[发明专利]综合化直流固态功率控制器及故障决策诊断方法

摘要

本发明公开一种综合化直流固态功率控制器及故障决策诊断方法，所述控制器包括功率板和数字控制板。其中，功率板主要负责系统状态的检测、调理、信号上传以及SSPC的驱动和保护控制；数字控制板集成有电弧故障检测及电缆故障检测定位相关电路，基于多传感器检测调理后的系统状态信号，在FPGA主控模块内并行完成定时限电源过欠压故障保护、SSPC的BIT自检、反时限过载保护等常规SSPC的局部故障诊断以及增加的系统电弧故障检测、电缆故障检测定位等局部故障诊断，最后基于多源信息融合技术实现系统状态的决策诊断与健康管理。本发明能够实现增强的系统故障检测与健康管理能力，提高系统安全性、可靠性、测试性和维护性。

主权项

1.一种综合化直流固态功率控制器，其特征在于包括：功率板和数字控制板；所述功率板包括：SiC功率管（1）：控制主功率回路的通断；检测电阻（2）：用于系统回路电流的检测；检测调理模块（3）：检测负载电流，调理后一方面用于后级的驱动控制模块（4）以实现快速的短路故障保护，另一方面通过硬件电路模拟量上传模块（5）上传至数字控制板，用于电流状态的实时监测以及过载、电弧故障的检测；检测负载电压，调理后一方面反馈至驱动控制模块（4）参与功率管线性开关的控制，另一方面通过硬件电路模拟量上传模块（5）上传至数字控制板，用于电压状态的实时监测以及过欠压故障的检测；驱动控制模块（4）：基于电压电流双闭环控制策略，产生控制功率管开通/关断的驱动信号，实现SSPC的慢开通/慢关断以及系统故障保护，并产生短路故障状态信号上传至数字控制板；硬件电路模拟量上传模块（5）：将检测到的负载电压、电流模拟量上传至数字控制板以用于过欠压、过流、电弧等故障的检测与保护；所述数字控制板包括：隔离耦合模块（6）：将高频低压检测信号耦合到处于工作状态的被测试电缆当中，并接收被测电缆故障点反射信号；通道选择模块（7）：控制电缆入射信号发送或电缆反射信号接收的支路切换；DA转换模块（8）：实现数模转换，将FPGA产生的扩频检测数字信号经过数模转换为模拟信号；入射信号检测调理电路（9）：对产生的恒定幅值的检测信号进行调理，使其幅值满足测试系统要求；接收信号检测调理电路（10）：对接收到的故障点反射信号进行调理，使得调理后的信号符合AD采样的要求；第一AD转换模块（11）：对接收到的信号进行模数转换，以待送入FPGA主控模块（14）中进行数据处理和电缆故障诊断；第二AD转换模块（12）：将功率板硬件电路模拟量上传模块（5）上传的调理后的电压电流模拟量通过AD转换器转换为数字量，并上传给FPGA主控模块（14），用以实现系统电压、电流状态的实时监测和过欠压、过流、电弧等故障的检测；通信模块（13）：实现上、下位机之间的信息交互，实现上位机控制指令的下达和下位机对系统状态的实时反馈；FPGA主控模块（14）：完成系统局部故障诊断，包括常规SSPC所具备的过载、过欠压等故障诊断与保护、基于分数阶傅里叶变换的系统电弧故障检测、基于扩展频谱时域反射法的非接触式电缆故障诊断，以及基于多源信息融合的系统故障决策诊断和健康管理。