安科(kē)瑞 劉(liú)邁

　　摘(zhāi)要：隨著(zhuó)經(jīng)濟(jì)的發展和科學技(jì)術的(dí)不斷進步，在實(shí)際(jì)生(shēng)產(chǎn)和(hé)生(shēng)活中(zhōng)LED燈及LED屏等非綫性負載被(bèi)廣泛應(yīng)用，此(cǐ)類設備(bèi)會(huì)產生3N次諧波從(cóng)而導(dǎo)致(zhì)N綫電流(liú)過大(dà)，通過在(zài)末(mò)端(duān)配置SNP中(zhōng)綫安防保(bǎo)護器進(jìn)行(háng)N綫(xiàn)治(zhì)理(lǐ)。現(xiàn)場發現SNP設(shè)備數(shù)量(liáng)較(jiào)多，巡檢人(rén)員需逐一(yī)排查，運(yùn)維效(xiào)率較(jiào)低(dī)。當存在N綫過流或(huò)其他(tā)故障(zhàng)時，不能得到(dào)及時(shí)反饋，最終(zhōng)導(dǎo)致模塊損(sǔn)壞而造成(chéng)經濟損失。本文(wén)提(tí)出(chū)一種基於SNP中(zhōng)綫(xiàn)安防保護器(qì)的N綫過流保護與(yǔ)檢測(cè)方法並(bìng)通過(guò)內(nèi)部(bù)硬(yìng)件電(diàn)路實(shí)現，當(dāng)N相的電流(liú)值(zhí)超(chāo)過設定(dìng)值時，內部繼電(diàn)器發(fā)出幹接點信號用(yòng)於控製SNP設(shè)備(bèi)關(guān)機(jī)和報警(jǐng)，同時(shí)用戶(hù)可(kě)通(tōng)過WIFI模(mó)塊和(hé)網絡通(tōng)訊(xùn)電路(lù)進行(háng)數據(jù)監測(cè)和控(kòng)製(zhì)運(yùn)行。最(zuì)後通(tōng)過(guò)實驗驗證了該方法(fǎ)的(dí)實(shí)用(yòng)性(xìng)和(hé)安(ān)全(quán)性(xìng)，具(jù)有及時反(fǎn)饋(kuì)信息(xī)，保(bǎo)護(hù)設備(bèi)安(ān)全和(hé)方(fāng)便(biàn)運維(wéi)等優(yōu)點。

　　關鍵詞： 3N次(cì)諧(xié)波；中性綫電(diàn)流；N綫電流(liú)治(zhì)理(lǐ)；SNP中(zhōng)綫安(ān)防保護(hù)器；過(guò)流保護與檢測

　　1 引言

　　社(shè)會(huì)經濟和科技的發(fā)展推(tuī)動著(zhuó)通(tōng)信(xìn)技(jì)術(shù)，計算(suàn)機(jī)技術，光(guāng)電技(jì)術(shù)等(děng)的不(bù)斷進步，在實(shí)際生產和(hé)生(shēng)活中現(xiàn)代電(diàn)力電子(zǐ)非(fēi)綫性負載設(shè)備等被(bèi)廣(guǎng)泛應(yīng)用，此設備產(chǎn)生3N次諧波(bō)以及(jí)三(sān)相(xiāng)不平衡等(děng)問題(tí)的存(cún)在會(huì)導致(zhì)中(zhōng)性綫電流過(guò)大(dà)，造(zào)成(chéng)N綫絕(jué)緣(yuán)層老(lǎo)化(huà)起(qǐ)火(huǒ)從而(ér)引(yǐn)發火災(zāi)的(dí)發生(shēng)。SNP設備(bèi)數量多(duō)，導致數據量大，日常(cháng)的(dí)運行(háng)維(wéi)護工(gōng)作比較(jiào)傳統，普遍存在以下(xià)痛(tòng)點：運(yùn)維(wéi)效率低，響應(yīng)慢(màn)，運維過(guò)程(chéng)不規範(fàn)，巡(xún)檢過程(chéng)難(nán)以監管，運行(háng)大數(shù)據缺少分析(xī)等。當(dāng)SNP設(shè)備N綫過流(liú)或(huò)出現(xiàn)其他故障時,通常在(zài)其觸(chù)摸屏上(shàng)顯示(shì)故(gù)障報警(jǐng)信(xìn)息，故障(zhàng)信(xìn)息(xī)不(bù)能得到(dào)及(jí)時反饋，導致模塊(kuài)損壞(huài)，造成不必要的經(jīng)濟損失(shī)。

　　針對N相電流的(dí)治(zhì)理方法，市場上存在(zài)一(yī)些無(wú)源(yuán)的零序(xù)濾波(bō)器(qì)或(huò)在N綫中(zhōng)串聯三(sān)次(cì)諧波濾(lǜ)波(bō)器(qì)來阻斷三次諧波的通路等無(wú)源的方式(shì)，缺(quē)少相應(yīng)的保護(hù)機(jī)製(zhì)。通過研(yán)究載(zǎi)波移相前後(hòu)中性(xìng)綫(xiàn)對地(dì)電位變化(huà)規(guī)律，提出(chū)一(yī)種變頻器通道內(nèi)各相依次(cì)載波移(yí)相(xiāng)的(dí)中(zhōng)性綫環流抑(yì)製方(fāng)法(fǎ)。文針對電網(wǎng)自適應(yīng)保護(hù)和(hé)保護優(yōu)化(huà)進行深(shēn)入研究，提出一種(zhǒng)新(xīn)型聚類概念(niàn)的自(zì)適(shì)應保護(hù)實現(xiàn)方(fāng)法(fǎ)。設(shè)計三相(xiāng)四(sì)綫(xiàn)製(zhì)諧(xié)波(bō)監(jiān)測式(shì)電(diàn)氣火災監控(kòng)係統。采用(yòng)加漢寧(níng)窗插(chā)值處理(lǐ)的快(kuài)速傅(fù)裏(lǐ)葉變(biàn)換算(suàn)法分(fēn)析(xī)N相中(zhōng)的(dí)諧波成分並進行反饋(kuì)。文獻(xiàn)[7]提(tí)出了兩(liǎng)種三(sān)相四綫(xiàn)製(zhì)零綫斷綫檢測(cè)及保(bǎo)護裝置的思路。文獻[8]以(yǐ)中性(xìng)綫(xiàn)電流為過程(chéng)監測量(liáng)，采(cǎi)用有功調(tiáo)配與無功(gōng)補(bǔ)償相(xiāng)結合(hé)策略。文(wén)獻[9]以TEF抑(yì)製率(shuài)和抑製效率為優(yōu)化(huà)目(mù)標(biāo),以(yǐ)直(zhí)流(liú)電網中接地(dì)阻(zǔ)抗參(cān)數取值，接地點(diǎn)為(wéi)優化(huà)變(biàn)量,同時考(kǎo)慮(lǜ)了中性綫電抗和故(gù)障點的影響。文(wén)獻[10]提出(chū)了(liǎo)一種基於(yú)分布式(shì)測量的(dí)中(zhōng)性綫斷綫故障識(shí)別與定(dìng)位(wèi)方法(fǎ)。文獻(xiàn)[11]設(shè)計了智能繼電(diàn)器,實現了(liǎo)對(duì)電源通(tōng)道(dào)的(dí)控製。針(zhēn)對(duì)電源通(tōng)道過電流保護的要求,采(cǎi)用了(liǎo)選擇性(xìng)過載(zǎi)保護，瞬動保(bǎo)護(hù)和後(hòu)備(bèi)保(bǎo)險絲(sī)三種(zhǒng)保護方法(fǎ),達到了(liǎo)對(duì)多種過電流(liú)情(qíng)況(kuàng)的保(bǎo)護功(gōng)能(néng)。

　　本文提出一種基(jī)於SNP中(zhōng)綫(xiàn)安防(fáng)保護器(qì)的(dí)N綫(xiàn)過(guò)流保護與(yǔ)檢(jiǎn)測方法(fǎ)，並通(tōng)過(guò)設置硬件電(diàn)路實(shí)現，相較於傳統的方法(fǎ)和軟(ruǎn)件(jiàn)保(bǎo)護(hù)來說(shuō)，其優點(diǎn)在(zài)於響(xiǎng)應(yīng)速度快(kuài)，可(kě)靠(kào)性高，對(duì)電(diàn)磁幹(gān)擾，電源(yuán)波(bō)動等(děng)抗(kàng)幹擾能力強(qiáng)，實(shí)時(shí)性好(hǎo)可以及時(shí)反饋(kuì)信息和切斷設(shè)備以保護(hù)設備和安全(quán)，同時成(chéng)本較低。

　　2 N綫過流(liú)保護與檢測(cè)設計流程

　　2.1 N綫(xiàn)電流產生(shēng)的原(yuán)因(yīn)

　　在存在大量LED熒光(guāng)燈(dēng)/泛光(guāng)燈和LED大屏(píng)等負載的(dí)現場，就會容(róng)易(yì)出現N綫帶電(diàn)的情(qíng)況，其負(fù)荷(hé)類型為開(kāi)關(guān)電源型(xíng)，開(kāi)關電(diàn)源(yuán)型負荷有2大特點：

　　1）負(fù)載電流進行有(yǒu)效(xiào)值(zhí)分(fēn)解後，諧波電(diàn)流以(yǐ)3次諧(xié)波(bō)電(diàn)流(liú)為主，電(diàn)流畸變率THDi一(yī)般在(zài)70%-120%之(zhī)間(jiān)。

　　2）開關電源的無(wú)功本身(shēn)屬於(yú)容(róng)性(xìng)無功(gōng)，如(rú)果主(zhǔ)動(dòng)投入(rù)電容器的話，反而會使係(xì)統(tǒng)無(wú)功功率增加，出現(xiàn)功(gōng)率因數快速降(jiàng)低的現象(xiàng)。

　　理論上(shàng)N綫(xiàn)產(chǎn)生電流(liú)的原因(yīn)主(zhǔ)要有兩(liǎng)方(fāng)麵：

　　1）A/B/C三(sān)相電流不平(píng)衡導(dǎo)致N綫上(shàng)有(yǒu)零序電(diàn)流(liú)的存(cún)在(zài)[12]；

　　2）A/B/C三(sān)相電流(liú)中3N次諧(xié)波(bō)電(diàn)流（零序(xù)電流）在(zài)N綫上綫(xiàn)性(xìng)疊加(jiā)[13]。

　　2.2 N綫電流治理(lǐ)的(dí)基(jī)本原(yuán)理(lǐ)

　　針(zhēn)對N綫(xiàn)存(cún)在(zài)電流過大的問題，可以(yǐ)通(tōng)過SNP中綫安防(fáng)保護(hù)器進(jìn)行(háng)治(zhì)理，其基(jī)本(běn)工(gōng)作原(yuán)理為(wéi)通(tōng)過(guò)互(hù)感器的(dí)電流檢測環節並(bìng)采集係(xì)統(tǒng)N綫上(shàng)過電流信(xìn)息，經內部(bù)DSP和(hé)FPGA控製(zhì)芯(xīn)片快(kuài)速計算並(bìng)提(tí)取(qǔ)A/B/C每(měi)相各次諧波電流(liú)的含(hán)量(liáng)，產生(shēng)諧波(bō)電(diàn)流(liú)指(zhǐ)令，驅(qū)動功率(shuài)執(zhí)行(háng)器件(jiàn)IGBT逆變電(diàn)路產生與過(guò)電(diàn)流幅(fú)值(zhí)相等方向相(xiāng)反的(dí)補(bǔ)償電流，並注入N綫，從而(ér)消除N綫中(zhōng)過(guò)大的電流[14]。其(qí)工(gōng)作機(jī)理(lǐ)如圖1所(suǒ)示。

圖1  SNP工(gōng)作(zuò)機(jī)理圖(tú)

　　2.3 N綫過(guò)流保(bǎo)護與(yǔ)檢測(cè)設計(jì)流程(chéng)

　　SNP設(shè)備在現(xiàn)場運行中總出現負載(zǎi)N綫電(diàn)流過大超(chāo)過本(běn)身(shēn)容(róng)量(liáng)導(dǎo)致設備(bèi)過補償，而影(yǐng)響(xiǎng)到(dào)SNP設備(bèi)使(shǐ)用(yòng)壽命的情況(kuàng)。為了(liǎo)及(jí)時反饋設備的(dí)告(gào)警信息(xī)和保(bǎo)護設備安全(quán)，現提(tí)出(chū)了一種N相過流(liú)保護(hù)與(yǔ)檢測(cè)係統的(dí)方(fāng)法(fǎ)，其保護(hù)與檢(jiǎn)測設(shè)計(jì)流程如下：

　　N相(xiāng)過(guò)流(liú)保護與(yǔ)檢測(cè)方法基(jī)於硬件電路實現，係統整(zhěng)體包括(kuò)觸摸屏(píng)，繼電器RL，N相(xiāng)過流硬件(jiàn)保護電(diàn)路，WIFI通訊模塊，網(wǎng)絡通訊(xùn)電路和通(tōng)訊(xùn)管(guǎn)理機等(děng)，其中(zhōng)觸(chù)摸屏(píng)，WIFI通(tōng)訊(xùn)模塊和網(wǎng)絡通訊電(diàn)路等作為設備(bèi)運行(háng)數據傳輸(shū)和N相(xiāng)過流(liú)情況的反(fǎn)饋的(dí)媒(méi)介(jiè)；N相(xiāng)過流(liú)硬件保(bǎo)護(hù)電路(lù)作為(wéi)過流保護(hù)工作的(dí)核(hé)心(xīn)；繼電器RL作(zuò)為(wéi)連(lián)接(jiē)外部斷(duàn)路(lù)器或者(zhě)報(bào)警係統(tǒng)。N相(xiāng)過(guò)流保(bǎo)護與(yǔ)檢測係統控(kòng)製流(liú)程(chéng)如圖2所示(shì)，具(jù)體(tǐ)步驟如下。

　　步(bù)驟一(yī)，觸(chù)摸屏(píng)的人(rén)機交互(hù)頁(yè)麵(miàn)上設有N綫電流過流設定值，在不超過N綫電流(liú)治(zhì)理裕量的(dí)情(qíng)況下(xià)可(kě)隨意進(jìn)行數值的設(shè)定。

　　步驟二，DSP和FPGA芯(xīn)片(piàn)采(cǎi)集提取A/B/C三相(xiāng)電流(liú)數(shù)據(jù)並計算出(chū)N相上(shàng)3N次諧(xié)波電流(liú)值，並(bìng)將其與(yǔ)N綫電(diàn)流(liú)設(shè)定值(zhí)進行比(bǐ)較(jiào)。

　　步(bù)驟(zhòu)三(sān)，若(ruò)檢測(cè)到(dào)N相上(shàng)3N次(cì)諧波電(diàn)流(liú)值(zhí)超(chāo)過(guò)N綫電(diàn)流的(dí)設(shè)定(dìng)值時(shí)，內(nèi)部N相(xiāng)過(guò)流保護(hù)電路開始動(dòng)作(zuò)， FPGA發(fā)出信號(hào)，控製繼電器(qì)RL吸(xī)合(hé)。若(ruò)外接(jiē)斷路(lù)器或者報(bào)警(jǐng)係統（報(bào)警(jǐng)燈或(huò)者蜂(fēng)鳴器等(děng)），繼電器(qì)RL發(fā)出(chū)幹接(jiē)點(diǎn)信號(hào)，用於外(wài)接(jiē)控(kòng)製(zhì)SNP運行(háng)電路的斷(duàn)路(lù)器和(hé)報(bào)警(jǐng)係(xì)統。

　　步驟(zhòu)四， N綫過流(liú)報警(jǐng)信息(xī)可(kě)通過(guò)觸摸(mō)屏進行(háng)查(chá)閱(yuè)，用戶(hù)還通過WIFI模(mó)塊和網絡通訊電路(lù)對SNP設備進行數(shù)據監測(cè)和(hé)控製運(yùn)行。現(xiàn)場巡檢(jiǎn)人(rén)員通過(guò)網絡(luò)信號(hào)直(zhí)接在(zài)手機(jī)端或者(zhě)電(diàn)腦(nǎo)端隨時(shí)隨地監測SNP的數據和運行(háng)情況(kuàng)，方(fāng)便運維和(hé)管理。

圖(tú)2  N相(xiāng)過流保(bǎo)護(hù)與(yǔ)檢測係(xì)統控(kòng)製流(liú)程(chéng)

　　3 WIFI和網絡(luò)通訊係統結(jié)構

　　SNP設備(bèi)的運行數據和N綫過(guò)流的情(qíng)況(kuàng)，一方麵通(tōng)過485總綫(xiàn)傳輸到觸(chù)摸屏，另一方麵通(tōng)過WIFI模塊和(hé)網絡通訊電路進行(háng)手機端(duān)或者電腦端的檢查，具體的(dí)通訊實(shí)施過程如下：

　　FPGA和DSP芯片(piàn)內部(bù)計(jì)算過(guò)程中，DSP芯(xīn)片負責數據(jù)的(dí)核心(xīn)運(yùn)算(suàn)，FPGA負(fù)責數(shù)據的輔助運算(suàn)。

　　圖3中(zhōng)DSP和FPGA芯片之間經過串(chuàn)行外設(shè)接(jiē)口SPI進(jìn)行通訊(xùn)，FPGA的GPIO口（經過轉換電路(lù)）連(lián)接繼(jì)電(diàn)器RL。采集(jí)提(tí)取(qǔ)和(hé)計(jì)算出(chū)來的N相上3N次(cì)諧波(bō)電流(liú)值(zhí)暫放於FPGA內部(bù)寄(jì)存(cún)器中(zhōng)，當N相(xiāng)上3N次(cì)諧(xié)波電流值(zhí)超(chāo)過觸摸(mō)屏中的(dí)N相電(diàn)流設定(dìng)值時，FPGA發出信號(hào)至繼(jì)電器RL。網絡通訊電(diàn)路(lù)包括串行通訊(xùn)的(dí)485總綫(xiàn)1和(hé)485總綫2，SNP設(shè)備(bèi)的數(shù)據(jù)通(tōng)過FPGA芯(xīn)片(piàn)傳(chuán)輸至(zhì)485總(zǒng)綫1上(shàng)，設(shè)備內部(bù)的WIFI模(mó)塊分(fēn)別(bié)連接485總綫1和(hé)485總(zǒng)綫2，通(tōng)訊管理機(jī)和(hé)觸摸(mō)顯示(shì)屏也分別(bié)連接(jiē)485總綫2實現通(tōng)訊。

　　SNP設備(bèi)運(yùn)行數據和N綫過流情(qíng)況通(tōng)過(guò)485收發(fā)器(qì)芯(xīn)片(piàn)傳遞給串(chuàn)行(háng)通訊(xùn)的(dí)485總(zǒng)綫1上，WIFI模塊(kuài)也通過(guò)485芯片(piàn)傳輸或者(zhě)接(jiē)收總綫上的(dí)數據，因(yīn)此可對(duì)內部(bù)WIFI芯(xīn)片的(dí)模式進(jìn)行(háng)相(xiāng)應(yīng)設置，一方(fāng)麵(miàn)可(kě)以創(chuàng)建自(zì)己(jǐ)的(dí)局域網(wǎng)絡，另一(yī)方(fāng)麵(miàn)也可(kě)加(jiā)入現(xiàn)場(cháng)現(xiàn)有(yǒu)的(dí)網(wǎng)絡(luò)，通過手(shǒu)機(jī)APP端(duān)或電(diàn)腦(nǎo)PC端監測運行(háng)數據。內(nèi)部的(dí)WIFI模塊收發端口(kǒu)再輸出信號通(tōng)過485芯片(piàn)傳(chuán)遞給串行(háng)通(tōng)訊的485總綫2上，485總綫(xiàn)2的(dí)數據(jù)通過RJ45接口(kǒu)接入通訊(xùn)管(guǎn)理(lǐ)機(jī)，即可(kě)在電腦PC端監(jiān)測設備(bèi)的(dí)運行(háng)數據(jù)，其中觸(chù)摸屏的(dí)通訊也是(shì)通過(guò)485總綫2。

圖(tú)3  係統(tǒng)結構(gòu)圖

　　圖4為(wéi)N相過(guò)流保護與檢(jiǎn)測係(xì)統的WIFI和(hé)網(wǎng)絡(luò)通(tōng)訊原理(lǐ)圖(tú)，SNP設(shè)備(bèi)的內(nèi)部(bù)的485總綫1和(hé)485總綫2接口(kǒu)均(jūn)為(wéi)半雙工通信(xìn)接(jiē)口（Half-duplex）[15]，允(yǔn)許(xǔ)信(xìn)號在兩(liǎng)個方向(xiàng)上(shàng)傳輸。當WIFI模塊為(wéi)主設備(bèi)時(shí)，FPGA和(hé)DSP芯片(piàn)則為(wéi)從設備；當(dāng)觸摸屏為(wéi)主設備(bèi)時(shí)，WIFI模塊則識(shí)別(bié)自身為從設備；若遇(yù)到多(duō)個主(zhǔ)設(shè)備(bèi)的數據時(shí)， WIFI模塊(kuài)會自(zì)動(dòng)將接收到(dào)的(dí)多(duō)個(gè)主(zhǔ)設備(bèi)的數據進行排隊(duì)處理(lǐ)，並將(jiāng)數據(jù)暫(zàn)存(cún)於WIFI模塊內部(bù)，等待其他(tā)主設(shè)備(bèi)完成操作(zuò)後，WIFI模塊繼任(rèn)主設(shè)備。

　　當SNP模塊(kuài)工(gōng)作時(shí)， WIFI模塊首先判(pàn)斷自身(shēn)是(shì)否為(wéi)主設(shè)備(bèi)，如果(guǒ)不(bù)是(shì)主(zhǔ)設備，則將自身(shēn)運(yùn)行模式(shì)設置(zhì)為從(cóng)設備(bèi)，等待其(qí)他主(zhǔ)設備(bèi)完成操作後，繼任主(zhǔ)設備；如果是(shì)主(zhǔ)設備，則將自(zì)身運行(háng)模(mó)式(shì)設置為(wéi)主設備。

圖4  WIFI和網(wǎng)絡通(tōng)訊(xùn)原理(lǐ)圖(tú)

　　4  N相過流(liú)保護硬件電(diàn)路

　　上(shàng)一節主(zhǔ)要(yào)敘述了針對(duì)SNP的數(shù)據和N綫(xiàn)過(guò)流情況的(dí)WIFI和(hé)網絡(luò)通訊的(dí)具(jù)體(tǐ)邏輯(jí)實現(xiàn)過(guò)程(chéng)，由於(yú)本文提出的N綫過流保護與檢(jiǎn)測方法是(shì)基於硬(yìng)件電路實(shí)現的，因(yīn)此本節具(jù)體(tǐ)描(miáo)述和分析硬(yìng)件(jiàn)電(diàn)路(lù)保護(hù)的原理(lǐ)過(guò)程。

　　圖5為(wéi)N相過(guò)流保護硬(yìng)件電路(lù)原(yuán)理圖。SNP設(shè)備內部的(dí)FPGA芯(xīn)片與繼(jì)電器RL的連接電路包(bāo)括：

　　1）FPGA芯片輸出(chū)的信號通過電(diàn)平轉換芯片U2連接至(zhì)光耦(ǒu)合器(qì)P1；

　　2）光耦(ǒu)合器P1連接電阻R1並(bìng)接(jiē)地，然後(hòu)依(yī)次連(lián)接(jiē)電阻R2，電(diàn)阻(zǔ)R3，並(bìng)聯的NMOS管Q1和NMOS管Q2，濾(lǜ)波電(diàn)容(róng)C1至(zhì)繼(jì)電器(qì)RL的(dí)綫圈；

　　3）繼電器(qì)RL的(dí)綫圈兩(liǎng)端連(lián)接(jiē)二(èr)極管D1；電(diàn)阻R3一端(duān)連接NMOS管(guǎn)的(dí)柵極，另(lìng)一端連接漏極(jí)並接地；

　　N相過(guò)流保護電路原理(lǐ)主要(yào)為：

　　1）當(dāng)DSP和(hé)FPGA提取(qǔ)並(bìng)計(jì)算出(chū)負(fù)載N相(xiāng)中的3N次諧波電流低(dī)於(yú)N相電流設定(dìng)值時(shí)，FPGA的73號引腳會輸(shū)出高電(diàn)平信號(hào)，光耦合(hé)器P1內部(bù)二(èr)極管不導通，中綫(xiàn)安(ān)防保(bǎo)護器(qì)(SNP)正(zhèng)常(cháng)運(yùn)行(háng)；

　　2）當DSP和FPGA計算出的3N次諧波電(diàn)流(liú)超(chāo)過設(shè)定值時，FPGA的73號引腳發出一個(gè)低電(diàn)平(píng)的信號，通過電平轉(zhuǎn)換芯片U2將光(guāng)信(xìn)號(hào)輸(shū)入至光(guāng)耦合器(qì)P1，光信號(hào)使(shǐ)光耦合器P1內的三極管導(dǎo)通(tōng)並(bìng)輸出電信號，電(diàn)阻R1通過將(jiāng)電信號限流後(hòu)，通過電阻(zǔ)R3在NMOS管(guǎn)Q1和Q2柵極和源(yuán)極之(zhī)間形(xíng)成電壓，使DO2拉(lā)低(dī)至(zhì)低電位(wèi)，使繼電器(qì)RL內部綫(xiàn)圈兩端(duān)存在(zài)24v電壓差，繼電(diàn)器(qì)RL的3和(hé)4兩端(duān)導通(tōng)，繼(jì)而(ér)連(lián)接(jiē)至(zhì)外部(bù)數據綫端(duān)子5和6；

　　3）濾(lǜ)波電(diàn)容C1與NMOS管(guǎn)Q1和Q2並聯，其目(mù)的用於濾除(chú)開關電(diàn)源(yuán)輸出(chū)24v的紋(wén)波和尖峰脈(mài)衝等(děng)；

　　4）NMOS管(guǎn)Q1和Q2的(dí)作用(yòng)是為(wéi)了(liǎo)增大(dà)內(nèi)部(bù)器(qì)件輸出(chū)功率，電平(píng)轉換(huàn)芯片U2的(dí)作用(yòng)是為了芯(xīn)片(piàn)端(duān)電平(píng)和外部電平(píng)兼(jiān)容(róng)，二極管D1用(yòng)於當繼電(diàn)器(qì)關斷(duàn)時為其內部的(dí)綫圈(quān)進行續(xù)流(liú)工作。

　　N相過流保(bǎo)護(hù)與檢測係(xì)統中的觸摸(mō)屏作為SNP中綫安(ān)防保護器N綫(xiàn)過(guò)流(liú)報警信息(xī)顯示(shì)的(dí)同時，又(yòu)增(zēng)加了繼(jì)電(diàn)器(qì)RL幹接點(diǎn)輸(shū)出(chū)信(xìn)號(hào)，該信號(hào)可(kě)以用(yòng)於外(wài)接(jiē)可(kě)控斷(duàn)路(lù)器(qì)和(hé)報(bào)警裝置，當發生N綫過(guò)流(liú)情(qíng)況(kuàng)時，能(néng)及(jí)時(shí)斷開SNP中綫(xiàn)安放(fàng)保(bǎo)護(hù)器(qì)以免(miǎn)出現設備損壞或者發出警報(bào)聲提醒用戶(hù)及(jí)時發現設備(bèi)問題。

　　5  實(shí)驗(yàn)測試(shì)

　　本(běn)文所(suǒ)提出的基於(yú)硬件(jiàn)電(diàn)路的N相過流保(bǎo)護及(jí)檢測(cè)方法(fǎ)已應(yīng)用(yòng)於(yú)SNP中(zhōng)綫安(ān)防保(bǎo)護器產(chǎn)品中(zhōng)，下(xià)麵結合實(shí)驗測試(shì)情況(kuàng)分(fēn)析其功(gōng)能的(dí)實用(yòng)性(xìng)。

　　本(běn)次N相過(guò)流保護及檢測實驗是在測試N相(xiāng)電流(liú)補償(cháng)實(shí)驗中進行(háng)的(dí)，並且(qiě)以SNP中(zhōng)綫安(ān)防保(bǎo)護(hù)器設(shè)備(bèi)為主要(yào)測試對象(xiàng)，觸(chù)摸(mō)屏(píng)控(kòng)製器作為數(shù)據設置和(hé)顯示媒(méi)介。具(jù)體(tǐ)測(cè)試流程(chéng)如下(xià)：

　　1）設置(zhì)諧波發(fā)生源的參(cān)數，讓(ràng)其隻發(fā)出(chū)3次(cì)諧波電(diàn)流並(bìng)記錄(lù)N綫的電(diàn)流(liú)大(dà)小；

　　2）通過(guò)SNP設備觸摸屏(píng)設(shè)置(zhì)補償參數(shù)，並設置(zhì)N綫的過(guò)流值。

　　由於考(kǎo)慮(lǜ)到實驗測試的便(biàn)捷性，現(xiàn)采用發光二(èr)極管對N綫(xiàn)過(guò)流(liú)進行反饋，發光二(èr)極管安裝(zhuāng)在(zài)外部數據綫(xiàn)端子(zǐ)RL-OUT1和(hé)RL-OUT2處，其照片如圖6所示(shì)，其(qí)中(zhōng)RL-OUT1和(hé)RL-OUT2為N綫過電流(liú)輸出繼電器幹接點信號(hào)口OUT1/OUT2連接的信(xìn)號端子。

　　3）調(tiáo)節諧(xié)波(bō)源發生裝置，設(shè)置3次諧波電(diàn)流為10 A，開機(jī)啟動(dòng)SNP設備，將中綫電流(liú)反(fǎn)饋功能打(dǎ)開(kāi)，同時設置N綫過(guò)流值(zhí)為(wéi)50A。

　　4）調節(jié)諧波(bō)源(yuán)發生(shēng)裝置，設置3次(cì)諧(xié)波電(diàn)流(liú)為20 A，N綫(xiàn)電(diàn)流(liú)設定(dìng)值仍(réng)然為50A。

圖5  N相過流(liú)保(bǎo)護硬(yìng)件電(diàn)路原理圖

圖6  RL-OUT1和(hé)RL-OUT2反(fǎn)饋端(duān)子(zǐ)

　　具體(tǐ)試(shì)驗測(cè)試(shì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表(biǎo)1。

　　表1  SNP設備測(cè)試數據

　　3次(cì)諧(xié)波設(shè)置10A時，設(shè)備采集(jí)到N綫電流(liú)30A左右低(dī)於設定(dìng)值， N綫(xiàn)電流未(wèi)反饋，發(fā)光二(èr)極管(guǎn)不亮(liàng)。3次諧波(bō)設置(zhì)20A時但，設備(bèi)采(cǎi)集(jí)到(dào)N綫電流60A左右(yòu)高於(yú)設定(dìng)值(zhí)，N綫(xiàn)電(diàn)流出現(xiàn)過流反饋，發光二(èr)極(jí)管(guǎn)開始(shǐ)亮(liàng)起，具體測試照片見圖7和圖8。

（a）SNP設(shè)備(bèi)補(bǔ)償

（b）中綫電(diàn)流反(fǎn)饋(kuì)

（c）N綫(xiàn)電(diàn)流(liú)設置

（d）反(fǎn)饋端(duān)子接二(èr)極(jí)管

　　圖7  N相電流未超過設(shè)定值

（e）SNP設備補償

（f）反(fǎn)饋(kuì)端子接二(èr)極(jí)管

　　圖(tú)8  N相電(diàn)流(liú)超過(guò)設定值

　　結合圖7，圖8和(hé)表1的(dí)結(jié)果，可觀(guān)察(chá)到N相設定值為50A，分別設(shè)置3次諧波負載源(yuán)10A和20A，由於(yú)SNP設(shè)備本身(shēn)存(cún)在零(líng)漂和(hé)測(cè)量(liáng)裝置的精確度(dù)問題(tí)，N綫采(cǎi)集到的(dí)電流分(fēn)別為28.5A和56.7A。當(dāng)采(cǎi)集計(jì)算(suàn)到的負載N綫中(zhōng)的電流(liú)超過觸(chù)摸(mō)屏中的N綫電流(liú)設定(dìng)值(zhí)時(shí)，反饋端(duān)子上(shàng)的二極管(guǎn)點亮，並顯示報(bào)警信號(hào)，若未超(chāo)過設(shè)定值時則不亮，設備(bèi)正常補償運(yùn)行(háng)。從(cóng)互感(gǎn)器采集(jí)負載電流，到(dào)內(nèi)部(bù)FPGA芯片計算(suàn)分(fēn)析(xī)，至最終(zhōng)的繼電(diàn)器動(dòng)作並發出幹(gān)接(jiē)點信號，整個(gè)動作(zuò)時間控製在毫(háo)秒級以(yǐ)內(nèi)，響應迅速。同(tóng)時(shí)為了(liǎo)方便現(xiàn)場用(yòng)戶(hù)更(gēng)加及時觀察到SNP設(shè)備補償報(bào)警情況(kuàng)，可增加(jiā)蜂鳴(míng)器設(shè)備(bèi)。

　　N綫過流(liú)保(bǎo)護(hù)與(yǔ)檢(jiǎn)測(cè)是(shì)在(zài)設計(jì)內部硬件電(diàn)路(lù)保護上實現(xiàn)的(dí)，為了(liǎo)與(yǔ)和(hé)軟件(jiàn)過流(liú)保護進(jìn)行對(duì)比(bǐ)，實(shí)驗前期也進行(háng)了(liǎo)軟(ruǎn)件(jiàn)保護試驗(yàn)，其(qí)流程為：1）采(cǎi)樣三相(xiāng)輸出(chū)電流(liú)Ia，Ib和Ic，並(bìng)計(jì)算(suàn)In；2）計(jì)算各相RMS值，若任(rèn)一相電流(liú)超過150%額定值(zhí)且(qiě)持續(xù)5ms，觸發保護(hù)；3）關(guān)閉PWM，觸(chù)發撬(qiào)棒電(diàn)路吸收(shōu)能(néng)量，記錄故障(zhàng)代碼“OCP-PhaseX"。試驗(yàn)後(hòu)發現(xiàn)易(yì)受(shòu)ADC采(cǎi)樣(yàng)噪(zào)聲，程序跑飛，電磁幹擾(rǎo)或通信幹(gān)擾(rǎo)影響(xiǎng)，可能誤判(pàn)或漏判故(gù)障(zhàng)，而且在(zài)參(cān)數配置(zhì)和(hé)計(jì)算(suàn)精(jīng)度(dù)上誤(wù)差(chà)較(jiào)大，因此(cǐ)在(zài)本文(wén)中不過(guò)多(duō)討論。

　　6 結(jié)論

　　本文提(tí)出(chū)的(dí)N相(xiāng)過(guò)流保護及(jí)檢測方(fāng)法是基於硬件(jiàn)保(bǎo)護電路實現(xiàn)的，通過(guò)SNP設(shè)備內部(bù)FPGA和(hé)DSP芯片(piàn)采集計算，並(bìng)與N相電(diàn)流設(shè)定值進行(háng)比較，從而觸(chù)發內(nèi)部(bù)繼(jì)電器動(dòng)作(zuò)並斷開設(shè)備(bèi)或報警。通過(guò)硬(yìng)件(jiàn)實(shí)驗和軟(ruǎn)件保護(hù)測(cè)試分(fēn)析，驗證了此(cǐ)過流(liú)保護及檢測方法具備穩定可靠(kào)性，響(xiǎng)應速度快和實(shí)時性好等優(yōu)點(diǎn)，相對於(yú)傳(chuán)統的保護機製(zhì)，成(chéng)本較(jiào)低效(xiào)果好，為(wéi)電力電子行業中(zhōng)逆(nì)變器/濾波器等設(shè)備過流保(bǎo)護提供(gōng)了參(cān)考(kǎo)依據。

　　參(cān)考(kǎo)文獻

　　[1]劉澤鬆,劉(liú)傑,劉建春(chūn),等.一(yī)種(zhǒng)中(zhōng)綫安防保護(hù)器用(yòng)的(dí)N相過(guò)流保護(hù)與監(jiān)測係(xì)統[P].上海市,CN2.5,2024-11-08.

　　[2] 馮(féng)振亮.典(diǎn)型電(diàn)能質量(liáng)問題(tí)的解決(jué)方(fāng)案[C].中國電(diàn)力(lì)技術(shù)市(shì)場協(xié)會.2024年(nián)電力(lì)行業(yè)技(jì)術(shù)監督專業(yè)技術交(jiāo)流研討會(huì)優(yōu)秀(xiù)論文集.國投(tóu)(海南(nán))新(xīn)能源有(yǒu)限公司,2024:13.　　

[3] 黃春(chūn)光(guāng),劉(liú)建春,武明科.一種(zhǒng)逆(nì)變器(qì)的並網-諧波(bō)治(zhì)理(lǐ)綜(zōng)合控製(zhì)方(fāng)法(fǎ)[J].電氣(qì)技(jì)術,2024,25(11):30-36.

　　[4] 陳(chén)明泉,肖世(shì)挺(tǐng),嚴(yán)昌華,等.廈(shà)門(mén)柔直工(gōng)程高頻諧(xié)波保護(hù)方案分(fēn)析與(yǔ)試驗[J].電氣技術,2023,24(10):79-84.