CN103217594A - 电干扰的位置的确定 - Google Patents

Abstract

本发明名称为“电干扰的位置的确定”。公开了一种用于确定在电路中电干扰的位置的装置和方法。确定由电压或电流扰动产生的、跨过电路的一部分的电路电感的电流波形和电压波形的相对相位，以及从电流波形和电压波形的相对相位识别在电路内的电干扰的位置。跨过电路的一部分的电感的电流波形和电压波形的相对相位可通过计算在电路的该部分的电感的符号（正或负）来确定。能确定电干扰的位置，例如在多个分布支路的一具体分布支路内，能够仅使受电干扰影响的支路与电路的剩余部分隔离，电路的剩余部分诸如将持续运行的多种其他负载或其他组件以及电源。

Description

电干扰的位置的确定

技术领域

本发明涉及在一个或多个电路中确定电干扰的位置，该电干扰可由例如像短路或开路的故障或雷击引起。

背景技术

在很多应用中，单电源连接到多个电负载。例如，在飞行器中单电源可供给像座舱仪表、空气供给、环境控制等的多种负载。短路或开路线路故障可引起电弧发生，从而造成进一步损害。因为一般不会知道电干扰来源于电路的哪一部分，所以电路的大部分或者全部可关闭来防止引起电路多种部件的损害。然而，在电干扰事件中，将不期望不得不关闭电路的全部或者大部分。这在以下情况下尤其如此：如果外部的电事件（像闪电）被误以为是电弧故障，造成全运行电路的不正确断开。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供了用于确定在电路中电干扰的位置的装置。该装置具有一个或多个传感器，用于确定由电压或电流扰动产生的、跨过电路的一部分的电感的电流波形和电压波形的相对相位；以及控制器，其布置成从电流波形和电压波形的相对相位识别电路内电干扰的位置。

能确定电干扰的位置（例如在连接到单电源的多个分布支路中的一具体分布支路内）能够仅使受电干扰影响的支路被隔离。电路的剩余部分，像用于其他组件的多种其他负载和电源可持续运行。这提供了全部电网络更好的可用性，这样更可靠。

即使在电噪声环境中，确定由电压或电流扰动产生的、跨过电路电感的电流波形和电压波形的相对相位提供了电干扰位置的可靠指示器。

如果在一具体的分布支路中，由电干扰产生的电流波形在电压波形之前，那么电干扰的位置能够识别为在那个具体的分布支路中。然后那个具体的分布支路可被隔离，例如使用开关。如果由电干扰产生的电流波形没有在电压波形之前，那么电干扰的位置能够识别为在其他位置，例如在电路的电源侧上或另一个分布支路中。

跨过电路电感的电流波形和电压波形的相对相位可通过计算在电路中的一具体的点处的电感的符号（正或负）来确定。

根据本发明的第二方面，提供了用于确定在电路中电干扰的位置的方法。该方法包含确定由在电路中的电压或电流扰动产生的、跨过电路的一部分的电路电感的电流波形和电压波形的相对相位，以及从电路的那个部分中确定的电流波形和电压波形的相对相位来识别电路内的电干扰的位置。

附图说明

现在将参照附图、仅通过示例方式来描述本发明的一实施例，在附图中：

图1示出了带有多个分布支路的电路和根据本发明的实施例的、用于确定在该电路内电干扰位置的装置的示意图示例；

图2示出了带有根据本发明的实施例的装置的电路的更详细示例；

图3示出了当干扰在电路的负载侧上时图1或图2的电路中产生的波形示例。

图4示出了当干扰在电路的电源侧上时图1或图2的电路中产生的波形示例；以及

图5示出了在电路内确定电干扰位置时减少噪声效果的技术。

具体实施方式

图1示出了具有每个连接到单电源20的多个分布支路1、2……N的电路10的示例。每个分布支路1、2……N具有固有的电感L1、L2……LN。每个分布支路1、2……N具有电负载，以供给电功率到具体的电组件。例如在一飞行器中，这些可包括座舱仪表、空气供给、环境控制和/或任何其他电设备。分布支路的至少有一个包括控制器30，其用于确定由电压或电流扰动产生的、跨过该具体分布支路1、2……N的电路电感L1、L2……LN的电流波形和电压波形的相对相位，电压或电流扰动诸如在全部电路10中某处的故障、短路、开路或雷击。从电流波形和电压波形的相对相位中，控制器20能够识别电干扰在电路10内的位置。例如，如果在分布支路1中的控制器20检测到在那个分布支路中由电干扰产生的电流波形在对应的电压波形之前，那么电干扰的位置能被识别为在那个具体的分布支路1中。然后那个具体的分布支路1可从电路10的剩余中隔离，例如使用开关40。如果在分布支路1内由电干扰产生的电流波形没有在对应的电压波形之前，那么电干扰的位置能被识别为在其他位置，例如在电路10的电源20侧或在另外一个分布支路2……N中。

图2示出了电路10更详细的示例，但仅仅图示了一个分布支路1。来自源20的功率通过带有固有电感LS的线缆21馈送到隔离开关40。功率通过带有固有电感L1的第二线缆22从开关40馈送到负载。控制器30测量在第二线缆22中的参数Vs（回送电压（voltage to return））以及电流I（负载电流）。控制器30布置成用例如像合适的电压表的任何合适的装置来测量电压Vs以及用例如像合适的安培计的任何合适的装置来测量电流I。在这个示例中，电压Vs的信号指示通过线31传送到控制器30以及电流I的信号指示通过线32传送到控制器30。

如果故障被引入到电路的分布支路1内，电源20可经历周期的电压扰动。故障可例如是以下的结果：短路、开路或闪电事件，以及故障可产生与负载串联的电弧或跨过负载形成电弧到地面、导致并联电弧。负载可具有如图2所阐述的、用并联电阻兰德(Rand)电容C表示的复数未知阻抗。

一种确定在电干扰期间跨过分布支路1的电感L1的电压和电流波形的相对相位的便利方法是通过计算分布支路1的电感L1的符号（正或负）。如果已知Vs、I和Vc（跨过负载的电容分量C的电压），例通过测量，那么分布支路1的电感L1可从公式计算得出：

其中

Vc不是测量的。因为跨过分布支路1的电感L1的平均电压为0，所以Vc可以由Vs的低通滤波版本（示出为VC’）近似。

当从Vs、Vc’和I计算分布支路1的电感L1时，发现发生在分布支路1外的扰动导致L1是正值，同时发生在分布支路1内的扰动导致L1是负值。在电压和/或电流被扰动时，确定L1的值的符号（正或负）使得能够确定电干扰的位置是位于分布支路1之内亦或是分布支路1之外。控制器30（可封装在开关40内或从开关或者整个电路10分离，例如，在诸如微处理器或者计算机的外部控制系统中）可测量Vs和I，以及计算Vc’和L1，因而确定在分布支路1内的电弧或故障的存在。

为了减少可能性或错误（例如来自电路内的电噪音）、可包括额外的滤波和/或事件计数以在具体的分布支路1的故障存在的检测中获得置信。那个分布支路可之后被隔离，例如通过经由控制线33布置用于打开开关40的控制器30。

分布支路1的电感L1和跨过负载Vc1的电容分量的电压的近似值可由以下的方程式确定。方程式以离散时间呈现以及标注n、n-1表示通过连续的计算周期的周界的最近的值和先前的值，

其中k是带有近似0.1的典型值的滤波器常数

其中t是抽样时间间隔

。

如图1所示，当用在带有多个分布支路1、2……N的电路10中时，举例来说，控制器30可按照期望用于确定在每个分布支路1、2……N中提供的故障的存在。

图3示出了当故障发生在分布支路１中时，跨过那个分布支路１中的电感产生的电压（Vs）和电流（I）波形的示例。看得出来，电压波形发生在电流波形之后。具体地，电压峰值发生在电流峰值之后。同样如图３所示的，在分布支路１中检测的电感L１在电干扰的时候将具有负值。

图4示出了由分布支路之外的电干扰导致在那个分布支路产生的电压和电流波形的示例，电干扰例如在电路的电源侧上或在不同的分布支路2……N中。从图4的波形中看得出来，在这个示例中电压Vs波形发生在电流I波形之前。具体地，电压峰值Vｓ发生在电流峰值I之前。同样如图4所示的，在分布支路1中的电感L1在电干扰期间具有正值。由于电压（Vs）波形发生在电流（I）波形之前以及在分布支路1的电感L1具有正值，因此可确定干扰发生于分布支路1之外，例如干扰发生在电路10的源20侧上或者发生在另一个分布支路2……N中。

电路内电干扰的位置的指示（例如是否在负载侧或电路的源侧和/或一些分布支路的哪一个之内）可导致电路的那个部分的隔离，以使得电路的剩余部分可持续运行。遭受电干扰的电路的部分的指示也可提供给用户，像在显示面板或图形用户界面上，以使得用户能检查经受电干扰的电路的那个部分。

图5示出了在电路10内确定了电干扰的位置时减少噪声效果的技术。在这个示例中，在每个波形Vs、I中、与多个时间窗口100、200、300中的每个同时地获得电压Vs和电流I的抽样。来自每个波形Vs、I的结果可在多个时间窗口100、200、300上取平均，以获得平均值，减少噪声效果以及提供更精确的结果。清晰地是，可以使用时间窗口任何合适数量以及窗口可以是任意合适的长度。

上述的示例可做许多变更，同时仍落入本发明的范围之内。例如，由电压或电流扰动产生的、跨过电路电感的电流波形和电压波形的相对相位可由任何合适的技术确定（作为备选诸如通过比较电压和电流峰值发生的时间），以确定在分布支路内电感的符号（正或负）。进一步地，控制器30可由任何合适的技术提供，例如，在电路内或在开关机构40内提供的组件和/或至少部分由电路10之外的一个或多个组件提供，其可包括或可不包括微处理器或计算机。

Claims (14)

1.一种用于确定电路中电干扰的位置的装置，所述装置包含：

一个或多个传感器，其用于确定由电压或电流扰动产生的、跨过所述电路的一部分的电路电感的电流波形和电压波形的相对相位；以及

控制器，其布置成从所述电流波形和电压波形的所述相对相位来识别所述电路内的所述电干扰的所述位置。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器布置成隔离包括所述电干扰被识别为发生的所述位置的电路的部分。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述控制器布置成通过打开开关来隔离其中所述电干扰被识别为发生的、所述电路的所述部分。

4.根据前述权利要求的任何一项所述的装置，其中所述控制器布置成通过确定所述电路的一部分的电感，来确定由电压或电流扰动产生的、跨过所述电路电感的、电流波形和电压波形的所述相对相位。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，基于通过所述电路的一部分的电流的变化率、跨过所述电路的该部分的电压和跨过在所述电路的该部分内的负载的电容分量的电压，来确定所述电路的该部分中的电感。

6.根据权利要求5所述的装置，其中通过低通滤波跨过所述电路的该部分的所述电压，来测量跨过在所述电路的该部分内的负载的所述电容分量的所述电压。

7.一种电路，包括电源部分和一个或多个分布支路，每个所述分布支路包括负载和根据前述权利要求的任何一项所述的装置，其中所述装置布置成识别电干扰的位置在所述电源部分内或在所述一个或多个分布支路内。

8.根据权利要求7所述的电路，包括多个分布支路和根据权利要求1到6的任何一项所述的装置，所述装置提供在所述分布支路的每个中，以识别电干扰是否发生在所述多个分布支路的一具体分布支路中。

9.一种用于确定电路中电干扰的位置的方法，所述方法包含：

确定由所述电路中的电压或电流扰动产生的、跨过所述电路的一部分的电路电感的电流波形和电压波形的相对相位，以及

从所确定的所述电路的该部分中的所述电流波形和电压波形的相对相位，来识别在所述电路内的所述电干扰的所述位置。

10.根据权利要求9所述的方法，其中通过计算在电压或电流扰动期间所述电路的电感的符号——正或负，来确定由所述电压或电流扰动产生的、跨过所述电路电感的所述电流波形和电压波形的所述相对相位。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中对于多个分布支路的每个来确定由电压或电流扰动产生的、所述电流波形和电压波形的所述相对相位，以使得可识别其中发生所述电压或电流扰动的分布支路，所述多个分布支路的每个供给所述电路中的不同负载。

12.根据权利要求9到11中的任何一项所述的方法，其中被识别为包括电干扰的位置的所述电路的部分与所述电路的剩余部分隔离。

13.一种用于确定电路中电干扰的位置的装置，大体上如本文参照附图所描述的那样。

14.一种用于确定电路中电干扰的位置的方法，大体上如本文参照附图所描述的那样。

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