CN106443320A - 用于检测lvdc电线中的接地故障的方法及其电子设备 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于检测LVDC电线中的接地故障的方法及其电子设备。发明涉及检测LVDC电线(500)的故障的方法(100)，其特征在于包括：获取(101)指示电线的多个导体间的不平衡电流(IG)的低频分量的第一检测信号(VLOW)，由指示不平衡电流的对应测量信号(VM1)的低通滤波得到第一检测信号；获取(102)指示电线的多个导体间的不平衡电流(IG)的高频分量的第二检测信号(VHIGH)，由指示不平衡电流的对应测量信号(VM2)的高通滤波得到第二检测信号；由计算第一和第二检测信号(VLOW,VHIGH)的比得到(103)第三检测信号(RT)；由比较第三检测信号(RT)与第一阈值(TH1)检查(104)是否有DC电流(IF)。另一方面，发明涉及包括执行该方法的处理装置的电子设备(1)。

Description

用于检测LVDC电线中的接地故障的方法及其电子设备
技术领域
本发明涉及LVDC电力分配网络的领域。
更具体而言，本发明涉及用于检测LVDC电力分配网络中的接地故障的方法和电子设备。
背景技术
为了清楚起见，以下被指定：
-术语“低电压”(LV)涉及低于1kV AC和1.5kV DC的电压；
-术语“中电压”(MV)涉及高于1kV AC和1.5kV DC，直到数十kV，例如，直到72kV AC和100kV DC的电压；
-术语“LVDC电力分配网络”和“LVDC电线”分别标识在其中DC电流流动的LV电力分配网络和LV电线。
如已知的，电能分配情形在过去一些年已经发生改变。
好的电力质量和电能分配效率已经变为电能分配的管理中非常重要的因素，因为客户现在基本上依赖于不中断电源，并且能量的价格正在不断地上升。
进一步，DG(分布式发电)系统(例如，太阳能板系统，风力发电系统等等)和能量存储系统(例如，电池、超级电容器等等)在电力分配电网中广泛的散布提出了要面对的新的网络管理问题。
因此，低压直流电(LVDC)电力分配网络变得对于电能分配越来越令人关注，因为它们相对于传统电力分配电网具有显著的优点。
LVDC电力分配网络的特征一般在于电能传输中的较高效率和容量，因为电阻性损耗通常较低，并且所有被传输的功率基本上都是有功功率。
进一步，它们通常向客户确保较高的电力质量，因为通常更容易对馈送MV电力分配网络的电压下降和短的中断提供补偿。
另外，它们允许(通过使用相对较少数量的转换级，并且无需相位同步)容易地与DG系统和能量存储系统进行连接。
在LVDC电力分配网络中，由包含合适的保护设备或操作地与合适的保护设备相关联的切换设备(例如，断路器)提供对接地故障的预防。
这样的保护设备通常被配置成检测在其相关联的电线的导体之间不平衡电流IG的存在，因为这可以指示故障情况的发生。
经验表明，当前可用的保护设备如何可能不能确保LVDC电力分配网络的最佳管理。
在图1A，1B，1C中，示出了LVDC电力分配网络1000的通用电线1002的操作。
如已知的，LVDC电力分配网络1000通常由馈送级1001馈送，馈送级1001包括电力变压器和AC/DC转换器并与AC馈送网络1005电气耦合。
在正常操作期间，泄漏电流ILK可以由馈送级1001的AC/DC转换器生成。通常，所述泄漏电流ILK通过由AC/DC转换器、电力变压器的接地连接、向电力载荷1003馈送的电线1002的导体、以及地耦合电容CP形成的电路径朝向地流动(图1B)。
泄漏电流ILK具有相对较高的频率，该频率基本上对应于转换器的切换频率(例如，10KHz)及其多个频率。
当在电线1002处发生接地故障时，DC故障电流IF通过由转换器1001的接地连接、转换器1001本身、电线1002的导体以及对地的故障电阻RG形成的电路径朝向地流动(图1C)。
鉴于以上所述，显而易见的是，DC故障电流IF和泄漏电流ILK沿着朝向地的共同的电路径，该路径中包括电线1002的导体。
因此，当在电线1002的导体之间检测到不平衡电流IG(朝向地的电流)时，这样的电流可能是由于唯一的泄漏电流ILK，或者它还可能是由于指示接地故障事件的DC电流IF的存在。
在图1A中示出了电线的导体之间的检测到的不平衡电流IG的行为的示例。在此情况下，有可能会注意到DC电流IF(由于接地故障事件)和高频分量ILK(由于朝向地的泄漏电流)的重叠。
令人遗憾的是，通常在LVDC电力分配网络中采用的保护设备被配置成仅仅检查电线中检测到的不平衡电流IG是否克服给定阈值。
可以容易地理解，这些较差的区别能力可能会导致错误的保护干预，特别是当存在朝向地的相对高的泄漏电流ILK时。
因此，甚至在存在不太危险的异常状况(不同于故障状况)的情况下，也可能会中断电线1002。
当然，此事实可能会对LVDC电力分配网络的操作性管理具有负面的影响。
发明内容
本发明的主要目标是提供允许克服现有技术的当前解决方案的局限性的用于检测LVDC电线中的接地故障的方法和电子设备。
在此目标内，本发明的目的是提供允许检测到LVDC电线中的差动电流并有效地区别所述差动电流是由于实际发生故障状况还是由于其他不太危险的异常状况的方法和电子设备。
本发明的再一个目的是提供在工业级别实现起来相对容易并便宜的方法和电子设备。
因此，根据下列权利要求1和相关的从属权利要求，本发明提供用于检测LVDC电线中的差动电流的方法。
另一方面，根据下列权利要求4和相关的从属权利要求，本发明提供用于检测LVDC电线中的差动电流的电子设备。
根据下列权利要求12，本发明的又一个方面涉及用于LVDC电力分配网络的电子装置。所述电子装置可以是例如保护设备、继电器等等。
根据下列权利要求13，本发明的再一个方面涉及用于LVDC电力分配网络的切换设备。所述切换设备可以是例如断路器或类似的设备(例如，切断器、重合闸器等等)，假如它具有合适的断路容量。
附图说明
根据对根据本发明的方法和电子设备的优选的但不排他的实施例的描述，本发明的特征和优点将呈现出来，在附图中，提供了本发明的非限制性示例，其中：
-图1A、1B、1C示意地示出了在正常状况中以及当存在故障事件时通用的LVDC电力分配网络的操作；
-图2示意地示出了包括根据本发明的电子设备的LVDC电力分配网络；
-图3示意地示出了根据本发明的方法；
-图4示意地示出了根据本发明的电子设备；
-图5-6示意地示出了根据本发明的不同的实施例的本发明的电子设备的一些部分。
具体实施方式
参考引用的图形，本发明涉及用于检测LVDC电力分配网络400的LVDC电线500中的接地故障的方法100和电子设备1。
LVDC电力分配网络400可以是已知类型的，并且可以根据需要对它进行配置。作为示例，它可以单极类型的，并包括TT类型的接地系统。
在图2中，LVDC电力分配网络400被配置为包括主电力分配线路401的电网，电力载荷600、DG系统700或能量存储系统800可以通过合适的电线电气连接到该主电力分配线路401。
LVDC电力分配网络400包括前端的AC/DC转换级300，该前端的AC/DC转换级300电气耦合到主电力分配线路401以馈送给此后者以及与其电气连接的其他电线。
AC/DC转换级300可以是已知类型的。
AC/DC转换级300包括切换部分，包括具有给定切换频率fSW的换向设备(commutation device)。
有利地，前端转换级300电气耦合到AC电力分配网络200。
AC电力分配网络200可以是已知类型的，并且可以根据需要对它进行配置。
AC电力分配网络200可以包括电气连接在MV发电设施204和MV/LV变压器级203之间的MV部分201，以及电气连接在MV/LV变压器级203和AC/DC转换级300之间的LV部分202。
优选地，由于安全原因，MV/LV变压器级203连接到地以便例如防止过电压。
LVDC电线500可以是已知类型的，并可以根据需要对它进行配置。例如，它可以是单极或双极类型。
LVDC电线500包括形成线路线缆的多个导体。
LVDC电线500可以电气连接到电力载荷600。
作为示例，在图1中，LVDC电线500被示为将电力载荷600(具有对地的连接)与LVDC电力分配网络400的主电力分配线路401进行电气连接。
然而，原理上，LVDC电线500可以不同地被配置。
例如，它可以是提供与发电单元(例如，DG单元或能量存储单元)进行电气连接的电线。
LVDC电力分配网络400可以包括一个或多个切换设备150，例如，用于接地故障保护的目的。
如上文所提及的，根据其一个方面，本发明涉及用于检测LVDC电力分配网络400的LVDC电线500中的故障的方法100(图3)。
方法100包括获取第一检测信号VLOW的步骤101，该第一检测信号VLOW指示电线500的多个导体之间的检测到的不平衡电流IG的低频分量，方法100还包括获取第二检测信号VHIGH的步骤102，该第二检测信号VHIGH指示检测到的不平衡电流IG的高频分量。
为了清楚起见，在以下中指定，术语不平衡电流IG的“低频分量”和“高频分量”分别标识不平衡电流IG的分别具有低于和高于参考频率fE的分量，该参考频率fE是依赖于AC/DC转换级300的配置以及用于检测不平衡电流IG的感测装置2的配置设置的。
优选地，这样的参考频率fE被包括在0(DC)和fSW之间的频率间隔内，其中，fSW是AC/DC转换级300的切换频率。
优选地，频率fE比切换频率fSW低得多(例如，至少低50％)。作为示例，如果切换频率fSW被设置为10KHz，则频率fE优选地具有1KHz和5KHz之间的值。
第一和第二检测信号VLOW、VHIGH分别是通过对指示不平衡电流IG的一个或多个对应的测量信号VM1、VM2的低通滤波和高通滤波获得的。
优选地，第一和第二检测信号VLOW、VHIGH分别是通过对指示不平衡电流IG的第一和第二测量信号VM1、VM2的低通滤波和高通滤波获得的。
如在下文中所说明的，在方法100的实际实现中，不平衡电流IG可以由适当地配置的感测装置2来检测，该感测装置2操作地与电线500的导体耦合并被配置成提供指示不平衡电流IG的一个或多个测量信号VM1、VM2。
优选地，测量信号VM1，VM2是在参考频率fE处的交流信号。它们可以包括高频分量以及可能的DC分量。
如在下文中所说明的，在方法100的实际实现中，检测信号VLOW、VHIGH可以由适当地配置的滤波装置3来提供，该滤波装置3操作地与感测装置2相关联以接收上文所提及的测量信号VM1、VM2。
优选地，检测信号VLOW、VHIGH是电压信号。
方法100包括通过计算所述第一和第二检测信号VLOW、VHIGH之间的比率来计算第三检测信号RT的步骤103。
由于它等于检测信号VLOW和检测信号VHIGH之间的比率，因此检测信号RT提供关于检测到的不平衡电流IG是也由于朝向地的DC故障电流IF的贡献还是由于唯一的朝向地流通的高频泄漏电流ILK的信息。
在实践中，检测信号RT提供允许排除DC故障电流IF的存在的信息，该DC故障电流IF指示接地故障事件。
因此，方法100包括通过将第三检测信号RT与第一阈值TH1进行比较来检查DC故障电流IF是否存在的步骤104。
优选地，第一阈值TH1被设置为零(TH1＝0)。
然而，第一阈值TH1可以被设置为零的邻近区域中的值，例如，相对于在LVDC电网中朝向地的可能的DC故障电流IF的典型的幅度值小得多的值(即，至少小一个数量级)。
具有无或可忽略的幅度(RT<＝TH1)的检测信号RT指示故障电流IF不存在，并且不平衡电流IG基本上是由于朝向地流动的高频泄漏电流ILK。
另一方面，具有不可忽略的幅度(RT>TH1)的检测信号RT指示存在故障电流IF，即使此后者可能与高频泄漏电流ILK重叠。
显然，方法100提供确保电线500(并且更一般而言，LVDC电力分配网络400)的操作的良好管理所需要的信息。
事实上，方法100提供检查在电线500的导体当中的检测到的不平衡电流IG是由于实际的故障事件(DC故障电流IF)还是仅仅由于由转换级300所生成的泄漏电流ILK的唯一的存在的有效区别标准。
基本上通过处理步骤103-104来实现的这样的区别标准允许排除朝向地的故障电流IF是否存在。
因此，方法100允许正确地解决对电线500的可能的保护干预，由此避免此后者的错误的或不期望的中断。
如果通过执行上文所示出的步骤103排除了DC故障电流IF的存在，则方法100提供对第二检测信号VHIGH的处理，以检查泄漏电流ILK的存在是否可以被视为可忽略的现象或要求维护干预(例如，对转换级300)。
优选地，方法100包括如果第三检测信号RT不超出第一阈值TH1，则将第二检测信号VHIGH与第二阈值TH2进行比较的步骤105。
优选地，根据用于电线500的操作的安全要求，设置第二阈值TH2。
优选地，方法100包括如果第二检测信号VHIGH超出第二阈值TH2，则生成指示朝向地的泄漏电流ILK的存在的警报信号WARN的步骤106。在此情况下，用信令来表示异常的操作状况(可能要求维护干预)。
有利地，可以将警报信号WARN发送到配备有合适的信令装置的继电器或控制单元。
优选地，如果第二检测信号VHIGH不超出第二阈值TH2，则方法100终止。在此情况下，泄漏电流ILK的存在不被视为异常的操作状况。
如果通过执行上文所示出的步骤103确定了DC故障电流IF的存在，则方法100提供对检测信号VLOW、VHIGH的处理，以检查是否由于安全原因需要中断电线。
优选地，方法100包括如果第三检测信号RT超出第一阈值TH1，则通过计算第一和第二检测信号VLOW、VHIGH的总和来获得第四检测信号VSUM的步骤107。
第四检测信号VSUM有利地指示电线500中的朝向地流动的电流的总大小。因此，它提供确定是否需要保护干预所需的信息。
优选地，方法100包括将第四检测信号VSUM与第三阈值TH3进行比较的步骤108。
优选地，根据用于电线500的操作的安全要求来设置第三阈值TH3。
可以将第三阈值TH3设置为等于第二阈值TH2(TH1＝TH2)。
优选地，方法100包括如果第四检测信号VSUM超出第三阈值TH3，则生成命令中断电线500的跳脱信号TRIP的步骤109。
有利地，可以将跳脱信号TRIP发送到切换设备150的继电器或控制单元，该切换设备150的继电器或控制单元进而提供电线500的中断。
上文所描述的步骤107-109的执行提供了从安全的视角来看的相关优点。
基于指示朝向地流动的电流的总大小的第四检测信号VSUM的峰值幅度来命令可能的保护干预。
这确保了就用户的安全性而言相对于传统的保护设备的改进的性能，其中唯一的DC故障电流IF的幅度被检查以用于命令保护干预。
如在下文中所说明的，在其实际实现中，方法100可以通过适当地配置的处理装置4来执行，处理装置4可以是模拟和/或数字类型的。
因此，依赖于方法本身的实际实现，在方法100中处理的或提供的信号VLOW、VHIGH、RT、VHIGH、WARN、TRIP可以是模拟信号或数字信号。
如上文所提及的，根据其一个方面，本发明涉及用于检测LVDC电力分配网络400的LVDC电线500中的接地故障的电子设备1(图4)。
电子设备1包括与电线500的导体操作地耦合的感测装置2。
感测装置2适用于提供指示电线500的导体之间的不平衡电流IG的一个或多个测量信号VM1、VM2。
优选地，一个或多个测量信号VM1、VM2是上文所提及的在参考频率fE处的交流信号。测量信号VM1、VM2可以具有指示不平衡电流IG的高频分量和低频分量的谐波含量。
优选地，所述一个或多个测量信号VM1、VM2是电压信号。
电子设备1包括滤波装置3，该滤波装置3被配置成处理所述一个或多个测量信号VM1、VM2，并提供指示不平衡电流IG的低频分量的第一检测信号VLOW和指示不平衡电流IG的高频分量的第二检测信号VHIGH。
如上文已经指出的，术语不平衡电流IG的“低频分量”和“高频分量”应该旨在标识不平衡电流IG的分别具有低于和高于参考频率fE的分量。
滤波装置3可以是模拟或数字类型的。
如果它们以模拟的方式被实现，则滤波装置3包括适当地被布置为提供对一个或多个测量信号VM1、VM2的滤波的电子电路。
如果它们以数字的方式被实现，则滤波装置3包括被配置成执行软件指令(可存储在介质中)以便执行对测量信号VM1、VM2的滤波的一个或多个计算机化的资源(例如，微处理器)。
电子设备1包括被配置成处理第一和第二检测信号VLOW、VHIGH的处理装置4。
处理装置被配置成执行上文以及在图3中所描述的方法100。
如上文已经指出的，处理装置4可以是模拟或数字类型的。
如果它们以模拟的方式被实现，则处理装置4包括适当地被布置为执行由方法100所提供的信号处理步骤的电子电路。
如果它们以数字的方式被实现，则处理装置4包括被配置成执行软件指令(可存储在介质中)以执行由方法100所提供的信号处理步骤的一个或多个计算机化的单元(例如，微处理器)。
有利地，滤波装置3和处理装置4可以被集成在一个或多个处理单元中，该处理单元可以是模拟或数字类型的。
电子设备1可以包括自主的处理资源(例如，它可以配备有自己的微控制器)以实现处理装置4，或它可以共享存在于它可能被嵌入或集成在其中的设备或系统中的处理资源。
根据本发明的一些实施例(如图4-6所示)，感测装置2适用于提供指示不平衡电流IG的区别的第一和第二测量信号VM1、VM2。
在此情况下，滤波装置3有利地被配置成处理第一和第二测量信号VM1、VM2，并提供检测信号VLOW、VHIGH。
优选地，滤波装置3包括被配置成处理第一测量信号VM1并提供第一检测信号VLOW的第一低通滤波装置31。
优选地，滤波装置3包括被配置成处理第二测量信号VM2并提供第二检测信号VHIGH的第二高通滤波装置32。
根据本发明的其他实施例(未示出)，感测装置2可以适用于提供指示不平衡电流IG的唯一的测量信号。
在此情况下，滤波装置3有利地被配置成处理这样的测量信号，并提供检测信号VLOW、VHIGH。
优选地，感测装置2至少包括磁芯21，该磁芯21被配置成形成用电线500的导体束缚的磁通路径。
有利地，磁芯21具有高磁导率，并且它可以由例如Ni-Fe合金制成。
优选地，磁芯21形状为环形。
磁芯21有利地被布置为感测在电线500的导体当中的不平衡电流IG。
为了提高对电线500中的可能的不平衡电流IG的总的灵敏度，电线500的导体可以缠绕磁芯21以形成多个匝。
优选地，感测装置2包括与磁芯21操作地耦合的激励电路部分220。
激励电路部分220包括缠绕磁芯21的一个或多个激励绕组22、22A、22B以及至少电气连接到所述激励绕组的电源23。
电源23提供沿着激励绕组22、22A、22B流通的激励电流IE。
激励电流IE是具有频率fE的AC电流，该频率fE构成用于在不平衡电流IG的低频分量和高频分量之间进行区别的参考频率。
如上文所描述的，频率fE被包括在间隔0<fE<fSW内，其中，fSW是馈送给电线500的转换级300的切换频率。
因此，依赖于馈送给电线500的转换级300的切换频率fSW有利地设置频率fE。
有利地，电源23可以是已知类型，例如，电子振荡器电路。
优选地，感测装置2包括操作地与激励电路部分220相关联以便提供指示不平衡电流IG的测量信号VM1、VM2的输出电路部分240。
根据本发明的一些实施例，输出电路部分240包括缠绕磁芯21的一个或多个检测绕组24A、24B。
输出电路部分240还包括一个或多个电阻性分流器RS1、RS2，其中每一个电气连接到对应的检测绕组24A、24B。
每一个检测元件RS1、RS2适用于检测沿着对应的检测绕组24A、24B流动的对应的检测电流IO1、IO2，并提供指示不平衡电流IG的对应的测量信号VM1、VM2。
根据本发明的一个实施例(如图5所示)，感测装置2包括磁芯21和激励电路部分220，该激励电路部分220包括缠绕磁芯21的唯一的激励绕组22以及电气连接到激励绕组22以提供沿着此后者流动的激励电流IE的电源23。
根据这样的实施例，感测装置2包括输出电路部分240，该输出电路部分240包括缠绕磁芯21的第一检测绕组24A和电气连接到第一检测绕组24A的第一检测元件RS1，并包括缠绕磁芯21的第二检测绕组24B和电气连接到第二检测绕组24B的第二检测元件RS2。
优选地，第一和第二检测元件RS1、RS2包括分流电阻器，其中每一个与对应的检测绕组24A、24B串联地电气连接。
电源23提供激励电流IE，该激励电流IE在给定操作点处(例如，在其中磁导率表现出朝向小的值的强的过渡的操作点处，即，在靠近磁芯21的磁滞回线的正的或负的饱和区域的操作点处)极化磁芯21。
作为激励电流IE的流通的结果，第一和第二检测电流IO1、IO2(具有与激励电流IE成比例和与可能的泄漏电流ILK和/或DC电流IF成比例的幅度)分别沿着第一和第二检测绕组24A、24B(并且优选地沿着第一和第二检测元件RS1、RS2)流通。
依赖于激励绕组24A、24B以及检测元件RS1、RS2的设计，检测电流IO1、IO2根据需要可以相同或不同。
第一检测元件RS1检测沿着第一检测绕组24A流动的第一检测电流IO1，并提供第一测量信号VM1。
第二检测元件RS2检测沿着第二检测绕组24B流动的第二检测电流IO2，并提供第二测量信号VM2。
第一和第二电压测量信号VM1、VM2指示电线500的导体之间的不平衡电流IG。
优选地，第一和第二电压测量信号VM1、VM2是当对应的检测电流IO1、IO2沿着所述分流电阻器流动时由对应的分流电阻器RS1、RS2生成的电压信号。因此，可以在分流电阻器RS1、RS2的端子处获得测量信号VM1、VM2。
如上文所提及的，测量信号VM1，VM2是频率fE处的AC信号，并可以具有指示不平衡电流IG的可能的高频分量和低频分量的谐波含量。
依赖于检测绕组24A、24B以及检测元件RS1、RS2的设计，测量信号VM1、VM2根据需要可以相同或不同。
根据如图5所示的实施例的可能的变体(未示出)，感测装置2包括输出电路部分，该输出电路部分包括唯一的检测绕组和对应的电气连接到所述检测绕组的检测元件。
在此情况下，感测装置2提供指示不平衡电流IG的唯一的测量信号，该唯一的测量信号由滤波装置3接收到，由滤波装置3处理它以提供第一和第二检测信号VLOW、VHIGH。
根据本发明的进一步的实施例，输出电路部分240包括一个或多个电阻分流器RS1、RS2，其中每一个电气连接到对应的激励绕组22A、22B。
每一个检测元件RS1、RS2适用于检测沿着对应的激励绕组流动的激励电流IE，并提供对应的测量信号VM1、VM2。
根据本发明的实施例(如图6所示)，感测装置2包括磁芯21和激励电路部分220，该激励电路部分220包括缠绕磁芯21的第一和第二激励绕组22A、22B，以及电气连接到激励绕组22A、22B以提供沿着这些后者流动的激励电流IE的电源23。
根据这样的实施例，感测装置2包括输出电路部分，该输出电路部分包括电气连接到第一激励绕组22A的第一检测元件RS1，并且该输出电路部分包括电气连接到第二激励绕组22B的第二检测元件RS2。
优选地，第一以及第二检测元件RS1、RS2包括分流电阻器，其中每一个与对应的检测绕组24A、24B串联地电气连接。
依赖于检测元件RS1、RS2的设计，由电压源23所提供的激励电流IE根据需要可以相同或不同。
电源23提供激励电流IE，该激励电流IE在给定操作点处极化磁芯21。
第一检测元件RS1检测沿着第一激励绕组22A流动的对应的激励电流IE，并提供第一测量信号VM1。
第一检测元件RS2检测沿着第二激励绕组24B流动的对应的激励电流IE，并提供第二测量信号VM2。
第一和第二电压测量信号VM1、VM2指示电线500的导体之间的不平衡电流IG。
优选地，第一和第二电压测量信号VM1、VM2是当对应的激励电流IE沿着所述分流电阻器流动时由对应的分流电阻器RS1、RS2生成的电压信号。因此，可以在分流电阻器RS1、RS2的端子处获得测量信号VM1、VM2。
如上文所提及的，测量信号VM1、VM2是频率fE处的AC信号，并可以具有指示不平衡电流IG的低频分量和高频分量的谐波含量。
依赖于激励绕组24A、24B以及检测元件RS1、RS2的设计，测量信号VM1、VM2根据需要可以相同或不同。
根据如图6所示的实施例的可能的变体(未示出)，感测装置2包括激励电路部分和输出电路部分，该激励电路部分包括唯一的激励绕组，该输出电路部分包括电气连接到所述激励绕组的对应的检测元件。
在此情况下，感测装置2提供指示不平衡电流IG的唯一的测量信号，该唯一的测量信号由滤波装置3接收到，由滤波装置3处理它以提供第一和第二检测信号VLOW、VHIGH。
本领域的技术人员将确定地理解，感测装置2的其他布置是可能的。
例如，感测装置2可以包括多个感测级，其中每一个感测级配备有对应的磁芯、对应的激励电路部分和对应的输出电路部分(它们可以根据上文所示出的解决方案中的一种被布置)，以提供指示电线500的导体之间的不平衡电流IG的对应的测量信号VM1、VM2。
作为另外的示例，感测装置2可以包括具有多个电源的激励部分，其中每一个电源向对应的激励绕组提供激励电流IE。
本发明的方法100和电子设备1具有许多优点。
本发明的方法允许有效地区别电线500中的检测到的不平衡电流是由于发生故障状况还是由于其他不太危险的异常状况，诸如在馈送给电线500的AC/DC转换级300的切换频率处的泄漏电流的存在。
这在管理LVDC电力分配网络的操作中提供显著的优点，因为它有助于避免电力分配的不期望的或错误的中断，并且它允许校正面对的可能的维护干预。
因此，有关可能的不平衡电流IG的低频和高频分量的信息被方便地利用以确保电线500或与其连接的电系统/装置的较长的操作服务时间。
作为示例，被布置为跳脱电线500并包含电子设备1的切换设备150可以能够保持在闭合状态中比较长的时间，由此确保电线500以及与其连接的电系统/设备的延长的操作服务时间，而不会危害安全性。
电子设备1可以容易地被嵌入或集成在许多不同的LVDC应用中。
作为示例，电子设备1可以容易地被用于LVDC电力分配网络的RCD(剩余电流设备)、继电器、控制设备以及IED(智能电子设备-用于管理电力装备的操作的基于电子微控制器的设备)中。
作为另外的示例，电子设备1可以被嵌入在切换设备150中，如图2所示。
在此情况下，电子设备1可以被配置成发送警报信号WARN和/或跳脱信号TRIP可以被发送到被包括在切换设备150中或操作地与切换设备150相关联的继电器或控制单元。
有关可能的不平衡电流IG的低频和高频分量的信息可以方便地被利用以改进专用于LVDC电力分配网络的电气设备(诸如保护设备、切换设备、继电器等等)的功能。
作为示例，包含电子设备1的RCD可以提供改进的诊断功能，可以适当地利用这些诊断功能来管理所述保护设备的操作或用于实现高级智能电网管理功能。在此最后一种情况下，由电子设备1提供的信息可以直接或通过适当的通信网络容易地传送到其中安装了RCD的LVDC电力分配网络的任何设备。
电子设备1也可以被用作独立的设备，并且可以容易地使它与远程设备进行通信。在此情况下，电子设备1优选地配备有自主的处理资源(例如，微控制器)。
因此，电子设备1的特征在于使用的高灵活性，这使得它适用于任何类型的LVDC电网中。
电子设备1在工业级别实现和/或制造起来容易并且便宜。

Claims (13)

1.一种用于检测LVDC电线(500)中的故障的方法(100)，其特征在于，它包括下列步骤：
-获取(101)指示所述电线的多个导体之间的不平衡电流(IG)的低频分量的第一检测信号(VLOW)，所述第一检测信号是通过对指示所述不平衡电流的对应的测量信号(VM1)的低通滤波而得到的；
-获取(102)指示所述不平衡电流(IG)的高频分量的第二检测信号(VHIGH)，所述第二检测信号是通过对指示所述不平衡电流的对应的测量信号(VM2)的高通滤波而得到的；
-通过计算所述第一检测信号和第二检测信号(VLOW、VHIGH)之间的比率，得到(103)第三检测信号(RT)；
-通过将所述第三检测信号(RT)与第一阈值(TH1)进行比较，检查(104)是否存在朝向地的DC电流(IF)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，它包括下列步骤：
-如果所述第三检测信号(RT)不超出所述第一阈值(TH1)，则将所述第二检测信号(VHIGH)与第二阈值(TH2)进行比较；
-如果所述第二检测信号(VHIGH)超出所述第二阈值(TH2)，则生成指示朝向地的高频泄漏电流的存在的警报信号(WARN)。
3.根据前面的权利要求中的一项或多项所述的方法，其特征在于，它包括下列步骤：
-如果所述第三检测信号(RT)超出所述第一阈值(TH1)，则通过计算所述第一检测信号和第二检测信号(VLOW、VHIGH)的总和，得到指示朝向地流动的总电流的第四检测信号(VSUM)；
-将所述第四检测信号(VSUM)与第三阈值(TH3)进行比较；
-如果所述第四检测信号(VSUM)超出所述第三阈值(TH3)，则生成跳脱信号(TRIP)以命令所述电线(500)的中断。
4.一种用于检测LVDC电线(500)中的故障的电子设备(1)，其特征在于，它包括：
-操作地与所述电线的多个导体耦合的感测装置(2)，所述感测装置适用于至少提供指示所述电线的所述导体之间的不平衡电流(IG)的测量信号(VM1、VM2)；
-被配置成处理所述测量信号(VM1、VM2)并提供指示所述不平衡电流的低频分量的第一检测信号(VLOW)和指示所述不平衡电流的高频分量的第二检测信号(VHIGH)的滤波装置(3)；
-被配置成处理所述第一检测信号和第二检测信号(VLOW、VHIGH)的处理装置(4)，所述处理装置被配置成执行根据前面的权利要求中的一项或多项所述的方法(100)。
5.根据权利要求4所述的电子设备，其特征在于，所述感测装置(2)适用于提供指示所述不平衡电流(IG)的第一测量信号和第二测量信号(VM1、VM2)，所述滤波装置(3)被配置成处理所述第一测量信号和第二测量信号(VM1、VM2)并提供所述第一检测信号和第二检测信号(VLOW、VHIGH)。
6.根据权利要求4或5中的一项或多项所述的电子设备，其特征在于，所述感测装置(2)至少包括磁芯(21)，所述磁芯(21)被配置成形成由所述电线的导体束缚的磁通路径。
7.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述感测装置(2)包括激励电路部分(220)，所述激励电路部分(220)至少包括缠绕所述磁芯的激励绕组(22、22A、22B)，并且至少包括电气连接到所述激励绕组以提供沿着所述激励绕组流通的激励电流(IE)的电源(23)，所述激励电流具有被包括在间隔0<fE<fSW中的频率(fE)，其中，fSW是馈送给所述电线(500)的AC/DC转换级(300)的切换频率。
8.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述感测装置(2)包括输出电路部分(240)，所述输出电路部分(240)至少包括检测绕组(24A、24B)，并且至少包括电气连接到所述检测绕组的检测元件(RS1、RS2)，所述检测元件至少检测沿着所述检测绕组流动的检测电流(IO1、IO2)，并至少提供指示所述不平衡电流(IG)的测量信号(VM1、VM2)。
9.根据权利要求6、7以及8所述的电子设备，其特征在于，所述感测装置(2)包括：
-所述磁芯(21)；
-包括缠绕所述磁芯的激励绕组(22)和电气连接到所述激励绕组的所述电源(23)的所述激励电路部分(220)；
-所述输出电路部分(240)，包括：
-缠绕所述磁芯的第一检测绕组(24A)和电气连接到所述第一检测绕组的第一检测元件(RS1)，所述第一检测元件检测沿着所述第一检测绕组流动的第一检测电流(IO1)，并提供指示所述不平衡电流(IG)的第一测量信号(VM1)；
-缠绕所述磁芯的第二检测绕组(24B)和电气连接到所述第二检测绕组的第二检测元件(RS2)，所述第二检测绕组检测沿着所述第二检测绕组流动的第二检测电流(IO2)，并提供指示所述不平衡电流(IG)的第二测量信号(VM2)。
10.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述感测装置(2)包括输出电路部分(240)，所述输出电路部分(240)至少包括电气连接到所述至少激励绕组的检测元件(RS1、RS2)，所述检测元件检测沿着所述激励绕组流动的所述激励电流(IE)，并至少提供指示所述不平衡电流(IG)的测量信号(VM1、VM2)。
11.根据权利要求6、7以及10所述的电子设备，其特征在于，所述感测装置(2)包括：
-所述磁芯(21)；
-所述激励电路部分(220)，包括：
-缠绕所述磁芯的第一激励绕组(22A)和第二激励绕组(22B)；
-电气连接到所述第一激励绕组和第二激励绕组以提供沿着所述第一激励绕组和第二激励绕组流动的所述激励电流(IE)的所述电源(23)；
-所述输出电路部分(240)，包括：
-电气连接到所述第一激励绕组的第一检测元件(RS1)，所述第一检测元件检测沿着所述第一检测绕组流动的所述激励电流(IE)，并提供指示所述不平衡电流(IG)的第一测量信号(VM1)；
-电气连接到所述第二激励绕组的第二检测元件(RS2)，所述第二检测元件检测沿着所述第二检测绕组流动的所述激励电流(IE)，并提供指示所述不平衡电流(IG)的第二测量信号(VM2)。
12.用于LVDC电力分配网络的电子装置，其特征在于，它包括根据权利要求4到11中的一项或多项所述的电子设备(1)。
13.用于LVDC电力分配网络的切换设备(150)，其特征在于，它包括根据权利要求4到11中的一项或多项所述的电子设备(1)。
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