一种用于直流系统故障电流限制装置的实验平台

1.本发明涉及电气工程技术领域，具体为一种用于直流系统故障电流限制装置的实验平台。


背景技术：

2.混合式直流断路器成为现阶段直流断路器研究的重点，可分为自然换流型和强制换流型两种，自然换流型利用电弧电压完成故障电流的第一次转移，其正常运行时导通损耗小，但应用的电压等级受限于电弧电压的大小；强制换流型利用辅助开关完成第一次电流转移，其正常运行时导通损耗高于自然换流型，能够应用于更高的电压等级。
3.随着直流系统电压等级地提高，故障电流的上升率与幅值也会更大，导致断路器的开断压力增大，导致开断过程中避雷器需要吸收更多的能量，而且过大的故障电流增大了线路储能元件的初始储能，使得直流断路器在开断故障电流后避雷器吸能持续上升，增大了避雷器的制造难度。
4.综上所述，现有技术存在的问题是：直流断路器实验环境电压等级高、故障电流大，现场测控设备通常发生故障。为了完成在高电压、大电流、强磁场的环境下对直流断路器实验，在测试平台中利用直流故障电流限制装置配合直流断路器开断短路电流，可以有效抑制短路电流的峰值。
5.本发明是为了满足上述需求，实现在高电压、大电流、强磁场的环境下对直流断路器与限流装置的配合实验，进行性能测试和分析。
6.基于此，本发明设计了一种用于直流系统故障电流限制装置的实验平台，以解决上述问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种用于直流系统故障电流限制装置的实验平台，以解决上述背景技术中提出的问题。
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于直流系统故障电流限制装置的实验平台，包括信号采集模块、信号调理模块、信号处理模块、测控中心，所述信号采集模块用于采集电流及电压的故障信号，所述信号调理模块用于对信号采集模块所采集的故障信号进行调理，所述信号处理模块用于对调理后的故障信号进行记录，所述测控中心用于对各模块进行监控，同时对数据进行实时分析。
9.如上所述的一种用于直流系统故障电流限制装置的实验平台中，所述信号采集模块包括直流故障电流限制器、能量吸收支路、电压电流信号采集，所述直流故障电流限制器用于对系统的直流故障电流进行限制，所述能量吸收支路用于对故障电流的能量进行吸收，所述电压电流信号采集用于对电流和电压的信号进行采集。
10.如上所述的一种用于直流系统故障电流限制装置的实验平台中，所述信号调理模块包括运放模块、a\d转换模块、igbt开关、igbt驱动模块，所述运放模块用于对电压、模数
进行调整，使能够与a\d转换模块匹配，所述a\d转换模块将模拟信号转换成数字信号，所述igbt开关用于对信号调理模块进行充放电，所述igbt驱动模块用于驱动igbt模块启动。
11.如上所述的一种用于直流系统故障电流限制装置的实验平台中，所述信号处理模块包括数字信号处理模块、光纤模块及光纤转换器、单片机模块，所述数字信号处理模块用于对由信号调理模块转换的数字信号进行进行处理，所述光纤模块及光纤转换器用于将由信号调理模块处理后的数字信号传输至单片机模块中，所述单片机模块用于对数字信号进行处理。
12.如上所述的一种用于直流系统故障电流限制装置的实验平台中，所述测控中心包括信号采集模块、串口控制模块、测量分析模块、数据显示存储模块，所述信号采集模块用于对整个系统中的信号进行采集，所述串口控制模块用对各模块的串口数据进行控制，所述测量分析模块用于对各模块中的数据进行测量和分析，所述数据显示存储模块用于对数据进行显示并进行存储。
13.本发明是这样实现的，在直流系统故障电流限制装置的实验平台中利用直流故障电流限制装置配合直流断路器开断短路电流，可以有效抑制短路电流的峰值，实现在高电压、大电流环境下对直流断路器与限流装置的配合实验，进行性能测试和分析。
14.本发明的另一目的在于提供强磁场的环境下，进行装置的实验和性能测试。利用光信号不受电磁场的影响，由光纤传输信号，同时采用屏蔽铝盒封装，增强系统的抗干扰能力，实现在强磁场环境下，提高实验系统的稳定性和可靠性。
15.本发明的另一目的在于高时钟频率的单片机提供更快的系统响应速度；同时基于虚拟仪器labview软件平台完成故障信号实时采集、数字存储、数字显示和分析处理。
16.本发明的优点及积极效果为：系统满足上述装置在高电压、大电流、强磁场环境下快速响应的实验要求。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明一种用于直流系统故障电流限制装置的实验平台的框架结构示意图；
19.图2为本发明一种用于直流系统故障电流限制装置的实验平台的工作流程示意图。
20.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
21.1-信号采集模块，2-信号调理模块，3-信号处理模块，4-测控中心。
具体实施方式
22.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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它
实施例，都属于本发明保护的范围。
23.请参阅附图1至图2，本发明提供一种技术方案：一种用于直流系统故障电流限制装置的实验平台，包括信号采集模块1、信号调理模块2、信号处理模块3、测控中心4，所述信号采集模块1用于采集电流及电压的故障信号，所述信号采集模块1包括直流故障电流限制器、能量吸收支路、电压电流信号采集，所述直流故障电流限制器用于对系统的直流故障电流进行限制，所述能量吸收支路用于对故障电流的能量进行吸收，所述电压电流信号采集用于对电流和电压的信号进行采集，所述信号调理模块2用于对信号采集模块1所采集的故障信号进行调理，所述信号调理模块2包括运放模块、a\d转换模块、igbt开关、igbt驱动模块，所述运放模块用于对电压、模数进行调整，使能够与a\d转换模块匹配，所述a\d转换模块将模拟信号转换成数字信号，所述igbt开关用于对信号调理模块2进行充放电，所述igbt驱动模块用于驱动igbt模块启动，所述信号处理模块3用于对调理后的故障信号进行记录，所述信号处理模块3包括数字信号处理模块、光纤模块及光纤转换器、单片机模块，所述数字信号处理模块用于对由信号调理模块2转换的数字信号进行进行处理，所述光纤模块及光纤转换器用于将由信号调理模块2处理后的数字信号传输至单片机模块中，所述单片机模块用于对数字信号进行处理，所述测控中心4用于对各模块进行监控，同时对数据进行实时分析，所述测控中心4包括信号采集模块、串口控制模块、测量分析模块、数据显示存储模块，所述信号采集模块用于对整个系统中的信号进行采集，所述串口控制模块用对各模块的串口数据进行控制，所述测量分析模块用于对各模块中的数据进行测量和分析，所述数据显示存储模块用于对数据进行显示并进行存储，直流故障电流限制装置配合直流断路器开断短路电流。直流故障电流限制器(dc-fcld)选用铁磁材料，利用涡流和磁滞原理抑制短路故障电流并消耗故障能量。在正常未发生故障时，dc-fcld对直流系统不产生影响，保持在一低阻态；当发生短路故障时，dc-fcld电感将抑制短路电流的峰值，并将部分故障能量消耗在电阻上，实现削弱故障电流大小，同时利用转移回路将剩余的能量消耗在吸收支路上。由于直流系统电压等级地提高，故障电流的上升率与幅值也会更大，为了使进入调理通道的信号处于电子元器件的正常工作范围内，设计无源衰减电路作为故障信号采集电路的第一级。设计采用各种补偿法和计算机仿真调试，改变无源衰减电路自激振荡的幅值和条件，避免自激振荡的发生。pc端labview软件平台完成故障信号实时采集、数字存储、数字显示和分析处理工作。系统设计在labview软件平台端集成数字示波器模块，由垂直系统模块、水平系统模块、触发系统模块、显示系统模块四个部分组成，以满足在高电压、大电流、强磁场环境下，对自动测量、自动存储、抗干扰程度高的实验要求。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”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一定指的是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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发
明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。