中压直流系统短路电流快速识别装置

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2022.04.008

摘要/Abstract

摘要：

为提高直流系统的稳定可靠性,保证在直流系统发生故障后,及时识别和切断短路电流,提出了中压直流系统短路电流快速识别装置。硬件上设计了以FPGA+AVR的双处理器结构为核心的各个功能电路,实现了对主回路电流的采样和调理,以及对两处理芯片之间通信、人机交互和通信功能。在软件上,对于FPGA和AVR分别采用自顶向下和模块化编程思想,设计以DDL算法为核心,结合FIR滤波、采样算法的短路电流快速识别软件系统。最后,搭建实验回路进行短路电流快速识别试验,验证了所研发装置的快速性和可靠性。

关键词: 直流系统, 短路快速识别, DDL算法, FPGA

Abstract:

In order to improve the stability and reliability of DC system and ensure that the short-circuit current can be judged and cut off in time after the failure of DC system,a short-circuit current fast identification device for medium voltage DC(MVDC) system is proposed.The hardware is designed with the dual processor structure of FPGA+AVR as the core of each functional circuit,which realizes the extraction and conditioning of the main circuit current,as well as the communication,human-machine interaction and communication functions between the two processing chips.The software system of the short-circuit currnt identification device is projected respectively using top-down and modular programming ideas for FPGA and AVR.The short circuit current fast identification software system based on DDL algorithm,FIR filter and sampling algorithm is designed.Finally,the rapid and accurate identification of the short-circuit current by the device is verified through experiments,which provides a guarantee for the stable operation of MVDC system.

Key words: DC power girds, short-circuit fast identification, DDL algorithm, FPGA

中图分类号:

TM744

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图/表 16

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参考文献 28

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参数	保护测试方式
参数	DDL+ΔI		DDL+ΔT
平均上升率/ (kA·ms^-1)	0.425	0.500	0.757	0.600
电流幅值/ kA	4.25	5.00	5.75	6.00
E/(kA·ms^-1)	0.75	0.75	0.75	0.75
F/(kA·ms^-1)	0.5	0.5	0.5	0.5
I_max/kA	2.0	2.0	5.0	5.5
t_I_max/ms	2.5	1.5	1.0	1.0
I_min/kA	5.0	5.0	2.0	2.0
T_max/ms	4.0	4.0	5.0	4.5
保护结果	保护返回	保护动作	保护返回	保护动作

保护类型	应用场景	优点	不足
行波保护	长距离输电线路保护	保护原理简单,易于实现,可靠性较高	信号采集和处理复杂,对设备要求高^[24-25]
电气量幅值保护	输电和配电线路保护	原理简单,实现成本较低	特征差异小,耐受过渡电阻能力差,可靠性低^[26]
电气量微分保护	输电和配电线路保护	检测速度快,适用于多端直流系统	信号易受干扰,受过渡电阻影响大,采样频率要求高^[27]
差动保护	直流输电线路、馈线保护、变压器保护	灵敏性高,选择性好,耐受过渡电阻能力强	通信要求高,易受噪声信号干扰,成本高^[28]