专利名称：一种失超型超导故障限流器的故障检测系统及其检测方法
技术领域：
本发明属于电力系统失超型超导故障限流器控制检测技术领域， 特别是一种失超型超导故障限流器的故障检测系统及其捡测方法。
(二)
背景技术：
随着电力系统规模的不断扩大，当线路发生故障时，限流装置能 否迅速有效地动作成为相关人士关注的技术热点之一。超导故障限流 器的触发电流(Triggle Level),是超导体临界电流的峰值，当短路 冲击电流大于触发电流时，超导体由超导态转变为正常态以限制短路 电流，使得被限制的短路冲击电流不超过断路器的瞬时开断能力，这 样，可以选用"轻型"断路器。在工程中，触发电流的幅值应该结合 超导线圈的S/N临界电流、故障电流的瞬时峰值与断路器最大电流开 断能力的差值。在留有欲度的前提下，经过反复试验 (trial-and-error)的原则来确定。
但是，超导故障限流器(SFCL)的触发方式若仅仅依靠峰值电流， 容易导致误动作。因为故障电流可以有相同的峰值，不同的有效值。 在具有相同峰值的前提条件下，不对称短路电流的有效值要小于对称 短路电流的有效值。工程实际中往往结合W^来触发SFCL。 &/必是 故障电流随时间的变化率，它与电流幅值触发方式共同作用来控制超 导故障限流器由超导态向正常态转变的过程。避免仅由电流幅值触发 SFCL而引发的误动作。所以，改进以往技术的不足之处以提高故障 限流器所需触发条件的稳定性和可靠性已经变得至关重要。
(三)
发明内容
本发明的目的在于提供一种失超型超导故障限流器的故障检测 系统及其检测方法，它采用高性能的信号处理器和灵活的控制技术以 获得高精度的控制效果，大大的提高了失超型超导故障限流器的稳定 性和可靠性，并从最大程度上减小了电网短路故障带来的损失，保证 了相关电力设备、线路的稳定运行。
本发明的技术方案 一种失超型超导故障限流器的故障检测系 统，其特征在于它是由全波整流模块、逻辑电路模块、模数转换模块、 超导控制开关模块、电流变化率检测模块所构成；所说的全波整流模 块的输入端通过电流互感器与外电网相连接，其输出端连接模数转换 模块、电流变化率捡测模块和超导控制开关模块的输入端，模数转换 模块和电流变化率检测模块输出端连接逻辑电路模块的输入端，逻辑 电路模块的输出端与超导控制开关模块的输入端相连接，超导控制开 关模块的输出端控制超导故障限流器的动作。
上述所说的全波整流模块是不可控整流电路，其中不可控整流电 路由二极管桥路构成，三相电分别连接二极管桥路的输入端。
上述所说的模数转换模块内部采用开关电容逐次近似来得到模 数转换结果，芯片有4路模拟信号输入通道，通过芯片内部参数设置 选择不同通道输入，进行模数转换输出。
上述所说的逻辑电路模块、超导控制开关模块采用常规的模块电 路组合。
上述所说的电流变化率检测模块由微分电路、放大电路、迟滞比 较电路和可重复触发的单稳态触发电路组成，该电路组合关系采用电 流变化率检测电路常规模式。
一种失超型超导故障限流器的故障检测方法，其特征在于它包括 以下工作步骤
(1) 信号采集电流互感器从电网采集电流信号量；
(2) 信号处理及传递电流信号量经过全波整流得到一个单向电流 信号,给模数转换模块、电流变化率检测模块、超导控制开关模块供 电；
(3) 模数转换及输出模数转换模块将采集到的模拟量转换成数字 量，其输出信号通过延时电路模块，跟电流变化率模块的输出经或门 相连来控制超导控制开关的动作；
(4) 确定限流器动作根据电流变化率触发逻辑电路和电流幅值 触发逻辑电路的逻辑状态确定超导故障限流器的动作，限制短路故障 电流。
上述所说的步骤(3)中的模数转换通过软件来实现，其软件流程 如下①初始化ADC寄存器；②启动来自ADC的信号；③在
AUT0_SEQ—SR寄存器中装初值；④启动ADC，每转换完一次， AUTO—SEQ—SR寄存器中的值就自动减1;⑤将转换结果保存到相应 的寄存器中；⑥判断全部通道转换是否完成；若完成，就申请中断， 转换结束；否则就继续转换。
本发明的工作原理电流互感器(CT)从电网奴电流信号量，通过 全波整流(Full-Wave Rectifier)输出一个与电网电流数值成正比例 的单向电流信号，给逻辑电路提供电源，同时为控制超导故障限流器 动作的超导控制开关提供电源。电流互感器输出的电流信号，同时为
传感器和电流幅值釆样-保持两个逻辑单元提供信号，其中电流 幅值采样-保持电路采集的是模拟量，通过模数变换将其转换为数字 信号，模数转换软件组成主要涉及到DSP串行口的初始化和芯片的 内部参数设置及转换结果的接收，串行口的初始化为对McBSP的控 制寄存器的配置，使DSP可以为提供片选、时钟、帧同步信号等控 制信号，同时从DX串行发送的内部设置参数，并从DR串行接收转 换后的数据，完成一次完整的A/D转换过程；系统上电后，DSP的 控制引脚经一译码器将的^位置高电平，转换芯片处于非激活状态， 并关闭所有中断。初始化McBSP后，打开接收及外部中断，DSP的 控制引脚经一译码器将的^位置低电平，转换芯片开始工作；发送 转换速度选择及通道选择参数，芯片开始模/数转；程序进入等待状 态，转换结束时^由低变高，进入外部中断处理程序，接收转换输 出的数字信号，存入相应的数据空间以待进一步处理；全部的程序可 以用TI公司的集成开发平台Code Composer Studio,即CCS，采用C 语言编程完成。
模数变换后，通过微秒延时电路与^力信号通过或门相连，来控 制超导故障限流器的动作。々&触发逻辑电路和电流幅值触发逻辑电 路共有四种逻辑状态，逻辑电路模块的控制，也可以通过软件来实现； 由于逻辑变量主要是按位来操作的，通过位变量的复位或置位来控制 开关量的关断或开通,因此可以用单片机对片内地址区及某些特殊功 能寄存器的位进行操作。在80C51系列单片机的硬件结构中，有个 位处理器(布尔处理器)，它具有一套处理位变量的指令集，包括位变 量传送、逻辑运算、控制运算、控制程序转移等指令。该程序的实现，可以通过汇编语言来实现，程序简单，占用存储空间小，运行速度快。
该程序可以在KeilC51 ^vision 2集成开发平台下完成。若电流的 力/^和幅值逻辑值分别为(1， l)表示电网处于正常工作状态，超导故 障限流器处于超导态；其它三种[(O， 1)， (l，O), (O，O)]分别表示电网 发生短路故障时，故障电流幅值越限、故障电流变化率^^越限或故 障电流幅值和故障电流变化率^力均越限的情况，上述三种情况下， 逻辑控制电路就有"0"作为或门的输入信号，则输出动作信号均为 "0"，使超导故障限流器的正确动作。
本发明的优越性在于1、硬件装置与计算机软件编程相结合， 硬件装置设计简单，软件编程通俗易懂；2、来用^/^故障电流变化 率来控制超导故障限流器的动作，避免了其在传统控制方式下的误动 作;3、通过模数模数转换模块与逻辑电路配合，使超导故障限流器 的动作更加精确可靠；4、利用计算机高速的数据计算和数据处理能 力，大大提高了该控制系统的可靠性。
(四)
附图1为本发明所涉一种失超型超导故障限流器的故障检测系 统的总体结构框图。
附图2为本发明所涉一种失超型超导故障限流器故障检测系统 中的全波整流模块电路结构图。
附图3为本发明所涉一种失超型超导故障限流器故障检测系统 中的模数转换模块电路结构图。
附图4为本发明所涉一种失超型超导故障限流器故障检测系统 中的模数转换模块程序流程图。
(五)
具体实施例方式
实施例 一种失超型超导故障限流器的故障检测系统(见图l)， 其特征在于它是由全波整流模块、逻辑电路模块、模数转换模块、超 导控制开关模块、电流变化率检测模块所构成，所说的全波整流模块 的输入端通过电流互感器与外电网相连接，其输出端连接模数转换模 块、电流变化率检测模块和超导控制开关模块，模数转换模块和电流 变化率检测模块输出端连接逻辑电路模块，而后再与超导控制开关模 块相连接，超导控制开关模块的输出端控制超导故障限流器的动作。上述所说的整流模块(见图2)是由不可控整流电路或可控整流 电路组成，其中不可控整流电路由二极管桥路构成，包括VD1-VD6，三 相电分别连接二极管桥路的输入端；可控整流电路由可关断晶闸管或 者绝缘栅双极型晶闸管类的大功率电力电子器件搭构成桥式电路。
上述所说的模数转换模块(见图3)拟采用TI公司的A / D (模/ 数)转换芯片ADS8364，将其生成的数字量经DSP处理，以达到对超 导故障限流器精确可靠的失超控制。该芯片是TI公司生产的CMOS型 10 b模数转换芯片，其内部采用开关电容逐次近似来得到模数转换 结果。芯片有4路模拟信号输入通道，通过芯片内部参数设置选择不 同通道输入，进行A/D转换输出。
上述所说的逻辑电路模块、超导控制开关模块采用常规的模块电 路组合。
上述所说的电流变化率检测模块由微分电路、放大电路、迟滞比 较电路和可重复触发的单稳态触发电路组成。
一种失超型超导故障限流器的故障检测方法，其特征在于它是由 以下步骤所构成
(1) 电流互感器从电网采集电流信号量；
(2) 电流信号量经过全波整流得到一个单向电流信号，给模数转 换模块、电流变化率检测模块、超导控制开关模块供电；
(3) 模数转换模块将采集到的模拟量转换成数字量，其输出信号 通过延时电路模块，跟电流变化率模块的输出经或门相连来控制超导 控制开关的动作；
(4) 根据电流变化率触发逻辑电路和电流幅值触发逻辑电路的逻 辑状态确定超导故障限流器的动作，限制短路故障电流。
上述所说的步骤(3)中的模数转换要通过软件来实现(见图4), 其软件流程如下①初始化ADC寄存器；②启动来自ADC的信号； ③在AUT(^SEQ—SR寄存器中装初值； 启动ADC,每转换完一次， AUT0_SEQ—SR寄存器中的值就自动减1; ◎将转换结果保存到相应 的寄存器中；⑥判断全部通道转换是否完成；若完成,就申请中断， 转换结束；否则就继续转换。
上述所说的计算机软件组成主要涉及到DSP串行口的初始化和
芯片的内部参数设置及转换结果的接收，串行口的初始化为对McBSP 的控制寄存器的配置，使DSP可以为提供片选、时钟、帧同步信号等 控制信号，同时从DX串行发送的内部设置参数，并从DR串行接收转 换后的数据，完成一次完整的A/D转换过程；系统上电后，DSP的 控制引脚经一译码器将的^位置高电平，转换芯片处于非激活状态， 并关闭所有中断。初始化McBSP后，打开接收及外部中断，DSP的控 制引脚经一译码器将的3位置低电平，转换芯片开始工作；发送转 换速度选择及通道选择参数，芯片开始模/数转；程序进入等待状态， 转换结束时^由低变高，进入外部中断处理程序，接收转换输出的 数字信号，存入相应的数据空间以待进一步处理；全部的程序可以用 TI公司的集成开发平台Code Composer Studio,即CCS，采用C语
言编程完成。
上述所说的对逻辑电路模块的控制，也可以通过软件来实现；由 于逻辑变量主要是按位来操作的，通过位变量的复位或置位来控制开 关量的关断或开通，因此可以用单片机对片内地址区及某些特殊功能 寄存器的位进行操作。在80C51系列单片机的硬件结构中，有个位处 理器(布尔处理器)，它具有一套处理位变量的指令集，包括位变量传 送、逻辑运算、控制运算、控制程序转移等指令。该程序的实现，可 以通过汇编语言来实现，程序简单,'占用存储空间小，运行速度快。 该程序可以在KeilC51 //vision 2集成开发平台下完成。
权利要求
1、一种失超型超导故障限流器的故障检测系统，其特征在于它是由全波整流模块、逻辑电路模块、模数转换模块、超导控制开关模块、电流变化率检测模块所构成；所说的全波整流模块的输入端通过电流互感器与外电网相连接，其输出端连接模数转换模块、电流变化率检测模块和超导控制开关模块的输入端，模数转换模块和电流变化率检测模块输出端连接逻辑电路模块的输入端，逻辑电路模块的输出端与超导控制开关模块的输入端相连接，超导控制开关模块的输出端控制超导故障限流器的动作。
2、 根据权利要求1所说的一种失超型超导故障限流器的故障检 测系统，其特征在于所说的全波整流模块是不可控整流电路，其中不 可控整流电路由二极管桥路组成，三相电分别连接二极管桥路的输入 端。
3、 根据权利要求1所说的一种失超型超导故障限流器的故障检 测系统，其特征在于所说的模数转换模块内部采用开关电容逐次近似 来得到模数转换结果，芯片有.4路模拟信号输入通道，通过芯片内部 参数设置选择不同通道输入，进行模数转换输出。
4、 根据权利要求1所说的一种失超型超导故障限流器的故障检 测系统，其特征在于所说的逻辑电路模块、超导控制开关模块采用常 规的模块电路组合。
5、 根据权利要求1所说的一种失超型超导故障限流器的故障检 测系统，其特征在于所说的电流变化率检测模块由微分电路、放大电 路、迟滞比较电路和可重复触发的单稳态触发电路组成，该电路组合 关系采用电流变化率检测电路常规模式。
6、 一种失超型超导故障限流器的故障检测系统的检测方法，其 特征在于它包括以下工作步骤(1) 电流互感器从电网采集电流信号量；(2) 电流信号量经过全波整流得到一个单向电流信号，给模数转 换模块、电流变化率检测模块、超导控制开关模块供电；(3) 模数转换模块将采集到的模拟量转换成数字量，其输出信号 通过延时电路模块，跟电流变化率模块的输出经或门相连来控制超导 控制开关的动作；(4) 根据电流变化率触发逻辑电路和电流幅值触发逻辑电路的逻 辑状态确定超导故障限流器的动作，限制短路故障电流。
7、根据权利要求6所说的一种失超型超导故障限流器的故障检 测系统的检测方法，其特征在于所说的步骤(3)中的模数转换要通 过软件来实现，其软件流程如下①初始化ADC寄存器；②启动来 自ADC的信号；③在AUT0—SEQ—SR寄存器中装初值；④启动ADC， 每转换完一次，AUTO—SEQ—SR寄存器中的值就自动减l;⑤将转换 结果保存到相应的寄存器中；◎判断全部通道转换是否完成；若完 成，就申请中断,转换结束；否则就继续转换。
全文摘要
一种失超型超导故障限流器的故障检测系统及其检测方法，其特征在于它是由全波整流模块、逻辑电路模块、模数转换模块、超导控制开关模块、电流变化率检测模块所构成。本发明的工作方法(1)信号采集、(2)信号处理及传递、(3)模数转换及输出、(4)确定限流器动作。本发明的优越性在于1.硬件装置与计算机软件编程相结合，硬件装置设计简单，软件编程通俗易懂；2.采用di/dt故障电流变化率来控制超导故障限流器的动作，避免了其在传统控制方式下的误动作；3.通过模数模数转换模块与逻辑电路配合，使超导故障限流器的动作更加精确可靠；4.利用计算机高速的数据计算和数据处理能力，大大提高了该控制系统的可靠性。
文档编号G01R31/00GK101183129SQ20071015038
公开日2008年5月21日 申请日期2007年11月26日 优先权日2007年11月26日
发明者杰 何, 明 侯, 周永兵, 周雪松, 张智勇, 辉 王, 马幼捷, 娟 龚 申请人:天津理工大学