專利名稱：一種基于sfcl與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)保護(hù)領(lǐng)域，尤其是一種基于SFCL (Superconducting FaultCurrent Limiter-超導(dǎo)故障限流器)與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng)及控制方法。
背景技術(shù)：
大型企業(yè)的供電系統(tǒng)由于雷擊、短路或其他原因造成電網(wǎng)短時(shí)故障致使電壓較大波動(dòng)、閃變甚至短時(shí)停電又恢復(fù)的現(xiàn)象稱為“晃電”。由于煉化、石油等大型企業(yè)的用電負(fù)荷對(duì)供電質(zhì)量要求很高，所以“晃電”對(duì)這些企業(yè)的正常運(yùn)行有重大影響。大部分晃電的發(fā)生都是由于線路短路造成，短路時(shí)線路的電流會(huì)變的很大，而線路的電壓也會(huì)大幅度下降，這會(huì)給企業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)很大的影響或嚴(yán)重的后果，輕則使部分電動(dòng)機(jī)、變頻器和接觸器跳閘或停止工作，造成企業(yè)生產(chǎn)的中斷，重則發(fā)生爆炸等設(shè)備事故和人身安全事故。目前使用的防晃電的裝置普遍存在硬件系統(tǒng)功能比較簡(jiǎn)單，當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā) 生晃電時(shí)只能在電力系統(tǒng)的二次回路上采取被動(dòng)的防范措施，不能同時(shí)在電力系統(tǒng)的一次側(cè)及時(shí)對(duì)短路電流進(jìn)行限制和對(duì)跌落電壓進(jìn)行有效補(bǔ)償，從而導(dǎo)致了晃電在實(shí)際中多次引發(fā)事故，這不僅危害了設(shè)備的安全運(yùn)行，還嚴(yán)重影響了正常生產(chǎn)。因此，研究一種基于SFCL與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng)和精確可靠控制的方法來(lái)解決晃電問(wèn)題已經(jīng)變得至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于SFCL與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng)及控制方法，它可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，在限制短路故障電流的同時(shí)也對(duì)線路電壓進(jìn)行有效補(bǔ)償，在電流和電壓兩方面提高電能質(zhì)量，是一種可靠性強(qiáng)的防晃電系統(tǒng)及其控制方法，該系統(tǒng)及其控制方法能防止晃電所造成的企業(yè)安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。本發(fā)明的技術(shù)方案一種基于SFCL與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng),包括含有變壓器和負(fù)載的外部電網(wǎng)，其特征在于它包括電壓、電流檢測(cè)電路、信號(hào)調(diào)理電路、A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊、DSP控制單元、PWM驅(qū)動(dòng)單元、SFCL單元和超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊；其中，所述電壓、電流檢測(cè)電路的輸入端接收來(lái)自外部電網(wǎng)和超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊的電壓信號(hào)以及來(lái)自外部電網(wǎng)和SFCL模塊的電流信號(hào)，其輸出端與信號(hào)調(diào)理電路的輸入端連接；所述A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊的輸入端接收來(lái)自信號(hào)調(diào)理電路的信號(hào)，其輸出端與DSP控制單元的輸入端連接；所述PWM驅(qū)動(dòng)單元的輸入端接收DSP控制單元的控制信號(hào)，其輸出端分別與SFCL單元的輸入端和超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊的輸入端連接；所述SFCL模塊和超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊的輸入信號(hào)均采集于外部電網(wǎng)，而其輸出端均與電壓、電流檢測(cè)電路和外部電網(wǎng)相連接；所述超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊的輸出端經(jīng)變器Ts與外部電網(wǎng)連接。所述電壓、電流檢測(cè)電路采用CHV-50P型的電壓傳感器和DT-50P霍爾電流傳感器。所述信號(hào)調(diào)理電路由電阻Rl、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R7、電阻R5、電阻R6、兩個(gè)TLC2721D、兩個(gè)二極管D11、電容C20和電容C40組成；其中第一個(gè)TLC2721D的正輸入端與電阻R3相連且經(jīng)電阻R4與+1. 5V參考電壓相連，負(fù)輸入端經(jīng)電阻Rl接地且經(jīng)電阻R2與其輸出端相連形成反饋環(huán)節(jié)；第一個(gè)TLC2721D的輸出端經(jīng)電阻R5、電阻R6與第二個(gè)TLC2721D的正輸入端相連，且第二個(gè)TLC2721D的正輸入端經(jīng)電容C40接地；第二個(gè)TLC2721D的負(fù)輸入端直接與它的輸出端相連形成反饋環(huán)節(jié)，而電容C20—端接在電阻R5和電阻R6之間，另一端接在第二個(gè)TLC2721D輸出端形成反饋環(huán)節(jié)；第二個(gè)TLC2721D輸出端經(jīng)電阻R7與兩個(gè)二極管Dll相連。所述電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4和電阻R7的阻值為51K ;所述電阻R5的阻值為7. 8K ;所述電阻R6的阻值為14. 7K ;所述電容C20的容值為O. 022uF ;所述電容C40的容值為O. OluF (見(jiàn)圖2)。所述A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊由電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電容C、運(yùn)算放大器0P497和A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7656構(gòu)成。其中運(yùn)算放大器0P497的負(fù)輸入端與電阻Rl的一端相連，而正輸入端經(jīng)電阻R2后接地；電阻Rl的另一端經(jīng)由電阻R3和電容C并聯(lián)組成的反饋環(huán)節(jié)與運(yùn)算放大器0P497的輸出端相連；0P497的輸出端經(jīng)電阻R4與芯片AD7656的輸入端ANl相連。 所述A/D轉(zhuǎn)換芯片是具有6通道16位ADC同步采樣、雙極性模擬輸入的AD7656BSTZ的轉(zhuǎn)換逐次逼近型芯片。所述SFCL單元由超導(dǎo)儲(chǔ)能電感、4個(gè)晶體管構(gòu)成的變流器、限流電阻R和常規(guī)耦合變壓器組成；其中常規(guī)耦合變壓器的二次側(cè)并聯(lián)限流電阻R后與變流器相連，而變流器的輸出端與超導(dǎo)儲(chǔ)能電感相互串聯(lián)。所述超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊由并聯(lián)變流器I、串聯(lián)變流器2、超級(jí)電容模塊、濾波電感L1、濾波電感L2、濾波電容C1、濾波電容C2和電容Cd。組成；其中，所述并聯(lián)變流器I經(jīng)濾波電感L1、濾波電容C1并聯(lián)在電網(wǎng)兩端；串聯(lián)變流器2經(jīng)濾波電感L2、濾波電容C2和變壓器Ts將輸出的電壓U串聯(lián)在電網(wǎng)上；其中并聯(lián)變流器I的輸出端、串聯(lián)變流器2的輸入端和超級(jí)電容模塊的輸入輸出端均接在電容Cd。的兩端。所述超級(jí)電容模塊由超級(jí)電容器組、防止超級(jí)電容器反極性充電的保護(hù)二極管VD1和二極管抑2、斬波電感Lc、電阻R以及Buck-Boost斬波電路組成；所述Buck-Boost斬波電路由晶體管組成的開(kāi)關(guān)器件S1和開(kāi)關(guān)器件S2組成；所述開(kāi)關(guān)器件S1、開(kāi)關(guān)器件S2分別與保護(hù)二極管VD1和二極管VD2并聯(lián)后再與斬波電感L。、電阻R以及超級(jí)電容器組串聯(lián)。一種基于SFCL與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于它包括以下步驟( I)電壓、電流檢測(cè)電路中的電壓測(cè)量通過(guò)電壓互感器采集外部電網(wǎng)電壓Us和超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊的電壓信號(hào)Ud。，并通過(guò)該電路的處理，輸出0-20mA的電流信號(hào)，該電流信號(hào)正比于原邊電壓信號(hào)；而電流測(cè)量通過(guò)電流互感器采集外部電網(wǎng)電流I1和SFCL的輸出電流信號(hào)I2 ;(2)信號(hào)調(diào)理電路將電壓、電流檢測(cè)電路輸出的電壓、電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為有效值-1.5疒+1.5V的電壓信號(hào)，并通過(guò)它的電平偏移電路將-1.5疒+1.5V的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為OlV的單極性信號(hào)，并通過(guò)二極管限幅電路，將檢測(cè)的電壓信號(hào)嚴(yán)格的限制在OlV之內(nèi)，再送至A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊端口 ；(3)A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊將輸入端的0-3V電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器和逐次逼近轉(zhuǎn)換芯片AD7656轉(zhuǎn)化為DSP可接收的電壓信號(hào)，輸入DSP控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；(4)DSP控制單元接收數(shù)據(jù)并處理后發(fā)出信號(hào)，輸出信號(hào)通過(guò)PWM驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生所需要的PWM控制信號(hào)分別送至SFCL和超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊，從而控制SFCL對(duì)電網(wǎng)的短路電流進(jìn)行限制，并控制超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模對(duì)電網(wǎng)的電壓進(jìn)行補(bǔ)償，同時(shí)從限流和電壓補(bǔ)償兩方面實(shí)現(xiàn)快速治理晃電的目的。所述步驟(4)中的DSP數(shù)據(jù)處理過(guò)程包括DSP串行口的初始化和芯片內(nèi)部信號(hào)的轉(zhuǎn)換兩部分，具體步驟如下①初始化McBSP后，打開(kāi)接收及外部中斷，DSP的控制引腳經(jīng)一譯碼器將的(s位
置低電平，脈沖調(diào)制CONVSTx為上升沿，被選中的ADC的跟蹤保持電路會(huì)被置為保持模式，轉(zhuǎn)換開(kāi)始；
②在CONVSTx信號(hào)為上升沿后，BUSY信號(hào)會(huì)變化，轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行中；③在CONVSTx信號(hào)上升沿開(kāi)始的3 μ s, BUSY信號(hào)會(huì)變?yōu)榈碗娖?，j,()C由低變高，
表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，這時(shí)的跟蹤保持電路回到跟蹤模式；④轉(zhuǎn)換結(jié)束后，進(jìn)入外部中斷處理程序，接收轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字信號(hào)，存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)空間以待進(jìn)一步處理。本發(fā)明的工作原理在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，SFCL中的變流器交流側(cè)的輸出電流I，使其同變壓器二次側(cè)電流I2保持一致，此時(shí)限流電阻R上無(wú)電流通過(guò)，相當(dāng)于變壓器二次側(cè)線圈被旁路。而超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊通過(guò)其超級(jí)電容模塊中的Buck-Boost斬波電路向超級(jí)電容器組充電，通過(guò)S。VD1與Lc構(gòu)成降壓斬波電路。當(dāng)S1導(dǎo)通時(shí)，向超級(jí)電容供電，超級(jí)電容器組電壓U。= Udc ;當(dāng)充電時(shí)間結(jié)束，超級(jí)電容器組電流經(jīng)VD1續(xù)流，且電感Lc使超級(jí)電容器組的電流連續(xù)且脈動(dòng)小。此降壓斬波電路可以將直流Ud。電壓降至超級(jí)電容器組端電壓來(lái)給超級(jí)電容組充電。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生晃電時(shí)，電網(wǎng)的主電流I1迅速增加，經(jīng)過(guò)電流檢測(cè)電路的信號(hào)采集，DSP控制單元根據(jù)處理結(jié)果讓PWM驅(qū)動(dòng)I發(fā)出控制信號(hào)使變壓器二次側(cè)電流I2相應(yīng)也要上升，其超出I ( I保持不變)的補(bǔ)償部分將會(huì)轉(zhuǎn)移到限流電阻R上，相當(dāng)于R立刻投入進(jìn)行故障限流，從而減小電網(wǎng)的短路電流。與此同時(shí)電網(wǎng)電壓Us大幅跌落，系統(tǒng)快速采集、處理電壓信號(hào)，DSP控制PWM驅(qū)動(dòng)2發(fā)出控制信號(hào)使超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊通過(guò)其Buck-Boost斬波電路和串聯(lián)變流器2將超級(jí)電容器所儲(chǔ)存的能量釋放至電網(wǎng)，其過(guò)程為當(dāng)超級(jí)電容器組放電時(shí)，S2、VD2與Lc構(gòu)成升壓斬波電路。當(dāng)S2導(dǎo)通時(shí)，超級(jí)電容器組向電感Lc充電，充電電流基本恒定，同時(shí)電容Cd。經(jīng)串聯(lián)變流器2向負(fù)載供電，電壓恒定為Udc ;當(dāng)S2關(guān)斷時(shí)，超級(jí)電容器組和電感Lc共同向負(fù)載供電。此升壓斬波電路可以將超級(jí)電容器組電壓升至Ud。額定電壓，并保持在規(guī)定的電壓值附近，從而消除電網(wǎng)產(chǎn)生的電壓暫降，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。本發(fā)明的優(yōu)越性在于①硬件裝置與計(jì)算機(jī)軟件編程相結(jié)合，硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，軟件編程易懂；②利用DSP高速的數(shù)據(jù)計(jì)算和處理能力，提高了該控制系統(tǒng)的可靠性和快速性；
③通過(guò)SFCL和超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊的共同作用對(duì)晃電時(shí)電網(wǎng)的大電流和低電壓同時(shí)進(jìn)行了有效治理采用這種基于SFCL與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng)及其控制方法，避免了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)防晃電措施的單一性和復(fù)雜性，從而提高了設(shè)備抗晃電的成功率；⑤選用逐次逼近型轉(zhuǎn)換芯片AD7656，該芯片為6通道16位ADC同步采樣芯片，雙極性模擬輸入，具有很高的轉(zhuǎn)換速度，低功耗，支持高速串行QSPI方式傳輸，通過(guò)芯片內(nèi)部參數(shù)設(shè)置選擇不同通道輸入，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換輸出。


圖I為本發(fā)明所涉一種基于SFCL與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明所涉一種基于SFCL與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng)中信號(hào)調(diào)理電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明所涉一種基于SFCL與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng)中A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明所涉一種基于SFCL與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng)中SFCL單元的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5為本發(fā)明所涉一種基于SFCL與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng)中超導(dǎo)儲(chǔ)能電壓補(bǔ)償模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一種基于SFCL與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng)(見(jiàn)圖1)，包括含有變壓器和負(fù)載的外部電網(wǎng)，其特征在于它包括電壓、電流檢測(cè)電路、信號(hào)調(diào)理電路、A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊、DSP控制單元、PWM驅(qū)動(dòng)單元、SFCL單元和超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊；其中，所述電壓、電流檢測(cè)電路的輸入端接收來(lái)自外部電網(wǎng)和超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊的電壓信號(hào)以及來(lái)自外部電網(wǎng)和SFCL模塊的電流信號(hào)，其輸出端與信號(hào)調(diào)理電路的輸入端連接；所述A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊的輸入端接收來(lái)自信號(hào)調(diào)理電路的信號(hào)，其輸出端與DSP控制單元的輸入端連接；所述PWM驅(qū)動(dòng)單元的輸入端接收DSP控制單元的控制信號(hào)，其輸出端分別與SFCL單元的輸入端和超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊的輸入端連接；所述SFCL模塊和超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊的輸入信號(hào)均采集于外部電網(wǎng)，而其輸出端均與電壓、電流檢測(cè)電路和外部電網(wǎng)相連接；所述超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊的輸出端經(jīng)變器Ts與外部電網(wǎng)連接。所述電壓、電流檢測(cè)電路(見(jiàn)圖I)采用CHV-50P型的電壓傳感器和DT-50P霍爾電流傳感器。所述信號(hào)調(diào)理電路(見(jiàn)圖2 )由電阻Rl、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R7、電阻R5、電阻R6、兩個(gè)TLC2721D、兩個(gè)二極管D11、電容C20和電容C40組成；其中第一個(gè)TLC2721D的正輸入端與電阻R3相連且經(jīng)電阻R4與+1. 5V參考電壓相連，負(fù)輸入端經(jīng)電阻Rl接地且經(jīng)電阻R2與其輸出端相連形成反饋環(huán)節(jié)；第一個(gè)TLC2721D的輸出端經(jīng)電阻R5、電阻R6與第二個(gè)TLC2721D的正輸入端相連，且第二個(gè)TLC2721D的正輸入端經(jīng)電容C40接地；第二個(gè)TLC2721D的負(fù)輸入端直接與它的輸出端相連形成反饋環(huán)節(jié)，而電容C20—端接在電阻R5和電阻R6之間，另一端接在第二個(gè)TLC2721D輸出端形成反饋環(huán)節(jié)；第二個(gè)TLC2721D輸出端經(jīng)電阻R7與兩個(gè)二極管Dll相連。所述電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4和電阻R7的阻值為51K ;所述電阻R5的阻值為7. 8K ;所述電阻R6的阻值為14. 7K ;所述電容C20的容值為O. 022uF ;所述電容C40的容值為O. OluF (見(jiàn)圖2)。
所述A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊(見(jiàn)圖3)由電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電容C、運(yùn)算放大器0P497和A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7656構(gòu)成。其中運(yùn)算放大器0P497的負(fù)輸入端與電阻Rl的一端相連，而正輸入端經(jīng)電阻R2后接地；電阻Rl的另一端經(jīng)由電阻R3和電容C并聯(lián)組成的反饋環(huán)節(jié)與運(yùn)算放大器0P497的輸出端相連；0P497的輸出端經(jīng)電阻R4與芯片AD7656的輸入端ANl相連。所述A/D轉(zhuǎn)換芯片是具有6通道16位ADC同步采樣、雙極性模擬輸入的AD7656BSTZ的轉(zhuǎn)換逐次逼近型芯片。所述SFCL單元(見(jiàn)圖4)由超導(dǎo)儲(chǔ)能電感、4個(gè)晶體管構(gòu)成的變流器、限流電阻R和常規(guī)耦合變壓器組成；其中常規(guī)耦合變壓器的二次側(cè)并聯(lián)限流電阻R后與變流器相連，而變流器的輸出端與超導(dǎo)儲(chǔ)能電感相互串聯(lián)。所述超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊(見(jiàn)圖5)由并聯(lián)變流器I、串聯(lián)變流器2、超級(jí)電容模塊、濾波電感L1、濾波電感L2、濾波電容C1、濾波電容C2和電容Cd。組成；其中，所述并聯(lián)變流器I經(jīng)濾波電感L1、濾波電容C1并聯(lián)在電網(wǎng)兩端；串聯(lián)變流器2經(jīng)濾波電感L2、濾波電容 C2和變壓器Ts將輸出的電壓U串聯(lián)在電網(wǎng)上；其中并聯(lián)變流器I的輸出端、串聯(lián)變流器2的輸入端和超級(jí)電容模塊的輸入(輸出)端均接在電容cd。的兩端。所述超級(jí)電容模塊由超級(jí)電容器組、防止超級(jí)電容器反極性充電的保護(hù)二極管VD1和二極管抑2、斬波電感Lc、電阻R以及Buck-Boost斬波電路組成；所述Buck-Boost斬波電路由晶體管組成的開(kāi)關(guān)器件S1和開(kāi)關(guān)器件S2組成；所述開(kāi)關(guān)器件S1、開(kāi)關(guān)器件S2分別與保護(hù)二極管VD1和二極管VD2并聯(lián)后再與斬波電感L。、電阻R以及超級(jí)電容器組串聯(lián)。一種基于SFCL與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于它包括以下步驟 ( I)電壓、電流檢測(cè)電路中的電壓測(cè)量通過(guò)電壓互感器采集外部電網(wǎng)電壓Us和超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊的電壓信號(hào)Ud。，并通過(guò)該電路的處理，輸出0-20mA的電流信號(hào)，該電流信號(hào)正比于原邊電壓信號(hào)；而電流測(cè)量通過(guò)電流互感器采集外部電網(wǎng)電流I1和SFCL的輸出電流信號(hào)I2 ;(2)信號(hào)調(diào)理電路將電壓、電流檢測(cè)電路輸出的電壓、電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為有效值-1.5疒+1.5V的電壓信號(hào)，并通過(guò)它的電平偏移電路將-1.5疒+1.5V的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為OlV的單極性信號(hào)，并通過(guò)二極管限幅電路，將檢測(cè)的電壓信號(hào)嚴(yán)格的限制在OlV之內(nèi)，再送至A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊端口 ；(3)A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊將輸入端的0-3V電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器和逐次逼近轉(zhuǎn)換芯片AD7656轉(zhuǎn)化為DSP可接收的電壓信號(hào)，輸入DSP控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；(4)DSP控制單元接收數(shù)據(jù)并處理后發(fā)出信號(hào)，輸出信號(hào)通過(guò)PWM驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生所需要的PWM控制信號(hào)分別送至SFCL和超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊，從而控制SFCL對(duì)電網(wǎng)的短路電流進(jìn)行限制，并控制超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模對(duì)電網(wǎng)的電壓進(jìn)行補(bǔ)償，同時(shí)從限流和電壓補(bǔ)償兩方面實(shí)現(xiàn)快速治理晃電的目的。所述步驟(4)中的DSP數(shù)據(jù)處理過(guò)程包括DSP串行口的初始化和芯片內(nèi)部信號(hào)的轉(zhuǎn)換兩部分，具體步驟如下①初始化McBSP后，打開(kāi)接收及外部中斷，DSP的控制引腳經(jīng)一譯碼器將的^位置低電平，脈沖調(diào)制CONVSTx為上升沿，被選中的ADC的跟蹤保持電路會(huì)被置為保持模式，轉(zhuǎn)換開(kāi)始；②在CONVSTx信號(hào)為上升沿后，BUSY信號(hào)會(huì)變化，轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行中；③在CONVSTx信號(hào)上升沿開(kāi)始的3 μ s，BUSY信號(hào)會(huì)變?yōu)榈碗娖絡(luò) (M由低變高， 表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，這時(shí)的跟蹤保持電路回到跟蹤模式；④轉(zhuǎn)換結(jié)束后，進(jìn)入外部中斷處理程序，接收轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字信號(hào)，存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)空間以待進(jìn)一步處理。
權(quán)利要求
1.一種基于SFCL與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng),包括含有變壓器和負(fù)載的外部電網(wǎng)，其特征在于它包括電壓、電流檢測(cè)電路、信號(hào)調(diào)理電路、A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊、DSP控制單元、PWM驅(qū)動(dòng)單元、SFCL單元和超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊；其中，所述電壓、電流檢測(cè)電路的輸入端接收來(lái)自外部電網(wǎng)和超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊的電壓信號(hào)以及來(lái)自外部電網(wǎng)和SFCL模塊的電流信號(hào)，其輸出端與信號(hào)調(diào)理電路的輸入端連接；所述A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊的輸入端接收來(lái)自信號(hào)調(diào)理電路的信號(hào)，其輸出端與DSP控制單元的輸入端連接；所述PWM驅(qū)動(dòng)單元的輸入端接收DSP控制單元的控制信號(hào)，其輸出端分別與SFCL單元的輸入端和超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊的輸入端連接；所述SFCL模塊和超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊的輸入信號(hào)均采集于外部電網(wǎng)，而其輸出端均與電壓、電流檢測(cè)電路和外部電網(wǎng)相連接；所述超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊的輸出端經(jīng)變器Ts與外部電網(wǎng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種基于SFCL與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng)，其特征在于所述電壓、電流檢測(cè)電路采用CHV-50P型的電壓傳感器和DT-50P霍爾電流傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種基于SFCL與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng)，其特征在于所述信號(hào)調(diào)理電路由電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R7、電阻R5、電阻R6、兩個(gè)TLC2721D、兩個(gè)二極管D11、電容C20和電容C40組成；其中第一個(gè)TLC2721D的正輸入端與電阻R3相連且經(jīng)電阻R4與+1. 5V參考電壓相連，負(fù)輸入端經(jīng)電阻Rl接地且經(jīng)電阻R2與其輸出端相連形成反饋環(huán)節(jié)；第一個(gè)TLC2721D的輸出端經(jīng)電阻R5、電阻R6與第二個(gè)TLC2721D的正輸入端相連，且第二個(gè)TLC2721D的正輸入端經(jīng)電容C40接地；第二個(gè)TLC2721D的負(fù)輸入端直接與它的輸出端相連形成反饋環(huán)節(jié)，而電容C20—端接在電阻R5和電阻R6之間，另一端接在第二個(gè)TLC2721D輸出端形成反饋環(huán)節(jié)；第二個(gè)TLC2721D輸出端經(jīng)電阻R7與兩個(gè)二極管Dll相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于SFCL與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng)，其特征在于所述電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4和電阻R7的阻值為51K ;所述電阻R5的阻值為7. 8K ;所述電阻R6的阻值為14. 7K ;所述電容C20的容值為O. 022uF ;所述電容C40的容值為O. OluF(見(jiàn)圖2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種基于SFCL與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng)，其特征在于所述A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊由電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電容C、運(yùn)算放大器OP497和A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7656構(gòu)成。其中運(yùn)算放大器OP497的負(fù)輸入端與電阻Rl的一端相連，而正輸入端經(jīng)電阻R2后接地；電阻Rl的另一端經(jīng)由電阻R3和電容C并聯(lián)組成的反饋環(huán)節(jié)與運(yùn)算放大器OP497的輸出端相連；OP497的輸出端經(jīng)電阻R4與芯片AD7656的輸入端ANl相連；所述A/D轉(zhuǎn)換芯片是具有6通道16位ADC同步采樣、雙極性模擬輸入的AD7656BSTZ的轉(zhuǎn)換逐次逼近型芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種基于SFCL與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng)，其特征在于所述SFCL單元由超導(dǎo)儲(chǔ)能電感、4個(gè)晶體管構(gòu)成的變流器、限流電阻R和常規(guī)耦合變壓器組成；其中常規(guī)耦合變壓器的二次側(cè)并聯(lián)限流電阻R后與變流器相連，而變流器的輸出端與超導(dǎo)儲(chǔ)能電感相互串聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種基于SFCL與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng)，其特征在于所述超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊由并聯(lián)變流器I、串聯(lián)變流器2、超級(jí)電容模塊、濾波電感L1、濾波電感L2、濾波電容C1、濾波電容C2和電容Cd。組成；其中，所述并聯(lián)變流器I經(jīng)濾波電感L1、濾波電容C1并聯(lián)在電網(wǎng)兩端；串聯(lián)變流器2經(jīng)濾波電感L2、濾波電容C2和變壓器Ts將輸出的電壓U串聯(lián)在電網(wǎng)上；其中并聯(lián)變流器I的輸出端、串聯(lián)變流器2的輸入端和超級(jí)電容模塊的輸入輸出端均接在電容Cd。的兩端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種基于SFCL與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng)，其特征在于所述超級(jí)電容模塊由超級(jí)電容器組、防止超級(jí)電容器反極性充電的保護(hù)二極管VD1和二極管乂〕2、斬波電感Lc、電阻R以及Buck-Boost斬波電路組成；所述Buck-Boost斬波電路由晶體管組成的開(kāi)關(guān)器件S1和開(kāi)關(guān)器件S2組成；所述開(kāi)關(guān)器件S1、開(kāi)關(guān)器件S2分別與保護(hù)二極管VD1和二極管VD2并聯(lián)后再與斬波電感Lc、電阻R以及超級(jí)電容器組串聯(lián)。
9.一種基于SFCL與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于它包括以下步驟 (1)電壓、電流檢測(cè)電路中的電壓測(cè)量通過(guò)電壓互感器采集外部電網(wǎng)電壓Us和超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊的電壓信號(hào)Ud。，并通過(guò)該電路的處理，輸出0-20mA的電流信號(hào)，該電流信號(hào)正比于原邊電壓信號(hào)；而電流測(cè)量通過(guò)電流互感器采集外部電網(wǎng)電流I1和SFCL的輸出電流信號(hào)I2 ; (2)信號(hào)調(diào)理電路將電壓、電流檢測(cè)電路輸出的電壓、電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為有效值-1.5疒+1.5V的電壓信號(hào)，并通過(guò)它的電平偏移電路將-I. 5疒+1. 5V的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為OlV的單極性信號(hào)，并通過(guò)二極管限幅電路，將檢測(cè)的電壓信號(hào)嚴(yán)格的限制在OlV之內(nèi)，再送至A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊端口 ； (3)A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊將輸入端的0-3V電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器和逐次逼近轉(zhuǎn)換芯片AD7656轉(zhuǎn)化為DSP可接收的電壓信號(hào)，輸入DSP控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理； (4)DSP控制單元接收數(shù)據(jù)并處理后發(fā)出信號(hào)，輸出信號(hào)通過(guò)PWM驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生所需要的PWM控制信號(hào)分別送至SFCL和超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊，從而控制SFCL對(duì)電網(wǎng)的短路電流進(jìn)行限制，并控制超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模對(duì)電網(wǎng)的電壓進(jìn)行補(bǔ)償，同時(shí)從限流和電壓補(bǔ)償兩方面實(shí)現(xiàn)快速治理晃電的目的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種基于SFCL與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于所述步驟(4)中的DSP數(shù)據(jù)處理過(guò)程包括DSP串行口的初始化和芯片內(nèi)部信號(hào)的轉(zhuǎn)換兩部分，具體步驟如下 ①初始化McBSP后，打開(kāi)接收及外部中斷，DSP的控制引腳經(jīng)一譯碼器將的^位置低電平，脈沖調(diào)制CONVSTx為上升沿，被選中的ADC的跟蹤保持電路會(huì)被置為保持模式，轉(zhuǎn)換開(kāi)始； ②在CONVSTx信號(hào)為上升沿后，BUSY信號(hào)會(huì)變化，轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行中； ③在CONVSTx信號(hào)上升沿開(kāi)始的3μ s，BUSY信號(hào)會(huì)變?yōu)榈碗娖剑琱()r由低變高，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，這時(shí)的跟蹤保持電路回到跟蹤模式；④轉(zhuǎn)換結(jié)束后，進(jìn)入外部中斷處理程序，接收轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字信號(hào)，存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)空間以待進(jìn)一步處理。
全文摘要
一種基于SFCL與超級(jí)電容儲(chǔ)能的防晃電系，包括含有變壓器和負(fù)載的外部電網(wǎng)，其特征在于它包括電壓、電流檢測(cè)電路、信號(hào)調(diào)理電路、A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊、DSP控制單元、PWM驅(qū)動(dòng)單元、SFCL單元和超級(jí)電容電壓補(bǔ)償模塊；控制方法包括信號(hào)檢測(cè)、調(diào)理、轉(zhuǎn)換、計(jì)算、處理；其優(yōu)越性在于①硬件簡(jiǎn)單，軟件易懂；②系統(tǒng)的可靠性和快速性高；③有效治理晃電時(shí)電網(wǎng)的大電流和低電壓；④提高了設(shè)備抗晃電的成功率；⑤轉(zhuǎn)換速度高，低功耗，支持高速串行QSPI方式傳輸。
文檔編號(hào)H02H9/02GK102832605SQ201210316668
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者周雪松, 周金程, 馬幼捷 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)