一种方波包络的特征电流发生系统及方法与流程

本发明涉及配电网拓扑识别，尤其涉及一种方波包络的特征电流发生系统及方法。

背景技术：

1、拓扑识别技术是推进数字化配电网建设的必要技术基础。拓扑识别技术包括大数据法和信号注入法。大数据法对电网要求较高，要求每个用户负载不能过轻，线路拓扑不能太复杂，且识别结果需要经过多次迭代，往往数天甚至数周才能输出正确结果；信号注入法对电网要求较低、识别速度快、准确率高，信号注入法中的工频畸变法，在工频电力线上控制投切负载产生几十安培的特征电流，对电网冲击较大，已经很少使用。目前，常用的是注入方波包络的微小特征电流，但现有的安装模式决定了特征电流发生电路需要承受1.2kv～1.4kv雷击残压，以及散热条件很差的工作环境，在现场使用中损坏率较高；采用注入方波包络的微小特征电流的拓扑识别所涉及电路，其雷击残压落在限流电阻和功率mos管上，若功率mos管处于导通状态，则将承受数百安培尖峰电流，远超其额定参数，极易损坏；其次，现有的功率mos管驱动电路需要通过双管驱动，以及稳定的电源电压和反向泄放电路，电路设计复杂、器件较多，且电路本身峰值功率达60瓦以上，电路器件多，发热量大，叠加安装空间有限，散热环境差，实际应用中损坏率较高。因此，亟待提出一种方波包络的特征电流发生系统及方法，解决现有电路耐高压冲击能力弱、以及电路结构复杂导致发热量大且散热困难的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提出一种方波包络的特征电流发生系统及方法，旨在解决现有电路耐高压冲击能力弱、以及电路结构复杂导致发热量大且散热困难的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种方波包络的特征电流发生系统，其中，所述方波包络的特征电流发生系统包括：过压保护单元、功率mos管及限流保护单元、整流单元、mos管驱动单元、信号调理与隔离单元和处理器单元；

3、所述整流单元通过导线分别与配电网交流系统、功率mos管及限流保护单元电性连接，所述整流单元通过导线分别与mos管驱动单元和过压保护单元电性输入连接；所述过压保护单元通过导线与功率mos管及限流保护单元电性输入连接；所述处理器单元、信号调理与隔离单元、mos管驱动单元和功率mos管及限流保护单元依次通过导线电性连接。

4、优选方案之一，所述整流单元通过交流线路接口与配电网交流系统电性连接；所述交流线路接口包括火线和零线两个接点。

5、优选方案之一，所述整流单元包括电阻r1和整流桥堆br1；

6、所述电阻r1的一端与交流线路接口的火线连接，所述电阻r1的另一端与整流桥堆br1的2引脚连接，所述整流桥堆br1的1引脚与交流线路接口的零线连接，所述整流桥堆br1的3引脚分别与功率mos管及限流保护单元、mos管驱动单元和过压保护单元连接，所述整流桥堆br1的4引脚接地。

7、优选方案之一，所述整流桥堆br1包括二极管e1、二极管e2、二极管e3和二极管e4；

8、所述二极管e1的正极分别与交流线路接口的零线和二极管e2的负极连接，所述二极管e1的负极分别与功率mos管及限流保护单元、mos管驱动单元、过压保护单元和二极管e2的负极连接，所述二极管e2的正极分别与二极管e3的负极和电阻r1连接，所述二极管e3的正极分别与二极管e4的正极和地端连接。

9、优选方案之一，所述信号调理与隔离单元包括电容c2、mos管v1、光电隔离器d2、电阻r9和电阻r10；所述mos管v1的栅极分别与电容c2和电阻r10连接，所述电容c2的另一端与处理器单元连接；所述mos管v1的源极和电阻r10的另一端接地；所述mos管v1的漏极与光电隔离器d2的2引脚连接，所述光电隔离器d2的1引脚通过电阻r9与电源端连接，所述光电隔离器d2的3引脚接地，所述光电隔离器d2的4引脚与mos管驱动单元连接。

10、优选方案之一，所述mos管驱动单元包括开关芯片d3、电阻r7、电容c1、稳压管vd1、电阻r3和电阻r2；

11、所述开关芯片d3的1、2、4引脚接地；

12、所述开关芯片d3的3、8引脚与电阻r7连接，所述电阻r7的另一端分别与信号调理与隔离单元、功率mos管及限流保护单元和电容c1连接，所述电容c1的另一端分别与稳压管vd1和地端连接，所述稳压管vd1的另一端分别与功率mos管及限流保护单元和电阻r3连接，所述电阻r3的另一端通过电阻r2与整流单元连接；

13、所述开关芯片d3的6、7引脚与功率mos管及限流保护单元连接；

14、所述开关芯片d3的5引脚与信号调理与隔离单元连接。

15、优选方案之一，所述功率mos管及限流保护单元包括mos管q1和电阻r6；

16、所述mos管q1的漏极与整流单元连接，所述mos管q1的源极分别与信号调理与隔离单元、电阻r7、电阻r6和电容c1连接，所述电阻r6的另一端与开关芯片d3的6、7引脚连接，所述mos管q1的栅极分别与mos管驱动单元和过压保护单元连接。

17、优选方案之一，所述过压保护单元包括稳压器u1、电阻r4和电阻r5；所述稳压器u1的1引脚与功率mos管及限流保护单元连接，所述稳压器u1的2引脚分别与电阻r4和电阻r5连接，所述电阻r4的另一端与整流单元连接，所述稳压器u1的3引脚和电阻r5的另一端接地。

18、优选方案之一，所述处理器单元包括处理器d1、晶振xl1、电容c3和电容c4；

19、所述处理器d1的11引脚与信号调理与隔离单元连接；

20、所述处理器d1的13引脚与电源端连接；

21、所述处理器d1的33引脚分别与电容c3和晶振xl1的2引脚连接，所述晶振xl1的1引脚分别与电容c4和处理器d1的34引脚连接，所述晶振xl1的3、4引脚以及电容c3和电容c4的另一端接地；

22、所述处理器d1的53引脚接地。

23、一种包括所述的一种方波包络的特征电流发生系统的发生方法，包括以下步骤：

24、s1、处理器单元根据指令输出特定频率、占空比和持续时间的调制信号；

25、s2、信号调理与隔离单元接收所述调制信号并进行弱电到强电的转换，输出转换调制信号；

26、s3、mos管驱动单元将所述转换调制信号传输至功率mos管及限流保护单元，并驱动功率mos管及限流保护单元的功率mos管；

27、s4、功率mos管及限流保护单元对所述转换调制信号进行处理，并产生可在配电网电力线上发生周期性变化的方波包络的特征电流信号；

28、s5、整流单元将配电网交流系统的交流220v电源转换为脉动直流至功率mos管及限流保护单元、过压保护单元和mos管驱动单元；并将功率mos管及限流保护单元产生的特征电流信号变换传输至配电网交流系统；

29、s6、过压保护单元实时监测整流单元输出的脉动直流瞬时电压值，实时调控功率mos管的关断。

30、本发明的上述技术方案中，该方波包络的特征电流发生系统包括：过压保护单元、功率mos管及限流保护单元、整流单元、mos管驱动单元、信号调理与隔离单元和处理器单元；所述整流单元通过导线分别与配电网交流系统、功率mos管及限流保护单元电性连接，所述整流单元通过导线分别与mos管驱动单元和过压保护单元电性输入连接；所述过压保护单元通过导线与功率mos管及限流保护单元电性输入连接；所述处理器单元、信号调理与隔离单元、mos管驱动单元和功率mos管及限流保护单元依次通过导线电性连接。本发明结构精简，选用小封装器件，可减少安装所需空间，同时提高模块的比热容，解决了现有电路耐高压冲击能力弱、以及电路结构复杂导致发热量大且散热困难的技术问题。

31、在本发明中，当交流线路遭受雷击时，压敏电阻残压通常在1.2kv-1.4kv，若功率mos管处于导通状态，则通过的电流远超其额定参数则极易被烧毁，通过所述过压保护电路，当检测到电源电压超过正常电平时，快速关断功率mos管，可避免其烧毁。