CN104364989A - 用于在配电系统中的高电阻接地故障检测和保护的系统和方法 - Google Patents

用于在配电系统中的高电阻接地故障检测和保护的系统和方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于检测在配电系统中的高电阻接地故障的系统和方法。提供了一种故障检测和保护系统,其包括:多个电流传感器,该多个电流传感器测量在配电系统的转换器-逆变器装置的三相输出上的电流;和控制器,该控制器被配置成:测量在三相输出上的三相电流;提取三相输出的每个相的基波电流分量;提取三相输出的每个相的三次谐波分量;将从每个相提取的基波电流分量和三次谐波分量分别与第一阈值和第二阈值比较;以及基于基波电流分量和三次谐波分量与第一和第二阈值的比较,检测在三相输出的一个相上的接地故障。

Description

用于在配电系统中的高电阻接地故障检测和保护的系统和 方法
技术领域
[0001] 本发明一般涉及配电系统,并且更特别地涉及用于检测在配电系统中的高电阻接 地故障并且在其检测时保护该配电系统免于这种接地故障的系统和方法。
背景技术
[0002] 典型的配电系统包括转换器、逆变器和诸如电机的机械负载。转换器通常连接到 提供三相AC电力的三相源,并且将三相电力转换为正和负DC总线两端的DC电力。DC总线 馈入逆变器,该逆变器在提供给负载的输出线路上产生三相AC电力。逆变器控制到负载的 三相AC电压和电流,以便可以所需的方式驱动负载。电缆将电源连接到转换器并且同样将 逆变器连接到负载。
[0003] 三相配电系统中的一个常见类型是可调速驱动器(ASD)。ASD经常在工业应用中 使用以调节功率并且以其它方式控制电驱动电机,诸如与泵、风扇、压缩机、起重机、造纸 机、乳钢机、乳机、电梯、机床等一起建立的电驱动电机。ASD通常提供每赫兹伏特或矢量控 制并且善于向电驱动电机提供可变速度和/或可变转矩控制,使得ASD已经极大地提高电 驱动电机和应用的效率和生产率。
[0004] 诸如ASD的配电系统需要免于可导致不期望的接地故障的偶然电缆和负载(例如 电机)故障的保护。电缆故障的根本原因通常是电缆绝缘击穿,并且因此大多数的接地故 障发生在电源与转换器之间或在逆变器和负载之间的电缆中。当接地故障发生时,结果可 能是极其昂贵的。例如,接地故障通常导致电力中断、设备故障和损坏,具有对于整个工厂 的中断、降级或损失的生产和整体客户受挫潜在的不协调系统决策。
[0005] 电阻接地系统在工业配电设施中使用以限制相-地故障电流。一般来说,存在用 于将配电系统的中性点联接到地的两种类型的电阻器:低电阻和高电阻。但在比低电阻系 统更低的级别,高电阻接地(HRG)系统限制当系统的一个相短路或对地电弧放电时的故障 电流。在接地故障状况存在的情况下,HRG通常将电流限于5-10A,虽然大多数电阻器制造 商将使电流限于25A或更小的任何电阻器标记为高电阻。
[0006] HRG系统常见于其中连续操作对过程很重要的工业应用中,诸如在任何电源停机 时间具有巨大经济成本的配电系统中。由于在单个线路-接地故障场所中继续操作的它们 的能力,和限制单个线路-接地故障升级成多相事件的改善能力,HRG系统已经获得在这种 应用中的普及。此外,HRG系统作用为在接地故障期间抑制瞬态的线路到接地的过电压,消 除具有相地故障的电弧闪光危害,并且降低在接地故障点处的设备损坏。
[0007] 由于在HRG系统中的接地故障状况没有吸取足够的电流来可靠触发在相关联 的电机驱动器中的故障电流传感器,所以必须将接地故障检测系统用于检测HRG故障。 各种这样的接地故障检测系统和方法先前已实施来定位接地故障。例如,在美国公开 No. 2009/0296289中,在HRG系统中的接地故障的检测通过将共模电压注入到三相系统中 并且测量系统的响应来实现,其中然后滤波所感测的输出电压以确定HRG故障的发生。在 另一个示例中,并且如在美国公开No. 2009/0080127中陈述的,在HRG系统中接地故障的检 测通过测量在HRG系统的DC总线电压来实现。然而,虽然这种系统作用为检测在HRG系统 中的接地故障,但是在这些系统中所采用的方法或是在计算上很麻烦,或是侵入到系统。另 夕卜,现有的接地故障检测系统和方法无法定位在HRG系统中的接地故障(S卩,识别故障在哪 里以及故障在哪个相上发生)。因此,关于以成本经济的方式识别HRG故障并且定位在系统 中的HRG故障,在HRG系统中挑战仍然存在。
[0008] 因此将期望提供一种系统和方法,该系统和方法提供计算上有效的方法来检测在 三相配电系统中的HRG故障并且识别在特定相中的HRG故障位置。
发明内容
[0009] 本发明的实施例提供用于检测在配电系统中的HRG故障并确定这种接地故障位 置的系统和方法。
[0010] 根据本发明的一个方面,配电系统包括转换器-逆变器装置,该转换器-逆变器 装置具有可连接到三相AC电源的输入和可连接到负载输入端子的三相输出,该转换器逆 变器装置被配置成控制在负载中的电流流动和端子电压。配电系统同样包括连接到转换 器-逆变器装置的故障检测和保护系统,其中故障检测和保护系统包括:多个电流传感器, 该多个电流传感器被配置成测量在转换器-逆变器装置的三相输出上的电流;以及控制 器,该控制器被配置成:测量在转换器-逆变器装置的三相输出上的三相电流;提取转换 器-逆变器装置的三相输出的每个相的基波电流分量;提取转换器-逆变器装置的三相输 出的每个相的三次谐波分量;将从每个相提取的基波电流分量和三次谐波分量分别与第一 阈值和第二阈值比较;以及基于基波电流分量和三次谐波分量与第一和第二阈值的比较, 检测在三相输出的一个相上的接地故障。
[0011] 根据本发明的另一个方面,提供了用于检测在配电系统中的高电阻接地故障的方 法,该配电系统包括在AC电源和AC电机之间串联的AC电机驱动器,其中AC电机驱动器被 配置成调节对AC电机的三相输出。该方法包括:测量在对AC电机的三相输出的第一相、第 二相和第三相中的每个相上的电流;提取第一相、第二相和第三相中的每个相的基波电流 分量;并且提取第一相、第二相和第三相中的每个相的三次谐波分量。该方法同样包括将从 第一相、第二相和第三相中的每个相提取的基波电流分量和三次谐波分量分别与基波分量 阈值和三次谐波阈值比较;并且基于在每个相上的基波电流分量和三次谐波分量与基波和 三次谐波阈值的比较,检测在第一相、第二相和第三相中的任一相上的接地故障。如果检测 到接地故障,则该方法进一步包括识别接地故障存在于第一相、第二相或第三相中的哪一 个相上。
[0012] 根据本发明的另一个方面,用于检测在高电阻接地(HRG)配电系统中的接地故障 的系统包括:多个电流传感器,该多个电流传感器测量在HRG配电系统中的逆变器的三相 输出上的电流;以及控制器,该控制器被配置成:测量在逆变器的三相输出上的三相电流; 提取三相输出的每个相的基波电流分量;提取三相输出的每个相的三次谐波分量;将从每 个相提取的基波电流分量和三次谐波分量分别与基波分量阈值和三次谐波分量阈值比较; 以及基于在每个相上的基波电流分量和三次谐波分量与基波分量阈值和三次谐波分量阈 值的比较,检测在三相输出的一个相上的接地故障。
[0013] 本发明的各种其它特征和优点将从以下的详细描述和附图中显而易见。
附图说明
[0014] 附图示出目前用于执行本发明所设想的优选实施例。
[0015] 在附图中:
[0016] 图1是根据本发明实施例在高电阻接地(HRG)结构中的可调速电机驱动器(ASD) 的示意图。
[0017] 图2是根据本发明实施例示出用于在图1的ASD中HRG接地故障检测的技术的流 程图。
[0018] 图3是示出在故障发生之前和之后在图1的ASD中的HRG故障特性的曲线图。
[0019] 图4是示出在图1的ASD中的HRG故障谐波特性的曲线图。
具体实施方式
[0020] 在此陈述的本发明的实施例涉及用于检测在配电系统中的HRG故障并且在其检 测时保护配电系统免于这种接地故障的系统和方法。
[0021] 本发明的实施例涉及包含多个结构和控制方案的配电系统。根据本发明的示例性 实施例,并且如在图1中所示,提供了可以嵌入本发明实施例的配电系统10。在图1的实施 例中,配电系统10包括以在图1中示出的可调速驱动器(ASD)形式的AC电机驱动器11。 可以将ASD11设计成接收三个AC电力输入,整流AC输入,并且执行整流段到提供给负载 的可变频率和幅度的三相交流电压的DC/AC转换。在优选实施例中,ASD11根据示例性每 赫兹伏特或矢量控制特性来操作。在这方面,电机驱动器提供在稳定状态中的电压调节和 在全负载范围内的快速动态阶跃负载响应。
[0022] 在示例性实施例中,电源12产生馈入到配电系统10的三相AC输入12a_12c。根 据本发明的实施例,产生三相AC输入12a-12c的电源12可以以三角形或星形(deltaor wye)源变压器的形式,尽管同样认为其它布置和电源配置能够提供三相AC输入12a-12c。 三相AC输入12a-12c被提供给三相整流桥14。输入线路阻抗在所有三相中相等。整流器 桥14将AC电力输入转换成DC电力,以使得DC链路电压在整流器桥14和开关阵列16之 间存在。链路电压由DC链路电容器组18平滑化。开关阵列16由共同构成PWM(脉冲宽度 调制)逆变器24的一系列绝缘栅双极晶体管开关20 (IGBT)和反并联二极管22组成。PWM 逆变器24将AC电压波形与用于递送给诸如感应电机26的负载的固定或可变频率和幅度 合成。同样将DC链路扼流圈L1、L2(在图1中指示为28)提供在AC电机驱动器11中并且 定位在DC链路30的正轨和负轨上。在AC电机驱动器11和电机26的操作期间,DC链路 扼流圈28在DC链路上提供能量存储和滤波。
[0023]AC电机驱动器11的控制和逆变器24的操作经由控制器32,该控制器32可进一 步由执行例如诸如每赫兹伏特或矢量控制算法、空间矢量调制、DC链路电压去耦和保护的 高速操作的多个控制器组成。控制器32经由门驱动器信号和DC链路电压和极电流的感测 (例如借助于电压传感器34)连接到PWM逆变器24,以使得可以感测到在DC链路电压中的 变化。这些电压变化可以译码为瞬态负载条件并且用于控制PWM逆变器24的开关阵列16 的切换,以使得保持邻近的稳态负载条件。另外,控制器32作用为识别在配电系统10中的 接地电流相关的故障,并且保护配电系统免于这种故障,包括诸如通过防止变压器绕组的 绝缘劣化来保护电源变压器12。在执行这种故障检测和保护中,控制系统接收三相输出电 流作为输入,同时响应于输入来输出故障识别和保护信号,如将在下面更详细解释的。
[0024] 根据本发明的示例性实施例,并且如在图1中所示,将配电系统10配置成限制 相-地故障电流的高电阻接地(HRG)系统。也就是说,通过限制当系统的一个相短路或对 地电弧放电时的故障电流,HRG系统提供免于可导致不期望的接地故障的偶然电缆和负载 (例如电机)故障的保护。为了将配电系统10配置为HRG系统,电阻器36 (Rn)位于电源12 的三相中性点和接地38之间。在星形连接的系统中,电阻器36位于电源12的三相中性点 和接地38之间,而在三角形连接的系统中,人造中性点通过使用锯齿形变压器创建,并且 然后电阻器36位于人造中性点和接地38之间。例如在接地故障状况存在的情况下,将电 阻器36配置成将电流限于5安培-10安培。
[0025] 同样如在图1中所示的是识别为电阻器40(Rf)的在ASD11的故障位置的电阻值, 其中这种故障例如以通过电线/电缆、断路器或换向器的短路形式发生。Rf的电阻值可基 于发生的特定故障而改变,并且可处于从零到通常小于电阻器36电阻的更大值的范围。在 ASD11中的故障位置的电阻值因此有助于在配电系统10中的总故障电流。
[0026] 如在图1中所示,控制系统32接收三相输出电流作为输入,诸如借助于定位在ASD 11的三相输出上的电流传感器42、44、46。基于三相电流的分析,控制系统32作用为识别 在配电系统10中的HRG故障,并且保护配电系统免于这种故障,包括防止变压器绕组的绝 缘劣化。
[0027] 现在参考图2,并继续参考图1,用于在配电系统中的HRG故障检测以及用于定位 在系统中这种HRG故障的技术50的不例性实施例根据本发明的实施例不出。该技术50可 借助于与ASD相关联的控制器(诸如连接到ASD11的控制器32)来实现。如在图2中所 示,技术50在步骤52处以诸如借助于电流传感器42、44、46而从ASD输出的三相的每个相 的相电流测量来开始。在三相输出的相电流的测量时,技术50在步骤54处继续,其中执行 三相电流的滤波以便考虑/滤除由于在PWM逆变器24中的IGBT切换而存在的高频电流脉 动。例如,如果5kHz的开关频率在PWM逆变器中使用,则可执行低通滤波以移除5kHz和更 高频率的电流纹波分量。
[0028] 每个相的测量相电流因此定义为:
[0029]i= I1=I=Cos Θ +I3*cos3 Θ[等式 1]
[0030] 其中I1是基波电流分量的幅度,I3是三次谐波分量的幅度(如果它存在),并且 Θ是命令负载运行时的速度。根据本发明的一个实施例,如为在北美是标准的,基波分量/ 基波频率是60赫兹,并且三次谐波分量是180赫兹,虽然认识到,如在欧洲是标准的,基波 分量和三次谐波分量可以分别是50赫兹和150赫兹。
[0031] 根据示例性实施例,ASD11的三相输出电流在设定的时间周期内周期性地测量, 其中将每个相的多个电流测量存储在控制器32中,并且基于每个相的存储的多个电流测 量,计算每个相的电流值。在技术50的下一个步骤中,然后分析相电流以便提取三相输出 的每个相的基波电流分量,如在步骤56处所指示的。三相输出的每个相的基波电流分量根 据如下来提取:
Figure CN104364989AD00091
[0034] 其中I1是基波电流分量的幅度,I3是三次谐波分量的幅度,并且Θ是命令负载运 行时的速度。在提取三相输出的每个相的基波电流分量中,执行[等式2]和[等式3]两 者以便运行自检,其中当计算被正确执行时[等式3]的输出是零。应当注意的是,在借助 于[等式2]和[等式3]提取三相输出的每个相的基波电流分量中,总体快速傅立叶变换 (FFT)没有在计算中被采用,以使得最小化施加于控制器32上的计算负担。
[0035] 除了分析三相电流以便提取基波电流分量,技术50还分析三相电流以便提取三 相输出的每个相的三次谐波分量,如在步骤58处所指示的。三相输出的每个相的三次谐波 分量根据如下来提取:
Figure CN104364989AD00092
[0038] 其中I1是基波电流分量的幅度,I3是三次谐波分量的幅度,并且Θ是在命令负载 运行时的速度。在提取用于三相输出的每个相的三阶谐波分量中,执行[等式4]和[等式 5]两者以便运行自检,其中当计算被正确执行时[等式5]的输出是零。同样,三次谐波分 量可在不使用总体FFT的情况下来计算,以便最小化施加在控制器32上的计算负担。
[0039] 在提取基波和三次谐波分量时,技术50然后继续到步骤60处,其中关于从三相输 出的每个相提取的基波分量和/或三次谐波分量是否超过设定用于基波和三次谐波分量 的预定阈值,做出判定。基波分量和三次谐波分量的预定阈值将根据正常的基波分量和三 次谐波分量水平而变化(即,基波和三次谐波可以是60/180Hz、50/150Hz等)。
[0040] 如果在步骤60处确定提取的三相电流输出的任一相的基波分量和三次谐波分量 超过预定阈值(在62处指示),则技术继续到步骤64处,其中HRG故障宣布为存在于配电 系统10中,并且激活警报,诸如某种可听或可见的警报。在宣布HRG故障存在于配电系统 10中时,也识别在特定相上的故障位置。也就是说,通过确定提取的基波分量和三次谐波分 量在三相电流输出的哪个相上超过电流阈值,在特定相上的故障位置很容易达到。适当的 步骤然后可以实施以保护配电系统10中的组件免于损坏,诸如可能对于变压器绕组绝缘 发生的损坏。
[0041] 相反,如果在步骤60处确定提取的三相电流输出的任一相的基波分量和三次谐 波分量没有超过预定阈值(在66处所指示),则技术返回到步骤52处,其中执行来自ASD 输出的三相的每个相的相电流的额外测量和分析,以便继续监视HRG故障。
[0042] 现在参考图3和图4,在HRG故障发生之前和之后,示出了在配电系统10 (图1)中 的HRG故障特性和故障谐波特性。在该示例中,如在图3和图4中所示,配电系统被示为正 常运行,直到时间t= 1. 4秒时,在该时刻在一个相(例如,C相)中发生接地故障。
[0043] 关于图3,在其中的上窗口 70说明电机速度72和DC链路电压74,而中间窗口 76 说明ASD三相输出电流78、80、82,并且下窗口84说明接地电流86。如在图3中可见的,在 接地故障86的发生之前和之后,电机转速72保持在稳定的状态,并且DC链路电压74几乎 保持平静。图3同样示出,在接地故障86的发生之后,在诸如相电流78的故障相上的输出 电流在幅度上变化。虽然在相电流78幅度中的这种变化可以在系统中容许,但是电流有助 于在配电系统中的整体故障状况。
[0044] 关于图4,在其中的上窗口 88说明三相电流输出的每个相的电流分量,而下窗口 90说明接地故障电流。如在图4的上窗口 88中可见,识别为92的在故障相上的基波分量 幅度大于在非故障相上的基波分量幅度(例如,130安培与110安培)。此外,识别为94的 在故障相上的三次谐波分量幅度大于在非故障相上的三次谐波分量幅度。更具体地,在非 故障相上的三次谐波分量幅度将是零,而在故障相上的三次谐波分量94的幅度可以例如 是10安培。如在下窗口 90中所示的,接地故障电流96。
[0045] 因此如在图4中所示,不仅基于三相电流输出的每个相的基波和三次谐波分量的 分析,可检测到在配电系统中的HRG故障的存在,而且在其上/在其处HRG故障发生的相和 位置可以容易地识别。
[0046] 有利地,本发明的实施例因此提供在配电系统中的接地故障检测和保护的系统和 方法,包括结合ASD并且具有HRG系统配置的那些系统和方法。该检测方法已经实现可用 的三相输出电流测量,并且以计算上高效的方式分析那些电流测量来识别并且定位在系统 中的故障HRG。本发明的实施例不仅识别在配电系统中的接地故障状况,而且还精确地确定 接地故障发生在三个电机输出的哪个相上。
[0047] 对于所公开的方法和设备,技术贡献在于其提供了用于检测在配电系统(包括具 有采用HRG配置的ASD的系统)中接地故障的计算机实现的技术。该技术从所测量的三相 电流的每个相提取基波和三次谐波电流分量,以检测在ASD中的HRG故障,其中该技术使得 接地故障出现在哪个相上的识别可行。
[0048]根据本发明的一个实施例,配电系统包括:转换器-逆变器装置,该转换器-逆变 器装置具有可连接到三相AC电源的输入和可连接到负载输入端子的三相输出,转换器逆 变器装置被配置成控制在负载中的电流流动和端子电压。配电系统同样包括:连接到转 换器-逆变器装置的故障检测和保护系统,其中故障检测和保护系统包括:多个电流传感 器,该多个电流传感器被配置成测量在转换器-逆变器装置的三相输出上的电流;以及控 制器,该控制器被配置成:测量在转换器-逆变器装置的三相输出上的三相电流;提取转换 器-逆变器装置的三相输出的每个相的基波电流分量;提取转换器-逆变器装置的三相输 出的每个相的三次谐波分量;将从每个相提取的基波电流分量和三次谐波分量分别与第一 阈值和第二阈值比较;以及基于基波电流分量和三次谐波分量与第一和第二阈值的比较, 检测在三相输出的一个相上的接地故障。
[0049]根据本发明的另一个实施例,提供了用于检测在配电系统中的高电阻接地故障的 方法,该配电系统包括在AC电源和AC电机之间串联的AC电机驱动器,其中AC电机驱动器 被配置成调节对AC电机的三相输出。该方法包括:测量在对AC电机的三相输出的第一相、 第二相和第三相中的每个相上的电流;提取用于第一相、第二相和第三相中的每个相的基 波电流分量;提取用于第一相、第二相和第三相中的每个相的三次谐波分量。该方法同样包 括将从第一相、第二相和第三相中的每个相提取的基波电流分量和三次谐波分量分别与基 波分量阈值和三次谐波阈值比较;以及基于在每个相上的基波电流分量和三次谐波分量与 基波和三次谐波阈值的比较,检测在第一相、第二相和第三相中的任一相上的接地故障。如 果检测到接地故障,则该方法进一步包括识别接地故障存在于第一相、第二相或第三相中 的哪一个相上。
[0050] 根据本发明的又一个实施例,用于检测在高电阻接地(HRG)配电系统中的接地故 障的系统包括:多个电流传感器,该多个电流传感器测量在HRG配电系统中的逆变器的三 相输出上的电流;以及控制器,该控制器被配置成:测量在逆变器的三相输出上的三相电 流;提取三相输出的每个相的基波电流分量;提取三相输出的每个相的三次谐波分量;将 从每个相提取的基波电流分量和三次谐波分量分别与基波分量阈值和三次谐波分量阈值 比较;以及基于在每个相上的基波电流分量和三次谐波分量与基波分量和三次谐波分量阈 值的比较,检测在三相输出的一个相上的接地故障。
[0051] 本发明已经根据优选实施例进行了描述,并且应当认识到除了明确陈述的那些, 等同、替换和修改是可能的并且处于所附权利要求的范围之内。

Claims (20)

1. 一种配电系统,包括: 转换器-逆变器装置,所述转换器-逆变器装置具有可连接到三相AC电源的输入和可 连接到负载输入端子的三相输出,所述转换器逆变器装置被配置成控制在所述负载中的电 流流动和端子电压;以及 连接到所述转换器-逆变器装置的故障检测和保护系统,所述故障检测和保护系统包 括: 多个电流传感器,所述多个电流传感器被配置成测量在所述转换器-逆变器装置的三 相输出上的电流;以及 控制器,该控制器被配置成: 测量在所述转换器-逆变器装置的三相输出上的三相电流; 提取所述转换器-逆变器装置的三相输出的每个相的基波电流分量; 提取所述转换器-逆变器装置的三相输出的每个相的三次谐波分量; 将从每个相提取的所述基波电流分量和所述三次谐波分量分别与第一阈值和第二阈 值比较;以及 基于所述基波电流分量和所述三次谐波分量与所述第一和第二阈值的比较,检测在所 述三相输出的一个相上的接地故障。
2. 根据权利要求1所述的配电系统,其中所述控制器被配置成当所述三相输出的一个 相具有超过所述第一阈值的基波电流分量和超过所述第二阈值的三次谐波分量时,宣布接 地故障。
3. 根据权利要求2所述的配电系统,其中所述控制器被配置成识别所述接地故障存在 于三相输出的哪个相上。
4. 根据权利要求2所述的配电系统,其中所述控制器被配置成当宣布接地故障时产生 警报。
5. 根据权利要求4所述的配电系统,其中所述控制器被配置成将在所述三相输出的每 个相上的相电流定义为: i = I1^cos 0 +I3*cos3 0 , 其中I1是所述基波电流分量的幅度,I3是所述三次谐波分量的幅度,并且0是命令所 述负载运行时的速度。
6. 根据权利要求5所述的配电系统,其中所述控制器被配置成提取所述基波电流分量 而不使用总体快速傅里叶变换(FFT),所述基波电流分量根据如下提取:
Figure CN104364989AC00021
其中I1是所述基波电流分量的幅度,I3是所述三次谐波分量的幅度,并且0是命令所 述负载运行时的速度。
7. 根据权利要求5所述的配电系统,其中所述控制器被配置成根据如下来提取所述三 次谐波分量:
Figure CN104364989AC00031
其中I1是所述基波电流分量的幅度,I3是所述三次谐波分量的幅度,并且0是命令所 述负载运行时的速度。
8. 根据权利要求1所述的配电系统,其中在不存在接地故障的相上所述三次谐波分量 是零。
9. 根据权利要求1所述的配电系统,进一步包括位于所述三相AC电源的中性点和大地 接地之间的电阻器,以使得所述配电系统包括高电阻接地(HRG)系统。
10. 根据权利要求9所述的配电系统,其中所述转换器-逆变器装置包括可调速驱动 器(ASD),以及其中所述控制器进一步被配置成从通过在ASD中多个开关的切换所产生的 测量的三相电流来滤除开关频率分量。
11. 一种方法,用于检测在配电系统中的高电阻接地故障,所述配电系统包括在AC电 源和AC电机之间串联的AC电机驱动器,其中所述AC电机驱动器被配置成调节对所述AC 电机的三相输出,其中所述方法包括: 测量在对所述AC电机的所述三相输出的第一相、第二相和第三相中的每个相上的电 流; 提取所述第一相、第二相和第三相中的每个相的基波电流分量; 提取所述第一相、第二相和第三相中的每个相的三次谐波分量; 将从所述第一相、第二相和第三相中的每个相提取的所述基波电流分量和所述三次谐 波分量分别与基波分量阈值和三次谐波阈值比较; 基于在每个相上的所述基波电流分量和所述三次谐波分量与所述基波和三次谐波阈 值的比较,检测在所述第一相、第二相和第三相中的任一相上的接地故障;以及 如果检测到接地故障,则识别所述接地故障存在于所述第一相、第二相或第三相中的 哪一个相上。
12. 根据权利要求11所述的方法,进一步包括当所述三相输出中的一个相具有超过所 述基波分量阈值的基波电流分量和超过所述三次谐波阈值的三次谐波分量时,宣布接地故 障。
13. 根据权利要求11所述的方法,进一步包括将在所述第一相、第二相和第三相中的 每个相上的相电流定义为: i = I1^cos 0 +I3*cos3 0 , 其中I1是所述基波电流分量的幅度,I3是所述三次谐波分量的幅度,并且0是命令所 述负载运行时的速度。
14. 根据权利要求11所述的方法,其中提取所述基波电流分量包括根据如下来提取所 述基波电流分量:
Figure CN104364989AC00041
其中I1是所述基波电流分量的幅度,I3是所述三次谐波分量的幅度,并且0是命令所 述负载运行时的速度。
15. 根据权利要求11所述的方法,其中提取所述三次谐波分量包括根据如下来提取所 述三次谐波分量:
Figure CN104364989AC00042
其中I1是所述基波电流分量的幅度,I3是所述三次谐波分量的幅度,并且0是命令所 述负载运行时的速度。
16. 根据权利要求11所述的方法,进一步包括从在所述第一相、第二相和第三相中的 每个相上测量的电流滤除开关频率分量,以便进一步将所述基波电流分量和所述三次谐波 分量隔离。
17. -种系统,用于检测在高电阻接地(HRG)配电系统中的接地故障,所述系统包括: 多个电流传感器,所述多个电流传感器测量在HRG配电系统中的逆变器的三相输出上 的电流;以及 控制器,所述控制器被配置成: 测量在所述逆变器的三相输出上的三相电流; 提取所述三相输出的每个相的基波电流分量; 提取所述三相输出的每个相的三次谐波分量; 将从每个相提取的所述基波电流分量和所述三次谐波分量分别与基波分量阈值和三 次谐波分量阈值比较;以及 基于在每个相上的所述基波电流分量和所述三次谐波分量与所述基波分量和三次谐 波分量阈值的比较,检测在所述三相输出的一个相上的接地故障。
18. 根据权利要求17所述的系统,其中所述控制器进一步被配置成当所述三相输出的 一个相具有超过所述基波分量阈值的基波电流分量和超过所述三次谐波分量阈值的三次 谐波分量时,宣布接地故障。
19. 根据权利要求17所述的系统,其中所述控制器被配置成基于从每个相提取的所述 基波电流分量和所述三次谐波分量的提取,识别所述接地故障存在于所述三相输出的哪个 相上。
20. 根据权利要求17所述的系统,其中在不存在接地故障的相上所述三次谐波分量是 零。
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