CN206878469U - 一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器，包括电压传感器、电流传感器、采样电路、信号处理电路、主控MCU、电弧故障报警电路、开关量隔离输出电路、IGBT驱动电路和SVG主电路。主控MCU将同一电压和电流采样信号分别经过故障电弧分析和无功电流计算后，分别进行故障电弧报警输出和IGBT控制输出；使装置能够在故障电弧特征电流被补偿掉前被采样出来，保证故障电弧的准确检测。将故障电弧的电流检测与无功发生器的电流检测部分进行共享，采用同一检测信号，使用共同的主控制单元同时进行故障电弧分析和无功电流计算，使装置能够在故障电弧特征电流被补偿前被采样出来，保证故障电弧的准确检测。

Description

一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器
技术领域
本实用新型涉及电能质量检测管理技术领域，特别涉及一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器。
背景技术
随着我国经济的不断发展，生产生活所需各种用电设备不断增多，相应的，电力系统的组成部分越来越多，工作状态也更加复杂多变，这就极大地增大了电力系统故障的发生概率。故障电弧在电气类火灾成因中占据了相当大的比例，因此，及时准确地发现故障电弧的出现对保障安全生产和百姓生活有着重要的作用。而静止无功发生器(static vargenerator,SVG)作为新型无功补偿设备，具有无功电流调节速度快、运行范围广、谐波含量低等优点，在改善电能质量和无功补偿方面起到了非常重要的作用。
电弧是一种气体放电现象，是电流通过某些绝缘介质所产生的瞬间火花。随着我国经济水平的提高，生活用电量增加迅速，配电系统也越来越复杂。由于配电线路空间有限，配电箱中许多导线捆绑一起，当用电处于过负荷状态时会使得电缆绝缘受到损害，进而产生故障电弧引发电气火灾。另外，当线路与线路之间接触不良或环境因数的影响，出现用电通断情况时，连接点处会产生故障电弧进而引发火灾。由于故障电弧的电压有效值与非故障时电压有效值接近，当发生故障电弧时，保护装置将很难发现。
然而，由于静止型无功发生器的安装，电流中的高频谐波分量有可能被补偿掉导致原有故障电弧检测设备无法正常检测到故障电弧，影响故障电弧检测设备的正常工作。
发明内容
为了解决背景技术中所述问题，本实用新型提供一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器，将故障电弧的电流检测与无功发生器的电流检测部分进行共享，采用同一检测信号，使用共同的主控制单元同时进行故障电弧分析和无功电流计算，使装置能够在故障电弧特征电流被补偿前被采样出来，保证故障电弧的准确检测。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：
一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器，包括电压传感器、电流传感器、采样电路、信号处理电路、主控MCU、电弧故障报警电路、开关量隔离输出电路、IGBT驱动电路和SVG主电路。
所述的主控MCU通过信号处理电路和采样电路连接电压传感器和电流传感器，主控MCU还连接电弧故障报警电路和IGBT驱动电路，同时还通过IGBT驱动电路连接SVG主电路，主控MCU通过IGBT驱动电路输出IGBT的触发脉冲，通过SVG主电路实时补偿电网中的无功电流。
所述的主控MCU将同一电压和电流采样信号分别经过故障电弧分析和无功电流计算后，分别进行故障电弧报警输出和IGBT控制输出；使装置能够在故障电弧特征电流被补偿掉前被采样出来，保证故障电弧的准确检测。
所述的主控MCU在输出故障电弧报警的同时还通过开关量隔离输出电路控制电源断路器的断开，故障时切断电源。
所述的SVG主回路为电力电子变流器，包括多组IGBT单元，组成两电平或三电平三相电压源型换流器拓扑，还可以组成分相H桥结构拓扑。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型的一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器，将故障电弧的电流检测与无功发生器的电流检测部分进行共享，采用同一检测信号，使装置能够在故障电弧特征电流被补偿前被采样出来，保证故障电弧的准确检测。
2、本实用新型的一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器，利用同一主控MCU对同一电流数据进行处理，分别计算故障电弧特征值和无功电流值，分别对故障电弧报警电路和SVG的IGBT驱动电路进行控制，完美的实现了用单个设备实现两种功能的同时兼顾使用，有效解决由于无功发生器的使用而造成故障电弧被漏判、误判的问题。
附图说明
图1为本实用新型的一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器的结构示意图；
图2为本实用新型的一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器的主控MCU控制结构示意图；
图3为本实用新型的一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器的实施例的两电平SVG主回路结构图；
图4为本实用新型的一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器的实施例的三电平SVG主回路结构图；
图5为本实用新型的一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器的实施例的分相H桥结构SVG主回路结构图；
图6为本实用新型的一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器中的故障电弧检测方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型提供的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器，包括电压传感器、电流传感器、采样电路、信号处理电路、主控MCU、电弧故障报警电路、开关量隔离输出电路、IGBT驱动电路和SVG主电路。
所述的主控MCU通过信号处理电路和采样电路连接电压传感器和电流传感器，主控MCU还连接电弧故障报警电路和IGBT驱动电路，同时还通过IGBT驱动电路连接SVG主电路，主控MCU通过IGBT驱动电路输出IGBT的触发脉冲，通过SVG主电路实时补偿电网中的无功电流。
如图2所示，所述的主控MCU将同一电压和电流采样信号分别经过故障电弧分析和无功电流计算后，分别进行故障电弧报警输出和IGBT控制输出；使装置能够在故障电弧特征电流被补偿掉前被采样出来，保证故障电弧的准确检测。
所述的主控MCU在输出故障电弧报警的同时还通过开关量隔离输出电路控制电源断路器的断开，故障时切断电源。
所述的SVG主回路为电力电子变流器，包括多组IGBT单元，组成两电平或三电平三相电压源型换流器拓扑，还可以组成分相H桥结构拓扑。
如图3所示，为实施例中采用两电平三相电压源型换流器拓扑。拓扑中包含六组IGBT单元。
如图4所示，为实施例中采用三电平三相电压源型换流器拓扑。拓扑中包含十二组IGBT单元。
如图5所示，为实施例中采用分相H桥结构三相电压源型换流器拓扑。拓扑中包含三组IGBT单元。
所述的主控MCU为单片机控制电路，由单片机芯片及其外围电路组成。
所述的IGBT驱动电路为现有技术的IGBT驱动电路。
所述的电弧故障报警电路包括蜂鸣器及其驱动电路。
所述的开关量隔离输出电路由光耦构成。
一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器的控制方法，包括以下步骤：
步骤一、系统初始化，装置上电；
步骤二、采集系统三相电压和三相电流，并将信号送至信号调制处理电路；
步骤三、信号调制处理电路分别对电压和电流信号进行调制处理，并将调制过后的信号送至主控MCU单元；
步骤四、主控MCU单元由采样电流、电压参数计算出系统的无功电流数值；同时，对电流信号处理，提取电弧电流特征值；
步骤五、主控MCU单元根据计算的无功电流，得出SVG需要的补偿电流量，生成触发脉冲，控制IGBT，实时补偿电网中无功电流；
同时，主控MCU单元根据经过逻辑计算，对提取电弧电流特征值进行分析判断，如符合故障电弧信号，则向故障电弧预警模块发出指令，并通过输出信号切断电源断路器，切断故障电弧；如不符合则不发出指令，并返回步骤二。
如图6所示，一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器中的故障电弧检测方法，采用四种条件共同判断，并且其中一种判定条件利用电流差异参数的判定结果作为前提，采用谐波含有率变化率对故障电弧进行判断，能够在复杂情况下有效检测出故障电弧，包括如下步骤：
步骤1：持续对电流进行采样(根据实际硬件情况，每周期采64或128个点)；
步骤2：电流的采样值为128点每周期或64点每周期。以64点为例，将电流采样值记为I0、I1、……、I63，正常周期电流记为In0、Ln1、……、In63(采样值和正常值均为标幺值)。计算当前的采样周期电流与正常周期电流的差异参数：
将Iper与阈值S1比较，若Iper≤S1，则将采样电流值幅给正常周期电流值，更新正常周期电流值；若Iper＞S1，则进行进一步的分析计算来判断是否由故障电弧发生；
步骤3：计算电流的平均值：
用电流的平均值来判断电流的正负半周是否对称。若Iave大于给定阈值S2，则认为波形对称性不满足要求，为波形对称指示参数m1赋值1，否则为m1赋值0；
步骤4：计算采样电流相邻两个采样值的差值：
ΔIk＝Ik+1-Ik(k＝0,1,2……62) (3)
用该差值的最大值Kv＝max[ΔI0，ΔI1，...，ΔI62]来表示电流的最大变化率。若Kv大于阈值S3，则认为电流变化率过大，为电流变化率参数m2赋值1，否则m2赋值为零；
步骤5：计算电流的波型参数：
其中，α根据实际电流进行设置，一般取正常电流峰值。用电流的波型参数可以表示出电流是否含有平肩部。若Kp大于阈值S4，则认为电流含有平肩部，为平肩部指示参数m3赋值1，否则m3赋值为零；
步骤6：用FFT检测采样电流谐波，计算采样电流高次谐波(此处计算第3、5、7、9次谐波)含有率变化率ΔPn，若ΔPn大于阈值S4，则认为采样电流谐波含量不正常，为谐波指示参数m4赋值为1，否则赋值为0；
步骤7：计算上述步骤3～步骤6中四个指示参数的和，即m＝m1+m2+m3+m4；若m>＝2,故障电弧周波数指示参数sum＝sum+1，若sum>＝6，则触发报警信号；若sum<6，则返回步骤2继续判别；若m<2,则认为没有故障电弧发生，为sum赋值0，并将正常电流更新为此时的采样电流。
步骤6的具体步骤如下：
步骤601.计算出采样周期奇次谐波含有率变化率ΔPn和设定阈值ΔPth比较；谐波含有率定义为其中I1为基波电流，Ih为第h次谐波电流的均方根值，Xh1为第h次谐波电流采样值，M为采样点数，本例中取3、5、7、9次谐波，计算奇次谐波含有率为
步骤602.以步骤2判断出的第1个正常工频采样周期电流奇次谐波含有率P为基础值，计算相邻两个工频采样周期电流奇次谐波含有率变化率ΔPn，ΔPn＝Pn-P，两次采样周期之间电流奇次谐波含有率之差为采样周期奇次谐波含有率变化率ΔPn。
本实用新型的一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器，将故障电弧的电流检测与无功发生器的电流检测部分进行共享，采用同一检测信号，使装置能够在故障电弧特征电流被补偿前被采样出来，保证故障电弧的准确检测。
本实用新型的一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器及其控制方法，利用同一主控MCU对同一电流数据进行处理，分别计算故障电弧特征值和无功电流值，分别对故障电弧报警电路和SVG的IGBT驱动电路进行控制，完美的实现了用单个设备实现两种功能的同时兼顾使用，有效解决由于无功发生器的使用而造成故障电弧被漏判、误判的问题。
本实用新型的一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器的故障电弧检测方法，利用电流差异参数的判定结果作为前提，采用谐波含有率变化率对故障电弧进行判断，可以有效排除非线性负载的干扰，同时采用四种判断手段进行判断，准确检测出故障电弧。
以上实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (3)

1.一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器，包括电压传感器、电流传感器、采样电路、信号处理电路、主控MCU、电弧故障报警电路、开关量隔离输出电路、IGBT驱动电路和SVG主电路；
其特征在于，所述的主控MCU通过信号处理电路和采样电路连接电压传感器和电流传感器，主控MCU还连接电弧故障报警电路和IGBT驱动电路，同时还通过IGBT驱动电路连接SVG主电路，主控MCU通过IGBT驱动电路输出IGBT的触发脉冲，通过SVG主电路实时补偿电网中的无功电流；
所述的主控MCU将同一电压和电流采样信号分别经过故障电弧分析和无功电流计算后，分别进行故障电弧报警输出和IGBT控制输出；使装置能够在故障电弧特征电流被补偿掉前被采样出来，保证故障电弧的准确检测。
2.根据权利要求1所述的一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器，其特征在于，所述的主控MCU在输出故障电弧报警的同时还通过开关量隔离输出电路控制电源断路器的断开，故障时切断电源。
3.根据权利要求1所述的一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器，其特征在于，所述的SVG主电路为电力电子变流器，包括多组IGBT单元，组成两电平或三电平三相电压源型换流器拓扑，还可以组成分相H桥结构拓扑。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107086584A (zh) * 2017-06-02 2017-08-22 北京英瑞来科技有限公司 一种具有故障电弧检测功能的静止型无功发生器及方法
CN108020707A (zh) * 2018-02-05 2018-05-11 新风光电子科技股份有限公司 一种用于svg的故障录波控制系统
CN108832715A (zh) * 2018-06-14 2018-11-16 张作夷 基于电流波形实时监测的电力系统

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