CN113884740A - 一种低压直流系统的剩余电流模拟与检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低压直流系统的剩余电流模拟与检测方法及系统，属于低压配电技术领域。本发明方法，包括：根据低压直流系统的实际运行情况，构建低压直流系统的系统模型，针对系统模型进行低压直流系统在循环净电流干扰条件下的剩余电流和循环净电流仿真模拟；获取模拟数据，根据模拟数据确定低压直流系统的剩余电流。本发明能够准确地模拟直流系统特征，以得到贴近真实情况下的电流特征，具有较好的仿真准确度，可以获得定量化的直流系统仿真数据，对相关系统搭建、为相关保护装置的研发与配置提供参考。
Description
技术领域
本发明涉及低压配电技术领域，并且更具体地，涉及一种低压直流系统的剩余电流模拟与检测方法及系统。
背景技术
电在我们生活中无处不在，但因漏电而引起人身触电以及供电设备损坏甚至发生火灾造成了大量的人身伤亡和巨大的经济损失，因此安全用电越来越受到人们的重视。
随着国家节能减排政策的实施，光伏、储能和电动汽车等大量接入配电网。相比于交流系统，直流配用电技术可以为用户提供安全、灵活、高效的供电服务。目前市政、住建等场景的典型负荷已经呈现直流化趋势，例如路灯、交通灯、直流变频空调等已经开展试点应用。但是目前直流用电安全等关键问题有待深入研究，特别是直流剩余电流的精确检测问题亟待解决。直流剩余电流的保护技术研究目前还处于起步阶段。
因此，深入研究直流系统中的剩余电流检测原理和保护方法，实现多种剩余电流的准确识别与有效保护，是国内外漏电保护领域的研究热点。其对减少由剩余电流引发的事故从而保障人的生命财产安全，对完善低压直流的安全用电技术，促进低压直流电器的发展，对促进直流系统的推广应用等都具有重要的理论意义和实用价值。
在低压直流系统中，为了增大供电系统的容量，提高其供电的可靠性与稳定性，会采用网状多端电源的形式。但是，当系统中由于电源电压、线路参数的变化，会在线路中产生循环净电流，即假剩余电流。这种环流可能会造成剩余电流动作保护器的误动，造成保护失败。目前对于相关系统的仿真研究较为欠缺，对相关因素产生影响的定量分析较为不足。因此，构建低压直流网状多端电源供电系统，研究其中可能产生的假剩余电流，对剩余电流动作保护器的配置优化具有重要意义。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种低压直流系统的剩余电流模拟与检测方法，包括：
根据低压直流系统的实际运行情况，构建低压直流系统的系统模型，针对系统模型进行低压直流系统在循环净电流干扰条件下的剩余电流和循环净电流仿真模拟；
获取模拟数据，根据模拟数据确定低压直流系统的剩余电流。
可选的，剩余电流和循环净电流模拟，具体包括：
根据预设的仿真模拟要求，设置系统模型中电源的电源电压；
设置系统模型中负载的电压，线路的单位阻抗及温度；
设置完成后，进行仿真模拟。
可选的，获取模拟数据，包括：目标线路1的母线电流和目标线路3的母线电流和，所述目标线路1与目标线路3连接相同负载。
可选的，根据模拟数据确定低压直流系统的剩余电流，包括：
判断目标线路1的母线电流和是否为0；
若不为0时，判断目标线路1的母线电流与目标线路3的母线电流和，是否相等；
若相等，则判定目标线路1的母线电流为循环静电流；若不等，则判定目标线路1的母线电流为低压直流系统的剩余电流。
可选的，方法还包括：获取目标线路1与目标线路3连接负载两端的母线电流和，若所述负载两端的母线电流和不一致，则判定目标线路1的母线电流和为低压直流系统的剩余电流。
本发明还提出了一种低压直流系统的剩余电流模拟与检测系统，包括：
模拟单元，根据低压直流系统的实际运行情况，构建低压直流系统的系统模型，针对系统模型进行低压直流系统在循环净电流干扰条件下的剩余电流和循环净电流仿真模拟；
检测单元，获取所述模拟单元的模拟数据，根据模拟数据确定低压直流系统的剩余电流。
可选的，剩余电流和循环净电流模拟，具体包括：
根据预设的仿真模拟要求，设置系统模型中电源的电源电压；
设置系统模型中负载的电压，线路的单位阻抗及温度；
设置完成后，进行仿真模拟。
可选的，获取模拟数据，包括：目标线路1的母线电流和目标线路3的母线电流和，所述目标线路1与目标线路3连接相同负载。
可选的，根据模拟数据确定低压直流系统的剩余电流，包括：
判断目标线路1的母线电流和是否为0；
若不为0时，判断目标线路1的母线电流与目标线路3的母线电流和，是否相等；
若相等，则判定目标线路1的母线电流为循环静电流；若不等，则判定目标线路1的母线电流为低压直流系统的剩余电流。
可选的，根据模拟数据确定低压直流系统的剩余电流，还包括：获取目标线路1与目标线路3连接负载两端的母线电流和，若所述负载两端的母线电流和不一致，则判定目标线路1的母线电流和为低压直流系统的剩余电流。
本发明能够准确地模拟直流系统特征，以得到贴近真实情况下的电流特征，具有较好的仿真准确度，可以获得定量化的直流系统仿真数据，对相关系统搭建、为相关保护装置的研发与配置提供参考。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明方法实施例系统模型仿真模拟流程图；
图3为本发明方法实施例中构建的低压直流网状多端电源供电系统模型图；
图4为本发明方法实施例中检测剩余电流的流程图；
图5为本发明方法实施例中回路1到4的随着温度变化的电流和对比图；
图6为本发明方法实施例中回路1到4的随着电源电压变化的电流和对比图；
图7a和7b为本发明方法实施例中回路1正极线路温度变化与回路4负极线温度变化的对比图；
图8a和8b为本发明方法实施例中电源1正极电压变化率与电源2负极电压变化率的对比图；
图9为本发明系统的结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
本发明提出了一种低压直流系统的剩余电流模拟与检测方法，如图1所示，包括：
根据低压直流系统的实际运行情况，构建低压直流系统的系统模型，针对系统模型进行低压直流系统在循环净电流干扰条件下的剩余电流和循环净电流仿真模拟；
获取模拟数据，根据模拟数据确定低压直流系统的剩余电流。
其中，剩余电流和循环净电流模拟，具体包括：
根据预设的仿真模拟要求，设置系统模型中电源的电源电压；
设置系统模型中负载的电压，线路的单位阻抗及温度；
设置完成后，进行仿真模拟。
其中，获取模拟数据，包括：目标线路1的母线电流和目标线路3的母线电流和，所述目标线路1与目标线路3连接相同负载。
其中，根据模拟数据确定低压直流系统的剩余电流，包括：
判断目标线路1的母线电流和是否为0；
若不为0时，判断目标线路1的母线电流与目标线路3的母线电流和，是否相等；
若相等，则判定目标线路1的母线电流为循环静电流；若不等，则判定目标线路1的母线电流为低压直流系统的剩余电流。
其中，获取目标线路1与目标线路3连接负载两端的母线电流和，若所述负载两端的母线电流和不一致，则判定目标线路1的母线电流和为低压直流系统的剩余电流。
下面结合实施例对本发明进行进一步的说明：
实施例包括：剩余电流和循环净电流模拟及剩余电流检测两部分。
其中，低压直流系统循环净电流干扰条件下的剩余电流模拟，如图2所示，包括：
首先依据系统的特性设置系统各位置的电源电压值，随后设置系统中各处负载的电压，最后设置各输电线路的单位阻抗与温度，随后即可仿真获取系统下的剩余电流数据。
模型可以输出系统在给定条件下各处的电流及各回路的电流和，以此来分析相关条件下的电流特性，确定循环净电流的影响程度，确定相关保护设备的配置规格，保障人们的用电安全。
如图2所示，依照实际情况构建低压直流网状多端电源供电系统。系统为双极接线、TN接地形式，由电源1和电源2同时供电。一般来说，L+、L-与M极的线路长度相等，即其线路电阻也相等R+＝RM＝R-，且两极的负载大致平衡，有RL1＝RL2。设置温度初始值为20℃，系统电压等级为±375V，电源1到负载L1和L2距离为200m，电源1到负载L3和L4距离为400m，电源1到负载L1和L2距离为600m，电源2到负载L3和L4距离为800m，负载L1、L2、L3、L4的阻值均设为15Ω，系统接地电阻设为4Ω。设各个线路为铜导线，截面积为25mm2。对线路电阻Rw进行计算：
ρ＝ρ20[1+α(T-20)] (2)
其中，ρ为铜的电阻率，L为线路长度，S为导线横截面积。ρ20为铜在20℃时的电阻率，约为0.0175Ω·mm2/m，T为温度，α为铜电阻率温度系数，约为0.004。由此计算出在20℃时，每一百米铜导线的电阻为0.07Ω。一般来说低压直流系统的供电半径不超过800m，计算出此时的线路电阻为0.56Ω。而对于直流民用建筑系统，一般供电半径不超过90m，计算出此时的线路电阻为0.063Ω。
可以计算各个线路的电阻分别为R1+＝R1M＝R1-＝0.14Ω、R2+＝R2M＝R2-＝0.28Ω、R3+＝R3M＝R3-＝0.42Ω、R4+＝R4M＝R4-＝0.56Ω。
其中，剩余电流检测部分，如图4所示，包括：
在循环净电流干扰条件下的剩余电流保护装置配置方法如图2所示。在每一回路的电源侧安装一剩余电流保护装置，并且所有剩余电流保护装置可以与中央监控装置进行通讯，以回路1为例，当回路1的剩余电流保护装置检测到该处的母线电流和不为0时，其将这一信息上报给中央监控装置，中央监控装置同步获取回路3的母线电流和，若二者相等，则视为是循环净电流，系统继续稳定运行，等待之后上报信息；如果二者不相等，则视为出现了剩余电流，由中央监控装置向回路1的剩余电流保护装置发送信号，切断回路1，防止出现危害。
下面针对仿真结果进行说明：
探究线路温升的影响，当回路1正极线路温度变化时，线路电阻也随之改变，各个回路的电流和的变化结果如图5所示，可以发现，随着温度的升高，各个回路电流和的绝对值也随之增大，电流为负表示电流方向与图3所示方向相反。随着温度的降低，各个电流和也会随之增大。可以看出，当温度变化±10℃时，电流和达到了75.4mA，接近于标准IEC/TS63053《直流系统用剩余电流动作保护电器的一般要求》中用于人身触电保护的剩余电流动作阈值80mA。当温度变化±12℃时，电流和达到了90.1mA，超过了80mA的阈值。由此可知，当系统中某一处线路由于温度或其它原因导致的线路阻抗发生变化时，会在回路中产生假剩余电流，可能会导致剩余电流动作保护器的误动作，影响系统的正常运行。
探究电源电压的影响，当电源1正极电压发生变化时，各个回路的电流和的变化结果如图6所示。可以发现，随着电源电压的增大，各个回路电流和的绝对值也随之增大，反之亦然。当电源电压变化±2％时，回路1电流和iΔ1与回路3电流和iΔ3达到184.9mA，回路2电流和iΔ2与回路4电流和iΔ4达到123.3mA，均超过80mA阈值，可能造成剩余电流动作保护器误动作。
当回路1正极线和回路4负极线的温度发生变化时，线路电阻也发生变化，每个回路的电流总和如图7a和7b所示。由于电路的对称性，回路3和回路1的结果相同，回路4和回路2的结果相同，因此图中不再重复。随着温度的升高和降低，各回路电流和的绝对值增大，负电流表示电流方向相反。当一条线路的温度变化±12℃时，电流总和达到90.1mA。当两条线路温度变化时，最大电流和可达206.5mA，超过了80mA的剩余电流动作阈值。可以看出，当线路阻抗因温度等原因发生变化时，系统中会产生循环净电流，可能导致RCD误动作。
当电源I的正电压和电源II的负电压发生变化时，回路1和回路2的电流总和如图8a和8b所示，由于电路的对称性，回路3和回路1的结果相同，回路4和回路2的结果相同。随着电压的变化，各回路电流和的绝对值增大。当任意电源电压变化2％时，电流之和可达123.3mA。当两个电源电压变化时，电流之和可达1294.4mA。这些循环净电流可能会干扰系统的正常运行。
模型对于低压直流网状多端电源供电系统中的线路阻抗依据线缆长度和系统温度进行设置，对于人体阻抗依据人体的触电路径、人体接触面积与接触潮湿度进行设置，更为符合实际发生电击事故时的情况，提高了模型对于人体触电电流及系统剩余电流仿真的准确度。因而通过该模型可以实现对于低压直流网状多端电源供电系统中循环净电流特性的模拟与预测。
本发明还提出了一种低压直流系统的剩余电流模拟与检测系统200，如图9所示，包括：
模拟单元201，根据低压直流系统的实际运行情况，构建低压直流系统的系统模型，针对系统模型进行低压直流系统在循环净电流干扰条件下的剩余电流和循环净电流仿真模拟；
检测单元202，获取所述模拟单元的模拟数据，根据模拟数据确定低压直流系统的剩余电流。
其中，剩余电流和循环净电流模拟，具体包括：
根据预设的仿真模拟要求，设置系统模型中电源的电源电压；
设置系统模型中负载的电压，线路的单位阻抗及温度；
设置完成后，进行仿真模拟。
其中，获取模拟数据，包括：目标线路1的母线电流和目标线路3的母线电流和，所述目标线路1与目标线路3连接相同负载。
其中，根据模拟数据确定低压直流系统的剩余电流，包括：
判断目标线路1的母线电流和是否为0；
若不为0时，判断目标线路1的母线电流与目标线路3的母线电流和，是否相等；
若相等，则判定目标线路1的母线电流为循环静电流；若不等，则判定目标线路1的母线电流为低压直流系统的剩余电流。
其中，根据模拟数据确定低压直流系统的剩余电流，还包括：获取目标线路1与目标线路3连接负载两端的母线电流和，若所述负载两端的母线电流和不一致，则判定目标线路1的母线电流和为低压直流系统的剩余电流。
本发明能准确的模拟直流系统特征，以得到贴近真实情况下的电流特征，具有较好的仿真准确度，可以帮助获得定量化的直流系统仿真数据，对相关系统搭建、为相关保护装置的研发与配置提供参考；通过修改参数取值，可以模拟不同条件下低压直流系统的稳态运行状况，有利于多样条件下的电流特性提取，为分析不同条件下的电流特征比较创造了条件；搭建模块化程度高，参数可以通过公式计算，使用成本低，便于依据实际条件进行修改或改进，具有广泛的应用性；输入参数后无需重新建模即可计算，计算速度快，仿真效率高，对计算资源要求小，便于现场实际应用参考；
本发明提供了循环净电流干扰下的剩余电流检测方法，解决了循环净电流干扰下的剩余电流检测难题，避免了剩余电流保护装置的误动作；
本发明具有一定的可移植性，通过变更系统特性即可应用于其他电网系统中，譬如远距离传输线系统、低压交流配网系统，由此解决了低压直流系统仿真获取稳态数据的问题，为电网保护装置设计配置提供了理论化、定量化的数据参考，提升了电网系统运行的安全性和可靠性，避免了电网系统对人造成的生命安全损失。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种低压直流系统的剩余电流模拟与检测方法，所述方法包括：
根据低压直流系统的实际运行情况，构建低压直流系统的系统模型，针对系统模型进行低压直流系统在循环净电流干扰条件下的剩余电流和循环净电流仿真模拟；
获取模拟数据，根据模拟数据确定低压直流系统的剩余电流。
2.根据权利要求1所述的方法，所述剩余电流和循环净电流模拟，具体包括：
根据预设的仿真模拟要求，设置系统模型中电源的电源电压；
设置系统模型中负载的电压，线路的单位阻抗及温度；
设置完成后，进行仿真模拟。
3.根据权利要求1所述的方法，所述获取模拟数据，包括：目标线路1的母线电流和目标线路3的母线电流和，所述目标线路1与目标线路3连接相同负载。
4.根据权利要求1所述的方法，所述根据模拟数据确定低压直流系统的剩余电流，包括：
判断目标线路1的母线电流和是否为0；
若不为0时，判断目标线路1的母线电流与目标线路3的母线电流和，是否相等；
若相等，则判定目标线路1的母线电流为循环静电流；若不等，则判定目标线路1的母线电流为低压直流系统的剩余电流。
5.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括：获取目标线路1与目标线路3连接负载两端的母线电流和，若所述负载两端的母线电流和不一致，则判定目标线路1的母线电流和为低压直流系统的剩余电流。
6.一种低压直流系统的剩余电流模拟与检测系统，所述系统包括：
模拟单元，根据低压直流系统的实际运行情况，构建低压直流系统的系统模型，针对系统模型进行低压直流系统在循环净电流干扰条件下的剩余电流和循环净电流仿真模拟；
检测单元，获取所述模拟单元的模拟数据，根据模拟数据确定低压直流系统的剩余电流。
7.根据权利要求6所述的系统，所述剩余电流和循环净电流模拟，具体包括：
根据预设的仿真模拟要求，设置系统模型中电源的电源电压；
设置系统模型中负载的电压，线路的单位阻抗及温度；
设置完成后，进行仿真模拟。
8.根据权利要求6所述的系统，所述获取模拟数据，包括：目标线路1的母线电流和目标线路3的母线电流和，所述目标线路1与目标线路3连接相同负载。
9.根据权利要求6所述的系统，所述根据模拟数据确定低压直流系统的剩余电流，包括：
判断目标线路1的母线电流和是否为0；
若不为0时，判断目标线路1的母线电流与目标线路3的母线电流和，是否相等；
若相等，则判定目标线路1的母线电流为循环静电流；若不等，则判定目标线路1的母线电流为低压直流系统的剩余电流。
10.根据权利要求9所述的系统，所述根据模拟数据确定低压直流系统的剩余电流，还包括：获取目标线路1与目标线路3连接负载两端的母线电流和，若所述负载两端的母线电流和不一致，则判定目标线路1的母线电流和为低压直流系统的剩余电流。
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| CN110687328A (zh) * | 2019-09-24 | 2020-01-14 | 深圳供电局有限公司 | 剩余电流模拟生成装置及剩余电流动作保护系统 |
| CN211293094U (zh) * | 2019-10-09 | 2020-08-18 | 深圳供电局有限公司 | 直流剩余电流模拟装置 |
-
2021
- 2021-08-18 CN CN202110948569.0A patent/CN113884740B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0045113A1 (de) * | 1980-07-30 | 1982-02-03 | BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie. | Verfahren und Anordnung zur Lokalisierung eines Erdschlusses |
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|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113884740B (zh) | 2023-12-26 |
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