CN102273034A - 保护继电器的控制 - Google Patents

Abstract

一种保护继电器(700)，包括：用于测量保护继电器的输入参数值的装置；用于基于定义输入参数值与输入参数的预定阈值之间关系的反时限最小时间曲线来确定计算参数值的装置(706)，其中计算参数值被划分成两个或更多个区域并利用特定于区域的除法器来限制；以及用于将限制的计算参数值加到计算参数的累积和的装置(712)，计算参数的累积和能够在用于确定保护继电器的操作(619)和/或复位条件(615)的计算方程式中使用。

Description

保护继电器的控制

技术领域

本发明涉及保护继电器的控制。

背景技术

继电器被用在例如电力网络和设备的保护中。继电器保护功能可被实现为恒定时间功能，其中操作时间与诸如电流、电压、频率、温度、功率、能量等的输入信号幅度的值无关。为了启动保护功能，使幅度超过设定起始值就够了。替选地，当操作时间与输入测量的瞬时幅度反相关时，继电器保护功能可以与反时限相关。

继电器的供应商通常定义一组可使用的计算模型或曲线。对于一些信号，例如电流，存在定义这些操作曲线中的一些曲线的国际标准。然后用户可以使用最适用其目的的预定义的计算模型之一来选择继电器。然而，近来对于向用户提供定义他们自己的计算模型的可能性的需求正在增加。这将对保护继电器，特别是使用限制的计算能力和设置的那些保护继电器，提出额外的要求。

电气和电子工程师协会(IEEE)标准C37.112-1996定义了不仅在恒定电流输入情况下而且对于改变幅度的任何电流状况都确保协调性的微处理器继电器的积分方程式。当前，对于除电流之外的其它信号幅度不存在标准，但若干制造商提出类似的基于参数的曲线也用于其它信号。因此，可以给出表示操作时间的通用的反时限最小时间(IDMT，Inverse DefiniteMinimum Time)曲线方程式，该方程式可以适用于所有信号类型。操作时间也称为跳闸时间(trip-time)，这里是指从启动到跳闸瞬间的时间。一般而言，操作时间和信号幅度之间的关系可以表示为如下方程式(1)中：

其中：

可以从该通用方程式推导出针对不同类型信号的标准方程式和大多数其它提出的曲线方程式。对于标准化曲线，仅有的变量是M，所有其它参数都已给定。近来已经开发了很多用户可以自己给定方程式参数的继电器。

此外，一些标准提出用户可以给定大量IDMT曲线点来定义指定时间曲线。另外，存在指定曲线工具，该指定曲线工具主要可以用于评估，其次可以用于将用户指定曲线参数或呈现所有曲线点的查找表(LUT)下载到继电器。通常在曲线评估中需要IDMT曲线单调性，或者如果不需要单调性，则在处理曲线不连续的保护阶段之间存在选择性方案。

作为示例，可以考虑从方程式(1)推导的次级(sub-class)过电压方程式(＝＞f＝0，e＝1，M＞，±＝+)，其中至跳闸的时间因而与输入电压超过启动电压的程度相反地相关。如果超出量大，则至跳闸的时间将是短的。简化方程式(2)图示了这一情况，简化方程式(2)示出了在方程式(1)中M＞1时的反时限过电压方程式的基本形式。

$\left(2\right)---t=\frac{k*a}{{(b\frac{U-U>}{U>}-c)}^p}+d,$ 其中

t          是以秒为单位的操作(跳闸)时间，

k          是可设置的时间乘数，

U          是测量的电压，

U＞        是可设置的起始电压，

a，b，c，d，p  是可设置的曲线参数。

从方程式(1)和(2)可见，计算的从1到最高M的操作时间范围最有效地取决于参数p的值。换言之，参数p主要定义作为信号幅度比的函数的操作时间曲线的陡度。

存在多种方式来基于给定方程式(1)实现操作时间计算。一种方式是从方程式计算值t并将其倒数用于积分和分量。当已经累积的和大时以及当将小的积分和分量加到该和时，特别是在浮点处理器的情况下，这种类型的计算从计算上而言非常容易出错误。通常，在定点处理器环境中将避免大值相除，这也实现了用于进行定点系统中的计算的第一种但较差的方式。

第二种且较好的方法例如是，针对M的不同值，将方程式分母或方程式的一些其它部分预先计算到所谓的查找表(LUT)，并通过这种方式避免在执行阶段中的除法。在这种情况下，制造商必须预先确定LUT中不同M值之间的跨度(step)，并且为了在计算中得到更好的精确度，如果零阶保持(ZOH，即，将值冻结直到下一次改变)对于跨度之间的信号比值是不够的，则在执行阶段必须实现LUT跨度之间的一些内插或者必须使跨度力度(grip)变紧。

第三种方式是针对M＞1计算解t(M)以使得在执行阶段期间将不进行除法。该方式可以比较两个相对大的数，并且这保证浮点解和定点解两者的计算精确度，作为结果，该方法给出精确度的最佳操作性能。如果在该方法中还需要支持复位操作，则将操作(M＞1)方程式和复位(M＜1)方程式二者结合在一起并估计操作时间而无需在执行期间进行任何除法甚至是更具挑战性的。

图1示出了保护继电器的示例性操作曲线。作为示例，可以认为测量的参数是电压并且曲线是过电压函数表示。y轴表示操作时间，x轴表示被定义为过电压比的、测量电压U与电压阈值水平U＞之间的关系。图中图示了三条曲线A、B和C。例如，对于曲线A，针对1.75的恒定过电压比，操作时间为1秒。如图所示，这些曲线具有不同的陡度，使得C是最陡的，A是较不陡的。

在继电器的处理器中，可以提供计算操作时间的计算算法。实际上，过电压比不是如图1所示恒定的，因而计算会考虑过电压水平会波动的事实。例如，在第一时刻，过电压比可以为1.5，而在第二时刻，过电压比可以为2.5。当然，通常在连续任务循环之间并不存在这种信号变化的剧烈改变，但其会在更长时间段内发生。可以在计算方程式中累积这些瞬时计算结果，并且不同过电压对计算的操作时间具有不同的影响。过电压水平和“至跳闸的时间”可以在继电器操作循环(任务时间)(其可以为例如2.5ms)中计算一次，但在不同继电器之间变化很大。同样，在同一继电器中可以存在若干功能操作循环，其中同一功能性可以例示为不同任务循环。

由于至跳闸的时间的计算可能相对复杂且耗时，所以可以预先将一些变量存储在查找表中。例如，1至5的过电压比的范围能够以固定或变化LUT跨度被划分成间隔并且间隔中的每个索引可以与临时计算参数(LUT)值相关联。临时计算参数值可以累积到和计算参数值，而该和计算参数值可以用在操作时间的计算中。如已经提到的，对于确切的LUT点之间的比可以使用零阶保持，但当定义在预定义比之间的LUT值时还可以使用某种内插。

IDMT曲线越陡，LUT值将映射在越宽的值范围中。这里该需要的值范围宽度被称为曲线动态。此外，存储到LUT的值越大，在执行乘法期间溢出的可能性越大。

用于实现查找表的一种方式是，使在查找表中较高的索引对应于较高的值。因而对应于曲线C的原始查找表一般包括比曲线A和B的查找表更大的值之间的变化。也就是，C的曲线动态更大。在定点处理器的情况下，需要特别注意控制计算操作不引起溢出情形。从乘法溢出的角度来看，查找表中大部分扩展到更大值的曲线C是有风险的。注意到，用户指定的曲线甚至可以比曲线C更陡，由此溢出风险甚至更大。

陡的IDMT曲线可能难以实现，因为尽管LUT值字长度受限，但仍需要达到操作时间精确度要求。图1强调了简单单调但陡的IDMT操作曲线中的问题，其中曲线C的曲线参数是k＝15、a＝480、b＝32、p＝3、c＝0.5以及d＝0.035。该图示出了信号1＜M＜1.02的操作时间超过174 930秒。此外，在M＝1.1时，操作时间仅为24.42秒，并且对于M＞2.4，操作时间在40ms以下。注意，方程式参数d＝0.035已经将最短操作时间限制为至少35ms。

假设值1/t(M)是在每个执行循环期间计算的值或者在执行阶段期间从LUT获取的预计算值。因为由于操作时间精确度而需要将在整个信号比范围期间的操作时间区别开，所以使每个信号比点之间不同。

接下来，可以简要地研究电压比范围内的操作时间的倒数，因为这是实现操作时间计算的最直接的方式，虽然它不是最佳的(如上所述)。结果，范围[1/t(1.02)...1/t(5.00)]对应于[1/2623907...1/0.035]＝[3.811*10^-7...28.5714]，并且这些值是在执行期间计算的或者是预计算到LUT的。对于定点系统，该范围在1以上缩放，使得在其最简单时缩放范围将为[1...(28.5714/3.811*10^-7)≈74970874]。

由于这里log₂(74970874)≈26.16，所以必须有至少27个比特来实现LUT值。为了查明是否可以针对最陡的曲线部分在两个连续的LUT值之间区分开，注意到，作为不等式k*a/(b*(M-1)-c)^p+d≈1/(2*3.811*10^-7)的解的、1.02以上的下一LUT M值将给出M≈1.0211371。LUT跨度差片段(fraction)比特长度为log₂(0.0011371)≈-9.78，使得实际上LUT跨度大致为2^-9。然而，利用零阶保持方法的该方法针对第一LUT值导致50％上界错误，这是无法通过的。

因此，可以推导出第一LUT值之间的比不可能为1，而必须更大，并且例如在给定情形中，在LUT跨度为2^-9的情况下针对M≥1.02≤5.00的第一个和最后一个1/t值将为[1，35，172，485，1043，1919，3185，4912，...，67962937，68011154，68058952，68106335，68153307，68199873]，其中最后计算的值表示为log₂(68199873)＝26.02比特。

发明内容

因而本发明的目的是提供一种保护继电器和方法以消除上述缺陷。此目的是利用独立权利要求中提供的保护继电器和方法实现的。

使用图2和图3强调了本发明的方法，图2和图3从原理上呈现相同信息。

在图2中，实线表示操作时间信息t(M)，虚线表示限制值。

图3表示操作值的修正倒数，即m/t(M)，其中m可被定义为任意固定缩放因数，给出x轴作为与信号比正相关的LUT索引值。这些图中的任一图(图2或图3)都可以表示LUT内容，但在下面选择图3来表示。在另一实施例中，代替LUT方法，还可以在执行期间计算这些值。

图3示出了缩放可以引起LUT内容值范围远远超过用于实现的合理限制(可见的最大值为3.3959*10¹⁰并且log₂(3.3959*10¹⁰)≈34.98)。虽然仅存在用于表示计算值的有限的数值范围(比特长度)，但需要将LUT内容信息限制于阈值。图3示出了将最大可能的LUT值任意限制于250 000的示例。将该值定义为“最大积分和分量值”，在实现时可以预先任意选择该限制值。在选择该限制之后，评估整个曲线或原始LUT内容以限制所有LUT值。这是通过利用适当值连续相除全部原始LUT内容值以使得每个LUT内容值在所选择的“最大积分和分量值”以下而完成的。在图3中示例性结果被示为虚线。当进行这些连续相除时，得到所谓的“区域”，这些区域可被定义为“区域0”、“区域1”等。区域0值对应于原始LUT内容，而区域1值表示用Q除过的原始LUT内容，区域2值表示用Q的q次幂除过的原始LUT内容值，等等。连续的区域相除将为Q⁰＝1，Q^q，Q^2q，Q^3q，等等。可以任意选择Q和q二者，但从实现角度而言，幂为2是合理的。

在图3中，Q和q的示例性选择为Q＝2和q＝9。对于用户可编程曲线，必须预先使用曲线评估工具来完成曲线评估，曲线评估工具然后还可以用于将曲线参数或者替选地LUT内容和区域改变索引下载到继电器。替选地，当继电器曲线工具不可用时，可以有继电器的初始化脚本，其在继电器冷启动或热启动期间进行曲线评估并创建LUT内容和区域索引。

在图3中可见，非限制的LUT值从数学上为双射(一个信号比映射到一个LUT值，反之亦然)，而限制的LUT值函数为满射(若干信号比值产生同一LUT值)。如已经陈述的，当在评估原始LUT内容的同时进行连续相除时，还需要对LUT内容不连续索引进行一些簿记，稍后可以在执行期间寻找并使用恰当LUT值时使用这些LUT内容不连续索引。这里将其定义为“索引簿记”。当然该加索引或多或少受到LUT方法的约束，并且对于执行期间的纯粹的计算，可以选择具有相同结果的某些其它方法。

通过限制LUT值，当在执行阶段期间利用完全控制乘法项来计算操作时间时可以避免乘法溢出。所提出的方法在选择LUT跨度时允许遵循至少两种替选方案。第一种是直接的且已经说明的：在保持同一LUT跨度的同时限制LUT值。然而，在另一实施例中，可以在LUT值限制之后缩放LUT内容并以这种方式通过将新点插入到已存在的点之间的操作时间曲线来实现甚至更紧密的LUT格子(grid)。如果已经将“最大积分和分量值”选择为具有稍后在执行期间仍可以在没有乘法溢出的情况下增加的值，则这是可能的。这可被设想成在研究图3时拉伸的曲线。

所提出的方法可用于浮点方案和定点方案，但由于该方法依赖于(根据RAM存储器或者在初始化阶段中的计算)预计算的LUT，这对于更廉价的定点处理器将是更有效的。此外，稍后给出的实施例具体涉及如下情形：其中对于陡的操作曲线，参数p至少为2。然而，在陡曲线的情况下可以存在参数选择，其中会发现该方法对于值p＝1也有用。

本发明提供如下优势：可以通过值限制任意陡IDMT曲线表示，使得即使在有限字长情况下也可以满足操作时间精确度的要求。

附图说明

以下将参照附图通过优选实施例的方式更具体地描述本发明，在附图中：

图1示出了反时限操作曲线；

图2示出了作为信号比的函数的操作时间的示例；

图3示出了作为LUT索引的函数的LUT值的示例，其中值与操作时间的倒数成正比；

图4示出了与图2和图3相比在LUT值计算期间具有不同曲线与最大积分和分量值的中间结果；

图5、图6A和图6B示出了方法的实施例；以及

图7示出了装置的实施例。

具体实施方式

上述问题的解决方案是对原始LUT值的按照区域的缩放。图4中的曲线是与图2和图3中的曲线不同的曲线。在图4的实施例中，限制值高于图2和图3，在图2和图3中由于说明的理由限制值相当低。图4中的曲线使用线性标度，并因此呈现出与图2和图3中使用对数-对数标度的曲线不同。

图4示出了在限制之前查找表(LUT)处理的示例性中间实施例。x轴描绘了查找表中的索引(其依赖于信号比)，而y轴描绘了查找表中的值。在图中，可以认为查找表索引已被划分成一些连续的区域。这在曲线评估阶段已经完成。可以在特定曲线中或者使用一些其它工具预先完成评估，这导致新的LUT内容与不连续索引一起然后被写入到继电器存储器或者它可以在继电器初始化期间或者甚至在执行阶段期间创建。执行期间的曲线评估也是可能的。预先进行曲线评估的优势是，容易以浮点格式完成或者通过在定点处理器中在初始化(离线)阶段中仿真浮点算法来完成。事实上，一些标准甚至需要将曲线参数定义为浮点值。

图4示出了连续区域(0，1，2，3，4)索引为0..375、376..672、673..1054、1055..1625、以及1626..最大索引的示例。于是曲线不连续索引分别为376、673、1055和1626。每个区域设置有除法器，其分别为4、16、64和256，其中已选择预选择的除法器Q＝4。这里触发表值的相除的阈值(即最大积分和分量值)已被选择为2.5*10⁸。可以任意选择预选择的除法器与最大积分和分量值。当表值首次超过阈值时考虑使用新除法器。也就是，当原始计算的LUT值首次超过2.5*10⁸(这大致发生在约376的LUT索引处)时，使用除法器“4”。此后，当LUT索引超过375时，使用除法器“4”，直到LUT索引超过672为止。在该“曲线评估阶段”中检查所有LUT索引。在对应值限制之前给出图4所示的LUT值。最后，没有LUT值能够超过最大积分和分量值。

通过图中所示的相除的方式，在确定诸如跳闸之类的操作条件时使用的查找表值保持为低以避免操作条件的计算中的溢出。尽管图4是指“除法”，但除法是计算上繁重的运算并且实践中运算可以是例如比特移位的。

图5和图6示出了方法的实施例。

该方法的第一部分表示IDMT曲线评估阶段，该阶段也可以称为原始LUT值限制阶段。

以下将最大积分和分量值称为LIMIT，LUT表的最大索引称为MAXINDEX，而预选择的除法器跨度值(通常为2的次幂)如上所述称为Q。

在500，原始的DIVIDER(除法器)和LUT INDEX(查找表索引)设定为1。然后，在501，通过根据曲线计算或者从已经计算出的值矢量中获取，来拾取加索引的原始LUT值以进行评估。接下来，在502，该拾取的值首先通过DIVIDER相除，并且在503中与LIMIT进行比较。如果没有超过限制，则在507处保持已经计算出的LUT值。然而，如果该值超过LIMIT，则在504中存储对应的INDEX以表示图4中的曲线不连续索引。还应注意，图4中呈现的LUT值表示在另一相除之前的此刻的值。在505，所拾取的LUT值再次被除(现在通过Q)并最终在506中通过将现有值与该同一Q相乘来更新DIVIDER(这里假设q等于1)。在507，存储修正的LUT值。在此步骤之后，在508中检验INDEX是否等于MAXINDEX。如果仍然存在可用的LUT索引，则在509中将INDEX增加1，并且过程返回到步骤501，直到已经检查整个原始LUT内容为止。

区域或不连续索引的数目可以是任意的，但至少为2。尽管在离线评估阶段期间预定义曲线的区域的数目将是固定的，但如果在热启动期间没有动态分配可以使用，则可能需要定义足够数目的区域并且特别是足够数目的矢量分配长度来计算用户定义的曲线的任意数目的不连续索引。

图5的实施例通常“离线”发生。离线确定的一种替选方案是如下实施例：其中，提供保护继电器的外部应用。可以在使用阶段之前将查找表值和区域索引从外部应用/设备下载/输入到保护继电器。

图6示出了在执行阶段中“在线”实现的另一实施例。如果曲线/LUT评估也在执行阶段中运行，则需要结合这两个实施例，但这是根据需要进行的相当直接的操作。

该第二实施例说明了在执行阶段期间如何使用离线计算的LUT值(图5)得到操作动作。下面关于过功能(over-function)操作进行描述，但该实施例也易于应用到欠功能(under function)操作。此外，在进行对应修改的情况下第二实施例还可以应用于复位(跌落)动作。

在600，在启动之前，已经将PREVIOUSZONEINDEX(前一区域索引)设定为零(即，默认区域始终为“区域0”)。于是，STARTUP(启动)为TRUE(真)而RESETTING(复位)等于FALSE(假)，表明已经激活START输出并且没有发生复位/跌落情形。在601，继电器测量输入信号幅度。继电器具有启动幅度阈值水平。当幅度超过启动阈值(用户预设值“启动值”，这里定义为STARTVALUE)时，认为继电器已经启动。在启动之后，继电器开始计算/累积至跳闸的时间，并且在大多数实现方式中同时也是至复位(跌落)的时间(如果该功能得到支持)。在其最简单的情况下，如果使用恒定信号，则当累积的时间超过从方程式(1)或(2)计算的时间时出现跳闸条件。否则，积分是更复杂的，但操作(跳闸)时间始终是典型地改变连续输入信号比的函数。在602，将幅度与STARTVALUE进行比较。如果幅度仍超过STARTVALUE，则STARTUP保持为TRUE。如果在比较603中现在幅度低于起始值减去滞后的差(STARTVALUE-HYSTERESIS)，则RESETTING将变为TRUE。否则，滞后条件为TRUE并且过程返回到601。HYSTERESIS通常为厂商定义的参数，用于避免在STARTVALUE附近的操作振荡。它也可被设为零。与STARTUP或RESETTING激活无关地，下一步骤将另外为604，其中将计算对应于信号幅度的LUTINDEX。然后在605，将定义对应于所找到的LUTINDEX的ZONEINDEX。这里通过将预计算的曲线不连续索引矢量与LUTINDEX进行比较而找到ZONEINDEX。

根据在606/608中的比较，该方法分支为步骤607、609或610。如果在606中ZONEINDEX超过PREVIOUSZONEINDEX，则在608中将进行另一确定，即确定这是否是首次进入该特定ZONEINDEX。可以考虑四个区域(区域0至区域3)的示例。如果前面的值仅来自区域0和区域1，则在608中认为超过区域2或区域3的下限的值满足条件。如果前面的值仅来自区域2和区域3，并且新值来自区域0或区域1，则不将这看作进入新区域，而行至607。这是由于如下事实：进入区域还对所标记的讨论中的区域以下的所有区域进行标记。因此，如果已经存在更高区域中的进入，则进入到区域1不被认为是新进入。实际上，在608中，检验是否已经进入比到目前为止使用的区域更高的新区域。如果这是首次超过区域边界[610]，则该累积的积分和被修改成通过利用值对其进行相除的进一步的积分。例如，可以使用值Q的(ZONEINDEX-PREVIOUSZONEINDEX)次幂作为这里的值，同时仍然假设q为1。接下来，在611中将用ZONEINDEX来替代PREVIOUSZONEINDEX。

如此，在609中使用存储在LUT[LUTINDEX]中的值作为新积分分量。如果在606中ZONEINDEX低于或等于PREVIOUSZONEINDEX，则在607中新积分分量将是用Q的(ZONEINDEX-PREVIOUSZONEINDEX)次幂除过的LUT[LUTINDEX]。

在这些步骤607、609或610中，利用区域除法器来相除新积分分量，该区域除法器这里是指特定于区域的除法器。在四个区域(0...3)和Q＝4且q＝1的情况下，例如，除法器可以为1、4、16或64。相除实际上可被实现为比特移位运算而不是实际地计算除法运算。在608中，如果到目前为止使用的除法器为16(区域2的除法器)，则如果LUT索引的当前值属于第一区域或第二区域则使用该除法器。然而，如果从查找表读出的新值进入高到之前还没有进入的区域，则该方法进行到610和611，并且考虑使用新的除法器。例如，如果前面仅进入到区域0和区域1，并且现在进入区域2，则在610中考虑使用除法器4²＝16并且随后将用于区域(组)0至2的所有进入，直到开始进入组3。

现在在定义新积分分量之后，在612中再次指示602/603的确定是STARTUP还是RESETTING。即使当START输出在RESETTING期间也保持激活直到稍后满足复位条件时，在本上下文中二者也不可能同时为TRUE。如果条件为RESETTING，则在613中从累积积分和减少新积分分量，除非在组合方程式方法中两个定时器都增加。然后在614中，首先确定复位操作的条件，并且如果满足复位条件，则在616中发生RESET，并且STARTUP不再为TRUE。否则，如果在612中条件为STARTUP，则在617中新积分分量被加到累积积分和。然后在618中，首先确定操作的条件，并且如果在619中满足操作条件，则在620中发生OPERATE(跳闸)。如果在615或619中条件为否，则过程返回到601。

在613和617中分别确定操作或复位(跌落)条件。操作或复位(跌落)条件可以通过针对两种条件实现一个1/t类型积分器以及通过如在背景技术中说明的在积分和累积之前在每个任务循环中进行除法来确定。然而，这种直接的方式往往由于除法而容易出错误，如已经在背景技术部分中说明的那样。

用于避免上述缺陷并用于有效地实现该操作或复位(跌落)条件的一种方式是，将操作和复位条件与可以从方程式(1)或(2)推导出的方程式相结合。以下示出了当实践中实现组合的操作和复位条件时可以如何考虑在上述实施例中提出的信号区域改变。因此，如果在启动期间没有发生区域改变，则将不需要加权。此外，如果分开完成操作计算和复位计算并且仅除过的值与已知的实现缺陷相结合，则也可以完全或者部分地省略加权方法。然而，对于这些类型的更简单实现方式而言，还存在可以从下面提出的方程式导出的加权方程式。因此，这里仅描述关于组合的操作/复位方程式情况的加权方程式就足够了。

在一些操控之后，组合的操作和复位条件可被写为方程式(3)。该方程式呈现一种直接应用于IEEE标准中给定的当前方程式的通用形式。应注意到，该方程式主要依赖于选择方程式(1)或(2)的哪个部分写入到LUT中。这里已经选择方程式(1)或(2)的分母写入到LUT中。也存在其它变型，但在本文中稍后解决的问题保持相同，也就是用于当区域改变时强调(加权)瞬时积分和。针对定点系统可以插入一些缩放参数以避免方程式溢出，但对于所提出的方法而言它们的重要性不高。作为结果，这里假设方程式的项在乘法期间不溢出。

$\mathrm{startDuration}=$

$100\%*(\frac{\mathrm{operCounter}*\mathrm{sumOfS}+\mathrm{timeShift}*\mathrm{sumOfS}-}{\mathrm{sumOfS}*\mathrm{curveDelay}+}$

$\frac{\mathrm{decOfS}*\mathrm{sumOfS}*\mathrm{BperTR}-\mathrm{decOfS}*\mathrm{operCounter}*\mathrm{AperTR}}{\mathrm{operCounter}*\mathrm{curveMult}})---\left(3\right)$

变量“startDuration”从0％变化到100％。当变量值变为100％时出现跳闸条件，而当变量值减少到0％时出现复位条件，即分子(nominator)等于零。实践中，通过简单比较分子和分母，从方程式(3)可以容易地确定跳闸条件。如果分子变得等于分母，则startDuration变量变为100％。

变量openCounter表示作为从启动起执行的操作循环的数目的任务时间的累积索引。在例如可以为2.5ms的操作循环中计算方程式(3)一次。实际上，权利要求3的方法对应于一个操作循环期间继电器中的操作。存在许多在方程式(3)中使用的固定参数但这些对于提出的方法并不太重要。这里在本上下文中仅方程式的通用形式是重要的。参数timeShift补偿在根据进行启动的命令启动继电器操作时的系统延迟。参数curveDelay是指k*b/taskTime，其中k和b是指在方程式(1)或(2)中定义的参数，而taskTime是操作循环的持续时间。CurveMult是指k*a/taskTime。AperTR是指curveMult/resetMult，而BperTR是指curveDelay/resetMult，其中代入量resetMult是指k*tr/taskTime。这里tr是指在IEEE标准中给定的复位方程式参数。具体地，在执行期间这些都是固定值。

变量sumOfS为累积变量。在本发明的背景下，称为“积分和”。和计算参数为在每个操作循环中计算的“新积分分量”之和。sumOfS实际上对应于方程式(2)中的新积分分量之和。临时计算参数的值可被预先存储在查找表中。参数decOfS是指类似于sumOfS的变量，但它用于复位目的。这里，在实施例中提出的累积积分和有效地将sumOfS和decOfS二者结合。

方程式(3)示出了用在实施例614和618中的计算方程式的一个实施例。在方程式(4)中示出了当区域改变发生时允许控制累积和的另一实施例：

$\mathrm{startDuration}=$

$100\%*(\frac{\mathrm{operCounter}*\mathrm{sumOfS}+\mathrm{timeShift}*\mathrm{sumOfS}-}{\mathrm{sumOfS}*\mathrm{curveDelay}+}$

$\frac{\mathrm{decOfS}*\mathrm{sumOfS}*\mathrm{BperTR}-\mathrm{decOfS}*\mathrm{fixOperCounter}*\mathrm{AperTR}*1/S1-}{\mathrm{fixOperCounter}*\mathrm{curveMult}*1/S1+}$

$\frac{\mathrm{decOfS}*(\mathrm{operCounter}-\mathrm{fixOperCounter})*\mathrm{AperTR}*1/S2}{(\mathrm{operCounter}-\mathrm{fixOperCounter})*\mathrm{curveMult}*1/S2})---\left(4\right)$

方程式(4)引入乘数S1和S2，乘数S1和S2被设置为区域改变时调谐方程式的精确度。用于此目的提供加权矩阵，该加权矩阵考虑前一区域和当前/新区域，并给出旧累积和与当前累积和的加权值(注意，方程式中operCounter之间的减法)。当比较方程式(3)和(4)时，可见该修改由于operCounter参数而完成，因为它被有效地用于使累积和相乘。在(4)中给出的方程式仅示出了区域改变原理的最简单形式。这里为方便起见，假设仅一个区域改变向上发生(即，信号比增加到超出曲线不连续限制一次)，并且这是为什么在(4)中仅存在用于当前区域的operCounter和用于前一区域加权目的的fixOperCounter。容易实现具有不限制数目的区域改变的更复杂情况，其中所有这些变型插入其它参数fixOperCounter2、fixOperCounter3等。作为结果，operCounter表示在STARTUP期间仍增加的计数器，而fixOperCounter表示从发生区域改变的瞬间起的冻结值。

表1中示出了加权矩阵的简单示例。通常，可以预先给定这些加权因数，但也可以在执行期间估计加权因数(如果期望的话)。注意，这里Q＝2、q＝1，并且所有S1/S2为Q的幂。这有效地将方程式(4)中的除法呈现为仅是比特移位。

表1.加权矩阵

S1/S2	0(当前区域)	1	2
				0(前一区域)	1/1	4/1	8/2
1	1/4	4/4	16/8
				2	4/8	16/16	16/16

例如，当区域从1改变为2时，S1获得值2⁴＝16并且S2获得值2³＝8。如果区域从2改变为0时，S1获得值2²＝4并且S2获得值2³＝8。如果使用固定加权矩阵，则应该具有与可能的区域一样多的行。这对于用户可编程曲线(其中可以存在未知数目的区域)是重要的。对于呈现用于使用的通用矩阵也是相当直接的。

在不同区域中停留的信号期间累积的旧积分和与当前积分和需要在执行期间以某种方式加权，并且始终存在可以用于此目的的加权矩阵。作为结果，可以概括出方程式(4)以使得可以具有有限数目的S参数和对应的operCounter值，其中在执行期间同时冻结除一个值之外的所有值，并且这些S参数和对应的operCounter值的完全实现给出用于计算操作时间的不受限精确度。然而实践中，通常合理的是，将S参数和对应的operCounter值的数目仅限制为少数。

在618中，确定操作条件。参照方程式(4)，这对应于确定startDuration值是否达到100％。为了计算startDuration，同样需要计算方程式(4)中的其它参数。

在619中，估计所计算的操作条件。参照方程式(4)，检验startDuration是否已经达到100％。如果是，则该方法进行到620，其中认为满足跳闸条件。如果否，则该方法返回到601以测量下一操作循环中的输入电压。

图7示出了装置700的实施例。该装置可以是例如过电压继电器、欠电压继电器、过电流继电器或欠电流继电器，或者可以是基于频率、温度、功率、能量、压力或它们的一些导数的功能。继电器700包括定点处理器或浮点处理器，也就是应用定点/浮点算法的处理器。

该继电器包括用于输入诸如电流、电压或频率之类的输入测量的输入端口702。该继电器还包括用于输出控制信号的输出端口716，这些控制信号诸如用于在满足继电器700中的跳闸条件的情况下切断电力馈送的控制信号。716的另一用途是针对外部需求指示STARTUP。

处理器包括用于控制和协调处理器的操作的控制单元703。功能报告循环例如可以为2.5ms。处理器还包括用于测量输入信号、执行模数转换并确定输入信号的水平的测量单元704。处理器还包括用于计算输入测量与输入测量的预定阈值水平的关系的计算单元706。如果超过该阈值水平，则单元706将向716给出STARTUP指示。基于计算的信号比之间的比较，计算单元得到查找表索引。存在预定查找表(LUT)708，该预定查找表保有(host)从曲线评估阶段产生的预计算的阈值限制值。作为来自该曲线评估阶段的另一结果，预定区域索引还被存储到缩放单元712。可以预先存储的第三单元是加权矩阵单元710。替选地，可以在初始化期间或执行期间在计算单元706中计算这些单元结果(708，710，712)中的所有结果或者一些结果。

计算单元读取对应于从表708推导出的查找表索引的查找表值，并将其传送到缩放单元712。该缩放单元确定查找表值属于哪个区域以及因而应当基于前一区域和当前区域之间的差而缩放的程度。必要时对于计算单元706还缩放已经累积的积分和。此外，加权单元710可以用来控制当发生区域改变时(如果发生区域改变)在操作时间计算内的旧累积操作和部分与新累积操作和部分的加权。

操作单元714确定操作/跳闸条件是否已经发生。在该确定中，操作单元可以计算方程式(4)或一些其它方程式的操作数，并确定是否满足操作条件。如果满足操作条件，则输出单元716提供控制信号(OPERATE/TRIP将被激活)。类似地，复位单元715使用同一方程式(4)但不同的标准来确定是否已经发生复位/跌落条件。如果满足复位条件，则输出单元716将通过STARTUP去激活指示(START输出将被去激活)来提供。

处理器720上的单元可以通过软件或硬件或者软件与硬件的组合的方式实现。

通过公开的实施例的方式，使得该实现在定点环境中可行。实施例提出，可以有效地减少计算溢出。实施例在如下情形下是特别有效的：其中，图1所描绘的计算曲线主要由于2或更高的指数值而极陡。如果提供用户定义的曲线，则分母中的指数会获得任意高的值，这对曲线的陡度具有直接影响。

对于本领域技术人员而言，显然，随着技术的发展，可以以各种方式实现本发明的构思。本发明及其实施例不限于上述示例，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (15)

1.一种保护继电器，包括：

用于测量所述保护继电器的输入参数值的装置；

用于基于反时限最小时间曲线来确定计算参数值的装置，所述反时限最小时间曲线定义所述输入参数值与所述输入参数的预定阈值之间的关系，其中所述计算参数值被划分成两个或更多个区域并利用特定于区域的除法器来限制；以及

用于将所述限制的计算参数值加到所述计算参数的累积和的装置，所述计算参数的累积和能够在用于确定所述保护继电器的操作和/或复位条件的计算方程式中使用。

2.根据权利要求1所述的保护继电器，其中所述保护继电器包括用于将所述计算参数值存储在查找表中的装置，所述查找表使得能够利用查找表索引来查到每个查找表值。

3.根据权利要求2所述的保护继电器，其中所述保护继电器包括用于从外部工具将区域改变索引和限制的计算参数值输入到所述查找表中的装置。

4.根据权利要求2所述的保护继电器，其中所述保护继电器包括：

用于在所述保护继电器启动之前特定于索引地离线确定反时限最小时间曲线的所述计算参数值的装置，该离线确定包括：针对每个索引，

用于将对应于所述索引的所述计算参数值与所述计算参数的预定阈值相比较的装置；

用于在对应于所述索引的所述计算参数值超过所述预定阈值的情况下将所述索引存储为区域改变索引的装置；

用于在对应于所述索引的所述计算参数值超过所述预定阈值的情况下利用特定于区域的除法器相除所述计算参数值的装置；

用于将所述除过的计算参数值存储在所述查找表中的装置；

用于基于一个或更多个不连续索引确定所述计算参数的区域的装置。

5.根据权利要求1所述的保护继电器，包括用于在区域改变情况下利用与前一区域和当前区域相关的一个或更多个区域改变乘数来对所述计算参数与所述计算参数的累积和进行加权的装置。

6.根据权利要求1所述的方法，包括：

用于当指向所述计算参数值的索引首次落入区域中并且在所述保护继电器启动之后还不具有大于所述区域中的值的值时利用所述区域的除数来相除在所述区域中的所述计算参数值的装置；以及

用于将所述启动期间所述区域的所述除法器应用于属于所述区域以及可能的更低区域的计算参数值的相除直到所述计算参数值落入具有比所述区域更高的索引值的更高区域中的装置，在这样的情况下利用所述更高区域的所述除法器来相除属于所述更高区域以及比所述更高区域低的区域的所述计算参数值。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述保护继电器包括用于基于具有如下基本形式的计算方程式来确定操作条件的装置：

其中

t是以秒为单位的操作(跳闸)时间，

k是可设置的时间乘数，

M是测量的幅度，

M＜是可设置的起始幅度，

a，b，c，d，e，f，p是可设置的曲线参数。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述输入参数是电压、电流、频率、温度、压力或它们的导数中的一个。

9.根据权利要求1所述的保护继电器，其中所述保护继电器包括定点处理器、以及用于限制所述计算参数值以使其处于所述定点处理器的比特限制以下的装置。

10.根据权利要求1所述的保护继电器，其中所述保护继电器包括用于限制所述计算参数值的装置和用于在执行期间在线确定所述区域改变索引的装置。

11.一种用于控制保护继电器的方法，包括：

测量所述保护继电器的输入参数值；

基于反时限最小时间曲线确定计算参数值，所述反时限最小时间曲线定义所述输入参数值与所述输入参数的预定阈值之间的关系，其中所述计算参数值被划分成两个或更多个区域并利用特定于区域的除法器来限制；

将所述限制的计算参数值加到所述计算参数的累积和，所述计算参数的所述累积和能够在用于确定所述保护继电器的操作和/或复位条件的计算方程式中使用。

12.根据权利要求11所述的方法，其中在所述保护继电器启动之前特定于索引地离线确定反时限最小时间曲线的计算参数值，该离线确定包括：针对每个索引，

将对应于所述索引的所述计算参数值与所述计算参数的预定阈值相比较；

如果对应于所述索引的所述计算参数值超过所述预定阈值，则将所述索引存储为不连续索引；

如果对应于所述索引的所述计算参数值超过所述预定阈值，则利用特定于区域的除法器相除所述计算参数值；

将所述除过的计算参数值存储在查找表中；以及

基于一个或更多个不连续索引确定所述计算参数的区域。

13.根据权利要求11所述的方法，包括：

当指向所述计算参数值的索引首次落入区域中并且在所述保护继电器启动之后还不具有大于所述区域中的值的值时，利用所述区域的除数来相除在所述区域中的所述计算参数值；以及

将所述启动期间所述区域的除法器应用于属于所述区域以及可能的更低区域的计算参数值的相除直到所述计算参数值落入具有比所述区域更高的索引值的更高区域中，在这样的情况下利用所述更高区域的除法器来相除属于所述更高区域以及比所述更高区域低的区域的所述计算参数值。

14.根据权利要求11所述的方法，其中用于确定所述操作条件的所述计算方程式具有如下基本形式：

其中

t是以秒为单位的操作(跳闸)时间，

k是可设置的时间乘数，

M是测量的幅度，

M＜是可设置的起始幅度，

a，b，c，d，e，f，p是可设置的曲线参数。

15.一种计算机程序，包括当所述程序在处理器上运行时适于执行权利要求11至14的步骤中的任意步骤的程序代码装置。

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