CN110892599B - 电子保护装置 - Google Patents

Abstract

一种用于LV电线（100）的电子保护装置（1），所述保护装置被提供有具有控制器（3）的控制单元（2），所述控制器（3）包括中央处理单元（30）和电弧故障确定模块（4），所述电弧故障确定模块（4）由所述中央处理单元可执行并且被配置成实现电弧检测功能（F1）以确定所述电线中电弧故障状况的存在。电弧故障确定模块被配置成处理指示所述电线的操作状况的一个或多个输入值（D1、D2、DN）以实现所述电弧检测功能（F1）。控制器包括数据采集装备（6），所述数据采集装备（6）适合于管理所述输入值（D1、D2、DN）的采集和存储。

Description

电子保护装置

技术领域

本发明涉及一种用于低压（LV）电线的电子保护装置。

背景技术

众所周知，通常，用于LV电线的电子保护装置可操作地关联到配电网（electricpower distribution grid），以提供对电线的保护和监测功能性。

电子保护装置通常包括具有包括数据处理资源的控制器（例如微控制器）的控制单元，例如能够执行所存储的软件指令的CPU、外围模块和I/O端口。

通常，这种控制器包括数据处理装备，以接收指示电线的操作状况的检测信号，根据所述检测信号确定是否存在故障状况（例如，接地故障状况、过电压状况、过电流状况、电弧故障状况等）。

在上面提到的可能的电线故障状况当中，电弧故障状况是相对感兴趣的，因为电弧现象可能迅速导致火灾或燃烧事件，从而引起在安全性方面带来相关问题。

为此，在现有技术的许多电子保护装置中，控制器被配置成执行电弧检测功能以确定沿着与其可操作地相关联的电线的电弧故障状况的存在。

在这些装置中，控制器采集并处理指示电线的操作状况的输入值。

通常，控制器在采样周期（例如50μs）内处理所述输入值，在该采样周期内采集所述输入值以避免数据损坏并简化用于处理所述输入值的算法的设计。

该事实经常在管理控制器的操作中引起相关问题，因为后者通常必须在所述采样周期内并发地和实时地执行与所述电弧检测功能的实现相关的特定处理任务和多个附加多任务，例如驱动外围组件、检查控制单元的电子组件、进一步的数据处理等。

与所述电弧检测功能的实现有关的特定处理任务所需的处理负荷因其取决于所采集的输入数据的实际性质（换言之，取决于正在进行的电线操作状况），通常可从采样周期到另一采样周期变化，在这种情况下致使上述问题甚至更加关键。

为了有效地处理这些问题，将期望采用具有足够强大的数据处理能力的控制器。然而，这种技术方案导致电子保护装置的总体生产成本的显著增加，这从工业观点来看通常是不可接受的。

另一种可能的技术方案将是由控制器采用相对长的采样周期。然而，这种方法引起电子保护装置的总体性能的相关恶化，这甚至可能导致检测电线中的电弧故障状况的失败。

克服上述问题的进一步广泛采用的技术方案规定了实现要执行的任务的分配以及在不同采样周期执行如此获得的任务部分。

即使它们经常已经证明了在管理控制器的操作方面是相当有效的，但是这些技术方案通常具有困难且耗时的工业实现，因为它们在设计固件和执行控制器的数据处理模块的定时方面要求严格的约束，以避免数据损坏并且确保对电线中的可能电弧故障状况的可靠确定。

为了解决这些上面提到的问题，可以采用提供有实时操作系统（RTOS）的控制器。然而，这种技术方案引起电子保护装置的工业成本的相关增加。

因此，在现有技术中，仍然十分感到需要创新的电子保护装置，其采用用于管理包括在控制单元中的控制器的操作的装备，所述装备在工业水平上布置和生产相对容易和便宜，并且所述装备同时确保所述电子保护装置的高水平的性能，尤其是在执行电弧检测功能方面。

发明内容

为了响应这种需要，本发明提供了根据下面的权利要求1和相关从属权利要求的电子保护装置。

在一般定义中，本发明涉及一种用于低压电线的电子保护装置，其提供有控制单元，该控制单元具有包括中央处理单元的控制器。

控制器包括电弧故障确定模块，其由所述中央处理单元可执行并且被配置成实现电弧检测功能以确定所述电线中电弧故障状况的存在。

这种电弧故障确定模块被配置成处理指示所述电线的操作状况的一个或多个输入值以实现所述电弧检测功能。

根据本发明，控制器包括适合于管理所述输入值的采集和存储的数据采集装备。

数据采集装备包括：

- 存储器，其包括一个或多个循环存储器缓冲器，以用于暂时存储所述输入值；

- 第一数据采集模块，其被配置成在由固定时间段分隔的后续时刻提供第一中断信号；

- 第二数据采集模块，其被配置成采集和处理指示所述电线的操作状况的一个或多个检测信号以获得所述输入值，所述第二数据采集模块被配置成在完成所述输入值的集合的所述获得时提供第二中断信号；

- 第三数据采集模块，其由所述中央处理单元可执行并由所述第一中断信号激活，所述第三数据采集模块被配置成响应于所述第一中断信号而启用所述第二数据采集模块的操作；

- 第四数据采集模块，其由所述中央处理单元可执行并由所述第二中断信号可激活，所述第四数据采集模块被配置成从所述第二数据采集模块采集输入值的集合，并响应于所述第二中断信号，将每个采集的输入值存储在所述缓冲器存储器的对应存储器缓冲器中。

附图说明

根据对电子保护装置的示例性实施例的详细描述，本发明的进一步的特征和优点将变得显而易见，在附图中仅以非限制性示例的方式示出了该电子保护装置，其中：

图1是LV电线的框图，根据本发明的电子保护装置可操作地关联到该LV电线；

图2-4示意性地示出了根据本发明的电子保护装置的一些实施例；

图5示意性地示出了包括在图2-4的电子保护装置的控制单元中的控制器的一些数据处理模块；

图6-10示意性地示出了图5的数据处理模块的操作。

具体实施方式

参考所引用的附图，本发明涉及一种电子保护装置1，其在操作中关联到低压电线100。

出于本申请的目的，术语“低压”（LV）涉及低于1 kV AC和1.5 kV DC的操作电压。

电线100包括一个或多个相导体（phase conductor）P，并且优选地包括中性导体N。

优选地，电线100包括单相导体P和中性导体N。

然而，如本领域技术人员将肯定理解的那样，根据需要，电线100可以具有用于其自身导体的不同布置。

电线100意在电连接电源SC和电负载LD，其可以具有任何类型。

在操作中，电子保护装置1被布置在电源SC与电负载LD之间，更准确地说，被布置在电线100上游部分100A与下游部分100B之间，其分别与电源SC和电负载LD电连接。

电子保护装置1通常包括优选地由电绝缘材料制成的外壳（未示出），其限定内部体积以容纳所述电子保护装置的组件。

电子保护装置1包括控制单元2，其通常包括控制器3，例如微控制器。

根据本发明的一些实施例（图2），电子保护装置1本身适合于中断线电流IL沿着电线100的流动。

在这种情况下，根据一些配置（通常专用于北美市场），电子保护装置1在其工作寿命期间可以采取三种不同的操作状态，即，闭合状态、跳闸状态和断开状态。

备选地，根据其他配置（通常专用于欧洲或其他国际市场），电子保护装置1在其工作寿命期间可以采取两种不同的操作状态，即，闭合状态和断开状态。

当它在闭合状态中操作时，电子保护装置1允许电流IL沿着电线100在后者的上游部分与下游部分100A 、100B之间流动。

当它在跳闸状态或断开状态中操作时，电子保护装置1中断沿着电线100的电流IL，从而将后者的上游部分和下游部分100A 、100B断开电连接。

根据本发明的这些实施例，电子保护装置1包括一对或多对电触点（contact）14，每对电触点14包括移动触点和固定触点。

每对电触点14意在电连接到电线100的对应导体，并且在操作中可以相互耦合或分离。

当电触点14相互耦合时，保护装置1处于闭合状态，并且电流IL可以沿着电线100的对应导体流动。

当电触点14被去耦合时，保护装置1处于跳闸状态或断开状态，并且防止电流IL沿着电线100的对应导体流动。

电触点14及其与电线100的对应导体的电连接可以采用已知方式实现，为了简洁起见，此处将不对这些已知方式进行更详细的描述。

电子保护装置1还包括操作机构11，其与电触点14 （特别是与其移动触点）可操作地耦合并且与这些电触点14机械地相互作用。

电子保护装置1还包括适合于机械地致动操作机构11的跳闸单元12（例如，电磁致动器）。

在操作中，响应于接收到跳闸信号TS，跳闸单元12致动操作机构11以将电触点14去耦合，从而执行电子保护装置的跳闸动作。

此外，电子保护装置1包括手柄13，其与操作机构11可操作地耦合并且与该操作机构11机械地相互作用。

取决于电子保护装置的配置，手柄13在两个或三个操作位置之间可移动。

在电子保护装置的跳闸或断开动作期间，手柄13可由操作机构11、由用户或由外部设备致动。

接着，在电子保护装置的断开动作或闭合动作期间，手柄13可以致动操作机构11以将电触点14耦合或去耦合或保持去耦合（这取决于电子保护装置的配置）。

如从上文中明显的是，在本发明的上面提到的实施例中，电触点14、操作机构11、跳闸单元12和手柄13形成适合于中断线电流IL沿着电线100的流动的继电器10。

电触点14、操作机构11、跳闸单元12和手柄13可以具有已知类型，并且为了简洁起见，此处将不进行更详细地描述。

根据本发明的上面提到的实施例，控制单元2通常适合于提供跳闸信号TS，以在确定要求电子保护装置的跳闸动作的故障状况时激活跳闸单元12。

然而，控制单元2可以适合于执行：信号发送（signalling）功能性，诸如当确定故障状况时提供命令信号CS以激活适当的信号发送部件；和/或监测功能性，诸如（例如向远程控制装置）提供指示电线100和/或电子保护装置1本身的操作状态的监测信号MS。

根据本发明的其他实施例（图3），电子保护装置1可操作地关联到适合于中断线电流IL沿着电线100的流动的继电器10A。

继电器10A可以具有已知类型，并且为了简洁起见，此处将不进行更详细地描述。

在这种情况下，控制单元2通常适合于提供跳闸信号TS或机械力TR，以在确定要求中断电线100的故障状况时激活继电器10A。

当控制单元2提供机械力TR以使继电器10A跳闸时，所述控制单元2通常包括可操作地耦合到继电器10A的机电装备（未示出）。这种机电装备（其可以具有已知类型）通过由控制器3在确定故障状况时生成的适当控制信号激活，并且它响应于所述控制信号而提供机械力TR。

然而，控制单元2可适合于执行：信号发送功能，诸如当确定故障状况时提供命令信号CS以激活适当的信号发送部件（未示出——它们可以具有已知类型）；和/或监测功能性，诸如（例如向远程控制装置）提供指示电线100和/或电子保护装置1本身的操作状态的监测信号MS。

根据本发明的另外的实施例（图4），电子保护装置1基本上适合于监测电线100的操作状态。

在这种情况下，控制单元2通常适合于（例如，向远程控制装置）提供指示电线100和/或电子保护装置1本身的操作状态的监测信号MS。

然而，控制单元2可以适合于执行信号发送功能性，诸如当确定故障状况时提供命令信号CS以激活适当的信号发送部件（未示出——它们可以具有已知类型）。

一般来说，控制单元2的控制器3包括数字类型的数据处理资源以执行其功能性，即，能够执行存储在介质、外围组件、I/O端口、存储器等中的软件指令的中央处理单元（CPU）30。作为示例，如将从下面更好地显现的那样，控制器3通常包括通过由CPU 30可执行的软件组件形成的数据处理模块4、5、7、63、64、由控制器3的外围组件形成的数据处理模块61、62和存储器65、623（图5）。

根据本发明，控制单元2的控制器3包括电弧故障确定模块4，其由CPU 30可执行并且被配置成执行电弧检测功能F1以确定电线100中电弧故障状况的存在（图5）。

电弧故障确定模块4被配置成处理指示电线100的操作状况的一个或多个输入值D₁、D₂、D_N，以执行电弧检测功能F1。

电弧检测功能F1可以包括实时检测算法，以基于电线100的一些电量（例如，线电流和电压）的行为来确定电线100中电弧故障状况的可能存在。

然而，通常，电弧故障检测功能F1可以具有已知类型，并且为了简洁起见，此处将不进行更详细地描述。

优选地，控制单元2的控制器3包括一个或多个附加数据处理模块5，其由CPU 30可执行并且被配置成执行用于控制电子保护装置的操作的另外的功能F2。

根据需要，所述另外的功能F2可以具有任何类型。

作为示例，它们可以包括用于确定电线100中故障状况的存在的另外的故障检测功能（例如，过电压检测功能，为了执行该功能，指示电线100的电压的输入值由模块5处理）、信号发送功能、针对检查控制器3的特定组件的操作状况的功能、针对管理控制器3的特定组件的操作的功能等。

然而，一般来说，上面提到的另外的功能F2可以具有已知类型，并且为了简洁起见，此处将不进行更详细地描述。

优选地，控制单元2的控制器3包括管理模块7，其由CPU 30可执行并且适合于管理电弧故障确定模块4和附加数据处理模块5的操作。

管理模块7通常配置成及时调度电弧故障确定模块4和附加数据处理模块5的操作，并且根据控制器3的操作状况在适当的激活时刻激活它们。

根据本发明，控制器3包括数据采集装备6，其适合于管理要由电弧故障确定模块4处理以执行上面提到的电弧检测功能F1的输入值D₁、D₂、D_N的采集和存储。

数据采集装备6包括多个模块，每个模块包括适当的数据处理资源（例如，由CPU30可执行的软件组件和/或控制器的其他数据处理组件和/或存储器）以执行其功能性。

数据采集装备6包括存储器65，其包括一个或多个循环存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N，以用于暂时存储要由电弧故障确定模块4处理的输入值D₁、D₂、D_N。

为了清楚起见，要指定在本发明的范围内，术语“循环存储器缓冲器”根据循环序列标识包括适合于存储信息的多个存储器位置MBL的存储器结构。

优选地，存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N具有预定长度L，并且包括存储实现循环FIFO队列的信息的多个可覆写存储器位置MBL。

作为示例（图10），从其中存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N为空的情况开始，信息被顺序地（即，在后续存储时刻）存储在每个存储器缓冲器中，以存储器位置为“0”开始，其被假定为要被写入的第一存储器位置。当最后的存储器位置“L-1”也被写入时，存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N是满的。下面的信息将通过再次从存储位置“0”开始覆写存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N的存储器位置来存储。

通常，如所引用的图中所示，存储器65的存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N的数量对应于要由电弧故障确定模块4处理的不同输入值D₁、D₂、D_N的数量。以此方式，每个存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N可储存对应输入值D₁、D₂、D_N的数量为L的不同样本（在不同存储时刻存储在不同存储器位置中）。

数据采集装备6包括第一数据采集模块61，其在由固定时间段T_S分隔的后续时刻t₁、t₂、t_I提供第一中断信号I₁。

优选地，第一数据采集模块61包括时钟组件611，例如DCO （数控振荡器），其在输出中提供时钟信号CS。这种时钟信号由可操作地与时钟组件611耦合的定时电路612接收和处理。基于时钟信号CS，定时电路61在后续时刻t₁、t₂、t_I提供中断信号I₁。

优选地，固定时间段T_S是由控制器3在操作中采用的采样周期（例如50μs）。

数据采集装备6包括第二数据采集模块62，其在操作中采集和处理指示电线100的操作状况的一个或多个检测信号S₁、S₂、S_M，以获得要由电弧故障确定模块4处理的输入值D₁、D₂、D_N。

通常，检测信号S₁、S₂、S_M指示电线100的给定电量的行为，例如线电流或电压。

优选地，检测信号S₁、S₂、S_M由控制单元2的一个或多个检测装备（未示出）提供，所述一个或多个检测装备可以与电线100的导体可操作地相关联。

通常，所述检测装备可以具有已知类型，并且为了简洁起见，此处将不进行更详细地描述。

优选地，第二数据采集模块62包括A/D转换组件621以执行由第二数据采集模块62在输入中接收的一个或多个检测信号S₁、S₂的A/D转换。

作为示例，要转换的检测信号S₁、S₂可以是作为模拟信号获得的并且意在作为数字信号处理的线电流或线电压检测信号。

通常，A/D转换组件621在输出中提供指示在输入中接收的经数字转换的检测信号S₁、S₂的输入值D₁、D₂的一个或多个序列。

在本发明的实际实现中，A/D转换组件621可以由控制器3的适当外围组件形成。

第二数据采集模块62优选地包括一个或多个另外的信号处理组件622，其被配置成处理由第二数据采集模块62在输入中接收的一个或多个检测信号S_N。

作为实例，第二数据采集模块62可包括计数组件622，其被配置成对一个或多个检测信号S_N的电平转变（level transition）进行计数，并且在输出中提供指示经计数的电平转变的输入值D_N的一个或多个序列。

在本发明的实际实现中，另外的转换组件622可以由控制器3的适当外围组件形成。

优选地，在接收到适当使能信号E时，在每个采样周期T_S由第二数据采集模块62（特别地，由其组件621、622）选择并处理输入中接收的检测信号S₁、S₂、S_M（M >= N）中包括的多个检测信号S₁、S₂、S_N。

通常，在每个采样周期T_S由第二数据采集模块62选择并处理的检测信号S₁、S₂、S_N的数量N对应于要由电弧故障确定模块4处理的输入值D₁、D₂、D_N的数量。

如可能从图9观察到的那样，第二数据采集模块62采用给定的处理时间T₂（时刻t₁₂、t₁₃）来执行其功能性，该给定的处理时间T₂比采样周期T_S短得多（例如，T₂≈10μs）。在这样的时间间隔期间，控制器3的其他数据处理资源（例如，数据处理模块4、5、7）可以进入待机模式或者可以根据需要操作。

优选地，第二数据采集模块62包括存储器组件623，其中第二数据采集模块62（特别是其组件621、622）存储所采集的输入值D₁、D₂、D_N。

优选地，存储器组件623包括数量为N的可覆写存储器位置，其对应于将要由电弧故障确定模块4处理的输入值D₁、D₂、D_N的数量。

在本发明的实际实现中，存储器组件623可以由控制器3的适当存储器寄存器形成，所述控制器3的存储器位置在每个采样周期T_S通常并行地被覆写，以存储对应的所采集的输入值D₁、D₂、D_N。

第二数据采集模块62的重要特征在于：当完成N个输入值D₁、D₂、D_N的集合的获得（例如存储在存储器组件623中）时，它提供第二中断信号I₂（图9的时刻t₁₃）。此类中断信号触发将由第二数据采集模块62获得的输入值D₁、D₂、D_N存储到循环存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N中，如这将从下文更好地显现。

由于它们是中断信号，显然的是：中断信号I₁、I₂是（根据定义）高优先级信号，CPU30立即响应于所述高优先级信号（即，通过分别执行下面描述的数据采集模块63、64），从而可能暂停或中断正在进行的处理活动（例如，由数据处理模块4、5、7执行的那些处理活动）。给定这种特定性质，中断信号I₁、I₂不必被认为是由CPU 30处理的公共控制或数据信号。

数据采集装备6包括由CPU 30可执行的第三数据采集模块63，其在操作中由第一中断信号I₁激活，并且响应于第一中断信号I₁而启用第二数据采集模块22的操作。

优选地，第三数据采集模块63（其可以是例如中断服务例程——ISR）被配置成执行第一数据处理过程630以执行其功能性（图6）。

优选地，处理过程630包括步骤631：启用第二数据采集模块62以采集一个或多个检测信号S₁、S₂、S_M，并通过处理所采集的检测信号来获得上面提到的输入值D₁、D₂、D_N。

优选地，第三数据采集模块63向第二数据采集模块62提供使能信号E（图9的时刻t₁₂）以启用该第二数据采集模块62进行操作。

响应于使能信号E，第二数据采集模块62选择并处理数量为N的检测信号S₁、S₂、S_N以获得可存储在存储器组件623中的输入值D₁、D₂、D_N的集合。

优选地，处理过程630包括步骤632：设置第一数据采集模块61，例如将其配置成用于在已经经过又一个采样周期Ts之后提供另外的中断信号I₁。

在优选的变型中，如果已经接收到第一中断信号I₁，则处理过程630规定一些步骤，这些步骤针对选择要由第二数据采集模块62（更特别地，由A/D转换组件621）采集的一个或多个检测信号S₁、S₂、S_N以用于获得输入值D₁、D₂、D_N。

优选地，处理过程630包括以下步骤：检查633一个或多个选择变量CHADC，所述一个或多个选择变量CHADC指示可以由第二数据采集模块62（更优选地，由A/D转换组件621）采集的一个或多个可选检测信号S₁、S₂。

通常，每个选择变量CHADC采取指示对应的可选检测信号S₁、S₂是否必须由第二数据采集模块62（更优选地，由A/D转换组件621）采集的逻辑值。

优选地，处理过程630包括以下步骤：取决于选择变量CHADC选择634要由第二数据采集模块62（更优选地，由A/D转换组件621）采集的一个或多个检测信号S₁、S₂、S_N。

通常，在启用（步骤631）第二数据采集模块62用于操作之前执行这些上面示出的步骤632、633、634。采用这样的方式，使能信号E可以通常包括选择信息，该选择信息允许第二数据采集模块62（特别是A/D转换模块621）恰当地选择正确的检测信号S₁、S₂、S_N以获得期望的输入数据D₁、D₂、D_N。

如可能从图9观察到的那样，第三数据采集模块63采用给定的处理时间T₁（图9的时刻t₁、t₁₂）来执行其功能性，该给定的处理时间T₁比采样周期T_S短得多（例如，T₂≈1-2μs）。在这样的时间间隔期间，由于接收到中断信号，数据处理模块63相对于控制器3的其他数据处理资源（例如，数据处理模块4、5、7）具有较高的处理优先级。这些后面的数据处理资源通常进入待机模式，直到数据处理模块63的执行已经完成为止。

数据采集装备6包括第四数据采集模块64，其由CPU 30可执行并且当在给定采样周期T_S由第二数据采集模块62获得输入值D₁、D₂、D_N的集合时，通过由所述第二数据采集模块62提供的第二中断信号I₂来激活。

响应于第二中断信号I₂，第四数据采集模块64从第二数据采集模块62采集输入值D₁、D₂、D_N的集合，并将每个所采集的输入值D₁、D₂、D_N存储在缓冲器存储器65的对应存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N中。

优选地，第四数据采集模块64（其可以是例如中断服务例程——ISR）被配置成执行第二数据处理过程640以执行其功能性（图7）。

优选地，处理过程640包括从第二数据采集模块62（优选地，从第二数据采集模块62的存储器组件623）采集641输入值D₁、D₂、D_N的集合的步骤。

处理过程640接着包括步骤642：将每个所采集的输入值D₁、D₂、D_N存储在由第一索引变量GNTW指向的存储器位置处的对应存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N中。

通常，当必要时，可以在被存储之前处理输入值D₁、D₂、D_N（例如，用于计算缩放值）。

第一索引变量GNTW是指向存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N的存储器位置的变量，其中必须在给定采样周期T_S存储输入值D₁、D₂、D_N。

处理过程640接着包括步骤643：以下述这种方式更新第一索引变量GNTW：第一索引变量GNTW指向存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N的新的后续存储器位置，其中必须存储下一个输入值D₁、D₂、D_N（在下一个采样周期所采集的）。

优选地，步骤643包括子步骤：将第一索引变量GNTW与指示存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N的存储器位置的最大数量的预定索引值L进行比较。在实际中，第一索引变量GNTW与指示存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N的长度的预定索引值L进行比较。

优选地，步骤643包括子步骤：如果条件{GNTW = L-1}为真，则在更新条件下设置第一索引变量GNTW：{GNTW =0}。

优选地，步骤643包括子步骤：如果条件{GNTW = L-1}为假，则在更新条件下设置第一索引变量GNTW：{ GNTW = GNTW +1}。

换言之，在步骤643中，如果第一索引变量GNTW当前指向存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N的最后存储器位置“L-1”，则以下述这种方式更新该第一索引变量：指向存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N的第一存储器位置“0”，从而实现循环FIFO队列。

否则，如果第一索引变量GNTW当前指向与存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N的最后存储器位置“L-1”不同的存储器位置，则以下述这种方式更新该第一索引变量：指向存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N的后续存储器位置（如由FIFO队列所要求的那样）。

在优选的变型中，处理过程640包括步骤644：更新选择变量CHADC，该选择变量CHADC指示要由第二数据采集模块62采集的一个或多个可选检测信号S₁、S₂。

通常，选择变量CHADC的更新可以基于输入值D₁、D₂、D_N和/或由控制器3提供的控制变量来执行。

在优选的变型中，处理过程640包括步骤645：配置第二数据采集模块62。

采用这种方式，防止数据采集模块62的一些硬件组件（例如：A/D转换组件621）在正在进行的采样周期Ts期间采集其他检测信号，而数据采集模块62的其他硬件组件（例如：计数组件622）被重置或被重新配置成在正在进行的采样周期Ts期间继续恰当地操作。

优选地，第四数据采集模块64向第二数据采集模块62提供禁用/重置信号D（图9的时刻t₁₄）以配置所述第二数据采集模块62。

在优选的变型中，处理过程640包括步骤646：配置CPU使得在执行第四数据采集模块64之后它将处于活动模式。

数据采集装备6在管理要由电弧故障确定模块4处理的输入值D₁、D₂、D_N的采集和存储方面提供了相关的优点。

数据采集装备6确保输入数据D₁、D₂、D_N在通过由控制器3采用的采样周期T_S确定的预定义时刻被采集，其可被通常设置成确保电子保护装置1的恰当操作，而独立于与要由电弧故障确定模块4处理的数据量。

另一方面，数据采集装备6确保将在每个采样周期T_S采集的输入数据D₁、D₂、D_N的安全采集并存储到循环存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N中。采用这种方式，出于电弧确定目的对输入数据D₁、D₂、D_N的处理可以独立于采样时刻的发生来管理（换言之，出于电弧故障确定目的对输入数据D₁、D₂、D_N的处理不需要在每个采样周期内完成）。

因此，数据采集装备6确保了出于电弧确定目的对输入数据D₁、D₂、D_N的恰当处理，并且同时允许放松对控制器3所要求的数据处理和定时约束。

根据本发明的优选实施例，控制器3的管理模块7被配置成循环地检查循环存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N是否存储尚未被电弧故障确定模块4处理的输入值D₁、D₂、D_N。在这种情况下，管理模块7激活电弧故障确定模块4以及控制器3的可能激活一个或多个附加数据处理模块5。否则，管理模块7激活控制器3的一个或多个附加数据处理模块5，或者使CPU进入休眠模式。

优选地，控制器3的管理模块7被配置成执行第三数据处理过程71（图8），其针对管理由电弧故障确定模块4对存储在循环存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N中的输入值D₁、D₂、D_N的处理。

优选地，处理过程71包括步骤711：检查存储在循环存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N中的所有输入值D₁、D₂、D_N是否已经被电弧故障确定模块4处理。

优选地，上面提到的检查步骤711包括在给定采样周期T_S（图10）将上面提到的第一索引变量GNTW与第二索引变量GNTR进行比较，所述第二索引变量GNTR是指向存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N的存储器位置的变量，其中输入值D₁、D₂、D_N必须由电弧故障确定模块4读取。

如果所述比较确定条件{ GNTW = GNTR }为真，则存储在所述循环存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N中的所有输入值D₁、D₂、D_N已经被电弧故障确定模块4处理。

如果所述比较确定条件{ GNTW = GNTR }为假，则存储在所述循环存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N中的一些输入值D₁、D₂、D_N尚未被电弧故障确定模块4处理。

如果存储在所述循环存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N中的一些输入值D₁、D₂、D_N尚未被电弧故障确定模块4处理，则数据处理过程71包括激活712电弧故障确定模块4的步骤。

当被管理模块7激活时，电弧故障确定模块4从循环存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N采集并处理输入值D₁、D₂、D_N的集合。每个输入值D₁、D₂、D_N由电弧故障确定模块4在由第二索引变量GNTR指向的存储器位置处的对应存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N中采集。

处理过程71接着包括步骤713：以下述这种方式更新第二索引变量GNTR：只要由管理模块7重新激活电弧故障确定模块4，则所述第二索引变量GNTR指向要由所述电弧故障确定模块4读取的存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N的新的后续存储器位置。

优选地，步骤713包括子步骤：将第二索引变量GNTR与上面提到的指示存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N的长度的预定索引值L进行比较。

优选地，步骤713包括子步骤：如果条件{GNTR = L-1}为真，则在更新条件中设置第二索引变量GNTR：{GNTR =0}。

优选地，步骤713包括子步骤：如果条件{GNTR = L-1}为假，则在更新条件中设置第二索引变量GNTR；{GNTR = GNTR +1}。

换言之，在步骤713中，类似于第一索引变量GNTW，如果第二索引变量GNTR当前指向存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N的最后存储器位置“L-1”，则以下述这种方式更新该第二索引变量：指向存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N的第一存储器位置“0”，从而实现循环FIFO队列。

否则，如果第二索引变量GNTR当前指向与存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N的最后存储位置“L-1”不同的存储器位置，则以下述这种方式更新该第二索引变量：指向存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N的后续存储器位置（如由FIFO队列所要求的那样）。

在优选的变型中，在电弧故障确定模块4的激活之后，数据处理过程71包括步骤：激活714一个或多个附加数据处理模块5，如果这对于控制器3的操作是必要的话。

优选地，在步骤712、713和可能的714已经完成之后，数据处理过程71规定重复上面提到的检查步骤711。

如果存储在所述循环存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N中的一些输入值D₁、D₂、D_N尚未被电弧故障确定模块4处理，则循环重复上面提到的步骤711、712、713以及可能的714。

取而代之，如果存储在循环存储器缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N中的所有输入值D₁、D₂、D_N都已经被电弧故障确定模块4处理，则数据处理过程71包括步骤715：激活一个或多个附加数据处理模块5或使CPU 30进入休眠模式。

优选地，第三数据处理过程71作为后台处理在运行时间期间由管理模块7连续地重复，并且仅由数据采集模块63和64片刻中断，这分别由硬件中断I₁和I₂在固定的时间间隔触发，如图9所示的那样。

显然，用于执行数据处理过程71的一个循环的时间可能根据输入数据和要运行的所选任务而极大地变化。当输入数据或选定任务要求许多计算时，过程71的对应循环的执行时间可能比采样周期Ts长，从而增加了循环缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N中要处理的数据的队列。

相反，当输入数据或选定任务要求较少计算时，在一个采样周期Ts期间可以执行多于一个循环的数据处理过程71，从而减少了循环缓冲器BUF₁、BUF₂、BUF_N中要处理的数据的队列。

实际上，已经发现，根据本发明的电子保护装置完全实现了预期的目标和目的。

根据本发明的电子保护装置1包括具有数据采集装备6的控制器3，所述数据采集装备6出于电弧确定目的能够提供对要处理的输入值D₁、D₂、D_N的可靠且高效的存储和采集。

数据采集装备6允许控制器3提供优异且可靠的电弧故障确定性能。

数据采集装备6提供对用于操作控制器3所需的定时和数据处理约束的显著减轻。

因此，控制器3能够利用高度的灵活性同时管理多个数据处理任务，而不需要高的计算能力水平。

因此，数据采集装备6允许控制器3以相对低的成本提供与由更高级数字处理系统（例如嵌入操作系统）所确保的那些性能类似的性能，这在控制总工业成本方面具有相关的优点。

已经证明，电子保护装置易于以相对于当前可用的电子保护装置有竞争力的成本进行工业制造。

Claims (15)

1.一种用于低压电线（100）的电子保护装置（1），所述保护装置被提供有具有控制器（3）的控制单元（2），所述控制器（3）包括中央处理单元（30）和电弧故障确定模块（4），所述电弧故障确定模块（4）能由所述中央处理单元执行并且被配置成实现电弧检测功能（F1）以确定所述低压电线（100）中电弧故障状况的存在，所述电弧故障确定模块被配置成处理指示所述低压电线（100）的操作状况的一个或多个输入值（D₁、D₂、D_N）以实现所述电弧检测功能（F1），其特征在于，所述控制器包括数据采集装备（6），所述数据采集装备（6）适合于管理所述输入值（D₁、D₂、D_N）的采集和存储，所述数据采集装备包括：

- 存储器（65），其包括用于暂时存储所述输入值（D₁、D₂、D_N）的一个或多个循环存储器缓冲器（BUF₁、BUF₂、BUF_N）；

- 第一数据采集模块（61），其被配置成在由固定时间段（T_S）分隔的后续时刻（t₁、t₂、t_I）提供第一中断信号（I₁）；

- 第二数据采集模块（62），其被配置成采集和处理指示所述低压电线（100）的操作状况的一个或多个检测信号（S₁、S₂、S_M）以获得所述输入值（D₁、D₂、D_N），所述第二数据采集模块（62）被配置成在完成所述输入值（D₁、D₂、D_N）的集合的所述获得时提供第二中断信号（I₂）；

- 第三数据采集模块（63），其能由所述中央处理单元（30）执行并且能由所述第一中断信号（I₁）激活，所述第三数据采集模块（63）被配置成响应于所述第一中断信号（I₁）而启用所述第二数据采集模块（62）的操作；

- 第四数据采集模块（64），其能由所述中央处理单元（30）执行并且能由所述第二中断信号（I₂）激活，所述第四数据采集模块（64）被配置成从所述第二数据采集模块（62）采集输入值（D₁、D₂、D_N）的集合，并且响应于所述第二中断信号（I₂），将每个采集的输入值（D₁、D₂、D_N）存储在所述循环存储器缓冲器的对应循环存储器缓冲器（BUF₁、BUF₂、BUF_N）中。

2.根据权利要求1所述的电子保护装置，其特征在于，所述第三数据采集模块（63）被配置成选择要由所述第二数据采集模块（62）采集的一个或多个检测信号（S₁、S₂、S_M）。

3.根据权利要求1-2中的任一项所述的电子保护装置，其特征在于，所述第三数据采集模块（63）被配置成执行第一数据处理过程（630），所述第一数据处理过程（630）包括下列步骤：启用（631）所述第二数据采集模块（62），以采集一个或多个检测信号（S₁、S₂、S_M），以及通过处理所述检测信号来获得所述输入值（D₁、D₂、D_N）。

4.根据权利要求1-2中的任一项所述的电子保护装置，其特征在于，所述第二数据采集模块（62）包括A/D转换组件（621），其用来执行一个或多个检测信号（S₁、S₂、S_M）的A/D转换。

5.根据权利要求1-2中的任一项所述的电子保护装置，其特征在于，所述第四数据采集模块（64）被配置成执行包括以下步骤的第二数据处理过程（640）：

- 从所述第二数据采集模块（62）采集（641）输入值（D₁、D₂、D_N）的集合；

- 将每个采集的输入值（D₁、D₂、D_N）存储（642）在由第一索引变量（GNTW）指向的存储器位置处的对应循环存储器缓冲器（BUF₁、BUF₂、BUF_N）中；

- 更新（643）所述第一索引变量（GNTW）。

6.根据权利要求5所述的电子保护装置，其特征在于，所述第二数据处理过程（640）包括更新（644）一个或多个选择变量（CHADC）的步骤，所述一个或多个选择变量（CHADC）指示要由所述第二数据采集模块（62）采集的一个或多个检测信号（S₁、S₂、S_M）。

7.根据权利要求5所述的电子保护装置，其特征在于，所述第二数据处理过程（640）包括配置（645）所述第二数据采集模块（62）的步骤。

8.根据权利要求6所述的电子保护装置，其特征在于，所述第二数据处理过程（640）包括配置（645）所述第二数据采集模块（62）的步骤。

9.根据权利要求1-2中的任一项所述的电子保护装置，其特征在于，所述控制器（3）包括一个或多个附加数据处理模块（5）和管理模块（7），所述一个或多个附加数据处理模块（5）能由所述中央处理单元（30）执行并且被配置成实现用来控制所述电子保护装置的操作的另外的功能（F2），所述管理模块（7）能由所述中央处理单元（30）执行并且被配置成管理所述电弧故障确定模块（4）和所述附加数据处理模块（5）的操作。

10.根据权利要求9所述的电子保护装置，其特征在于，所述管理模块（7）被配置成循环地检查所述循环存储器缓冲器（BUF₁、BUF₂、BUF_N）是否存储未被所述电弧故障确定模块（4）处理的输入值（D₁、D₂、D_N），并且配置成如果所述循环存储器缓冲器（BUF₁、BUF₂、BUF_N）存储未被所述电弧故障确定模块（4）处理的输入值（D₁、D₂、D_N），则激活所述电弧故障确定模块（4）。

11.根据权利要求10所述的电子保护装置，其特征在于，所述管理模块（7）被配置成执行第三数据处理过程（71），所述第三数据处理过程（71）包括以下步骤：

- 检查（711）所述循环存储器缓冲器（BUF₁、BUF₂、BUF_N）是否存储未被所述电弧故障确定模块（4）处理的所述输入值（D₁、D₂、D_N）中的一些输入值（D₁、D₂、D_N）；

- 如果所述循环存储器缓冲器（BUF₁、BUF₂、BUF_N）存储未被所述电弧故障确定模块（4）处理的输入值（D₁、D₂、D_N），则激活（712）所述电弧故障确定模块（4），所述电弧故障确定模块（4）在被激活时从所述循环存储器缓冲器采集并且处理输入值（D₁、D₂、D_N）的集合，每个输入值（D₁、D₂、D_N）由所述电弧故障确定模块在由第二索引变量（GNTR）指向的存储器位置处的对应循环存储器缓冲器（BUF₁、BUF₂、BUF_N）中采集；

- 更新（713）所述第二索引变量（GNTR）；

- 重复前述步骤；

- 如果所述循环存储器缓冲器（BUF₁、BUF₂、BUF_N）仅存储由所述电弧故障确定模块（4）处理的输入值（D₁、D₂、D_N），则激活（715）一个或多个附加数据处理模块（5）或者使所述中央处理单元（30）进入休眠模式。

12.根据权利要求11所述的电子保护装置，其特征在于，所述第三数据处理过程（71）包括激活（714）一个或多个附加数据处理模块（5）的步骤。

13.根据权利要求11所述的电子保护装置，其特征在于，所述第三数据处理过程（71）由所述管理模块（7）连续地重复。

14.根据权利要求12所述的电子保护装置，其特征在于，所述第三数据处理过程（71）由所述管理模块（7）连续地重复。

15.根据权利要求1-2中的任一项所述的电子保护装置，其特征在于，所述固定时间段（T_S）是由所述控制器（3）采用的采样周期。

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