CN103389444A - 基于电压预测的投切式绝缘监测误差自适应方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于电压预测的投切式绝缘监测误差自适应方法，包括在投切式绝缘监测装置中母线正负极对地间分别接入一包括相互串接的校准开关以及校准电阻的自动校准电路；闭合校准开关后，进入误差自动校准模式：分别测量母线电压及每隔一第一预设时间间隔（Δt1）分3次采集母线正极（负极）对地电压，并据以计算得到母线正极（负极）对地电压；按上述得到的参数计算对地绝缘电阻；在绝缘电阻计算次数达到预定次数后，分析该预定次数组的母线正负极对地等效绝缘电阻与已知的校准电阻的误差是否达到一合理范围，若否，将Δt1增加一时间定值，以作为新的Δt1重复上述步骤，若是，存储Δt1，断开校准开关，以所存储的Δt1进入正常的绝缘电阻监测模式。

Description

基于电压预测的投切式绝缘监测误差自适应方法

技术领域

本发明涉及一种绝缘监测误差自适应方法，特别是涉及一种应用在通信用高压直流供电（high-voltage direct current，以下简称HVDC）系统、电动车充电系统等需要在线实时绝缘监测的场合以及智能绝缘监测仪表中的基于电压预测的投切式绝缘监测误差自适应方法。

背景技术

在例如HVDC系统、电动车充电系统等需要在线实时监测绝缘的场合以及智能绝缘监测仪表中，如何以最小误差快速测出绝缘电阻，一直是业界不断寻求的目标。

目前的做法是采用直流系统投切式监测法，可以全面计算识别出HVDC系统母线正负极任何比例的对地等效绝缘电阻，进而计算识别负载分路正负极的漏电情况。如图4所示的电路结构，分别控制开关S7、S8、S9、S10的状态，先后测量并计算出母线电压U（如公式1）、母线正极对地电压U₁（如公式2）及母线负极对地电压U₂（如公式3），即可通过公式(1)以及(2)计算出母线正负极对地等效绝缘电阻。

$U=\frac{R_4+R_5+R_6}{R_6}\×\mathrm{Ubc}$    (1)

$U_1=\frac{\left(R_4{+R}_6\right)//R_{+}}{[(R_4+R_6)//R_{+}]+R_{-}}\×U$    (2)

$U_2=\frac{(R_5+R_6)//R_{-}}{[(R_5+R_6)//R_{-}]+R_{+}}\×U$    (3)

根据上述公式(1)-(3)，可得出母线正、负极对地等效绝缘电阻R₊及R_-如下的表达式：

$R_{+}=\frac{(R_4+R_6)\×(U-U_1-U_2)}{U_2}$    (4)

$R_{-}=\frac{(R_5+R_6)\×(U-U_1-U_2)}{U_1}$    (5)

为实现R₊、R_-的精准计算，需要确保U、U₁、U₂的测量值准确。而实际上，U₁、U₂测量的是整个HVDC系统供电系统中母线正负极对地等效电容值C+、C-的放电电压。传统的做法是待充放电结束，C+、C-两端的电压稳定后再测量，可能所用时间会比较长，导致绝缘监测响应时间比较慢；如过早直接测量U1、U2，其值可能会不准，影响R+、R-精准。为解决监测响应时间比较慢的问题，改进的做法是在电容放电开始后，快速进行3次不同时刻但等间隔时间Δt的电容两端电压的采集，从而预测出RC电路充放电最终电压值U₁、U₂。如此，则U₁、U₂的值即可分别通过公式(6)、(7)计算得到。

$U_1=\frac{U_{12}\×U_{12}-U_{11}\×U_{13}}{(U_{12}+U_{12})-(U_{11}+U_{13})}$    (6)

$U_2=\frac{U_{22}\×U_{22}-U_{21}\×U_{23}}{(U_{22}+U_{22})-(U_{21}+U_{23})}$    (7)

采用公式(6)、(7)进行电压预测，在实际应用中是使用固定的Δt采集C+、C-电容两端的电压，然而，在不同的场合及时期，对投切式绝缘监测响应速度及正负极对地等效绝缘电阻测量结果并非最佳的设计，Δt越大，电压预测会越准，但测量耗时也会增加。经实际验证，Δt的选取与当前整个供电系统中母线正负极对地等效电容C+、C-有关，等效RC值小，很短的Δt就能满足电压预测要求；大的等效RC值，延长Δt可能才会使电压预测准确，而HVDC系统作为现代IDC通信机房的新型供电电源，是一个庞大的多分支供电网络，不同的应用场合、不同的时期，其整个供电系统中母线正负极对地等效电容C+、C-会有变化，其等效RC值可能不是固定的。

因此，基于以上不足，有必要提供一种绝缘监测误差自适应方法，以在保持最快的响应速度的同时，又保证母线正负极对地等效绝缘电阻测量的精准。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于电压预测的投切式绝缘监测误差自适应方法，以在保持最快的响应速度的同时，又保证母线正负极对地等效绝缘电阻测量的精准。

为实现上述目的目的，本发明提供一种基于电压预测的投切式绝缘监测误差自适应方法，其包括：(1)在投切式绝缘监测装置中母线正负极对地间分别接入一自动校准电路，所述自动校准电路包括相互串接的校准开关以及供模拟母线正极和负极对地等效绝缘电阻的校准电阻，其中，所述校准电阻的阻值为已知；(2)闭合校准开关投入校准电阻后，启动投切式绝缘监测装置进入误差自动校准模式；(3)测量母线电压；(4)每隔一第一预设时间间隔分3次采集母线正极对地电压，并据以计算得到母线正极对地电压，且每隔所述第一预设时间间隔分3次采集母线负极对地电压，并据以计算得到母线负极对地电压；(5)根据所述母线电压及所述母线正极和负极对地电压计算母线正极和负极的对地等效绝缘电阻；(6)判断所述母线正极和负极的对地等效绝缘电阻的计算次数是否达到一预定次数，若是，则进至步骤(7)，若否，则将计算次数加1，并返回至步骤(3)；(7)分析所计算的预定次数组的母线正极和负极的对地等效绝缘电阻与已知的校准电阻的误差是否达到一合理范围，若否，则进至步骤(8)，若是，则存储所述第一预设时间间隔，断开校准开关，启动投切式绝缘监测装置以所存储的第一预设时间间隔进入正常的绝缘电阻监测模式，对母线正极和负极的对地等效绝缘电阻进行监测；以及(8)将所述第一预设时间间隔增加一时间定值，以作为新的第一预设时间间隔，并接着执行步骤(3)。

在上述步骤(4)中，所述母线正极对地电压的测量计算步骤进一步包括：闭合检测开关，每隔一第二预设时间间隔分n（n≥8）次采集母线正极对地的电压（U₁₁、U₁₂...U_1n），且再分别以所采集的电压（U₁₁、U₁₂...U_1n）为起点，间隔所述第一预设时间间隔采集1次母线正极对地的电压（记为U₂₁、U₂₂...U_2n），再间隔所述第一预设时间间隔采集1次母线正极对地的电压（记为U₃₁、U₃₂...U_3n），其中，第一预设时间间隔远大于第二预设时间间隔；对n组每隔所述第一预设时间间隔所采集的3次电压，均通过以下公式计算，而得到n组所述母线正极对地电容的最终电压值(U_Pm)，其中，m=1,2，…，n：

以及依据常规滤波方法对n组所述母线正极对地的最终电压值(U_Pm)进行过滤处理，而得到所述母线正极对地电压(U_P)。

此外，在上述步骤(4)中，所述母线负极对地电压的测量计算步骤进一步包括：闭合检测开关，每隔一第二预设时间间隔分n（n≥8）次采集母线负极对地电容两端的电压（U₄₁、U₄₂...U_4n），且再分别以所采集的电压(U₄₁、U₄₂...U_4n）为起点，间隔所述第一预设时间间隔采集1次母线负极对地的电压（记为U₅₁、U₅₂...U_5n），再间隔所述第一预设时间间隔采集1次母线负极对地的电压（记为U₆₁、U₆₂...U_6n），其中，第一预设时间间隔远大于第二预设时间间隔；对n组每隔所述第二预设时间间隔所采集的3次电压，均通过以下公式计算，而得到n组所述母线负极对地电容的最终电压值(U_Cm)，其中，m=1,2，…，n：以及依据常规滤波方法对n组所述母线负极对地的最终电压值(U_Cm)进行过滤处理，而得到所述母线负极对地电压U_C。而所述常规滤波方法为在去除非法数据、最大值及最小值后，再对余下的几组电压值按平均法进行计算的方法。

其中，所述根据所述母线电压及所述母线正极和负极对地电压计算母线正极和负极的对地等效绝缘电阻的步骤中，计算方法为：

$R_{+}=\frac{(R_1+R_3)\×(U-U_P-U_C)}{U_C}$

$R_{-}=\frac{(R_2+R_3)\×(U-U_P-U_C)}{U_P}$

其中，R₊表示所述母线正极对地等效绝缘电阻，R_-表示所述母线负极对地等效绝缘电阻，U表示所述母线电压，U_p表示所述母线正极对地电压，U_c表示所述母线负极对地电压，R₁、R₂、R₃表示接入母线正负极对地间的已知阻值的检测电阻。

具体而言，上述合理范围为：所计算的80%的预定次数组的母线正极和负极的对地等效绝缘电阻与已知的校准电阻的误差在5%或其它指定值以内。

如上所述，本发明的基于电压预测的投切式绝缘监测误差自适应方法，具有以下有益效果：可以根据不同的应用场合、不同的时期，自动适应整个供电系统中母线正负极对地等效电容的变化，自动调整Δt1值，让Δt1处于其最恰当的值，从而使采用电压预测的投切式绝缘监测方法既保持最快的响应速度，又能保证母线正负极对地等效绝缘电阻测量的精准。

附图说明

图1显示为本发明的基于电压预测的投切式绝缘监测误差自适应方法的操作流程示意图。

图2显示为说明本发明的基于电压预测的投切式绝缘监测误差自适应方法的一电路原理示意图例。

图3显示为应用本发明的基于电压预测的投切式绝缘监测误差自适应方法在电容放电状态时选取电压采集点的电容放电曲线图。

图4显示为现有技术的的基于电压预测的投切式绝缘监测的电路原理示意图例。

元件标号说明

BUS+            母线正极

BUS-            母线负极

C+              母线正极对地等效电容

C-              母线负极对地等效电容

R               校准电阻

R+              母线正极对地等效绝缘电阻

R-              母线负极对地等效绝缘电阻

R1～R6          检测电阻

S1～S4、S7～S10 检测开关

S5、S6          校准开关

Δt1            第一预设时间间隔

Δt2            第二预设时间间隔

S10～S90        步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1，是显示本发明的基于电压预测的投切式绝缘监测误差自适应方法的操作流程图。以下以图2的一电路原理示意图为例，并配合图3对本发明的基于电压预测的投切式绝缘监测误差自适应方法的操作流程进行详细说明。

如图1所示，首先，执行步骤S10，在投切式绝缘监测装置中母线正负极对地间分别接入一自动校准电路，所述自动校准电路包括相互串接的校准开关以及供模拟母线正极和负极对地等效绝缘电阻的校准电阻，其中，所述校准电阻的阻值为已知。具体而言，如图2所示，接入母线正极(BUS+)对地间的自动校准电路为相互串接的校准开关S5以及供模拟母线正极对地等效电阻R₊的校准电阻R，接入母线负极(BUS-)对地间的自动校准电路为相互串接的校准开关S6以及供模拟母线负极对地等效电阻R_-的校准电阻R。接着，进行步骤S20。

在步骤S20中，闭合所述校准开关S5、S6，在母线正负极对地间分别介入校准电阻R，启动投切式绝缘监测装置进入误差自动校准模式。接着，进行步骤S30。

在步骤S30中，测量母线电压，参考图2的电路图，本例中，S1、S2、S3、S4使用投切电子开关。具体的测量方法为闭合检测开关S1、S2，断开S3、S4，测量Uad，即可根据公式(8)计算出系统母线电压U：

$U=\frac{R_1+R_2+R_3}{R_3}\×\mathrm{Uad}$    (8)；

其中，R₁、R₂、R₃表示测量母线正负极对地间绝缘电阻的已知阻值的检测电阻。接着，进行步骤S40。

在步骤S40中，在电容充电或放电开始后，每隔一第一预设时间间隔Δt1分3次采集母线正极对地电压，并据以计算得到母线正极对地电压，且每隔所述第一预设时间间隔Δt1分3次采集母线负极对地电压，并据以计算得到母线负极对地电压。

具体而言，如图2以及图3所示，上述母线负极对地电压的测量计算步骤进一步包括：闭合检测开关S1、S4，断开S2、S3之后，每隔一第二预设时间间隔Δt2分n（n≥8）次采集母线正极对地的电压（U₁₁、U₁₂...U_1n），且再分别以所采集的电压（U₁₁、U₁₂...U_1n）为起点，间隔所述第一预设时间间隔Δt1采集1次母线正极对地的电压（记为U₂₁、U₂₂...U_2n），再间隔所述第一预设时间间隔Δt1采集1次母线正极对地的电压（记为U₃₁、U₃₂...U_3n），其中，第一预设时间间隔Δt1远大于第二预设时间间隔Δt2；对n组每隔所述第一预设时间间隔Δt1所采集的3次电压，均通过以下公式(9)计算，而得到n组所述母线正极对地的最终电压值(U_Pm)，其中，m=1,2，…，n：

$U_{\mathrm{Pm}}=\frac{U_{2m}\×U_{2m}-U_{1m}\×U_{3m}}{(U_{2m}+U_{2m})-(U_{1m}+U_{3m})}$    (9)；

以及依据常规滤波方法对n组所述母线正极对地的最终电压值U_Pm进行过滤处理，而得到所述母线负极对地电压U_P。

同样地，上述母线负极对地电压的测量计算步骤进一步包括：闭合检测开关S2、S3，断开S1、S4之后，每隔一第二预设时间间隔Δt2分n（n≥2）次采集母线负极对地的电压（U₄₁、U₄₂...U_4n），且再分别以所采集的电压(U₄₁、U₄₂...U_4n）为起点，间隔所述第一预设时间间隔Δt1采集1次母线负极对地的电压（记为U₅₁、U₅₂...U_5n），再间隔所述第一预设时间间隔Δt1采集1次母线负极两端的电压（记为U₆₁、U₆₂...U_6n），其中，第二预设时间间隔Δt2远大于第一预设时间间隔Δt1；对n组每隔所述第二预设时间间隔Δt2所采集的3次电压，均通过以下公式(10)计算，而得到n组所述母线负极对地的最终电压值U_Cm，其中，m=1,2，…，n：

$U_{\mathrm{Cm}}=\frac{U_{5m}{\×U}_{5m}-U_{4m}\×U_{6m}}{(U_{5m}+U_{5m})-(U_{4m}+U_{6m})}$    (10)；

以及依据常规滤波方法对n组所述母线负极对地的最终电压值U_Cm进行过滤处理，而得到所述母线负极对地电压U_C。其中，该常规滤波方法为在去除非法数据、最大值及最小值后，再对余下的几组电压值按平均法进行计算的方法，但不以此为限。

接着，进行步骤S50。

在步骤S50中，根据所述母线电压及所述母线正极和负极对地电压计算母线正极和负极的对地等效绝缘电阻，具体计算方法如以下公式(11)、(12)所示。

$R_{+}=\frac{(R_1+R_3)\×(U-U_P-U_C)}{U_C}$    (11)

$R_{-}=\frac{(R_2+R_3)\×(U-U_P-U_C)}{U_P}$    (12)

其中，R₊表示所述母线正极对地等效绝缘电阻，R_-表示所述母线负极对地等效绝缘电阻，U表示所述母线电压，U_P表示所述母线正极对地电压，U_C表示所述母线负极对地电压，R₁、R₂、R₃表示接入母线正负极对地间的已知阻值的检测电阻。接着，进行步骤S60。

在步骤S60中，判断所述母线正极和负极的对地等效绝缘电阻的计算次数是否达到一预定次数，若是，则进至步骤S72，若否，则进至步骤S71。

在步骤S71中，将计算次数加1，并返回至步骤S30。

在步骤S72中，分析所计算的预定次数组的母线正极和负极的对地等效绝缘电阻与已知的校准电阻的误差是否达到一合理范围，若否，则进至步骤S80，若是，则进至步骤S90。其中，该合理范围为：所计算的80%的预定次数组的母线正极和负极的对地等效绝缘电阻与已知的校准电阻的误差在5%或其它指定值以内。

在步骤S80中，将所述第一预设时间间隔Δt1增加一时间定值，以作为新的第一预设时间间隔，并接着执行步骤S30。

在步骤S90中，存储所述第一预设时间间隔Δt1，断开所述校准开关S5、S6，启动投切式绝缘监测装置以所存储的第一预设时间间隔Δt1进入正常的绝缘电阻监测模式，对母线正极和负极的正常对地等效绝缘电阻进行监测。应用本发明的基于电压预测的投切式绝缘监测误差自适应方法，即可自适应地找出最合理的第一预设时间间隔Δt1，从而使采用电压预测的投切式绝缘监测方法既保持最快的响应速度，又能保证母线正负极对地绝缘电阻测量的精准。

综上所述，本发明的基于电压预测的投切式绝缘监测误差自适应方法能根据不同的应用场合、不同的时期，自动适应整个供电系统中母线正负极对地等效电容的变化，自动调整第一预设时间间隔，从而使采用电压预测的投切式绝缘监测方法既保持最快的响应速度，又能保证母线正负极对地等效绝缘电阻测量精准。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种基于电压预测的投切式绝缘监测误差自适应方法，其特征在于，所述基于电压预测的投切式绝缘监测误差自适应方法至少包括：

(1)在投切式绝缘监测装置中母线正负极对地间分别接入一自动校准电路，所述自动校准电路包括相互串接的校准开关以及供模拟母线正极和负极对地等效绝缘电阻的校准电阻，其中，所述校准电阻的阻值为已知；

(2)闭合校准开关后，启动投切式绝缘监测装置进入误差自动校准模式；

(3)测量母线电压；

(4)在电容充电或放电开始后，每隔一第一预设时间间隔分3次采集母线正极对地电压，并据以计算得到母线正极对地电压，且每隔所述第一预设时间间隔分3次采集母线负极对地电压，并据以计算得到母线负极对地电压；

(5)根据所述母线电压及所述母线正极和负极对地电压计算母线正极和负极的对地等效绝缘电阻；

(6)判断所述母线正极和负极的对地等效绝缘电阻的计算次数是否达到一预定次数，若是，则进至步骤(7)，若否，则将计算次数加1，并返回至步骤(3)；

(7)分析所计算的预定次数组的母线正极和负极的对地等效绝缘电阻与已知的校准电阻的误差是否达到一合理范围，若否，则进至步骤(8)，若是，则存储所述第一预设时间间隔，断开校准开关，启动投切式绝缘监测装置以所存储的第一预设时间间隔进入正常的绝缘电阻监测模式，对母线正极和负极的对地等效绝缘电阻进行监测；以及

(8)将所述第一预设时间间隔增加一时间定值，以作为新的第一预设时间间隔，并接着执行步骤(3)。

2.根据权利要求1所述的基于电压预测的投切式绝缘监测误差自适应方法，其特征在于：

在上述步骤(4)中，所述母线正极对地电压的测量计算步骤进一步包括：

(1)闭合检测开关，每隔一第二预设时间间隔分n（n≥8）次采集母线正极对地的电压（U₁₁、U₁₂...U_1n），且再分别以所采集的电压（U₁₁、U₁₂...U_1n）为起点，间隔所述第一预设时间间隔采集1次母线正极对地的电压（记为U₂₁、U₂₂...U_2n），再间隔所述第一预设时间间隔采集1次母线正极对地的电压（记为U₃₁、U₃₂...U_3n），其中，第一预设时间间隔远大于第二预设时间间隔；

(2)对n组每隔所述第一预设时间间隔所采集的3次电压，均通过以下公式计算，而得到n组所述母线正极对地电容的最终电压值(U_Pm)，其中，m=1,2，…，n：

$U_{\mathrm{Pm}}=\frac{U_{2m}\×U_{2m}-U_{1m}\×U_{3m}}{(U_{2m}+U_{2m})-(U_{1m}+U_{3m})};$ 以及

(3)依据常规滤波方法对n组所述母线正极对地的最终电压值(U_Pm)进行过滤处理，而得到所述母线正极对地电压(U_P)。

3.根据权利要求1所述的基于电压预测的投切式绝缘监测误差自适应方法，其特征在于：在上述步骤(4)中，所述母线负极对地电压的测量计算步骤进一步包括：

(1)闭合检测开关，每隔一第二预设时间间隔分n（n≥8）次采集母线负极对地的电压（U₄₁、U₄₂...U_4n），且再分别以所采集的电压(U₄₁、U₄₂...U_4n）为起点，间隔所述第一预设时间间隔采集1次母线负极对地的电压（记为U₅₁、U₅₂...U_5n），再间隔所述第一预设时间间隔采集1次母线负极对地的电压（记为U₆₁、U₆₂...U_6n），其中，第一预设时间间隔远大于第二预设时间间隔；

(2)对n组每隔所述第二预设时间间隔所采集的3次电压，均通过以下公式计算，而得到n组所述母线负极对地电容的最终电压值(U_Cm)，其中，m=1,2，…，n：

$U_{\mathrm{Cm}}=\frac{U_{5m}\×U_{5m}-U_{4m}\×U_{6m}}{(U_{5m}+U_{5m})-(U_{4m}+U_{6m})};$ 以及

(3)依据常规滤波方法对n组所述母线负极对地的最终电压值(U_Cm)进行过滤处理，而得到所述母线负极对地电压U_C。

4.根据权利要求2或3所述的基于电压预测的投切式绝缘监测误差自适应方法，其特征在于：所述常规滤波方法为在去除非法数据、最大值及最小值后，再对余下的几组电压值按平均法进行计算的方法。

5.根据权利要求1所述的基于电压预测的投切式绝缘监测误差自适应方法，其特征在于：所述根据所述母线电压及所述母线正极和负极对地电压计算母线正极和负极的对地等效绝缘电阻的步骤中，计算方法为：

$R_{+}=\frac{(R_1+R_3)\×(U-U_P-U_C)}{U_C}$

$R_{-}=\frac{(R_2+R_3)\×(U-U_P-U_C)}{U_P}$

其中，R₊表示所述母线正极对地等效绝缘电阻，R_-表示所述母线负极对地等效绝缘电阻，U表示所述母线电压，U_p表示所述母线正极对地电压，U_c表示所述母线负极对地电压，R₁、R₂、R₃表示接入母线正负极对地间的已知阻值的检测电阻。

6.根据权利要求1所述的基于电压预测的投切式绝缘监测误差自适应方法，其特征在于：所述合理范围为：所计算的80%的预定次数组的母线正极和负极的对地等效绝缘电阻与已知的校准电阻的误差在5%或其它指定值以内。

Images