CN107294049B - 一种电路短路电流快速预测及保护方法及系统 - Google Patents

一种电路短路电流快速预测及保护方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电路短路电流快速预测及保护方法及系统,该系统包括：短路检测仪、基础数据采集模块、短路电流计算模块、第一判断模块、第二判断模块、控制模块和断路器；通过采集待检测区域发生短路后的短窗时间内的电流采样数据，并根据电流采样数据计算短路电流值，当短路电流值在断路器的额定开断电流值附近时，无法准确判断是否断开该电路，此时采集长窗时间内的电流采样数据，通过电流采样数据计算短路电流精确值，通过长窗短路电流值与断路器的额定开断电流值进行比较，判断如何向断路器发送控制指令，实现快速和精准断开断路器保护故障电路。

Description

一种电路短路电流快速预测及保护方法及系统
技术领域
本发明涉及电路断路保护领域，特别涉及一种电路短路电流快速预测及保护方法及系统。
背景技术
随着城市化的发展，我国城市电路中的负荷增长水平较快，负荷越发密集，导致短路电流水平持续增长，所以短路电流带来的危害日益突出。除设备、线路的老化导致的短路电流之外，电力系统中不同的高、低电压等级联合投入形成的电磁环网也会增加短路电流水平，如今电力系统运行水平的额定值已经不足以实际运行。为了保证电力系统的稳定运行，需要及时切断短路电流。通过断路器断开电路可以有效的防止短路电流对电流线路的危害，但是线路中的短路电流水平若长期超过断路器的额定电流，将会造成断路器的迅速发热，严重则导致断路器爆炸。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电路短路电流快速预测及保护方法及系统，实现快速确定线路中短路电流是否超过线路中保护装置的额定电流值，并解决线路中短路的短路电流值过高超过线路中断路器开断的额定电流值时，导致的线路爆炸。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种电路短路电流快速预测及保护方法，包括以下步骤：
S1、采集待检测区域电路发生短路后的短窗时间内的短窗电流采样数据，并根据所述短窗电流采样数据计算出短窗短路电流有效值；
S2、当所述短窗短路电流有效值在断路器的额定开断电流值的误差范围内时，采集待检测区域电路发生短路后的长窗时间内的长窗电流采样数据，并根据所述长窗电流采样数据计算出长窗短路电流有效值；
S3、通过所述长窗短路电流有效值和所述断路器的额定开断电流值的大小比较确定所述断路器的工作状态，根据所述断路器的工作状态生成相应控制指令发送到所述断路器。
本发明的有益效果是：通过采集待检测区域发生短路后的短窗时间内的电流采样数据，并计算出短窗短路电流值，当短路电流值在断路器的额定开断电流值误差附近时，无法准确判断是否断开该电路，此时采集长窗时间内的电流采样数据，计算长窗短路电流值，通过长窗短路电流值与断路器的额定开断电流值进行比较，判断如何向断路器发送控制指令。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，S2中还包括：当所述短窗短路电流有效值小于所述断路器的额定开断电流值的误差范围内的最小值时，通过相控开断技术生成控制指令，并发送到所述断路器控制断路器开断；当所述短窗短路电流有效值大于所述断路器的额定开断电流值的误差范围内的最大值时，向所述断路器发送断路器闭锁保护的控制指令。
采用上述进一步方案的有益效果是：当所述短窗短路电流值小于所述断路器的额定开断电流值时，可以判断所述短窗短路电流值安全，通过相控开断技术控制所述断路器开断，保护电路；当所述短窗电路电流值大于所述断路器的额定开断电流值时，想所述断路器发送断路器闭锁保护的控制指令，防止此时断路器开断，短路电流值过高导致的断路器过载爆炸。
进一步，S3中具体包括：S3a、当所述长窗短路电流有效值大于所述断路器的额定开断电流值时，向所述断路器发送控制指令控制断路器闭锁保护；
S3b、当所述长窗短路电流有效值小于所述短路器的额定断路开断电流值时，通过相控开断技术生成控制指令，并发送到所述断路器控制断路器开断。
进一步，S1中具体包括：当待检测区域的电路发生短路时，采集待检测区域电路发生短路后的2-5毫秒的短窗电流采样数据，所述短窗电流采样数据包括：电路发生短路后的时间t和随时间t变化的短窗电流实际值ia；根据所述短窗电流采样数据计算出短窗短路电流有效值，具体的，将短窗短路电流算式通过泰勒展开式展开，得到短窗短路电流预测模型
ia＝X1+X2t+X3·sinωt+X4·cosωt；
根据所述短窗电流采样数据，结合短窗短路电流预测模型使用最小二乘法计算得到系数X1、X2、X3和X4的值，通过所得X1、X2、X3和X4的值计算得到所述短窗短路电流算式中短路电流的衰减直流分量的幅值k1、直流分量时间常数τ1、短路电流的基波分量的幅值k2、短路初始相角θ；结合所述短窗短路电流算式计算得到所述短窗短路电流有效值；
其中，为时间t内的衰减直流分量，e为自然对数的底数，τ1为衰减直流分量的时间常数，k2sin(ωt+θ)为时间t内的基波分量，ω为角速度值，θ为初相角值；其中，k1＝X1,
进一步，S2中采集待检测区域电路发生短路后的长窗时间内的长窗电流采样数据，并根据所述长窗电流采样数据计算出长窗短路电流有效值，具体包括：采集待检测区域电路发生短路后的10-20毫秒内的长窗电流采样数据，所述长窗电流采样数据包括：电路发生短路后的时间t和随时间t变化的短窗电流实际值ib；根据所述长窗电流采样数据计算出长窗短路电流有效值，具体的，将长窗短路电流算式通过泰勒展开式展开，得到长窗短路电流预测模型
ib＝X1+X2′t+X3′sinωt+X4′cosωt+X5′tsinωt+X6′tcosωt；
根据所述长窗电流采样数据，结合长窗短路电流预测模型使用最小二乘法计算得到系数X1'、X2'、X3'、X4'、X5'和X6'的值，通过所得X1'、X2'、X3'、X4'、X5'和X6'的值计算得到所述长窗短路电流算式中的短路电流的衰减直流分量的幅值k1、短路电流的基波分量的幅值k2、短路电流的衰减周期分量的幅值k3、基波分量时间常数τ2、短路初始相角θ；结合所述长窗短路电流算式计算得到所述长窗短路电流有效值；
其中，为时间t内的衰减直流分量，e为自然对数的底数，τ1为衰减直流分量的时间常数，k2sin(ωt+θ)为时间t内的基波分量，为衰减周期分量，ω为角速度值，θ为初相角值，τ2为衰减周期分量的时间常数；k1＝X1′,
本发明还提供实现上述方法的一种电路短路电流快速预测及保护系统，包括：短路检测仪、基础数据采集模块、短路电流计算模块、第一判断模块、第二判断模块、控制模块和断路器；
所述短路检测仪，用于判断待检测区域电路是否发生短路，并在待检测区域电路发生短路时，向所述基础数据采集模块发送提示信息；
所述基础数据采集模块，用于接收所述提示信息，并采集待检测区域电路发生短路后的短窗时间内的短窗电流采样数据；
所述短路电流计算模块，根据所述短窗电流采样数据计算出短窗短路电流有效值；
所述第一判断模块，用于将所述短窗短路电流有效值与断路器的额定开断电流值的误差范围的最大值和最小值进行数值大小比较；当所述短窗短路电流有效值在断路器的额定开断电流值的误差范围内时，向所述基础数据采集模块发送判断信息；
所述基础数据采集模块，还用于接收所述判断信息，并根据所述判断信息采集待检测区域电路发生短路后的长窗时间内的长窗电流采样数据；
所述短路电流计算模块，还用于根据所述长窗电流采样数据计算出长窗短路电流有效值；
所述第二判断模块，用于通过所述长窗短路电流有效值和所述断路器的额定开断电流值的大小比较确定所述断路器的工作状态；
所述控制模块，用于根据所述断路器的工作状态生成相应控制指令发送到所述断路器。
进一步，所述第一判断模块，用于将所述短窗短路电流有效值与断路器的额定开断电流值的误差范围的最大值和最小值进行数值大小比较；当所述短窗短路电流有效值小于所述断路器的额定开断电流值的误差范围内的最小值时，调用所述控制模块通过相控开断技术生成控制指令，并发送到所述断路器控制断路器开断；当所述短窗短路电流有效值大于所述断路器的额定开断电流值的误差范围内的最大值时，调用所述控制模块向所述断路器发送断路器闭锁保护的控制指令。
进一步，所述第二判断模块，用于通过所述长窗短路电流有效值和所述断路器的额定开断电流值的大小比较确定所述断路器的工作状态；当所述长窗短路电流有效值大于所述断路器的额定开断电流值时，调用所述控制模块向所述断路器发送控制指令控制断路器闭锁保护；当所述长窗短路电流有效值小于所述短路器的额定断路开断电流值时，调用所述控制模块通过相控开断技术生成控制指令，并发送到所述断路器控制断路器开断。
进一步，所述短窗电流采样数据包括：电路发生短路后的时间t和随时间t变化的短窗电流实际值ia；所述短路电流计算模块，具体用于根据所述短窗电流采样数据计算出短窗短路电流有效值，具体的，将短窗短路电流算式通过泰勒展开式展开，得到短窗短路电流预测模型
ia＝X1+X2t+X3·sinωt+X4·cosωt；
根据所述短窗电流采样数据，结合短窗短路电流预测模型使用最小二乘法计算得到系数X1、X2、X3和X4的值，通过所得X1、X2、X3和X4的值计算得到所述短窗短路电流算式中短路电流的衰减直流分量的幅值k1、直流分量时间常数τ1、短路电流的基波分量的幅值k2、短路初始相角θ；结合所述短窗短路电流算式计算得到所述短窗短路电流有效值；
其中，为时间t内的衰减直流分量，e为自然对数的底数，τ1为衰减直流分量的时间常数，k2sin(ωt+θ)为时间t内的基波分量，ω为角速度值，θ为初相角值；其中，k1＝X1,
进一步，所述长窗电流采样数据包括：电路发生短路后的时间t和随时间t变化的短窗电流实际值ib；所述短路电流计算模块，具体用于根据所述长窗电流采样数据计算出长窗短路电流有效值，，具体的，将长窗短路电流算式通过泰勒展开式展开，得到长窗短路电流预测模型
ib＝X1+X2′t+X3′sinωt+X4′cosωt+X5′tsinωt+X6′tcosωt；
根据所述长窗电流采样数据，结合长窗短路电流预测模型使用最小二乘法计算得到系数X1'、X2'、X3'、X4'、X5'和X6'的值，通过所得X1'、X2'、X3'、X4'、X5'和X6'的值计算得到所述长窗短路电流算式中的短路电流的衰减直流分量的幅值k1、短路电流的基波分量的幅值k2、短路电流的衰减周期分量的幅值k3、基波分量时间常数τ2、短路初始相角θ；结合所述长窗短路电流算式计算得到所述长窗短路电流有效值；
其中，为时间t内的衰减直流分量，e为自然对数的底数，τ1为衰减直流分量的时间常数，k2sin(ωt+θ)为时间t内的基波分量，为衰减周期分量，ω为角速度值，θ为初相角值，τ2为衰减周期分量的时间常数；k1＝X1′,
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种电路短路电流快速预测及保护方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的电路发生短路故障时短路电流随时间变化曲线示意图；
图3为本发明实施例提供的一种电路短路电流快速预测及保护系统结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种电路短路电流快速预测及保护方法，包括以下步骤：
S1、采集待检测区域电路发生短路后的短窗时间内的短窗电流采样数据，并根据短窗电流采样数据计算出短窗短路电流有效值；
具体的，当电路发生短路时，采集电路发生短路后的时间和随时间变化的短窗电流实际值，根据短窗电流采样数据和短窗短路电流算式即可计算出短窗短路电流算式中各系数的值，并由此得到短窗短路电流有效值。
S2、当短窗短路电流有效值在断路器的额定开断电流值的误差范围内时，采集待检测区域电路发生短路后的长窗时间内的长窗电流采样数据，并根据长窗电流采样数据计算出长窗短路电流有效值；
具体的，当短窗短路电流值在断路器的额定开断电流值误差附近时，无法准确判断是否断开该电路，此时采集电路发生短路后的长窗时间内的长窗电流采样数据，根据该长窗电流采样数据和长窗短路电流算式即可计算出长窗短路电流算式中各系数的值，并由此得到长窗短路电流的有效值。
S3、通过长窗短路电流有效值和断路器的额定开断电流值的大小比较确定断路器的工作状态，根据断路器的工作状态生成相应控制指令发送到断路器；
具体的，通过长窗短路电流值与断路器的额定开断电流值进行比较，判断如何向断路器发送控制指令，如长窗短路电流值比断路器的额定开断电流值大时，根据断路器的工作原理，为防止电流值过高，此时不能强行开断电路引起断路器爆炸，长窗短路电流值比断路器的额定开断电流值小时，可以开断电路而不会因电流值过高导致断路器爆炸。
如图2所示，为电路发生故障时，电路中的电流随时间变化曲线图，其中A点为发生故障，t1为短窗预测时间，t2为长窗预测时间，t3为系统保护动作指令计算过程时长和断路器动作的时间，超过时长未及时动作，电路容易因短路电流过大而造成电路中其他负载发声故障,t4为断路器开断后熄弧过程时间。
本发明实施例还提供的一种电路短路电流快速预测及保护方法。该电路短路电流快速预测及保护方法包括：
S21、采集待检测区域电路发生短路后的短窗时间内的短窗电流采样数据，并根据短窗电流采样数据计算出短窗短路电流有效值；
具体的，当电路发生短路时，采集电路发生短路后的时间和随时间变化的短窗电流实际值，根据短窗电流采样数据和短窗短路电流算式即可计算出短窗短路电流算式中各系数的值，并由此得到短窗短路电流有效值。
S22、当所述短窗短路电流有效值小于所述断路器的额定开断电流值的误差范围内的最小值时，通过相控开断技术生成控制指令，并发送到所述断路器控制断路器开断；当所述短窗短路电流有效值大于所述断路器的额定开断电流值的误差范围内的最大值时，向所述断路器发送断路器闭锁保护的控制指令；
具体的，当短窗短路电流有效值小于断路器的额定开断电流值时误差范围内的最小值时，可以判断短窗短路电流有效值的波动不会超过断路器的额定开断电流值，此时控制所述断路器开断，而短窗短路电流有效值的波动不会超出断路器的额定开断电流值，当短窗短路电流有效值大于断路器的额定开断电流值时误差范围内的最大值时，可以判断短窗短路电流有效值的波动会超过断路器的额定开断电流值，因短路电流值过高，此时控制所述控制断路器开断会导致断路器过载爆炸。
本发明实施例还提供的一种电路短路电流快速预测及保护方法。该电路短路电流快速预测及保护方法包括：
S31、采集待检测区域电路发生短路后的短窗时间内的短窗电流采样数据，并根据短窗电流采样数据计算出短窗短路电流有效值；
具体的，当电路发生短路时，采集电路发生短路后的时间和随时间变化的短窗电流实际值，根据短窗电流采样数据和短窗短路电流算式即可计算出短窗短路电流算式中各系数的值，并由此得到短窗短路电流有效值。
S32、当短窗短路电流有效值在断路器的额定开断电流值的误差范围内时，采集待检测区域电路发生短路后的长窗时间内的长窗电流采样数据，并根据长窗电流采样数据计算出长窗短路电流有效值；
具体的，当短窗短路电流值在断路器的额定开断电流值误差附近时，无法准确判断是否断开该电路，此时采集电路发生短路后的长窗时间内的长窗电流采样数据，根据该长窗电流采样数据和长窗短路电流算式即可计算出长窗短路电流算式中各系数的值，并由此得到长窗短路电流的有效值。
S33a、当所述长窗短路电流有效值大于所述断路器的额定开断电流值时，向所述断路器发送控制指令控制断路器闭锁保护；
S33b、当所述长窗短路电流有效值小于所述短路器的额定断路开断电流值时，通过相控开断技术生成控制指令，并发送到所述断路器控制断路器开断。
具体的，通过长窗短路电流值与断路器的额定开断电流值进行比较，判断如何向断路器发送控制指令，如长窗短路电流值比断路器的额定开断电流值大时，根据断路器的工作原理，为防止电流值过高，此时不能强行开断电路引起断路器爆炸，长窗短路电流值比断路器的额定开断电流值小时，可以开断电路而不会因电流值过高导致断路器爆炸。
本发明实施例还提供的一种电路短路电流快速预测及保护方法。该电路短路电流快速预测及保护方法包括：
S41、当待检测区域的电路发生短路时，采集待检测区域电路发生短路后的2-5毫秒的短窗电流采样数据，所述短窗电流采样数据包括：电路发生短路后的时间t和随时间t变化的短窗电流实际值ia；将短窗短路电流算式通过泰勒展开式展开，得到短窗短路电流预测模型
ia＝X1+X2t+X3·sinωt+X4·cosωt；
根据所述短窗电流采样数据，结合短窗短路电流预测模型使用最小二乘法计算得到系数X1、X2、X3和X4的值，通过所得X1、X2、X3和X4的值计算得到所述短窗短路电流算式中短路电流的衰减直流分量的幅值k1、直流分量时间常数τ1、短路电流的基波分量的幅值k2、短路初始相角θ；结合所述短窗短路电流算式计算得到所述短窗短路电流有效值；
其中，为时间t内的衰减直流分量，e为自然对数的底数，τ1为衰减直流分量的时间常数，k2sin(ωt+θ)为时间t内的基波分量，ω为角速度值，θ为初相角值；其中，k1＝X1,
具体的，当电路发生短路时，采集电路发生短路后的时间和随时间变化的短窗电流实际值，根据短窗电流采样数据和短窗短路电流算式即可计算出短窗短路电流算式中各系数的值，并由此得到短窗短路电流有效值；短窗的时间内，基波分量所衰减的量相对于初始幅值可以忽略，故此时的短窗短路电流算式中相比较于长窗短路电流算式不考虑基波分量衰减幅值的影响。
S42、当短窗短路电流有效值在断路器的额定开断电流值的误差范围内时，采集待检测区域电路发生短路后的长窗时间内的长窗电流采样数据，并根据长窗电流采样数据计算出长窗短路电流有效值；
具体的，当短窗短路电流值在断路器的额定开断电流值误差附近时，无法准确判断是否断开该电路，此时采集电路发生短路后的长窗时间内的长窗电流采样数据，根据该长窗电流采样数据和长窗短路电流算式即可计算出长窗短路电流算式中各系数的值，并由此得到长窗短路电流的有效值。
S43、通过长窗短路电流有效值和断路器的额定开断电流值的大小比较确定断路器的工作状态，根据断路器的工作状态生成相应控制指令发送到断路器；
具体的，通过长窗短路电流值与断路器的额定开断电流值进行比较，判断如何向断路器发送控制指令，如长窗短路电流值比断路器的额定开断电流值大时，根据断路器的工作原理，为防止电流值过高，此时不能强行开断电路引起断路器爆炸，长窗短路电流值比断路器的额定开断电流值小时，可以开断电路而不会因电流值过高导致断路器爆炸。
本发明实施例还提供的一种电路短路电流快速预测及保护方法。该电路短路电流快速预测及保护方法包括：
S51、采集待检测区域电路发生短路后的短窗时间内的短窗电流采样数据，并根据短窗电流采样数据计算出短窗短路电流有效值；
具体的，当电路发生短路时，采集电路发生短路后的时间和随时间变化的短窗电流实际值，根据短窗电流采样数据和短窗短路电流算式即可计算出短窗短路电流算式中各系数的值，并由此得到短窗短路电流有效值。
S52、当短窗短路电流有效值在断路器的额定开断电流值的误差范围内时，采集待检测区域电路发生短路后的10-20毫秒内的长窗电流采样数据，所述长窗电流采样数据包括：电路发生短路后的时间t和随时间t变化的短窗电流实际值ib；根据所述长窗电流采样数据计算出长窗短路电流有效值，具体的，将长窗短路电流算式通过泰勒展开式展开，得到长窗短路电流预测模型
ib＝X1+X2′t+X3′sinωt+X4′cosωt+X5′tsinωt+X6′tcosωt；
根据所述长窗电流采样数据，结合长窗短路电流预测模型使用最小二乘法计算得到系数X1'、X2'、X3'、X4'、X5'和X6'的值，通过所得X1'、X2'、X3'、X4'、X5'和X6'的值计算得到所述长窗短路电流算式中的短路电流的衰减直流分量的幅值k1、短路电流的基波分量的幅值k2、短路电流的衰减周期分量的幅值k3、基波分量时间常数τ2、短路初始相角θ；结合所述长窗短路电流算式计算得到所述长窗短路电流有效值；
其中，为时间t内的衰减直流分量，e为自然对数的底数，τ1为衰减直流分量的时间常数，k2sin(ωt+θ)为时间t内的基波分量，为衰减周期分量，ω为角速度值，θ为初相角值，τ2为衰减周期分量的时间常数；k1＝X1′,
具体的，当短窗短路电流值在断路器的额定开断电流值误差附近时，无法准确判断是否断开该电路，此时采集电路发生短路后的长窗时间内的长窗电流采样数据，根据该长窗电流采样数据和长窗短路电流算式即可计算出长窗短路电流算式中各系数的值，并由此得到长窗短路电流的有效值；此时的长窗短路电流算式需要考虑短路电流的衰减周期分量的幅值的影响。
S53、通过长窗短路电流有效值和断路器的额定开断电流值的大小比较确定断路器的工作状态，根据断路器的工作状态生成相应控制指令发送到断路器；
具体的，通过长窗短路电流值与断路器的额定开断电流值进行比较，判断如何向断路器发送控制指令，如长窗短路电流值比断路器的额定开断电流值大时，根据断路器的工作原理，为防止电流值过高，此时不能强行开断电路引起断路器爆炸，长窗短路电流值比断路器的额定开断电流值小时，可以开断电路而不会因电流值过高导致断路器爆炸。
如图3所示，本发明还提供实现上述方法的一种电路短路电流快速预测及保护系统，包括：短路检测仪、基础数据采集模块、短路电流计算模块、第一判断模块、第二判断模块、控制模块和断路器；
短路检测仪，用于判断待检测区域电路是否发生短路，并在待检测区域电路发生短路时，向基础数据采集模块发送提示信息；
基础数据采集模块，用于接收提示信息，并采集待检测区域电路发生短路后的短窗时间内的短窗电流采样数据；
短路电流计算模块，根据短窗电流采样数据计算出短窗短路电流有效值；
第一判断模块，用于将短窗短路电流有效值与断路器的额定开断电流值的误差范围的最大值和最小值进行数值大小比较；当短窗短路电流有效值在断路器的额定开断电流值的误差范围内时，向基础数据采集模块发送判断信息；
基础数据采集模块，还用于接收判断信息，并根据判断信息采集待检测区域电路发生短路后的长窗时间内的长窗电流采样数据；
短路电流计算模块，还用于根据长窗电流采样数据计算出长窗短路电流有效值；
所述第二判断模块，用于通过所述长窗短路电流有效值和所述断路器的额定开断电流值的大小比较确定所述断路器的工作状态；
所述控制模块，用于根据所述断路器的工作状态生成相应控制指令发送到所述断路器。
优选的，第一判断模块，用于将短窗短路电流有效值与断路器的额定开断电流值的误差范围的最大值和最小值进行数值大小比较；当短窗短路电流有效值小于断路器的额定开断电流值的误差范围内的最小值时，调用控制模块通过相控开断技术生成控制指令，并发送到所述断路器控制断路器开断；当短窗短路电流有效值大于断路器的额定开断电流值的误差范围内的最大值时，调用控制模块向断路器发送断路器闭锁保护的控制指令。
本申请中相控开断技术即为相控合闸，相控合闸顾名思义是在断路器合闸过程中，利用相控技术，保证触点在理想的相位角接触，使回路导通，以最大限度的消除在合闸/分闸操作过程中所引起的励磁涌流和操作过电压等暂态过程。相控开断技术的提出已有40年，在90年代以前，相控开断技术一直停留在理论研究方面。但是进入90年代，断路器制造水平提高和基于微处理机、微电子技术的测控技术提高，用户对供电质量要求提高，表现在欧美对选相控制断路器使用量迅速增加。
优选的，所述第二判断模块，用于通过所述长窗短路电流有效值和所述断路器的额定开断电流值的大小比较确定所述断路器的工作状态；当所述长窗短路电流有效值大于所述断路器的额定开断电流值时，调用所述控制模块向所述断路器发送控制指令控制断路器闭锁保护；当所述长窗短路电流有效值小于所述短路器的额定断路开断电流值时，调用所述控制模块通过相控开断技术生成控制指令，并发送到所述断路器控制断路器开断。
具体的，如断路器的额定断路开断电流的误差系数ε，ε为0.1，当短窗短路电流有效值大于icb(1+ε)时，控制模块向断路器发送断路器闭锁保护的控制指令；当短窗短路电流有效值小于icb(1-ε)时，控制模块通过相控开断技术向断路器发送断路器开断的控制指令；当短窗短路电流有效值小于或等于icb(1+ε)且大于或等于icb(1-ε)时，采集待检测区域电路发生短路后的长窗时间内的长窗基础数据，并根据长窗基础数据计算出长窗短路电流值ib。
优选的，短窗电流采样数据包括：电路发生短路后的时间t和随时间t变化的短窗电流实际值ia；短路电流计算模块，具体用于根据短窗电流采样数据计算出短窗短路电流有效值，具体的，将短窗短路电流算式通过泰勒展开式展开，得到短窗短路电流预测模型
ia＝X1+X2t+X3·sinωt+X4·cosωt；
根据所述短窗电流采样数据，结合短窗短路电流预测模型使用最小二乘法计算得到系数X1、X2、X3和X4的值，通过所得X1、X2、X3和X4的值计算得到所述短窗短路电流算式中短路电流的衰减直流分量的幅值k1、直流分量时间常数τ1、短路电流的基波分量的幅值k2、短路初始相角θ；结合所述短窗短路电流算式计算得到所述短窗短路电流有效值；
其中，为时间t内的衰减直流分量，e为自然对数的底数，τ1为衰减直流分量的时间常数，k2sin(ωt+θ)为时间t内的基波分量，ω为角速度值，θ为初相角值；其中，k1＝X1,
优选的，长窗电流采样数据包括：电路发生短路后的时间t和随时间t变化的短窗电流实际值ib；短路电流计算模块，具体用于根据长窗电流采样数据计算出长窗短路电流有效值，，具体的，将长窗短路电流算式通过泰勒展开式展开，得到
并进一步转化，得到长窗短路电流预测模型
ib＝X1+X2′t+X3′sinωt+X4′cosωt+X5′tsinωt+X6′tcosωt；
根据所述长窗电流采样数据，结合长窗短路电流预测模型使用最小二乘法计算得到系数X1'、X2'、X3'、X4'、X5'和X6'的值，通过所得X1'、X2'、X3'、X4'、X5'和X6'的值计算得到所述长窗短路电流算式中的短路电流的衰减直流分量的幅值k1、短路电流的基波分量的幅值k2、短路电流的衰减周期分量的幅值k3、基波分量时间常数τ2、短路初始相角θ；结合所述长窗短路电流算式计算得到所述长窗短路电流有效值；
其中，为时间t内的衰减直流分量，e为自然对数的底数，τ1为衰减直流分量的时间常数，k2sin(ωt+θ)为时间t内的基波分量，为衰减周期分量，ω为角速度值，θ为初相角值，τ2为衰减周期分量的时间常数；k1＝X1′,
实施例：本发明通过计算电路故障时，电路中产生的短路电流的短窗时间内的短窗电流采样数据，计算出短窗短路电流有效值，通过短窗短路电流有效值与断路器的额定开断电流值进行比较，实现快速判断是否可以闭锁或开断断路器以保护电路，当短窗短路电流值在断路器的额定开断电流值误差范围内时，因短窗电流短时间内有一定的波动，计算此时的长窗短路电流有效值，，通过长窗短路电流值与断路器的额定开断电流值进行比较，实现精准判断否可以闭锁或开断断路器以保护电路。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电路短路电流快速预测及保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集待检测区域电路发生短路后的短窗时间内的短窗电流采样数据，并根据所述短窗电流采样数据计算出短窗短路电流有效值；
S2、当所述短窗短路电流有效值在断路器的额定开断电流值的误差范围内时，采集待检测区域电路发生短路后的长窗时间内的长窗电流采样数据，并根据所述长窗电流采样数据计算出长窗短路电流有效值；
S3、通过所述长窗短路电流有效值和所述断路器的额定开断电流值的大小比较确定所述断路器的工作状态，根据所述断路器的工作状态生成相应控制指令发送到所述断路器。
2.根据权利要求1所述的一种电路短路电流快速预测及保护方法，其特征在于，S2中还包括：当所述短窗短路电流有效值小于所述断路器的额定开断电流值的误差范围内的最小值时，通过相控开断技术生成控制指令，并发送到所述断路器控制断路器开断；当所述短窗短路电流有效值大于所述断路器的额定开断电流值的误差范围内的最大值时，向所述断路器发送断路器闭锁保护的控制指令。
3.根据权利要求1所述的一种电路短路电流快速预测及保护方法，其特征在于，S3中具体包括：S3a、当所述长窗短路电流有效值大于所述断路器的额定开断电流值时，向所述断路器发送控制指令控制断路器闭锁保护；
S3b、当所述长窗短路电流有效值小于所述断路器的额定断路开断电流值时，通过相控开断技术生成控制指令，并发送到所述断路器控制断路器开断。
4.根据权利要求1所述的一种电路短路电流快速预测及保护方法，其特征在于，S1中具体包括：当待检测区域的电路发生短路时，采集待检测区域电路发生短路后的2-5毫秒的短窗电流采样数据，所述短窗电流采样数据包括：电路发生短路后的时间t和随时间t变化的短窗电流实际值ia；将短窗短路电流算式通过泰勒展开式展开，得到短窗短路电流预测模型
ia＝X1+X2t+X3·sinωt+X4·cosωt；
根据所述短窗电流采样数据，结合短窗短路电流预测模型使用最小二乘法计算得到系数X1、X2、X3和X4的值，通过所得X1、X2、X3和X4的值计算得到所述短窗短路电流算式中短路电流的衰减直流分量的幅值k1、直流分量时间常数τ1、短路电流的基波分量的幅值k2、短路初始相角θ；结合所述短窗短路电流算式计算得到所述短窗短路电流有效值；
其中，为时间t内的衰减直流分量，e为自然对数的底数，τ1为衰减直流分量的时间常数，k2sin(ωt+θ)为时间t内的基波分量，ω为角速度值，θ为初相角值；其中，k1＝X1,
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种电路短路电流快速预测及保护方法，其特征在于，S2中采集待检测区域电路发生短路后的长窗时间内的长窗电流采样数据，并根据所述长窗电流采样数据计算出长窗短路电流有效值，具体包括：采集待检测区域电路发生短路后的10-20毫秒内的长窗电流采样数据，所述长窗电流采样数据包括：电路发生短路后的时间t和随时间t变化的长窗电流实际值ib；将长窗短路电流算式通过泰勒展开式展开，得到长窗短路电流预测模型
ib＝X′1+X'2t+X′3sinωt+X'4cosωt+X′5tsinωt+X'6tcosωt；
根据所述长窗电流采样数据，结合长窗短路电流预测模型使用最小二乘法计算得到系数X1'、X2'、X3'、X4'、X5'和X6'的值，通过所得X1'、X2'、X3'、X4'、X5'和X6'的值计算得到所述长窗短路电流算式中的短路电流的衰减直流分量的幅值k1、短路电流的基波分量的幅值k2、短路电流的衰减周期分量的幅值k3、基波分量时间常数τ2、短路初始相角θ；结合所述长窗短路电流算式计算得到所述长窗短路电流有效值；
其中，为时间t内的衰减直流分量，e为自然对数的底数，τ1为衰减直流分量的时间常数，k2sin(ωt+θ)为时间t内的基波分量，为衰减周期分量，ω为角速度值，θ为初相角值，τ2为衰减周期分量的时间常数；
6.一种电路短路电流快速预测及保护系统，其特征在于，包括：短路检测仪、基础数据采集模块、短路电流计算模块、第一判断模块、第二判断模块、控制模块和断路器；
所述短路检测仪，用于判断待检测区域电路是否发生短路，并在待检测区域电路发生短路时，向所述基础数据采集模块发送提示信息；
所述基础数据采集模块，用于接收所述提示信息，并采集待检测区域电路发生短路后的短窗时间内的短窗电流采样数据；
所述短路电流计算模块，根据所述短窗电流采样数据计算出短窗短路电流有效值；
所述第一判断模块，用于将所述短窗短路电流有效值与断路器的额定开断电流值的误差范围的最大值和最小值进行数值大小比较；当所述短窗短路电流有效值在断路器的额定开断电流值的误差范围内时，向所述基础数据采集模块发送判断信息；
所述基础数据采集模块，还用于接收所述判断信息，并根据所述判断信息采集待检测区域电路发生短路后的长窗时间内的长窗电流采样数据；
所述短路电流计算模块，还用于根据所述长窗电流采样数据计算出长窗短路电流有效值；
所述第二判断模块，用于通过所述长窗短路电流有效值和所述断路器的额定开断电流值的大小比较确定所述断路器的工作状态；
所述控制模块，用于根据所述断路器的工作状态生成相应控制指令发送到所述断路器。
7.根据权利要求6所述的一种电路短路电流快速预测及保护系统，其特征在于，所述第一判断模块，用于将所述短窗短路电流有效值与断路器的额定开断电流值的误差范围的最大值和最小值进行数值大小比较；当所述短窗短路电流有效值小于所述断路器的额定开断电流值的误差范围内的最小值时，调用所述控制模块通过相控开断技术生成控制指令，并发送到所述断路器控制断路器开断；当所述短窗短路电流有效值大于所述断路器的额定开断电流值的误差范围内的最大值时，调用所述控制模块向所述断路器发送断路器闭锁保护的控制指令。
8.根据权利要求6所述的一种电路短路电流快速预测及保护系统，其特征在于，所述第二判断模块，用于通过所述长窗短路电流有效值和所述断路器的额定开断电流值的大小比较确定所述断路器的工作状态；当所述长窗短路电流有效值大于所述断路器的额定开断电流值时，调用所述控制模块向所述断路器发送控制指令控制断路器闭锁保护；当所述长窗短路电流有效值小于所述断路器的额定断路开断电流值时，调用所述控制模块通过相控开断技术生成控制指令，并发送到所述断路器控制断路器开断。
9.根据权利要求6所述的一种电路短路电流快速预测及保护系统，其特征在于，所述短窗电流采样数据包括：电路发生短路后的时间t和随时间t变化的短窗电流实际值ia；所述短路电流计算模块，具体用于根据所述短窗电流采样数据计算出短窗短路电流有效值，具体的，将短窗短路电流算式通过泰勒展开式展开，得到短窗短路电流预测模型
ia＝X1+X2t+X3·sinωt+X4·cosωt；
根据所述短窗电流采样数据，结合短窗短路电流预测模型使用最小二乘法计算得到系数X1、X2、X3和X4的值，通过所得X1、X2、X3和X4的值计算得到所述短窗短路电流算式中短路电流的衰减直流分量的幅值k1、直流分量时间常数τ1、短路电流的基波分量的幅值k2、短路初始相角θ；结合所述短窗短路电流算式计算得到所述短窗短路电流有效值；
其中，为时间t内的衰减直流分量，e为自然对数的底数，τ1为衰减直流分量的时间常数，k2sin(ωt+θ)为时间t内的基波分量，ω为角速度值，θ为初相角值；其中，k1＝X1,
10.根据权利要求6-9任一项所述的一种电路短路电流快速预测及保护系统，其特征在于，所述长窗电流采样数据包括：电路发生短路后的时间t和随时间t变化的短窗电流实际值ib；所述短路电流计算模块，具体用于根据所述长窗电流采样数据计算出长窗短路电流有效值，具体的，将长窗短路电流算式通过泰勒展开式展开，得到长窗短路电流预测模型
ib＝X′1+X'2t+X′3sinωt+X'4cosωt+X′5tsinωt+X'6tcosωt；
根据所述长窗电流采样数据，结合长窗短路电流预测模型使用最小二乘法计算得到系数X1'、X2'、X3'、X4'、X5'和X6'的值，通过所得X1'、X2'、X3'、X4'、X5'和X6'的值计算得到所述长窗短路电流算式中的短路电流的衰减直流分量的幅值k1、短路电流的基波分量的幅值k2、短路电流的衰减周期分量的幅值k3、基波分量时间常数τ2、短路初始相角θ；结合所述长窗短路电流算式计算得到所述长窗短路电流有效值；
其中，为时间t内的衰减直流分量，e为自然对数的底数，τ1为衰减直流分量的时间常数，k2sin(ωt+θ)为时间t内的基波分量，为衰减周期分量，ω为角速度值，θ为初相角值，τ2为衰减周期分量的时间常数；k1＝X1′,
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