CN106353633A - 一种直流充电桩短路故障与充电过程的判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流充电桩短路故障与充电过程的判别方法，属于电力系统继电保护技术领域。在直流充电桩过流保护装置中安装谐波采集与检测模块，谐波采集与检测模块实时采集交流侧电流数据，利用小波变换滤除采集波形中高频噪声，通过检测交流侧电流中谐波与基波含量大小之间的关系，对直流充电桩短路故障与充电过程进行判别；若发生短路故障，交流侧基波与特定次数谐波含量之比会超过阈值，谐波采集与检测模块不向过流保护发送闭锁保护；若直流充电桩处于充电过程，交流侧基波与特定次数谐波含量之比较小，谐波采集与检测模块向过流保护发送闭锁保护；本发明能够准确判断直流充电桩短路故障与充电过程，避免直流充电桩充电过程中过流保护误动作。

Description

一种直流充电桩短路故障与充电过程的判别方法

技术领域

本发明涉及一种直流充电桩短路故障与充电过程的判别方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

随着电动汽车技术日益成熟，大量电动汽车开始投入使用，由于目前电动汽车续航能力不佳，故充电站内往往存在大量电动汽车排队等待充电。现有直流充电桩充电速度已经能够超过20kW，在充电过程中会产生较大电流，但是目前配电箱内过流保护难以对直流充电桩充电过程与短路故障进行区分，导致多个直流充电桩同时为电动汽车快速充电时易被过流保护误判为发生短路故障，导致过流保护误动作，严重影响用户正常充电。为保证直流充电桩能够正常使用，部分厂家通过短时间内调整过流保护定值的方法解决，但是该方法会造成过流保护在短时间内无法对短路故障作出快速反应，降低了保护的灵敏性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有过流保护无法判别直流充电桩短路故障与充电过程的不足，提出一种直流充电桩短路故障与充电过程的判别方法。

本发明的技术方案是：一种直流充电桩短路故障与充电过程的判别方法，通过在直流充电桩交流侧过流保护中加装谐波采集与检测模块，谐波采集与检测模块实时采集交流侧电流瞬时值，利用小波变换滤除采集波形中高频噪声，通过傅立叶变换计算一个工频周期内工频电流幅值A₁、5次谐波电流幅值A₅、7次谐波电流幅值A₇，通过A₁与A₅、A₇计算谐波含量μ，将μ与预先设定的阈值ε进行比较，若μ<ε，则判定直流充电桩处于充电过程，谐波采集与检测模块向过流保护发送闭锁信号，防止过流保护动作，若μ≥ε，则判定直流充电桩发生短路故障，谐波检测模块不向过流保护发送闭锁信号。

具体步骤为：

(1)在直流充电桩交流侧过流保护中加装谐波采集与检测模块，谐波采集与检测模块实时采集交流侧电流瞬时值d(n)，n为离散信号第n个采样点，利用小波变换滤除采集波形中高频噪声，利用式(1)求取第一尺度下的低频分量X(n)；

$X\left(n\right)=\underset{k=1}{\overset{8}{\&Sigma;}}d(n-k)l\left(k\right)---\left(1\right)$

式中，l(k)为小波高通滤波器系数，l(k)＝(-0.0106，0.0329，0.0308，-0.1870，-0.0280，0.6309，0.7148，0.2304)，k＝1，2…，8，n为采样点；

(2)通过傅立叶变换计算一个工频周期内工频电流幅A₁、5次谐波电流幅值A₅、7次谐波电流幅值A₇，N为一个工频周期内采集到的电流总数，X(k)为频率、是50×k的频率分量；

$X\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}{x}_n{e}^{-j2\mathrm{\&pi;}kn/N}$

A₁＝|X(1)|

A₅＝|X(5)|

A₇＝|X(7)|

式中，k＝1，5，7，j为复数的虚数部分，N为采样点总数，k表示k次谐波，n为采样点，n＝0，1，…，N-1；

(3)计算μ：

$\mathrm{\&mu;}=\frac{A_1^2}{A_5^2+A_7^2}$

(4)设置阈值ε，若μ<ε，则判定直流充电桩处于充电过程，谐波采集与检测模块向过流保护发送闭锁信号，防止过流保护动作；若μ≥ε，则判定直流充电桩发生短路故障，谐波检测模块不向过流保护发送闭锁信号。

本发明的有益效果是：能够准确判断直流充电桩短路故障与充电过程，避免直流充电桩充电过程中过流保护误动作。

附图说明

图1是本发明电路逻辑框图；

图2是本发明实施例1中的工频周期内电流波形图；

图3是本发明实施例2中的工频周期内电流波形图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

一种直流充电桩短路故障与充电过程的判别方法，通过在直流充电桩交流侧过流保护中加装谐波采集与检测模块，谐波采集与检测模块实时采集交流侧电流瞬时值，利用小波变换滤除采集波形中高频噪声，通过傅立叶变换计算一个工频周期内工频电流幅值A₁、5次谐波电流幅值A₅、7次谐波电流幅值A₇，通过A₁与A₅、A₇计算谐波含量μ，将μ与预先设定的阈值ε进行比较，若μ<ε，则判定直流充电桩处于充电过程，谐波采集与检测模块向过流保护发送闭锁信号，防止过流保护动作，若μ≥ε，则判定直流充电桩发生短路故障，谐波检测模块不向过流保护发送闭锁信号。

具体步骤为：

(1)在直流充电桩交流侧过流保护中加装谐波采集与检测模块，谐波采集与检测模块实时采集交流侧电流瞬时值d(n)，n为离散信号第n个采样点，利用小波变换滤除采集波形中高频噪声，利用式(1)求取第一尺度下的低频分量X(n)；

$X\left(n\right)=\underset{k=1}{\overset{8}{\&Sigma;}}d(n-k)l\left(k\right)---\left(1\right)$

式中，l(k)为小波高通滤波器系数，l(k)＝(-0.0106，0.0329，0.0308，-0.1870，-0.0280，0.6309，0.7148，0.2304)，k＝1，2…，8，n为采样点；

(2)通过傅立叶变换计算一个工频周期内工频电流幅A₁、5次谐波电流幅值A₅、7次谐波电流幅值A₇，N为一个工频周期内采集到的电流总数，X(k)为频率、是50×k的频率分量；

$X\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}{x}_n{e}^{-j2\mathrm{\&pi;}kn/N}$

A₁＝|X(1)|

A₅＝|X(5)|

A₇＝|X(7)|

式中，k＝1，5，7，j为复数的虚数部分，N为采样点总数，k表示k次谐波，n为采样点，n＝0，1，…，N-1；

(3)计算μ：

$\mathrm{\&mu;}=\frac{A_1^2}{A_5^2+A_7^2}$

(4)设置阈值ε，若μ<ε，则判定直流充电桩处于充电过程，谐波采集与检测模块向过流保护发送闭锁信号，防止过流保护动作；若μ≥ε，则判定直流充电桩发生短路故障，谐波检测模块不向过流保护发送闭锁信号。

实施例1：如图1所示，直流充电桩过流保护装置中安装谐波采集与检测模块，在直流充电桩充电过程中，直流充电桩内的整流器会在交流侧产生大量特定次数的谐波，谐波采集与检测模块实时采集交流侧电流数据，通过检测交流侧电流中谐波与基波含量大小之间的关系，对直流充电桩短路故障与充电过程进行判别；若发生短路故障，交流侧基波与特定次数谐波含量之比会超过阈值，谐波采集与检测模块不向过流保护发送闭锁保护；若直流充电桩处于充电过程，交流侧基波与特定次数谐波含量之比较小，谐波采集与检测模块向过流保护发送闭锁保护。

在MATLAB/Simulink仿真软件中搭建仿真模型，充电桩功率设为10kW，设置阈值ε＝20，白噪声幅值大小为工频电流幅值的10％，当直流充电桩发生短路故障时，一个工频周期内电流波形如图2所示，谐波采集与检测模块实时采集交流侧电流信号瞬时值，通过傅立叶变换计算一个工频周期内工频电流幅值A₁＝40A、5次谐波电流幅值A₅＝0A、7次谐波电流幅值A₇＝0A。计算得到μ＝∞，μ≥ε，判定直流充电桩发生短路故障，谐波检测模块不向过流保护发送闭锁信号，过流保护准确动作。

实施例2：如图1所示，直流充电桩过流保护装置中安装谐波采集与检测模块，在直流充电桩充电过程中，直流充电桩内的整流器会在交流侧产生大量特定次数的谐波，谐波采集与检测模块实时采集交流侧电流数据，通过检测交流侧电流中谐波与基波含量大小之间的关系，对直流充电桩短路故障与充电过程进行判别；若发生短路故障，交流侧基波与特定次数谐波含量之比会超过阈值，谐波采集与检测模块不向过流保护发送闭锁保护；若直流充电桩处于充电过程，交流侧基波与特定次数谐波含量之比较小，谐波采集与检测模块向过流保护发送闭锁保护。

在MATLAB/Simulink仿真软件中搭建仿真模型，充电桩功率设为10kW，设置阈值ε＝20，白噪声幅值大小为工频电流幅值的10％，当直流充电桩在充电时，一个工频周期内电流波形如图3所示，谐波采集与检测模块实时采集交流侧电流信号瞬时值，通过傅立叶变换计算一个工频周期内工频电流幅值A₁＝50A、5次谐波电流幅值A₅＝8A、7次谐波电流幅值A₇＝5.8A。计算得到μ＝16.7，μ<ε，判定直流充电桩在充电，谐波检测模块向过流保护发送闭锁信号，过流保护闭锁不动作。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种直流充电桩短路故障与充电过程的判别方法，其特征在于：通过在直流充电桩交流侧过流保护中加装谐波采集与检测模块，谐波采集与检测模块实时采集交流侧电流瞬时值，利用小波变换滤除采集波形中高频噪声，通过傅立叶变换计算一个工频周期内工频电流幅值A₁、5次谐波电流幅值A₅、7次谐波电流幅值A₇，通过A₁与A₅、A₇计算谐波含量μ，将μ与预先设定的阈值ε进行比较，若μ<ε，则判定直流充电桩处于充电过程，谐波采集与检测模块向过流保护发送闭锁信号，防止过流保护动作，若μ≥ε，则判定直流充电桩发生短路故障，谐波检测模块不向过流保护发送闭锁信号。

2.根据权利要求1所述的直流充电桩短路故障与充电过程的判别方法，其特征在于具体步骤为：

(1)在直流充电桩交流侧过流保护中加装谐波采集与检测模块，谐波采集与检测模块实时采集交流侧电流瞬时值d(n)，n为离散信号第n个采样点，利用小波变换滤除采集波形中高频噪声，利用式(1)求取第一尺度下的低频分量X(n)；

$X\left(n\right)=\underset{k=1}{\overset{8}{\&Sigma;}}d(n-k)l\left(k\right)---\left(1\right)$

式中，l(k)为小波高通滤波器系数，l(k)＝(-0.0106，0.0329，0.0308，-0.1870，-0.0280，0.6309，0.7148，0.2304)，k＝1，2…，8，n为采样点；

(2)通过傅立叶变换计算一个工频周期内工频电流幅A₁、5次谐波电流幅值A₅、7次谐波电流幅值A₇，N为一个工频周期内采集到的电流总数，X(k)为频率、是50×k的频率分量；

$X\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}{x}_n{e}^{-j2\mathrm{\&pi;}kn/N}$

A₁＝|X(1)|

A₅＝|X(5)|

A₇＝|X(7)|

式中，k＝1，5，7，j为复数的虚数部分，N为采样点总数，k表示k次谐波，n为采样点，n＝0，1，…，N-1；

(3)计算μ：

$\mathrm{\&mu;}=\frac{A_1^2}{A_5^2+A_7^2}$

(4)设置阈值ε，若μ<ε，则判定直流充电桩处于充电过程，谐波采集与检测模块向过流保护发送闭锁信号，防止过流保护动作；若μ≥ε，则判定直流充电桩发生短路故障，谐波检测模块不向过流保护发送闭锁信号。