1.本发明属于电网故障保护技术领域，具体涉及一种交流固态断路器故障电流检测装置。
背景技术：
2.断路器作为电网的重要保护设备，主要用于切除电网中故障电流，因此准确、有效和可靠的故障电流检测电路对于断路器和电网的安全都及其重要。相比于传统机械式断路器和混合式断路器，固态断路器具有结构简单、无弧和快速的分断能力，且容易设计为智能断路器，在配电网中应用前景广阔。
3.交流固态断路器具有体积小、结构简单、无弧、快速分断能力和易于智能化设计等优点，在中低压配电网中得到了一定程度的发展，然而耐压、容量、损耗和保护等问题一直制约着其发展。交流固态断路器主要任务是用于切除电网中故障电流，因此准确和有效的故障电流检测电路对于断路器来说及其重要。目前常用的故障电流检测方法有线路的电流检测和断路器的导通压降检测两种方法，电流检测方法可以采用采样电阻和电流传感器进行电流检测；导通压降检测方法是利用半导体器件的导通压降与电流具有一定的函数关系，通过检测半导体器件的导通压降来判断故障电流的一种故障电流检测方法，通常采用电压传感器进行检测。然而，断路器通常处于导通和断开两种状态，若直接采用其两端的电压，则电压范围很大，导通时的压降检测精度不够，且处于断开状态时容易出现误判情况。因此，准确的导通压降在线检测对于固态断路器是非常重要的研究方向。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于提供一种交流固态断路器故障电流检测装置，该装置有利于提高检测准确性，且结构简单，检测便捷。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种交流固态断路器故障电流检测装置，包括固态断路器和故障电流检测与处理电路，所述故障电流检测与处理电路中的检测电路与固态断路器并联，采集固态断路器主开关器件的两端电压以及检测电路上功率半导体器件的两端电压，并获得两电压之差，所述故障电流检测与处理电路对获得的两电压之差进行处理后得到线路状态的特征值，并反馈给固态断路器，以实现对线路处于正常导通、断开或故障状态的判断。
6.进一步地，所述固态断路器包括主开关器件q1和控制与驱动电路，所述主开关器件q1为功率半导体器件，所述故障电流检测与处理电路包括检测电路、调理电路和处理电路，所述检测电路通过调理电路与处理电路连接，所述处理电路与固态断路器的控制与驱动电路连接。
7.进一步地，所述主开关器件采用晶闸管、mosfet、igbt、igct、sic-mosfet或sic-igbt。
8.进一步地，采用功率半导体器件导通压降检测方法来检测交流固态断路器故障电
流，所述检测电路由功率半导体器件q2、限流电阻r2和电压传感器pt组成，所述限流电阻r2与功率半导体器件q2串联后并联在固态断路器两端，所述电压传感器pt同时采集固态断路器和功率半导体器件q2的两端电压，所述电压传感器包括一个磁芯和三个绕组，第一绕组采集固态断路器两端电压u1(t)，第二绕组采集功率半导体器件q2两端电压u2(t)，第三绕组电压为第一绕组电压与第二绕组电压之差u3(t)，所述检测电路获得的电压u3(t)经过调理电路和处理电路后得到线路中故障电流状态，故障电流状态再反馈给固态断路器的控制与驱动电路以控制和保护固态断路器。
9.进一步地，采用功率半导体器件导通压降检测方法来检测交流固态断路器故障电流，所述检测电路由功率半导体器件q2、限流电阻r2、第一电压传感器pt1和第二电压传感器pt2组成，所述限流电阻r2与功率半导体器件q2串联后并联在固态断路器两端，所述第一电压传感器pt1采集固态断路器的两端电压u1(t)，所述第二电压传感器pt2采集功率半导体器件q2的两端电压u2(t)，所述第一电压传感器pt1和第二电压传感器pt2的次级绕组的同名端连接在一起，另一同名端之间电压为u3(t)且同时连接调理电路，电压u3(t)经过调理电路和处理电路后得到线路中故障电流状态，故障电流状态再反馈给固态断路器的控制与驱动电路以控制和保护固态断路器。
10.进一步地，功率半导体器件q1和q2的驱动信号一致。
11.进一步地，所述限流电阻r2的阻值大于设定值，以使流过功率半导体器件q2的电流足够小，从而不影响主电路。
12.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：提供了一种交流固态断路器故障电流检测装置，该装置通过获取固态断路器两端电压与检测电路上功率半导体器件两端电压之差来判断固态断路器所处工作状态，检测信号与主电路隔离，提高了检测的准确性、安全性和实时性，从而为固态断路器过载、短路和过温等保护提供准确的故障数据。此外，该装置结构简单，检测便捷，实现成本低。因此，本发明具有很强的实用性和广阔的应用前景。
附图说明
13.图1是本发明实施例一的装置电路图。
14.图2是本发明实施例二的装置电路图。
具体实施方式
15.下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
16.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
17.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
18.如图1、2所示，本实施例提供了一种交流固态断路器故障电流检测装置，包括固态断路器和故障电流检测与处理电路，所述故障电流检测与处理电路中的检测电路与固态断
路器并联，采集固态断路器主开关器件的两端电压以及检测电路上功率半导体器件的两端电压，并获得两电压之差，所述故障电流检测与处理电路对获得的两电压之差进行处理后得到线路状态的特征值，并反馈给固态断路器，以实现对线路处于正常导通、断开或故障状态的判断。
19.具体地，所述固态断路器包括主开关器件q1和控制与驱动电路，所述故障电流检测与处理电路包括检测电路、调理电路和处理电路，所述检测电路通过调理电路与处理电路连接，所述处理电路与固态断路器的控制与驱动电路连接。所述主开关器件q1为功率半导体器件，可以采用晶闸管、mosfet（金属氧化物半导体场效应管）、igbt（绝缘栅双极型晶体管）、igct（集成门极换流晶闸管）、sic-mosfet或sic-igbt等。
20.该装置采用功率半导体器件导通压降检测方法来检测交流固态断路器故障电流，其可以有不同的实现结构。
21.如图1所示，所述检测电路由功率半导体器件q2、限流电阻r2和电压传感器pt组成，所述限流电阻r2与功率半导体器件q2串联后并联在固态断路器两端，所述电压传感器pt同时采集固态断路器和功率半导体器件q2的两端电压，所述电压传感器包括一个磁芯和三个绕组，第一绕组采集固态断路器两端电压u1(t)，第二绕组采集功率半导体器件q2两端电压u2(t)，第三绕组电压为第一绕组电压与第二绕组电压之差u3(t)，所述检测电路获得的电压u3(t)经过调理电路和处理电路后得到线路中故障电流状态，故障电流状态再反馈给固态断路器的控制与驱动电路以控制和保护固态断路器。
22.如图2所示，所述检测电路由功率半导体器件q2、限流电阻r2、第一电压传感器pt1和第二电压传感器pt2组成，所述限流电阻r2与功率半导体器件q2串联后并联在固态断路器两端，所述第一电压传感器pt1采集固态断路器的两端电压u1(t)，所述第二电压传感器pt2采集功率半导体器件q2的两端电压u2(t)，所述第一电压传感器pt1和第二电压传感器pt2的次级绕组的同名端连接在一起，另一同名端之间电压为u3(t)且同时连接调理电路，电压u3(t)经过调理电路和处理电路后得到线路中故障电流状态，故障电流状态再反馈给固态断路器的控制与驱动电路以控制和保护固态断路器。
23.其中，功率半导体器件q1和q2的驱动端相连，以使功率半导体器件q1和q2的驱动信号一致。所述限流电阻r2的阻值大于设定值，以使流过功率半导体器件q2的电流足够小，从而不影响主电路。
24.图1为本发明实施例一的实现电路图。图1中，q1为固态断路器的主开关器件，通常采用晶闸管、mosfet（金属氧化物半导体场效应管）、igbt（绝缘栅双极型晶体管）、igct（集成门极换流晶闸管）、sic-mosfet和sic-igbt等功率半导体器件。故障电流检测与处理电路由电压传感器pt、功率开关器件q2、限流电阻r2、调理电路和处理电路组成，其中q1和q2驱动电路相同，限流电阻r2用于限制检测支路的电流，使得该电流很小，则q2两端的电压很小且变化不大。电压传感器pt的第一绕组并联于固态断路器两端用于检测固态断路器两端电压u1(t)，第二绕组并联于功率半导体器件q2两端用于检测q2两端电压u2(t)，根据电磁感应原理，第三绕组的电压u3(t)为u1(t)与u2(t)电压之差。当固态断路器正常导通时，且电流在额定范围时，u1(t)值较小且变化不大，u2(t)值很小且基本不变，电压u3(t)很小；当线路出现故障，尤其短路故障时，电压u1(t)迅速增加，而u2(t)值较小且变化不大，则u3(t)值也迅速增大，且u3(t)值可以反应i1(t)的大小；当固态断路器断开时，u1(t)与u2(t)相等，u3(t)为
零。因此电压u3(t)可以反应出线路中的电流大小，u3(t)经过调理电路和处理电路即可判断线路处于断开状态、正常状态和故障状态，一旦出现故障状态，系统可以给出控制信号通过控制和驱动电路以控制和保护固态断路器。
25.图2为本发明实施例二的实现电路图。图2中，q1为固态断路器的主开关器件，通常采用晶闸管、mosfet（金属氧化物半导体场效应管）、igbt（绝缘栅双极型晶体管）、igct（集成门极换流晶闸管）、sic-mosfet和sic-igbt等功率半导体器件。故障电流检测与处理电路由电压传感器pt1、pt2、功率开关器件q2、限流电阻r2、调理电路和处理电路组成，其中q1和q2驱动电路相同，限流电阻r2用于限制检测支路的电流，使得该电流很小，则q2两端的电压很小且变化不大。本实施例采用了两个相同规格的电压传感器，电压传感器pt1用于检测固态断路器两端电压u1(t)，电压传感器pt2用于检测功率半导体器件q2两端电压u2(t)，电压u3(t)为u1(t)与u2(t)电压之差。当固态断路器正常导通时，且电流在额定范围时，u1(t)值较小且变化不大，u2(t)值很小且基本不变，电压u3(t)很小；当线路出现故障，尤其短路故障时，电压u1(t)迅速增加，而u2(t)值较小且变化不大，则u3(t)值也迅速增大，且u3(t)值可以反应i1(t)的大小；当固态断路器断开时，u1(t)与u2(t)相等，u3(t)为零。因此电压u3(t)可以反应出线路中的电流大小，u3(t)经过调理电路和处理电路即可判断线路处于断开状态、正常状态和故障状态，一旦出现故障状态，系统可以给出控制信号通过控制和驱动电路以控制和保护固态断路器。
26.因此，本发明可以有效地检测线路中的故障电流，检测信号与主电路隔离，且结构简单，便于测量。
27.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。