0引言
随着科技的不断革新，电力网络已成为支撑现代社会运转的核心框架，其应用范围已渗透到通讯、运输、医疗科技以及国防等多个关键领域。然而，电力网络也面临着诸多严峻挑战，其中电路短路故障尤为突出。短路故障不仅可能瞬间破坏设备的正常运作，还可能带来火灾、电击等灾难性后果，严重威胁着人们的生命与财产安全。因此，开发一种高效且低能耗的电路短路防控技术，成为了当前科研和工程领域的重要课题。尽管传统的短路防控策略能在一定程度上保护电路系统免受短路损害，但它们往往存在响应滞后、能耗较高等不足。随着现代电子技术的不断进步，对于电路系统的高效性和低功耗要求也越来越高。在这样的背景下，开发一种新型的短路控制方法，既能够迅速响应短路故障，又能够实现低功耗运行，成为了电路系统设计与优化领域的迫切需求。
本研究旨在探索一种高效低功耗的电路短路控制方法。通过结合小波变换和低功耗设计原理，本研究将设计一种电路短路控制策略，并构建相应的实验平台进行验证。以期显著提高电路系统对短路故障的响应速度，降低因短路故障导致的设备损坏风险，同时有效降低短路控制策略的功耗，以适应日益增长的能源节约需求，减少能源消耗和成本支出。
1高效低功耗电路短路控制方法研究
1.1电路短路检测
短路检测是短路控制的前提和基础，小波变换提供了一种精确且高效的检测方法。首先，通过安装在电路中的传感器或测量设备，实时采集电路中的电流或电压信号。这些信号随后被传输到信号处理单元，准备进行后续的处理和分析。为了优化信号的品质，对采集到的信号进行前置处理，其中包括应用滤波和平稳技术来滤除不需要的噪声和外界干扰。然后将对处理后的信号进行小波分析。小波分析技术通过动态调整基本小波函数的伸缩和位移，生成一系列具有不同特性的小波基函数，这些基函数能够捕捉信号中的局部变化。在小波变换的过程中，通过调整伸缩a和平移因子b，将原始信号分解为多个不同尺度和频率的小波系数，从而更加全面、细致地分析信号的特性。
为了识别短路故障特征，关注小波变换系数的模极大值点，它们通常表示信号中的异常或不连续点。通过分析这些模极大值点的位置、幅值和分布，可以有效地识别出电路中的短路故障。设小波变换定义如下：
（1）
式中，
为基本小波，
为小波基函数，
为原始信号，
为
的小波变换。
一旦检测到电路系统中存在短路异常情况，系统会即刻启动警示信号机制，以便及时知会相关人员采取必要的紧急措施。
1.2高效低功耗电路短路控制方法
在电力系统中，电路短路是常见的故障类型。为了减轻短路带来的损害，将故障限流器（FCL）应用于电路中。FCL的独特设计允许它在正常操作条件下保持透明，而在检测到短路时，能迅速转变其阻抗特性以限制故障电流的大小。在正常电力传输过程中，FCL的开闭器保持闭合状态，确保限流电抗器在电力系统中呈现低阻抗，从而使电流能够顺畅地通过而无需经过额外的电阻。然而，一旦检测到电路中的短路异常，FCL将立即启动其保护功能。开闭器迅速断开，使得原本直接通过的电流被迫流经电抗器，此时电抗器的高阻抗特性开始发挥作用，限制了短路电流的大小。FCL的核心部件包括快速响应的开闭器、高阻抗的电抗器、确保操作安全的灭弧装置、用于隔离和保护的隔离变，以及一套智能控制系统。这些部件协同工作，确保了FCL在检测到短路故障时能够迅速并准确地作出反应。通过动态地调整阻抗，FCL能够在短路故障发生时迅速将电流控制在安全范围内，从而显著减轻了断路器在故障处理中的负担。为了最大化其保护效果，FCL通常被安装在发电机出口、母线分段的关键位置。故障限流器原理图如图1所示。
图1故障限流器原理图
当短路故障达到一定程度，致使故障限流措施无法有效应对时，低功耗智能断路系统会迅速介入，自动断开故障电路。该系统是集成的电路保护方案，核心由电源管理、电流监测、逻辑控制、状态指示和紧急隔离开关构成。电源管理确保稳定供电且节能，电流监测实时检测电流异常，一旦超过阈值即向逻辑控制发送信号。逻辑控制迅速判断并指挥紧急隔离开关动作，隔离故障电路。隔离开关高可靠、高响应，确保及时断开电路。同时，状态指示与视觉警报灯提供即时故障提示，便于用户快速定位与排查。整个高效节能的自动隔离系统在正常工作时维持低功耗状态，在检测到短路故障时能够迅速隔离故障电路并提供明确的故障指示，确保整个电路系统的稳定、可靠和安全运行。
2 实验验证
为了验证本文所提出的设计方案在短路控制方面的实际效能，进行实验。以某电网电路为实验对象，在该电路中添加短路故障，测试电路短路控制方法控制短路的时间。并与文献[1]方法和文献[2]作进行对比。三种方法电路短路控制结果如表1所示。
表1不同方法的电路短路控制时间
由表1可知，随着短路故障数量的增加，三种方法的短路故障控制时间均不断提高。但本文方法电路短路控制时间较短，能够迅速对短路故障进行控制，说明本文方法的实际应用效果更好。
3 结论
本研究针对电子设备广泛应用和复杂化带来的电路短路问题，提出了一种高效低功耗的电路短路控制方法。通过结合小波变换检测技术和故障限流器（FCL）的应用，实现了对短路故障的快速检测和电流的有效限制。当短路故障较为严重时，低功耗自动断路控制器的引入确保了故障电路的快速切断，从而保护电路和设备免受进一步损害。实验结果表明，本文提出的方法不仅具有高精度和高效率，而且在实际应用中展现了良好的稳定性和可靠性。这一研究提升了电子系统的安全性和可靠性，为未来电子设备的设计和制造提供了新的思路。
参考文献
[1]陶大军,闫涵.不对称短路故障下永磁直驱风电机组并网控制策略研究[J].大电机技术,2023(02):1-8.
[2]彭娟娟,黄民发,刘洋,等.船用逆变电源负载短路控制技术研究[J].船电技术,2022,42(12):5-7.
