CN111103505A - 可调节的短路故障触发电路及其控制方法、计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可调节的短路故障触发电路及其控制方法、计算机可读存储介质，用于解决现有技术中针对不同的电力线路，需要更改短路故障触发电路参数才能适应其故障电流的问题。其中短路故障触发电路包括差分放大器、比较器、电容C3、斩波连接端子PWM+、斩波连接端子PWM‑，所述差分放大器从外部用于采集电力线路信号的取样电阻两端取电进行差分后，输出电压至所述比较器的同相端，所述比较器的反相端一方面经电容C3连接至地，另一方面分别连接至斩波连接端子PWM+、斩波连接端子PWM‑。
Description
技术领域
本发明涉及电力线路故障检测领域，尤其涉及一种可调节的短路故障触发电路及其控制方法、计算机可读存储介质。
背景技术
电力能源在各个领域中应用广泛，但是电力线路经常因一些外部因素产生短路故障，从而导致停电，因此需用短路故障检测装置来检测短路电流的特征，判别、指示短路故障，提高电力线路的检修效率。
为了降低检测装置的功耗，检测装置不采用实时采集检测方式，而是采用基于突变量检测的中断触发方式，即检测到电流发生突变后再启动实时采集，然后进一步判断故障特征是否满足设定值，为此需要低功耗的短路故障触发电路及其控制方法。
常用的适应不同电力线路的短路故障触发电路的系统架构如图1所示，业内基于该电路实施有以下两种方法：
方法一：
参阅图2，该方法的关键因素是稳压二极管D1的漏电流和三极管Q1的开启电压，当发生短路故障时，稳压二极管D1的漏电流流过三极管Q1的基极(B)和射极(E)之间的电阻R4，产生一个电压，使得三极管Q1导通，在三极管Q1的集电极(C)上产生一个低脉冲，该信号输入到MCU进行处理。根据短路电流的不同，选用不同的稳压二极管D1，电力线路短路电流越大，选用稳压二极管D1的稳压值就越大，同时再通过三极管Q1的基极(B)和射极(E)之间的电阻R4进行微调，就可以实现不同电力线路的短路故障触发。采用这种方法的优点是硬件电路比较简单，成本比较低，但是缺点是在不同电力线路上，需要根据实际短路电流大小来改变稳压二极管D1的稳压值和电阻R4的阻值。不同厂家的稳压二极管生产工艺不尽相同，所以漏电流会有差异，采用该方法一是会对来料检验提出较高的要求，以保证稳压二极管的一致性；二是生产时如果需要焊接不同型号的稳压二极管，生产效率会降低，三是会对生产成品的管理提出更严格的要求，因为短路故障触发电路的外形一样，不能通过外形进行区分。
方法二：
参阅图3，该方法的关键因素是电压检测器U1的检测电压，当发生短路故障时，电压检测器U1输出高电平，该电平输出到三极管Q1的基极(B)，使得三极管Q1导通，在三极管Q的集电极(C)上产生一个低脉冲。根据短路电流的不同，选用不同的电压检测器U1，短路电流越大，选用电压检测器U1的检测电压值就越大，由此实现不同电力线路的短路故障触发。采用这种方法的优点是硬件电路比较简单，但是在不同电力线路上，仍然需要根据实际短路电流大小来更改电压检测器的检测电压值(型号)。因为电压检测器的一致性较好，所以相对方法一，降低了来料检验的难度，但是方法一中提到的生产效率问题和成品管理问题仍未得到很好的解决。
发明内容
本发明为改善现有技术的不足之处，而提供一种可设置的短路故障触发电路及其控制方法、计算机可读存储介质，用于解决现有技术中针对不同的电力线路，需要更改短路故障触发电路参数才能适应其故障电流的问题。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
提供一种可设置的短路故障触发电路，包括差分放大器、比较器、电容C3、斩波连接端子PWM+、斩波连接端子PWM-，
所述差分放大器从外部用于采集电力线路信号的取样电阻两端取电进行差分后，输出电压至所述比较器的同相端，所述比较器的反相端一方面经电容C3连接至地，另一方面分别连接至斩波连接端子PWM+、斩波连接端子PWM-。
进一步地，所述差分放大器的输出端与比较器的同相端之间串联有导通方向指向比较器同相端的单向导通二极管D3。
进一步地，所述差分放大器的输出端与比较器的同相端之间串联有耦合电容C4。
进一步地，还包括电阻R12、电容C5，所述比较器的同相端经电阻R12、电容C5连接至其输出端。
进一步地，还包括二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2，所述斩波连接端子PWM+具体经二极管D1、电阻R1连接至比较器的反相端，二极管D1的导通方向指向比较器的反相端；所述斩波连接端子PWM-具体经二极管D2、电阻R2连接至比较器的反相端，二极管D2的导通方向指向斩波连接端子PWM-。
进一步地，差分放大器的两个输入端分别连接有电容至地。
进一步地，还包括控制器，所述控制器具有至少两个PWM通道来分别与所述斩波连接端子PWM+、斩波连接端子PWM-电连接。
还提供一种上述电路的控制方法，包括：
步骤A.根据用户需求设置短路电流，并将其转换成对应的电容的电压值U_SET；
步骤B.采集电容C3上的电压值U_PWM，计算电压值U_SET和电压值U_PWM两者之间的电压差；
步骤C.根据所述电压差，通过PWM对电容C3进行充放电控制以使得电压值U_SET和电压值U_PWM两者趋于一致。
其中，所述步骤C进一步包括：
当电压值U_PWM小于电压值U_SET时，升高输出至斩波连接端子PWM+的占空比来对电容C3进行充电，反之，降低输出至斩波连接端子PWM-的占空比来对电容C3进行放电。
其中，所述步骤A进一步包括：执行所述转换前，校准电容和负荷电流之间的系数关系。
还提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被控制器执行时，实现上述的方法。
有益效果：
本发明不用调整硬件即可适应不同的电力线路，生产检测时可以采用同样的标准进行检测，实际应用时根据工程需要设置即可，生产效率较高，同时因为运放的一致性较好，来料检验的难度相对背景技术中所述的方法一有所降低，方法一中提到的三种缺点在本发明中都得到了解决。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为现有技术中短路故障触发电路的系统架构图；
图2为现有技术中常用方法一的电路图；
图3为现有技术中常用方法二的电路图；
图4为本发明的短路故障触发电路的电路图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本实施例的短路故障触发电路如图4所示，包括差分放大器和滞回比较器两部分组成。
差分放大器的核心为运算放大器U1A，其同相端经电阻R5连接至输入端DC+、经相互并联的电阻R3、电阻R4连接至地、经电阻R7连接至VCC从而上拉；运算放大器U1A的反相端一方面经电阻R8连接至输入端DC-，另一方面经电阻R9与其输出端相接实现反馈。其中，输入端DC+、输入端DC-分别经电容C1、电容C7连接至地从而实现输入滤波。
滞回比较器的核心为运算放大器U1B，差分放大器的输出端依次串联限流电阻R6、单向导通二极管D3、耦合电容C4、限流电阻R10后连接至运算放大器U1B的同相端，其中，单向导通二极管D3的导通方向指向运算放大器U1B的同相端；运算放大器U1B的同相端还经电阻R12、电容C5连接至其输出端，从而实现滞回比较；运算放大器U1B的反相端一方面经电容C3连接至地，另一方面分别经两条电控支路连接至斩波连接端子PWM+、斩波连接端子PWM-，其中，连接斩波连接端子PWM+的电控支路由二极管D1串联电阻R1构成，且二极管D1的导通方向指向运算放大器U1B的反相端，连接斩波连接端子PWM-的电控支路由二极管D2串联电阻R2构成，且二极管D2的导通方向指向斩波连接端子PWM-。
使用时，将斩波连接端子PWM+、斩波连接端子PWM-分别与常规MCU的两个PWM通道相接，运算放大器U1B的输出端与MCU的普通IO相接，输入端DC+、输入端DC-连接至图1所示取样电阻的两端，则：
见图1，感应线圈从电力线路中获得交流感应信号，交流感应信号经整流桥整流后流经取样电阻，从而在取样电阻两端形成取样信号；
见图4，取样信号输入至差分放大器进行差分放大后，输出峰值不超过VCC电压的电压信号，电压信号再经过二极管D3整流得到直流信号；
直流信号经耦合电容C4耦合输入至运算放大器U1B的同相端，此时通过MCU输出的PWM脉冲控制电容C3进行充电或放电，在电容C3上产生一个电压来与直流信号进行比较。
只有当电力线路发生短路故障时，直流信号上产生一个尖峰脉冲，该脉冲才得以通过耦合电容C4耦合到运算放大器U1B的同相端，如果同相端电压超过反相端电压，那么运算放大器U1B的输出端会产生一个高脉冲，该高脉冲作为短路故障的触发信号送入MCU进行软件算法处理。
软件算法处理方法具体如下步骤：
步骤S10.校准电容和负荷电流之间的系数关系；
步骤S11.根据用户的需要，设置不同短路电流，然后转换成电容的电压值U_SET；
步骤S12.定时采集电容C3上的电压值U_PWM，计算出U_SET和U_PWM两者之间的电压差；
步骤S13.根据电容C3的充电和放电速度，计算出需要多长时间T充电或放电才能使U_PWM达到设定的U_SET，当U_PWM小于设定U_SET时，MCU通过调整PWM的占空比，以升高输出至斩波连接端子PWM+处的电压，从而对电容C3进行充电T时间，反之，MCU降低占空比来降低斩波连接端子PWM-处的电压，从而对电容C3进行放电T时间，经过T时间后，U_PWM达到设定的U_SET。
进一步地，由于有漏电流的存在，MCU需定期对U_PWM采集和判断，并进行微充电或微放电，使U_PWM处于稳定的状态，从而实现不同的短路电流的触发。
本实施例的短路故障触发电路，缺点是电路相对比较复杂，优点是可以不用调整硬件即可适应不同的电力线路，生产检测时可以采用同样的标准进行检测，实际应用时根据工程需要设置即可，生产效率较高，同时因为运放的一致性较好，来料检验的难度相对背景技术中所述的方法一有所降低，方法一中提到的三种缺点在本发明中都得到了解决。
在需要提高或降低短路故障触发阈值时，仅需要更改相应的参数，软件算法会自动调整PWM脉冲，运算放大器反相端电压会随之改变，从而达到调整触发阈值的目的，不需要对硬件做任何改动就可以适应不同的电力线路。
需要说明的是：
由于电力线路发生短路故障时直流信号所产生尖峰脉冲并非持续下降，而是有一个振荡下降的过程，其振荡下降至低于U_SET后，会再次高于U_SET，使MCU上会反复出现中断，导致程序处理错误，故增加R12、电容C5进行滞回比较十分必要，可使尖峰脉冲下降沿前的几个下降信号全部消失，MCU上的软件算法可以较为简洁地处理。
本实施例中所述的方法，可被编写成一个或多个程序，存储于控制器内容或另设的存储器中，并被控制器调用执行。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
Claims (10)
1.可调节的短路故障触发电路，其特征在于：
包括差分放大器、比较器、电容C3、斩波连接端子PWM+、斩波连接端子PWM-，
所述差分放大器从外部用于采集电力线路信号的取样电阻两端取电进行差分后，输出电压至所述比较器的同相端，所述比较器的反相端一方面经电容C3连接至地，另一方面分别连接至斩波连接端子PWM+、斩波连接端子PWM-。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：所述差分放大器的输出端与比较器的同相端之间串联有导通方向指向比较器同相端的单向导通二极管D3。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于：所述差分放大器的输出端与比较器的同相端之间串联有耦合电容C4。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：还包括电阻R12、电容C5，所述比较器的同相端经电阻R12、电容C5连接至其输出端。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：还包括二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2，所述斩波连接端子PWM+具体经二极管D1、电阻R1连接至比较器的反相端，二极管D1的导通方向指向比较器的反相端；所述斩波连接端子PWM-具体经二极管D2、电阻R2连接至比较器的反相端，二极管D2的导通方向指向斩波连接端子PWM-。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于：还包括控制器，所述控制器具有至少两个PWM通道来分别与所述斩波连接端子PWM+、斩波连接端子PWM-电连接。
7.如权利要求1-6任一项所述电路的控制方法，其特征在于，包括：
步骤A.根据用户需求设置短路电流，并将其转换成对应的电容的电压值U_SET；
步骤B.采集电容C3上的电压值U_PWM，计算电压值U_SET和电压值U_PWM两者之间的电压差；
步骤C.根据所述电压差，通过PWM对电容C3进行充放电控制以使得电压值U_SET和电压值U_PWM两者趋于一致。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤C进一步包括：
当电压值U_PWM小于电压值U_SET时，升高输出至斩波连接端子PWM+的占空比来对电容C3进行充电，反之，降低输出至斩波连接端子PWM-的占空比来对电容C3进行放电。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤A进一步包括：执行所述转换前，校准电容和负荷电流之间的系数关系。
10.计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该程序被控制器执行时实现如权利要求7-9任一项所述的方法。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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