时限方法，可用于较小资源、较小体积和较低成本的CPLD可编程器件，满足了武器型号小型化、轻量化发展要求且处理信号较少的应用场合该方法包括了负载电流采样、采集时间值预设、当前时刻的热量积累值与能量阀值判断、根据判断结果进行跳闸保护。
如图1所示。本发明提出的负载电流反时限保护方法，特别是针对于小体积、小容量和较廉价的CPLD逻辑器件，
包括如下步骤：
(1)对负载电流进行采样；
对负载电流进行采用通过电流霍尔传感器进行，再经AD模块进行模数转化。对负载电流进行采样时，采样频率为1kHz，采样间隔时间为0.001s。
(2)确定当前时刻的热量积累值Vnow；
热量积累值Vnow为所有采样到的负载电流值的累加值，
Vnow＝Vpast×(2047/2048)+Iw；
其中，Vpast为前一时刻热量积累值，Iw为新采集到电流值。
(3)判断采样时间是否达到预设时间，如果没有达到预设时间，则返回步骤(1)继续采样，如果达到预设时间，则进入步骤(4)；
(4)将当前时刻的热量积累值Vnow与预设能量阈值Vref进行比较，如果Vnow≥Vref，则启动跳闸进行保护，如果Vnow<Vref，则返回步骤(1)继续采样。
技术原理：
本方法基本技术原理是基于反时限跳闸曲线，如图2所示，不同的阶跃电流对应的线路存储能量是不一样的，与线路电流成正比。Vref对应线路存储热量的跳闸点，在该值以下的存储热量为正常工作状态，不会引发固态功率控制器的跳闸保护。若线路电流过大，超过额定值以至于线路存储热量Vnow超过跳闸点Vref，则会引起固态功率控制器的跳闸保护。线路电流越大，超过跳闸点的时间越短，跳闸速度越快。
实施例：
本发明以一定的频率采样电路中的电流(本方法的采样频率为1kHz，采样间隔时间为0.001s)，积累规定时间段内采样到的电流值(本方法规定的时间段为2.048s，共2048个电流值累加)，累加的2048个电流值为当前时刻的热量积累值，定义为Vnow，当Vnow达到跳闸阈值时，关断电路。每次新采集到电流值Iw时，将原热量积累值Vnow赋值给前一时刻热量积累值Vpast，重新计算当前热量积累值：
Vnow＝Vpast×(2047/2048)+Iw。(1)
本发明方法中，当前电流值Iw为12位，电流为零时，Iw＝000H，电流为40A时，Iw＝0FFFH。电路的额定工作电流为6.5A，Iw＝299H，电路无论工作多长时间都不能保护；当出现一度故障时，电路工作在13A，Iw＝532H，电路无论工作多长时间都不能保护；过流至2.5倍时(16.25A)，Iw＝67EH，应在1.6s左右保护。
热量积累值Vnow为23位(2048个12位电流值累加)，根据公式(1)保护阈值Vref为23位(保护值为2D1F40H)。
当电路在额定电流值(6.5A)工作时，Iw＝299H，根据公式(1)2048个数据累加后得到热量积累值Vnow为14C800H。不会达到保护阈值2D1F40H。
电路的理论起始跳闸倍数为2.17倍，即14.1A。当电路工作在14.1A时，Iw＝5A3H，根据公式(1)2048个数据累加后得到热量积累值Vnow为2D1800H，基本达到保护阈值。
电路在正常工作时(6.5A)，突然出现2.5倍过流(16.25A)，根据公式(1)1.6s后会达到保护阈值。即2048个采样点，有1600个为16.25A，另外448个为6.5A。计算出来的Vnow为2D1F40H，正好达到保护阈值。
同理，可以计算出，当正常工作时，突然出现4倍过流(26A)，0.8s后会达到保护阈值。突然达到40A过流时，0.465s后会达到保护阈值。
在公式(1)中，当前热量积累值Vnow＝Vpast×(2047/2048)+Iw，其中涉及到了乘法计算，为避免可编程逻辑器件在乘除法计算中的缺陷，计算时用Vpast(23位)减去Vpast的前12位，即得到Vpast×(2047/2048)，再加上12为的Iw，就得到了Vnow，在CPLD中非常容易实现。

Claims (6)

1.一种负载电流反时限保护方法，其特征在于基于可编程逻辑器件实现，步骤如下：
(1)对负载电流进行采样；
(2)确定当前时刻的热量积累值Vnow；
(3)判断采样时间是否达到预设时间，如果没有达到预设时间，则返回步骤(1)继续采样，如果达到预设时间，则进入步骤(4)；
(4)将当前时刻的热量积累值Vnow与预设能量阈值Vref进行比较，如果Vnow≥Vref，则启动跳闸进行保护，如果Vnow<Vref，则返回步骤(1)继续采样。
2.根据权利要求1所述的一种负载电流反时限保护方法，其特征在于：所述步骤(1)对负载电流进行采用通过电流霍尔传感器进行，再经AD模块进行模数转化。
3.根据权利要求1或2所述的一种负载电流反时限保护方法，其特征在于：对负载电流进行采样时，采样频率为1kHz，采样间隔时间为0.001s。
4.根据权利要求1所述的一种负载电流反时限保护方法，其特征在于：所述步骤(2)热量积累值Vnow为所有采样到的负载电流值的累加值，
Vnow＝Vpast×(2047/2048)+Iw；
其中，Vpast为前一时刻热量积累值，Iw为新采集到电流值。
5.根据权利要求1所述的一种负载电流反时限保护方法，其特征在于：所述预设时间为2.048s。
6.根据权利要求1所述的一种负载电流反时限保护方法，其特征在于：所述可编程逻辑器件为CPLD。
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