CN114113907A - 直流系统接地故障检测装置 - Google Patents

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CN114113907A
CN114113907A CN202111464582.5A CN202111464582A CN114113907A CN 114113907 A CN114113907 A CN 114113907A CN 202111464582 A CN202111464582 A CN 202111464582A CN 114113907 A CN114113907 A CN 114113907A
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刘晓康
夏天雷
陆歆
朱晓舟
罗皎虹
王磊
丁翼
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State Grid Corp of China SGCC
State Grid Jiangsu Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种直流系统接地故障检测装置，通过设置状态监测单元监测直流系统的母线的运行状态，并通过设置信号注入单元向直流系统的母线注入低频信号，以及通过设置电压采样单元和电流采样单元可采集直流系统各支路的电压信号和电流信号，并通过设置转换单元将电压信号和电流信号转换后发送至控制单元，然后，可通过控制单元采用小波变换处理直流系统各支路的电压信号和电流信号以得到直流系统各支路的接地阻值。本发明能够避免信号提取过程中频带泄漏带来的混频影响，从而能够简化接地阻值的计算，并且小波变换的时域内是对称的，具有线性相位，可以保证小波变换的不失真，从而能够保证得到的接地阻值的准确性。

Description

直流系统接地故障检测装置
技术领域
本发明涉及电路检测技术领域，具体涉及一种直流系统接地故障检测装置。
背景技术
随着直流系统的不断增多，其安全稳定性变得不容忽视，低频信号注入法常用于直流系统的故障检测之中，但直流系统中存在较大的对地电容，在发生故障时支路电流以容性成分为主，而阻性成分分量小且难以测量。除此之外，电力系统中还存在者各种频率的干扰信号，这使得支路电流的组成变得更加复杂，进一步增加了对地电阻计算的困难度。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种直流系统接地故障检测装置，能够避免信号提取过程中频带泄漏带来的混频影响，从而能够简化接地阻值的计算，并且小波变换的时域内是对称的，具有线性相位，可以保证小波变换的不失真，从而能够保证得到的接地阻值的准确性。
为达到上述目的，本发明实施例提出了一种直流系统接地故障检测装置，包括采样模块和控制模块，其中，所述采样模块包括：电压采样单元，所述电压采样单元用于采集所述直流系统的支路的电压信号；电流采样单元，所述电流采样单元用于采集所述直流系统的支路的电流信号；转换单元，所述转换单元分别与所述电压采样单元和所述电流采样单元相连，所述转换单元用于转换所述电流信号和所述电压信号并将其发送至所述控制模块；其中，所述控制模块包括：状态监测单元，所述状态监测单元用于监测所述直流系统的母线的运行状态；信号注入单元，所述信号注入单元用于向所述直流系统的母线注入低频信号；控制单元，所述控制单元分别与所述状态监测单元、所述信号注入单元和所述转换单元相连，所述控制单元用于根据所述直流系统的母线的运行状态控制所述信号注入单元向所述直流系统的母线注入低频信号，并采用小波变换处理所述直流系统的支路的电流信号和电压信号，以得到所述直流系统的支路的接地阻值。
根据本发明实施例的直流系统接地故障检测装置，通过设置状态监测单元监测直流系统的母线的运行状态，并通过设置信号注入单元向直流系统的母线注入低频信号，以及通过设置电压采样单元和电流采样单元可采集直流系统各支路的电压信号和电流信号，并通过设置转换单元将电压信号和电流信号转换后发送至控制单元，然后，可通过控制单元采用小波变换处理直流系统各支路的电压信号和电流信号以得到直流系统各支路的接地阻值，由此，能够避免信号提取过程中频带泄漏带来的混频影响，从而能够简化接地阻值的计算，并且小波变换的时域内是对称的，具有线性相位，可以保证小波变换的不失真，从而能够保证得到的接地阻值的准确性。
另外，根据本发明上述实施例提出的直流系统接地故障检测装置还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述小波变换为Morlet小波变换，所述控制单元具体用于采用所述Morlet小波变换提取所述电流信号的电流小波变换系数，以及所述电压信号的电压小波变换系数，并根据所述电流小波变换系数和所述电压小波变换系数得到所述直流系统的支路的接地阻值。
根据本发明的一个实施例，根据所述电流小波变换系数和所述电压小波变换系数得到所述直流系统的支路的接地阻值的公式为：
Figure BDA0003390796620000021
其中，Y表示导纳，WTi(a，N)表示所述电流小波变换系数，WTu(a，N)表示所述电压小波变换系数，
Figure BDA0003390796620000031
表示所述电流信号的相角，
Figure BDA0003390796620000032
表示所述电压信号的相角，R为所述接地阻值。
根据本发明的一个实施例，所述电压采样单元包括差分电压采样电路和第一滤波电路；所述电流采样单元包括运放电流采样电路和第二滤波电路，并且所述第一滤波电路和所述第二滤波电路均为巴特沃斯滤波器电路。
根据本发明的一个实施例，所述差分电压采样电路包括：第一电压采样电阻组合，所述第一电压采样电阻组合的输入端连接所述直流系统的支路；第一开关二极管，所述第一开关二极管的共端与所述第一电压采样电阻组合的输出端相连；第一电阻，所述第一电阻的一端与所述第一电压采样电阻组合的输出端相连；第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一电压采样电阻组合的输出端相连；第一电容，所述第一电容的一端与所述第一电压采样电阻组合的输出端相连；第二电压采样电阻组合，所述第二电压采样电阻组合的输入端连接所述直流系统的支路；第二开关二极管，所述第二开关二极管的共端与所述第二电压采样电阻组合的输出端相连；第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第二电压采样电阻组合的输出端相连，所述第三电阻的另一端接地；第四电阻，所述第四电阻的一端与所述第二电压采样电阻组合的输出端相连，所述第四电阻的另一端接地；第二电容，所述第二电容的一端与所述第二电压采样电阻组合的输出端相连，所述第二电容的另一端接地；差分放大器，所述差分放大器的反相输入端与所述第一电压采样电阻组合的输出端相连，所述差分放大器的正相输入端与所述第二电压采样电阻组合的输出端相连；第五电阻，所述第五电阻的一端与所述差分放大器的输出端相连，所述第五电阻的另一端分别与所述第一电阻、所述第二电阻、所述第一电容的另一端相连；第六电阻，所述第六电阻的一端与所述第五电阻的另一端相连，所述第六电阻的另一端接地。
根据本发明的一个实施例，所述第一滤波电路包括：第七电阻，所述第七电阻的一端与所述第五电阻的另一端相连；第三电容，所述第三电容的一端与所述第七电阻的另一端相连，所述第三电容的另一端接地；第八电阻，所述第八电阻的一端与所述第七电阻的另一端相连；第九电阻，所述第九电阻的一端与所述第八电阻的另一端相连；第四电容，所述第四电容的一端与所述第八电阻的另一端相连；第十电阻，所述第十电阻的一端与所述第八电阻的另一端相连；第五电容，所述第五电容的一端与所述第十电阻的另一端相连；第十一电阻，所述第十一电阻的一端与所述第五电容的另一端相连，所述第十一电阻的另一端接地；第十二电阻，所述第十二电阻的一端与所述第八电阻的另一端相连；第十三电阻，所述第十三电阻的一端与所述第五电容的另一端相连；第一滤波器，所述第一滤波器的反相输入端与所述第十二电阻的另一端相连，所述第一滤波器的正相输入端与所述第十三电阻的另一端相连；第十四电阻，所述第十四电阻的一端与所述第一滤波器的输出端相连，所述第十四电阻的另一端分别与所述第九电阻的另一端和所述第四电容的另一端相连；第十五电阻，所述第十五电阻的一端与所述第十四电阻的另一端相连；第六电容，所述第六电容的一端与所述第十五电阻的另一端相连，所述第六电容另一端接地；第十六电阻，所述第十六电阻的一端与所述第十四电阻的另一端相连，所述第十六电阻的另一端接地。
根据本发明的一个实施例，所述运放电流采样电路包括：电流采样电阻组合，所述电流采样电阻组合与所述直流系统的支路相连；第十七电阻，所述第十七电阻的一端与所述直流系统的支路相连；运算放大器，所述运算放大器的正相输入端与所述第十七电阻的另一端相连；第十八电阻，所述第十八电阻一端与所述运算放大器的反相输入端相连，所述第十八电阻的另一端与所述运算放大器的的输出端相连；第十九电阻，所述第十九电阻的一端与所述运算放大器的的输出端相连，所述第十九电阻的另一端接地。
根据本发明的一个实施例，所述第二滤波电路包括：第二十电阻，所述第二十电阻的一端与所述运算放大器的的输出端相连；第七电容，所述第七电容的一端与所述第二十电阻的另一端相连，所述第七电容的另一端接地；第二十一电阻，所述第二十一电阻的一端与所述第二十电阻的另一端相连；第二十二电阻，所述第二十二电阻的一端与所述第二十一电阻的另一端相连；第八电容，所述第八电容的一端与所述第二十一电阻的另一端相连；第二十三电阻，所述第二十三电阻的一端与所述第二十一电阻的另一端相连；第九电容，所述第九电容的一端与所述第二十三电阻的另一端相连；第二十四电阻，所述第二十四电阻的一端与所述第九电容的另一端相连，所述第二十四电阻的另一端接地；第二十五电阻，所述第二十五电阻的一端与所述第二十一电阻的另一端相连；第二十六电阻，所述第二十六电阻的一端与所述第九电容的另一端相连；第二滤波器，所述第二滤波器的反相输入端与所述第二十五电阻的另一端相连，所述第二滤波器的正相输入端与所述第二十六电阻的另一端相连；第二十七电阻，所述第二十七电阻的一端与所述第二滤波器的输出端相连，所述第二十七电阻的另一端分别与所述第二十二电阻的另一端和所述第八电容的另一端相连；第二十八电阻，所述第二十八电阻的一端与所述第二十七电阻的另一端相连；第十电容，所述第十电容的一端与所述第二十八电阻的另一端相连，所述第十电容另一端接地；第二十九电阻，所述第二十九电阻的一端与所述第二十七电阻的另一端相连，所述第二十九电阻的另一端接地。
根据本发明的一个实施例，所述转换单元为AD转换器。
根据本发明的一个实施例，所述状态监测单元为平衡电桥电路。
附图说明
图1为本发明实施例的直流系统接地故障检测装置的方框示意图；
图2为本发明一个实施例的平衡电桥电路的电路图；
图3为本发明一个实施例的电压采样单元的电路图；
图4为本发明一个实施例的电流采样单元的电路图；
图5为本发明一个实施例的直流系统接地故障检测装置的方框示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例的直流系统接地故障检测装置的方框示意图。
如图1所示，本发明实施例的直流系统接地故障检测装置包括采样模块100和控制模块200，其中，采样模块100包括电压采样单元101、电流采样单元102和转换单元103，控制模块200包括状态监测单元201、信号注入单元202和控制单元203。
其中，电压采样单元101用于采集直流系统的支路的电压信号；电流采样单元102用于采集直流系统的支路的电流信号；转换单元103分别与电压采样单元101和电流采样单元102相连，转换单元103用于转换电流信号和电压信号并将其发送至控制模块200；状态监测单元201用于监测直流系统的母线的运行状态；信号注入单元202用于向直流系统的母线注入低频信号；控制单元203分别与状态监测单元201、信号注入单元202和转换单元103相连，控制单元203用于根据直流系统的母线的运行状态控制信号注入单元202向直流系统的母线注入低频信号，并采用小波变换处理直流系统的支路的电流信号和电压信号，以得到直流系统的支路的接地阻值。
具体地，控制单元203可通过状态监测单元201监测直流系统的母线的运行状态，以监测直流系统是否出现接地故障，当直流系统出现接地故障时，可控制信号注入单元202向直流系统的母线注入低频信号，此时，与直流系统各支路相连的电压采样单元101和电流采样单元102可采集直流系统各支路的电压信号和电流信号，并且直流系统各支路的电压信号和电流信号可通过转换单元103转换后发送至控制单元203，然后，控制单元203可采用小波变换处理直流系统各支路的电压信号和电流信号以得到直流系统各支路的接地阻值，从而判断直流系统各支路是否出现接地故障。
在本发明的一个实施例中，状态监测单元201可为平衡电桥电路，具体地，如图2所示，状态监测单元201，即平衡电桥电路可包括第一桥臂2011、第二桥臂2012和继电器，其中，第一桥臂2011包括桥臂电阻R1和桥臂电阻R2，并且桥臂电阻R1的一端与直流系统母线L的a节点相连，桥臂电阻R1的另一端与桥臂电阻R2的一端相连，桥臂电阻R2的另一端与直流系统母线L的b节点相连；同样地，第二桥臂2012也包括桥臂电阻R1和桥臂电阻R2，并且桥臂电阻R1的一端与直流系统母线N的c节点相连，桥臂电阻R1的另一端与桥臂电阻R2的一端相连，桥臂电阻R2的另一端与直流系统母线N的d节点相连；继电器A设置于e、f节点的支路中，并且继电器的一端与第一桥臂2011中桥臂电阻R1的另一端相连，继电器的另一端与第二桥臂2012中桥臂电阻R1的另一端相连。
由此，当直流系统正常运行时，状态监测单元201，即平衡电桥电路第一桥臂2011和第二桥臂2012之间的电流为零，继电器A不动作；当直流系统发生接地故障时，状态监测单元201，即平衡电桥电路第一桥臂2011和第二桥臂2012之间的电流不为零，继电器A动作，可向控制单元203发送接地故障信号。
在本发明的一个实施例中，信号注入单元202可为低频信号注入电路，当直流系统发生接地故障时，控制单元203可控制信号注入单元202，即低频信号注入电路向直流系统的母线注入幅值与频率恒定的低频信号，并且该低频信号可同步发送至直流系统各支路，在直流系统各支路不存在接地故障时，直流系统各支路的接地阻值将处于预设安全阈值区间，在直流系统的某直流系统的支路存在接地故障时，其接地阻值将不存在于预设安全阈值区间，因此可通过计算直流系统各支路的接地阻值判断其是否存在接地故障，具体地可通过采集直流系统各支路的电压信号和电流信号计算其接地阻值。
在本发明的是一个实施例中，可通过电压采样单元101采集直流系统的支路的电压信号，具体地，如图3所示，电压采样单元101可包括差分电压采样电路1011和第一滤波电路1012，其中，差分电压采样电路1011包括：第一电压采样电阻组合R100，第一电压采样电阻组合R100的输入端连接直流系统的支路；第一开关二极管D1，第一开关二极管D1的共端与第一电压采样电阻组合R100的输出端相连；第一电阻R1，第一电阻R1的一端与第一电压采样电阻组合R100的输出端相连；第二电阻R2，第二电阻R2的一端与第一电压采样电阻组合的输出端相连；第一电容C1，第一电容C1的一端与第一电压采样电阻组合的输出端相连；第二电压采样电阻组合R200，第二电压采样电阻组合R200的输入端连接直流系统的支路；第二开关二极管D2，第二开关二极管D2的共端与第二电压采样电阻组合R200的输出端相连；第三电阻R3，第三电阻R3的一端与第二电压采样电阻组合R200的输出端相连，第三电阻R3的另一端接地；第四电阻R4，第四电阻R4的一端与第二电压采样电阻组合的输出端相连，第四电阻R4的另一端接地；第二电容C2，第二电容C2的一端与第二电压采样电阻组合的输出端相连，第二电容C2的另一端接地；差分放大器U1，差分放大器U1的反相输入端与第一电压采样电阻组合的输出端相连，差分放大器U1的正相输入端与第二电压采样电阻组合的输出端相连；第五电阻R5，第五电阻R5的一端与差分放大器U1的输出端相连，第五电阻R5的另一端分别与第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1的另一端相连；第六电阻R6，第六电阻R6的一端与第五电阻R5的另一端相连，第六电阻R6的另一端接地。其中，第一电压采样电阻组合R100包括依次串联设置的电阻R101、R102、R103、R104、R105、R106、R107、R108、R109、R110、R111、R112，第二电压采样电阻组合R20包括依次串联设置的电阻R201、R202、R203、R204、R205、R206、R207、R208、R209、R210、R211、R212，。
进一步地，如图3所示，第一滤波电路1012包括：第七电阻R7，第七电阻R7的一端与第五电阻R5的另一端相连；第三电容C3，第三电容C3的一端与第七电阻R7的另一端相连，第三电容C3的另一端接地；第八电阻R8，第八电阻R8的一端与第七电阻R7的另一端相连；第九电阻R9，第九电阻R9的一端与第八电阻R8的另一端相连；第四电容C4，第四电容C4的一端与第八电阻R8的另一端相连；第十电阻R10，第十电阻R10的一端与第八电阻R8的另一端相连；第五电容C5，第五电容C5的一端与第十电阻R10的另一端相连；第十一电阻R11，第十一电阻R11的一端与第五电容C5的另一端相连，第十一电阻R11的另一端接地；第十二电阻R12，第十二电阻R12的一端与第八电阻R8的另一端相连；第十三电阻R13，第十三电阻R13的一端与第五电容C5的另一端相连；第一滤波器U2，第一滤波器U2的反相输入端与第十二电阻R12的另一端相连，第一滤波器U2的正相输入端与第十三电阻R13的另一端相连；第十四电阻R14R14，第十四电阻R14R14的一端与第一滤波器U2的输出端相连，第十四电阻R14R14的另一端分别与第九电阻R9的另一端和第四电容C4的另一端相连；第十五电阻R15，第十五电阻R15的一端与第十四电阻R14R14的另一端相连；第六电容C6，第六电容C6的一端与第十五电阻R15的另一端相连，第六电容C6另一端接地；第十六电阻R16，第十六电阻R16的一端与第十四电阻R14R14的另一端相连，第十六电阻R16的另一端接地。
在本发明的一个实施例中，可通过电流采样单元102采集直流系统的支路的电流信号，具体地，如图4所示，电流采样单元102包括运放电流采样电路1021和第二滤波电路1022，其中，运放电流采样电路1021包括：电流采样电阻组合R300，电流采样电阻组合R300与直流系统的支路相连；第十七电阻R17，第十七电阻R17的一端与直流系统的支路相连；运算放大器U3，运算放大器U3的正相输入端与第十七电阻R17的另一端相连；第十八电阻R18，第十八电阻R18一端与运算放大器U3的反相输入端相连，第十八电阻R18的另一端与运算放大器U3的的输出端相连；第十九电阻R19，第十九电阻R19的一端与运算放大器U3的的输出端相连，第十九电阻R19的另一端接地。其中，电流采样电阻组合R300包括电阻R301、R302、R303、R304、R305、R306、R307、R308、R309、R310、R311、R312、R313、R314，其中，电阻R301、R302的一端与直流系统的支路相连，电阻R301、R302的另一端相连，电阻R303、R304、R305、R306、R307、R308一端分别与电阻R301的另一端相连，电阻R303、R304、R305、R306、R307、R308另一端分别相连并接地，电阻R309、R310、R311、R312、R313、R314一端分别与电阻R301的另一端相连，电阻R309、R310、R311、R312、R313、R314另一端分别相连并接地。
其中，如图4所示，第二滤波电路1022包括：第二十电阻R20，第二十电阻R20的一端与运算放大器U3的的输出端相连；第七电容C7，第七电容C7的一端与第二十电阻R20的另一端相连，第七电容C7的另一端接地；第二十一电阻R21，第二十一电阻R21的一端与第二十电阻R20的另一端相连；第二十二电阻R22，第二十二电阻R22的一端与第二十一电阻R21的另一端相连；第八电容C8，第八电容C8的一端与第二十一电阻R21的另一端相连；第二十三电阻R23，第二十三电阻R23的一端与第二十一电阻R21的另一端相连；第九电容C9，第九电容C9的一端与第二十三电阻R23的另一端相连；第二十四电阻R24，第二十四电阻R24的一端与第九电容C9的另一端相连，第二十四电阻R24的另一端接地；第二十五电阻R25，第二十五电阻R25的一端与第二十一电阻R21的另一端相连；第二十六电阻R26，第二十六电阻R26的一端与第九电容C9的另一端相连；第二滤波器U4，第二滤波器U4的反相输入端与第二十五电阻R25的另一端相连，第二滤波器U4的正相输入端与第二十六电阻R26的另一端相连；第二十七电阻R27，第二十七电阻R27的一端与第二滤波器U4的输出端相连，第二十七电阻R27的另一端分别与第二十二电阻R22的另一端和第八电容C8的另一端相连；第二十八电阻R28，第二十八电阻R28的一端与第二十七电阻R27的另一端相连；第十电容C10，第十电容C10的一端与第二十八电阻R28的另一端相连，第十电容C10另一端接地；第二十九电阻R29，第二十九电阻R29的一端与第二十七电阻R27的另一端相连，第二十九电阻R29的另一端接地。
基于上述结构，可实现对直流系统各支路的电流信号和电压信号的采集，并可通过转换单元103，例如AD转换器将采集到的电流信号和电压信号转换为数字信号发送至控制单元203，以通过控制单元203根据直流系统各支路的电压信号和电流信号计算直流系统各支路的接地阻值。
在本发明的一个实施例中，控制单元203可选用TMS320C28346-A芯片，进一步地，如图5所示，对应控制单元203，即TMS320C28346-A芯片还可设有复位电路204、晶振电路205、供电模块206、存储器207，以及外部通信模块300，其中，复位电路204、晶振电路205和供电模块206为控制单元203，即TMS320C28346-A芯片的功能辅助电路，这里不在进行赘述，存储器207可用于存储接收的电压信号和电流信号，外部通信模块300可用于将计算得到的接地阻值发送至上位机。此外，如图5所示，对应电压采样单元101和电流采样单元102也设有电源模块104，以单独为电压采样单元101和电流采样单元102供电。
在本发明的一个实施例中，控制单元203，即TMS320C28346-A芯片中设置的小波变换可为Morlet小波变换，控制单元203，即TMS320C28346-A芯片可具体用于采用Morlet小波变换提取电流信号的电流小波变换系数，以及电压信号的电压小波变换系数，并采用Morlet小波变换根据电流小波变换系数和电压小波变换系数得到直流系统的支路的接地阻值。需要说明的是，Morlet小波变换的通频带较窄，信号提取过程中可以不受频带泄漏带来的混频影响，而且Morlet小波在时域内是对称的，具有线性相位，可以保证小波变换的不失真。
具体地，可通过下列公式对电压信号或电流信号进行复值小波变换：
Figure BDA0003390796620000121
其中，WTs(a，b)为复值小波变换系数，
Figure BDA0003390796620000122
为母小波对偶函数，s(t)为电压信号或电流信号，t为采样时间，a为尺度(表征频率的参数)，b为平移因子(表征时间的参数)，r为实时区间集合。
进一步地，因为实际采集的电压信号或电流信号通常以离散序列的方式存在，因此对于采样周期为T的电压信号或电流信号s(nT)，可令a＝f0/f，b＝kT，其中f0为Morlet小波中心频率，上述公式可变换为：
Figure BDA0003390796620000123
其中，f为采样频率，n＝0,1,2,3……N-1，k为整数，WTf(a，kT)为复值小波变换系数，可表示电压信号或电流信号中采样频率为f的分量在kT时刻的分析，由此只允许采样频率为f的分量无衰减的通过。因此，通过上述公式对电压信号和电流信号分别进行处理后，可得到电压小波变换系数WTu(a，N)和电流小波变换系数WTi(a，N)。其中，a为尺度(表征频率的参数)，N为自然数集合。
进一步地，可通过以下公式根据电流小波变换系数和电压小波变换系数得到直流系统的支路的接地阻值：
Figure BDA0003390796620000131
其中，Y表示导纳，WTi(a，N)表示电流小波变换系数，WTu(a，N)表示电压小波变换系数，
Figure BDA0003390796620000132
表示电流信号的相角，
Figure BDA0003390796620000133
表示电压信号的相角，R为接地阻值。
由此，可计算出直流系统各支路的接地阻值，并根据接地阻值直流系统各支路是否出现接地故障，并且该信息发送至上位机。
根据本发明实施例的直流系统接地故障检测装置，通过设置状态监测单元监测直流系统的母线的运行状态，并通过设置信号注入单元向直流系统的母线注入低频信号，以及通过设置电压采样单元和电流采样单元可采集直流系统各支路的电压信号和电流信号，并通过设置转换单元将电压信号和电流信号转换后发送至控制单元，然后，可通过控制单元采用小波变换处理直流系统各支路的电压信号和电流信号以得到直流系统各支路的接地阻值，由此，能够避免信号提取过程中频带泄漏带来的混频影响，从而能够简化接地阻值的计算，并且小波变换的时域内是对称的，具有线性相位，可以保证小波变换的不失真，从而能够保证得到的接地阻值的准确性。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

Claims (10)

1.一种直流系统接地故障检测装置，其特征在于，包括采样模块和控制模块，其中，所述采样模块包括：
电压采样单元，所述电压采样单元用于采集所述直流系统的支路的电压信号；
电流采样单元，所述电流采样单元用于采集所述直流系统的支路的电流信号；
转换单元，所述转换单元分别与所述电压采样单元和所述电流采样单元相连，所述转换单元用于转换所述电流信号和所述电压信号并将其发送至所述控制模块；
其中，所述控制模块包括：
状态监测单元，所述状态监测单元用于监测所述直流系统的母线的运行状态；
信号注入单元，所述信号注入单元用于向所述直流系统的母线注入低频信号；
控制单元，所述控制单元分别与所述状态监测单元、所述信号注入单元和所述转换单元相连，所述控制单元用于根据所述直流系统的母线的运行状态控制所述信号注入单元向所述直流系统的母线注入低频信号，并采用小波变换处理所述直流系统的支路的电流信号和电压信号，以得到所述直流系统的支路的接地阻值。
2.根据权利要求1所述的直流系统接地故障检测装置，其特征在于，所述小波变换为Morlet小波变换，所述控制单元具体用于采用所述Morlet小波变换提取所述电流信号的电流小波变换系数，以及所述电压信号的电压小波变换系数，并根据所述电流小波变换系数和所述电压小波变换系数得到所述直流系统的支路的接地阻值。
3.根据权利要求2所述的直流系统接地故障检测装置，其特征在于，根据所述电流小波变换系数和所述电压小波变换系数得到所述直流系统的支路的接地阻值的公式为：
Figure FDA0003390796610000021
Figure FDA0003390796610000022
其中，Y表示导纳，WTi(a，N)表示所述电流小波变换系数，WTu(a，N)表示所述电压小波变换系数，
Figure FDA0003390796610000023
表示所述电流信号的相角，
Figure FDA0003390796610000024
表示所述电压信号的相角，R为所述接地阻值。
4.根据权利要求3所述的直流系统接地故障检测装置，其特征在于，其中，
所述电压采样单元包括差分电压采样电路和第一滤波电路；
所述电流采样单元包括运放电流采样电路和第二滤波电路，并且所述第一滤波电路和所述第二滤波电路均为巴特沃斯滤波器电路。
5.根据权利要求4所述的直流系统接地故障检测装置，其特征在于，所述差分电压采样电路包括：
第一电压采样电阻组合，所述第一电压采样电阻组合的输入端连接所述直流系统的支路；
第一开关二极管，所述第一开关二极管的共端与所述第一电压采样电阻组合的输出端相连；
第一电阻，所述第一电阻的一端与所述第一电压采样电阻组合的输出端相连；
第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一电压采样电阻组合的输出端相连；
第一电容，所述第一电容的一端与所述第一电压采样电阻组合的输出端相连；
第二电压采样电阻组合，所述第二电压采样电阻组合的输入端连接所述直流系统的支路；
第二开关二极管，所述第二开关二极管的共端与所述第二电压采样电阻组合的输出端相连；
第三电阻，所述第三电阻的一端与所述第二电压采样电阻组合的输出端相连，所述第三电阻的另一端接地；
第四电阻，所述第四电阻的一端与所述第二电压采样电阻组合的输出端相连，所述第四电阻的另一端接地；
第二电容，所述第二电容的一端与所述第二电压采样电阻组合的输出端相连，所述第二电容的另一端接地；
差分放大器，所述差分放大器的反相输入端与所述第一电压采样电阻组合的输出端相连，所述差分放大器的正相输入端与所述第二电压采样电阻组合的输出端相连；
第五电阻，所述第五电阻的一端与所述差分放大器的输出端相连，所述第五电阻的另一端分别与所述第一电阻、所述第二电阻、所述第一电容的另一端相连；
第六电阻，所述第六电阻的一端与所述第五电阻的另一端相连，所述第六电阻的另一端接地。
6.根据权利要求5所述的直流系统接地故障检测装置，其特征在于，所述第一滤波电路包括：
第七电阻，所述第七电阻的一端与所述第五电阻的另一端相连；
第三电容，所述第三电容的一端与所述第七电阻的另一端相连，所述第三电容的另一端接地；
第八电阻，所述第八电阻的一端与所述第七电阻的另一端相连；
第九电阻，所述第九电阻的一端与所述第八电阻的另一端相连；
第四电容，所述第四电容的一端与所述第八电阻的另一端相连；
第十电阻，所述第十电阻的一端与所述第八电阻的另一端相连；
第五电容，所述第五电容的一端与所述第十电阻的另一端相连；
第十一电阻，所述第十一电阻的一端与所述第五电容的另一端相连，所述第十一电阻的另一端接地；
第十二电阻，所述第十二电阻的一端与所述第八电阻的另一端相连；
第十三电阻，所述第十三电阻的一端与所述第五电容的另一端相连；
第一滤波器，所述第一滤波器的反相输入端与所述第十二电阻的另一端相连，所述第一滤波器的正相输入端与所述第十三电阻的另一端相连；
第十四电阻，所述第十四电阻的一端与所述第一滤波器的输出端相连，所述第十四电阻的另一端分别与所述第九电阻的另一端和所述第四电容的另一端相连；
第十五电阻，所述第十五电阻的一端与所述第十四电阻的另一端相连；
第六电容，所述第六电容的一端与所述第十五电阻的另一端相连，所述第六电容另一端接地；
第十六电阻，所述第十六电阻的一端与所述第十四电阻的另一端相连，所述第十六电阻的另一端接地。
7.根据权利要求6所述的直流系统接地故障检测装置，其特征在于，所述运放电流采样电路包括：
电流采样电阻组合，所述电流采样电阻组合与所述直流系统的支路相连；
第十七电阻，所述第十七电阻的一端与所述直流系统的支路相连；
运算放大器，所述运算放大器的正相输入端与所述第十七电阻的另一端相连；
第十八电阻，所述第十八电阻一端与所述运算放大器的反相输入端相连，所述第十八电阻的另一端与所述运算放大器的的输出端相连；
第十九电阻，所述第十九电阻的一端与所述运算放大器的的输出端相连，所述第十九电阻的另一端接地。
8.根据权利要求7所述的直流系统接地故障检测装置，其特征在于，所述第二滤波电路包括：
第二十电阻，所述第二十电阻的一端与所述运算放大器的的输出端相连；
第七电容，所述第七电容的一端与所述第二十电阻的另一端相连，所述第七电容的另一端接地；
第二十一电阻，所述第二十一电阻的一端与所述第二十电阻的另一端相连；
第二十二电阻，所述第二十二电阻的一端与所述第二十一电阻的另一端相连；
第八电容，所述第八电容的一端与所述第二十一电阻的另一端相连；
第二十三电阻，所述第二十三电阻的一端与所述第二十一电阻的另一端相连；
第九电容，所述第九电容的一端与所述第二十三电阻的另一端相连；
第二十四电阻，所述第二十四电阻的一端与所述第九电容的另一端相连，所述第二十四电阻的另一端接地；
第二十五电阻，所述第二十五电阻的一端与所述第二十一电阻的另一端相连；
第二十六电阻，所述第二十六电阻的一端与所述第九电容的另一端相连；
第二滤波器，所述第二滤波器的反相输入端与所述第二十五电阻的另一端相连，所述第二滤波器的正相输入端与所述第二十六电阻的另一端相连；
第二十七电阻，所述第二十七电阻的一端与所述第二滤波器的输出端相连，所述第二十七电阻的另一端分别与所述第二十二电阻的另一端和所述第八电容的另一端相连；
第二十八电阻，所述第二十八电阻的一端与所述第二十七电阻的另一端相连；
第十电容，所述第十电容的一端与所述第二十八电阻的另一端相连，所述第十电容另一端接地；
第二十九电阻，所述第二十九电阻的一端与所述第二十七电阻的另一端相连，所述第二十九电阻的另一端接地。
9.根据权利要求1所述的直流系统接地故障检测装置，其特征在于，所述转换单元为AD转换器。
10.根据权利要求1所述的直流系统接地故障检测装置，其特征在于，所述状态监测单元为平衡电桥电路。
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