CN114902366A - 数字电力配电系统中的电弧故障检测和保护 - Google Patents

数字电力配电系统中的电弧故障检测和保护 Download PDF

Info

Publication number
CN114902366A
CN114902366A CN202080091657.7A CN202080091657A CN114902366A CN 114902366 A CN114902366 A CN 114902366A CN 202080091657 A CN202080091657 A CN 202080091657A CN 114902366 A CN114902366 A CN 114902366A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power
amount
controller
digital
arc fault
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080091657.7A
Other languages
English (en)
Inventor
约翰·布劳尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hubbell Inc
Original Assignee
Hubbell Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hubbell Inc filed Critical Hubbell Inc
Publication of CN114902366A publication Critical patent/CN114902366A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • H02H1/0015—Using arc detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/02—Details
    • H04B3/46—Monitoring; Testing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/54—Systems for transmission via power distribution lines
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/02—Details
    • H04L12/10—Current supply arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0061—Details of emergency protective circuit arrangements concerning transmission of signals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)

Abstract

为设备供电的数字电力分配系统的电弧故障保护。该系统包括电弧故障断路器(“AFCI”)和控制器。控制器连接到AFCI。控制器可操作为控制AFCI停用对设备的供电。控制器包括处理器和存储器。控制器被配置为将数字电力能量包通过AFCI发送到设备，测量与数字电力能量包相关联的误差量，评估与数字电力能量包相关联的误差量，基于对与数字电力能量包相关联的误差量的评估来确定是否存在电弧故障情况，并且当确定存在电弧故障情况时，控制AFCI停用对设备的供电。

Description

数字电力配电系统中的电弧故障检测和保护
相关申请
本申请要求2019年11月6日提交的美国临时专利申请号62/931,408的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本文描述的实施例涉及用于配电系统的安全保护设备和方法。
发明内容
数字电力是一种功率格式，其中电功率以离散的、可控的能量或包单位分布。与传统的模拟功率系统不同，单独的能量包可以与数据或数字信息相关联，这些数据或数字信息可用于控制接收功率系统本身的功率的设备的操作。由于常规的模拟功率和数字电力之间的差异，常规的故障检测技术要么不能与数字电力一起使用，要么不能与数字电力一起有效地(例如，安全地)使用。
电弧故障是两个或更多个导体之间的高功率放电。电弧故障可以产生从几安培直到几千安培的电流，并且强度和持续时间都可以不同。例如，当松动或腐蚀的接线连接产生间歇性接触时，其导致电流在接触点之间产生火花或电弧，就会发生电弧故障。电弧产生热量。例如，产生的热量会破坏单独导线周围的绝缘，从而导致电气火灾。电弧故障保护设备(例如，电弧故障断路器[“AFCI”])是设计用于防止电弧故障的任何设备。传统的电弧故障保护设备监视交流电流以用于不希望的电弧情况(例如，基于幅度和/或频率)。然而，这种传统的电弧故障保护对于以离散能量包传送功率的数字电力系统是无效的。
本文描述的实施例为向设备供电的数字电力分配系统提供电弧故障保护。该系统包括电弧故障断路器(“AFCI”)和控制器。控制器被连接到AFCI。控制器可操作为控制AFCI以停用向设备供电。控制器包括处理器和存储器。控制器被配置为通过AFCI向设备发送数字电力能量包，测量与数字电力能量包相关联的误差量，评估与数字电力能量包相关联的误差量，基于对与数字电力能量包相关联的误差量的评估来确定是否存在电弧故障情况，并且当确定存在电弧故障情况时，控制AFCI以停用向设备供电。
在一些方面，数字电力能量包包括能量有效载荷和数据有效载荷。
在一些方面，误差量与选自包含以下项的组中的一项相关联：数据有效载荷中的数据丢失；数据有效载荷的衰减量；以及与数据有效载荷相关联的失真量。
在一些方面，提供给设备的功率在400W和600W之间。
在一些方面，控制器还被配置为确定是否存在跨线路故障情况、线路上故障情况、接地故障情况或中性故障情况之一。
在一些方面，与数字电力能量包相关联的误差量是来自一系列能量包中的未接收数据的误差集群。
在一些方面，与数字电力能量包相关联的误差量是来自在预定时间段内的未接收数据的误差集群。
在一些方面，控制器还被配置为基于误差量与丢帧率阈值、衰减阈值、信噪比阈值中的至少一个的比较，来确定是否存在电弧故障情况。
在一些方面，电弧故障情况是由不正确的连接、松动的连接、过长的电缆长度或外部噪声中的至少一种引起的。
在一些方面，控制器还被配置为基于根据与预定数据包的比较进行的对误差量的评估，来确定是否存在电弧故障情况。
在一些方面，控制器还被配置为基于数字电力能量包和预定数据包的百分比相关性，来确定是否存在电弧故障情况。
本文描述的实施例提供了一种用于向设备供电的配电系统。该系统包括功率发射器、功率接收器、电弧故障断路器(“AFCI”)和控制器。功率发射器被配置为接收交流(“AC”)输入功率和直流(“DC”)输入功率中的至少一个，并生成数字电力能量包以通过系统进行分配。功率接收器被电连接到功率发射器，以接收数字电力能量。AFCI被连接在功率发射器和功率接收器之间。控制器被连接到AFCI。控制器可操作为控制AFCI，以停用从功率发射器到功率接收器的功率。控制器包括处理器和存储器。控制器被配置为通过AFCI向功率接收器发送数字电力能量包，测量与数字电力能量包相关联的误差量，评估与数字电力能量包相关联的误差量，基于对与数字电力能量包相关联的误差量的评估来确定是否存在电弧故障情况，并且当确定存在电弧故障情况时，控制AFCI以停用向功率接收器供电。
在一些方面，数字电力能量包包括能量有效载荷和数据有效载荷。
在一些方面，误差量与选自包含以下项的组中的一项相关联：数据有效载荷中的数据丢失；数据有效载荷的衰减量；以及与数据有效载荷相关联的失真量。
本文描述的实施例提供了一种停用向在数字电力系统中的设备供电的方法。数字电力系统包括电弧故障断路器(“AFCI”)。该方法包括通过AFCI向设备发送数字电力能量包，测量与数字电力能量包相关联的误差量，评估与数字电力能量包相关联的误差量，基于对与数字电力能量包相关联的误差量的评估来确定是否存在电弧故障情况，并且当确定存在电弧故障情况时，控制AFCI以停用向设备供电。
在一些方面，数字电力能量包包括能量有效载荷和数据有效载荷。
在一些方面，误差量与数据有效载荷中的数据丢失相关联。
在一些方面，误差量与数据有效载荷的衰减量相关联。
在一些方面，误差量与和数据有效载荷相关联的失真量相关联。
在一些方面，提供给设备的功率在400W和600W之间。
在详细解释任何实施例之前，应当理解，实施例在其应用方面不限于对以下描述中阐述的或附图中示出的部件的配置和布置的详细说明。实施例能够以各种方式实践或执行。此外，应当理解，本文使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被视为限制性的。“包括”、“包含”或“具有”及其变型的使用旨在涵盖其后列出的项及其等同物以及附加项。除非另有说明或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”及其变型被广泛使用，并且涵盖直接和间接的安装、连接、支撑和耦合。
此外，应该理解的是，实施例可以包括硬件、软件和电子部件或模块，为了讨论的目的，其可以被图示和描述，就好像大部分部件仅在硬件中实现一样。然而，本领域普通技术人员基于阅读该详细描述将认识到，在至少一个实施例中，基于电子的方面可以在可由一个或多个处理单元(例如微处理器和/或专用集成电路(“ASIC”))执行的软件中实现(例如，存储在非暂时性计算机可读介质上)。因而，应当注意，可以利用多个基于硬件和软件的设备以及多个不同的结构部件来实现实施例。例如，说明书中描述的“服务器”、“计算设备”、“控制器”、“处理器”等可以包括一个或多个处理单元、一个或多个计算机可读介质模块、一个或多个输入/输出接口，以及连接部件的各种连接件(例如，系统总线)。
与数量或条件结合使用的相对术语，诸如例如“大约”、“近似”、“基本上”等，将被普通技术人员理解为包括所述值并且具有上下文所规定的含义(例如，该术语至少包括与测量精度相关的误差程度、与特定值相关的公差[例如制造、组装、使用等])。此类术语也应被视为公开了由两个端点的绝对值所定义的范围。例如，表述“从大约2到大约4”也公开了“从2到4”的范围。相对术语可以是指指示值的正负百分比(例如，1％、5％、10％或更多)。
应当理解，尽管某些附图说明了位于特定设备内的硬件和软件，但这些描绘仅用于说明性目的。在此描述为由一个部件执行的功能可以由多个部件以分布式方式执行。同样，由多个部件执行的功能可以由单个部件合并和执行。在一些实施例中，所示部件可以组合或划分成单独的软件、固件和/或硬件。例如，逻辑和处理可以分布在多个电子处理器中，而不是位于单个电子处理器内并由其执行。不管它们如何组合或划分，硬件和软件部件可以位于同一计算设备上，或者可以分布在通过一个或多个网络或其他合适的通信链路连接的不同计算设备中。类似地，被描述为执行特定功能的部件也可以执行本文未描述的附加功能。例如，以某种方式“配置”的设备或结构至少以这种方式配置，但也可以以未明确列出的方式配置。
通过考虑详细描述和附图，实施例的其他方面将变得显而易见。
附图说明
图1示出了根据本文描述的实施例的数字电力配电系统。
图2是根据本文描述的实施例的数字电力配电系统的简化示意图。
图3示出了根据本文描述的实施例的用于在双绞线电缆上组合数据和功率的中心抽头隔离变压器。
图4示出了根据本文描述的实施例的数字电力发射器。
图5示出了根据本文描述的实施例的配电控制器。
具体实施方式
图1示出了包括数字电力发射器或服务器105的系统100。发射器105被耦合到交流(“AC”)电源110(例如，AC主电源)和一个或多个直流(“DC”)电源115(例如，光伏阵列、电池组等)。在一些实施例中，AC电源110绕过发射器105并向常规壁装插座120提供功率。发射器105被配置为将输入AC或DC功率转换成数字电力。数字电力可以表示成包括能量和数据两者的一个或多个能量包。数字电力能量包从发射器105发送到接收器125。图1示出了用于示例性目的的能量包，包括1.1毫秒的能量有效载荷和0.4毫秒的数据有效载荷。
数字电力由接收器125接收。在一些实施例中，所接收的数字电力由接收器125以330V DC的电压接收。发射器105和接收器125能够进行单向通信(例如，发射器105到接收器125)或双向通信。接收器125被配置为接收数字电力并确定例如是否接收到能量包的数据部分。如果未接收到能量包的数据部分，则在数字电力从发射器105到接收器125的传输过程中可能发生故障。接收器125还被配置为将接收到的数字电力转换为常规DC功率以用于进一步发送到第一配电控制器130。在一些实施例中，接收器125被配置为以与发射器105向接收器125发送数字电力类似的方式，将数字电力发送到第一配电控制器130。在一些实施例中，第一配电控制器130是思科8U Catalyst数字楼宇系列交换机(Cisco 8U CatalystDigital Building Series Switch)。
第一配电控制器130被配置为以低于接收器125所接收的功率的电压来接收功率。例如，接收器125包括DC-DC转换器，其将接收到的电压逐步降低到更低的电平。可替换地，第一配电控制器130被配置为以与接收器125相同的电压接收功率。在这样的实施例中，第一配电控制器130可以包括DC-DC转换器，其将接收到的电压逐步降低到较低电平。在所示实施例中，第一配电控制器130输出48V DC和57V DC之间的电压。在其他实施例中，可以产生不同的电压范围(例如，在5V DC和60V DC之间)。
第一配电控制器130还被配置为中继DC功率，以进一步发送到第二配电控制器135。在一些实施例中，第一配电控制器130被配置为以类似于发射器105向接收器125发送数字电力的方式将数字电力发送到第二配电控制器135。第二配电控制器135被配置为以低于由第一配电控制器130接收的功率的电压来接收功率。例如，第一配电控制器130包括DC-DC转换器，其将接收到的电压逐步降低到较低电平。可替换地，第二配电控制器135被配置为以与第一配电控制器130相同的电压接收功率。在这样的实施例中，第二配电控制器135可以包括DC-DC转换器，其将接收到的电压逐步降低到较低电平。在所示的实施例中，第二配电控制器135输出例如24V DC的电压。在其他实施例中，可以产生不同的电压(例如，在5VDC和60V DC之间)。在一些实施例中，第二配电控制器135是nuLEDs SPICEbox。
第一配电控制器130和第二配电控制器135均被配置为电连接和/或通信连接到一个或多个通电设备。在所示的实施例中，第一配电控制器130连接到暖通空调(“HVAC”)单元140、冰箱145和娱乐系统150。在一些实施例中，第一配电控制器与设备140、145和150之间的连接件是使用Cat 5-Cat 8以太网电缆制成的。在一些实施例中，电力和数据都在以太网供电(“POE”)实施中通过以太网电缆提供。在POE实施中，可以在第一配电控制器130与设备140、145和150之间实现单向通信或双向通信。
在所示实施例中，第二配电控制器135连接到灯155、窗帘/百叶窗160、输入控制器165和传感器170。在一些实施例中，第二配电控制器135和设备155、160、165和170之间的连接是使用CAT 5-CAT 8以太网电缆实现的。在一些实施例中，电力和数据二者都通过POE实现中的以太网电缆提供。在POE实现中，可以在第二配电控制器135与设备155、160、165和170之间实现单向或双向通信。
数字电力分配系统200(例如图1中的系统100)的简化示意图在图2中示出。分配系统200被配置为调节从源205到负载210的能量传输。源控制器215被配置为在预定时间段(例如，采样时间段)内周期性地打开开关220。在一些实施例中，开关220是固态开关(例如，FET)。负载电容器CLOAD电连接到负载210的端子。负载电容器CLOAD在开关220打开之前存储来自负载210的端子的能量。源电阻RSOURCE电连接在源205的端子之间。
在正常操作期间，当开关220打开时，负载电容器CLOAD两端的电压在其通过源电阻RSOURCE放电并进入负载210时衰减。开关225被配置为将负载电容器CLOAD与负载210隔离。在一些实施例中，开关225是固态开关(例如，FET)。当开关225打开时，负载电容器CLOAD的唯一放电路径应该是通过源电阻RSOURCE。然而，例如在跨线故障期间，来自外来物体(例如，人)的电阻作为泄漏电阻RLEAK被引入系统200。源电阻RSOURCE和泄漏电阻RLEAK的并联组合显著增加了负载电容器CLOAD的电压衰减率。
在开关220打开之前负载电容器CLOAD两端的电压由源控制器215测量。在采样周期结束时和在开关220闭合之前，源控制器215再次测量跨负载电容器CLOAD的电压。源控制器215在两个不同时间比较负载电容器CLOAD两端的电压以确定是否发生故障。如果负载电容器CLOAD两端的电压衰减过快(或过慢)，则可以登记故障并且开关220保持打开。负载电容器CLOAD的电压衰减率高表明存在跨线故障。负载电容器CLOAD的电压衰减率低表明存在线内故障。如果没有检测到故障情况，则开关220和开关225可以闭合。然后能量在源205和负载210之间传输直到下一个采样周期。在一些实施例中，采样周期之间的传导周期被称为能量传递周期。
在一些实施例中，可以在源控制器215和负载控制器235之间提供通信链路230。在这样的实施例中，源控制器215可以从负载控制器235接收负载端电压。在一些实施例中，在源205和负载210之间传递能量之前，可以在源控制器215和负载控制器235之间交换数字验证码。关于图2描述的配电技术可以应用在图1的系统100中的任意两个相邻配电部件之间。例如，源可以是发射器105而负载可以是接收器125，源可以是接收器125而负载可以是第一配电控制器130，源可以是第一配电控制器130而负载可以是第二配电控制器135。在一些实施例中，源是第一配电控制器130或第二配电控制器135之一并且负载是设备140-170之一。
如上所述，第一配电控制器130和第二配电控制器135可以在POE实现中被配置为向设备140-170提供功率和数据。图3示出了用于在第一配电控制器130或第二配电控制器135与设备140-170之间实现POE的系统300。具体来说，图3示出了用于在双绞线电缆上组合数据和功率的中心抽头隔离变压器。在其他实施例中，可以使用用于实现POE的不同技术。
在一些实施例中，CAT 5-CAT 8以太网电缆用于在第一配电控制器130或第二配电控制器135与设备140-170之间传递以太网数据。该以太网电缆还可用于向设备140-170提供例如400W和600W之间的功率。源电路305的输出导体被施加到系统300的源侧上的隔离变压器315、320上的中心抽头点。负载电路310的输出导体被施加到隔离变压器325、330上的中心抽头点。在源侧，以太网数据可以施加到变压器315、320的绕组上。在负载侧，与以太网数据对应的信号被变压器325、330获得。由于传输的功率是DC，因此与以太网数据对应的信号不会在变压器315、320中引起激励。结果，以太网数据在传递期间不会被破坏。
图4更详细地示出了图1的发射器105。发射器105电连接和/或通信连接到系统100的各种模块或部件。例如，发射器105连接到AC电源110、一个或多个DC电源115以及接收器125。发射器105包括控制器400、功率输入模块405、功率输出模块410、通信接口415、一个或多个传感器420和用户接口425。控制器400包括硬件和软件的组合，其可操作为例如产生数字电力、监视传输故障情况等。控制器400包括多个电气和电子部件，它们为控制器400和/或系统100内的部件和模块提供功率和操作控制。例如，控制器400尤其包括处理单元435(例如，微处理器、微控制器或其他合适的可编程设备)、存储器440、输入单元445和输出单元450。处理单元435尤其包括控制单元455、算术逻辑单元(“ALU”)460和多个寄存器465(被示出为图4中的一组寄存器)并使用已知架构来实现。处理单元435、存储器440、输入单元445和输出单元450以及连接到控制器400的各种模块通过一个或多个控制和/或数据总线(例如，公共总线470)连接。控制和/或数据总线在图4中示意性示出，以用于说明目的。
存储器440是非暂时性计算机可读介质并且包括例如程序存储区和数据存储区。程序存储区和数据存储区可以包括不同类型的存储器的组合，例如只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)(例如，动态RAM[“DRAM”]、同步DRAM[“SDRAM”]等)、电可擦除可编程只读存储器(“EEPROM”)、闪存、硬盘、SD卡或其他合适的磁、光、物理、电子存储设备或其他数据结构。处理单元435连接到存储器440并且执行能够被存储在存储器440的RAM(例如，在执行期间)、存储器440的ROM(例如，在通常永久的基础上)、或另一种非暂时性计算机可读数据存储介质(例如另一存储器或盘)中的软件指令。包括在系统100或控制器400的实施方式中的软件可以存储在控制器400的存储器440中。软件包括例如固件、一个或多个应用、程序数据、筛选程序、规则、一个或多个程序模块、和其它可执行指令。控制器400被配置为从存储器检索并执行与本文描述的控制方法和步骤相关的指令等。在一些实施例中，控制器400包括多个处理单元435和/或多个存储器440，用于从存储器检索和执行与本文描述的控制方法和步骤相关的指令。
在一些实施例中，控制器400或网络通信接口415包括一个或多个通信端口(例如，以太网、串行高级技术附件[“SATA”]、通用串行总线[“USB”]、集成驱动电子器件[“IDE”]等)，以用于发送、接收或存储与发射器105或发射器105的操作相关联的数据。在一些实施例中，通信接口415能够与外部网络430通信，以用于控制和/或监视系统100。网络430例如是广域网(“WAN”)(例如，基于TCP/IP的网络)、局域网(“LAN”)、邻域网(“NAN”)、家庭区域网络(“HAN”)或个人区域网络(“PAN”)，其采用各种通信协议中的任何一种，例如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等。在一些实施例中，网络430是蜂窝网络，诸如例如全球移动通信系统(“GSM”)网络、通用分组无线电服务(“GPRS”)网络、码分多址(“CDMA”)网络、演进数据优化(“EV-DO”)网络、用于GSM演进的增强型数据速率(“EDGE”)网络、3GSM网络、4GSM网络、4G LTE网络、5G新无线电网络、数字增强型无绳电信(“DECT”)网络、数字AMPS(“IS-136/TDMA”)网络或集成数字增强型网络(“iDEN”)网络等。
传感器420可以包括电压传感器、电流传感器、温度传感器等。来自传感器420的输出信号可以被控制器400用来确定发射器105或系统100的各种故障情况。在一些实施例中，故障情况包括跨线故障情况、线内故障情况、接地故障情况、电弧故障情况、中性线故障情况等。
用户接口425可以包括数字和模拟输入或输出设备的组合，这些设备需要为发射器105实现所需的控制和监视水平。例如，用户接口425可以包括显示器、一个或多个LED和/或输入设备，例如鼠标、触摸屏显示器、多个旋钮、拨号盘、开关、按钮等。
功率输入模块405被配置为从AC电源110和/或DC电源115接收输入功率。功率输入模块405被配置为向控制器400或系统100的其它部件提供标称AC或DC电压。AC电源110例如是具有100V和240V AC之间的标称线电压和大约50-60Hz的频率的主电源。DC电源例如是光伏阵列或电池组(例如，具有锂基化学成分的电池单体阵列)，其能够向功率输入模块提供高DC电压(例如，12V DC和1000V DC之间的电压)。功率输入模块405被配置为将接收到的AC功率转换为DC功率和/或将接收到的DC功率逐步降低到较低的电压。除了为控制器400供电之外，功率输入模块405被配置为向功率输出模块410提供功率。在图4所示的实施例中，发射器105能够通过通信接口415或使用功率输出模块410和接收器125之间的电力线通信，与接收器125通信。参考图2，控制器400通常可以对应于源控制器215并且功率输出模块410可以对应于开关220。控制器400被配置为使用能量传输和采样周期来产生数字电力，如上文关于图2所描述的。
图5更详细地示出了图1的第一配电控制器130。第一配电控制器130电气地和/或通信地连接到系统100的各种模块或部件。例如，第一配电控制器130连接到接收器125、第二配电控制器135和设备140-170中的一个或多个。第一配电控制器130包括控制器500、功率输入模块505、功率输出模块510、通信接口515、一个或多个传感器520和用户接口525。第一配电控制器130还包括电弧故障断路器(“AFCI”)530(例如，开关220、225)，其用于在检测到电弧故障情况时停用对设备140-170的供电。
控制器500包括硬件和软件的组合，这些硬件和软件可操作为例如接收和转换DC电力、监视传输故障情况等。控制器500包括多个电气和电子部件，其向控制器500和/或系统100内的部件和模块提供功率和操作控制。例如，控制器500尤其包括处理单元535(例如，微处理器、微控制器或其他合适的可编程设备)、存储器540、输入单元545和输出单元550。处理单元535尤其包括控制单元555、ALU 560和多个寄存器565(在图5中示出了一组寄存器)并且使用已知架构来实施。处理单元535、存储器540、输入单元545和输出单元550以及连接到控制器500的各种模块通过一个或多个控制和/或数据总线(例如，公共总线570)连接。控制和/或数据总线在图5中示意性地示出，以用于说明目的。
存储器540是非暂时性计算机可读介质并且包括例如程序存储区和数据存储区。程序存储区和数据存储区可以包括不同类型的存储器的组合，例如ROM，RAM(例如DRAM、SDRAM等)，EEPROM，闪存，硬盘，SD卡或其他合适的磁性、光学、物理、电子存储设备或其他数据结构。处理单元535连接到存储器540并执行能够软件指令，该指令存储在存储器540的RAM(例如，在执行期间)中、存储器540的ROM(例如，在通常永久的基础上)中，或另一种非暂时性计算机可读数据存储介质中，例如另一种存储器或盘。包括在系统100或控制器500的实施中的软件可以存储在控制器500的存储器540中。软件包括例如固件、一个或多个应用、程序数据、筛选程序、规则、一个或多个程序模块、和其他可执行指令。控制器500被配置为从存储器检索并执行与本文描述的控制方法和步骤相关的指令等。在一些实施例中，控制器500包括多个处理单元535和/或多个存储器540，用于从存储器检索和执行与本文描述的控制方法和步骤相关的指令。
在一些实施例中，控制器500或网络通信接口515包括用于发送、接收或存储与第一配电控制器130或第一配电控制器130的操作相关联的数据的一个或多个通信端口(例如，以太网、SATA、USB、IDE等)。在一些实施例中，通信接口515能够与外部网络430通信，用于控制和/或监视系统100。
传感器520可以包括电压传感器、电流传感器、温度传感器等。来自传感器520的输出信号可以被控制器500用来确定第一配电控制器130或系统100的各种故障情况。在一些实施例中，故障情况包括跨线故障情况、线内故障情况、接地故障情况、电弧故障情况、中性线故障情况等。
用户接口525可以包括为第一配电控制器130实现期望的控制和监视水平所需的数字和模拟输入或输出设备的组合。例如，用户接口525可以包括显示器，一个或多个LED，和/或输入设备，例如鼠标、触摸屏显示器、多个旋钮、拨号盘、开关、按钮等。
功率输入模块505被配置为从接收器125接收输入功率。功率输入模块505被配置为向控制器500或系统100的其他部件提供标称DC电压。功率输入模块505被配置为例如，将接收到的DC功率逐步降低到较低的电压。除了为控制器500供电之外，功率输入模块505被配置为向功率输出模块510提供功率。在图5所示的实施例中，第一配电控制器130能够通过通信接口515或使用功率输出模块510和第二配电控制器135之间的电力线通信，与第二配电控制器135进行通信。功率输出模块510还配置为向设备140-170中的一个或多个提供输出功率。如上面关于图3所描述的，第一配电控制器130和设备140-170之间的连接可以被配置为能够在第一配电控制器130和设备140-170之间传输功率和数据二者的POE实施。
控制器500被配置为向系统100提供电弧故障保护。控制器500通过检测或确定第一配电控制器130和设备140-170中的一个或多个之间的电弧故障情况的存在来提供电弧故障保护。当控制器500检测或确定存在电弧故障情况时，控制器500被配置为控制AFCI530以停用对受影响设备140-170的供电。在一些实施例中，控制器500或设备140-170可以在电弧故障情况下停用配电(例如，通过打开开关220、225)。
控制器500被配置为使用多种技术检测电弧故障情况。在一些实施例中，控制器500单独使用电弧故障检测技术。在其他实施例中，控制器500共同实施多种电弧故障检测技术。例如，控制器500可以基于能量包的数据部分并测量存在于一个或一系列能量包中的误差量(例如，来自未接收数据的聚合误差)，来确定是否存在电弧故障情况。具体地，控制器500被配置为向设备140-170发送数字电力能量包(即，包括能量有效载荷和数据有效载荷)。控制器500被配置为确定或测量与数字电力能量包相关联(例如，与数据有效载荷相关联)的误差量。在一些实施例中，控制器500被配置为接收与数字电力能量包(例如，来自设备140-170)相关联的误差量的确定或测量结果。控制器500然后被配置为评估给定数据包或一系列数据包(例如，在预定时间段内接收的数据包)的单个或累积误差的量。特定于数据包的误差包括例如，数据包中的数据丢失(例如，基于丢帧率来评估)、数据包的衰减量(例如，传输数据的振幅的减少幅度)、与数据信号相关联的失真量(例如，信噪比)等。
当控制器500确定与数据包或一系列数据包相关联的单个误差或误差集合大于或等于误差阈值(例如，丢帧率阈值、衰减阈值、信噪比阈值等)，控制器500确定存在电弧故障情况。在一些实施例中，控制器500被配置为确定是否存在与系统100相关联的其他故障情况，例如不正确的连接、松散的连接、过长的电缆长度、外部噪声等(例如，基于存在的误差量)。当控制器500确定存在电弧故障情况或其他故障情况时，控制器500被配置为停用对例如设备140-170中的一个或多个的供电。在一些实施例中，当控制器500确定存在电弧故障情况或其他故障条件时，控制器500被配置为停用与接收器125或第二配电控制器135的功率连接。在一些实施例中，控制器500被配置为传输数据包并评估传输的数据包以基于传输的数据包而采取保护动作。例如，控制器500可以评估传输的数据包以自我识别或自我诊断布线系统中的电弧或误差、数据包传输系统中的故障、能量转换或控制系统中的故障等。
另外或可替代地，控制器500使用第一配电控制器130与设备140-170之间的预定数据包或诊断信号来检测电弧故障情况。例如，类似于上述基于误差的故障检测，控制器500被配置为评估预定数据或诊断信号的累积误差。特定于这种信号的误差包括例如，数据包中的数据丢失(例如，基于丢帧率来评估)、数据包的衰减量(例如，信号振幅的减少幅度)、与信号相关联的失真量(例如，信噪比等)等。当与信号相关联的单个误差或误差集合(例如，基于接收数据包和预定数据包的百分比相关度)大于或等于误差阈值(例如，丢帧率阈值、衰减阈值、信噪比阈值、误差百分比等)时，控制器500确定存在电弧故障或其他故障情况。在一些实施例中，评估诊断信号提供了更精确的故障检测，因为正在评估的诊断信号是具有控制器500已知的参考值的预定包。
在一些实施例中，电弧故障检测集中在单个设备上(例如，基于网络地址的电弧故障检测)。例如，控制器500可以改变用于检测电弧故障情况的一个或多个阈值。更可能产生电弧故障情况的设备可以被更密切地监视。在一些实施例中，监视使用超过阈值水平的功率(例如，超过250W)的设备的电弧故障情况，并且不监视使用阈值水平或更少功率的设备的电弧故障情况。
在一些实施例中并且参考图2，控制器500通常可以对应于源控制器215并且功率输出模块510可以对应于开关220。在这样的实施例中，控制器500被配置为使用能量传输和采样周期来产生数字电力，如上文关于图2所述。在一些实施例中，第二配电控制器135被配置为以与第一配电控制器130相同或相似的方式操作。
以上关于第一配电控制器130描述的电弧故障保护技术同样适用于第二配电控制器135的操作。在一些实施例中，上述电弧故障保护技术被应用在系统100内的其他位置处，例如在电源110、115和发射器105之间，在发射器105和接收器125之间，以及在接收器125和第一配电控制器130之间。
因此，本文描述的实施例尤其提供了数字电力配电系统中的电弧故障保护。在以下权利要求中阐述了各种特征和优点。

Claims (20)

1.一种用于向设备供电的配电系统，系统包括：
电弧故障断路器(“AFCI”)；和
控制器，所述控制器被连接到AFCI并且能够被操作为控制所述AFCI停用对所述设备的供电，所述控制器包括处理器和存储器，所述控制器被配置为：
将数字电力能量包通过所述AFCI发送到所述设备，
测量与所述数字电力能量包相关联的误差量，
评估与所述数字电力能量包相关联的误差量，
基于对与所述数字电力能量包相关联的误差量的评估来确定是否存在电弧故障情况，并且
当确定存在所述电弧故障情况时，控制所述AFCI停用对所述设备的供电。
2.根据权利要求1所述的配电系统，其中，所述数字电力能量包包括能量有效载荷和数据有效载荷。
3.根据权利要求2所述的配电系统，其中，所述误差量与选自包含以下项的组中的一项相关联：所述数据有效载荷中的数据丢失；所述数据有效载荷的衰减量；以及与所述数据有效载荷相关联的失真量。
4.根据权利要求1所述的配电系统，其中，提供给所述设备的功率在400W和600W之间。
5.根据权利要求1所述的配电系统，其中，所述控制器还被配置为确定是否存在跨线故障情况、线内故障情况、接地故障情况或中性线故障情况之一。
6.根据权利要求1所述的配电系统，其中，与所述数字电力能量包相关联的误差量是来自一系列能量包中的未接收数据的误差集合。
7.根据权利要求1所述的配电系统，其中，与所述数字电力能量包相关联的误差量是来自预定时间段内未接收数据的误差集合。
8.根据权利要求1所述的配电系统，其中，所述控制器还被配置为基于误差量与丢帧率阈值、衰减阈值、信噪比阈值中的至少一个的比较来确定是否存在所述电弧故障情况。
9.根据权利要求1所述的配电系统，其中，所述电弧故障情况是由不正确的连接、松散的连接、过长的电缆长度或外部噪声中的至少一种引起的。
10.根据权利要求1所述的配电系统，其中，所述控制器还被配置为基于与预定数据包的比较对所述误差量的评估来确定是否存在所述电弧故障情况。
11.根据权利要求10所述的配电系统，其中，所述控制器还被配置为基于所述数字电力能量包和所述预定数据包的百分比相关度来确定是否存在所述电弧故障情况。
12.一种用于向设备供电的配电系统，系统包括：
功率发射器，所述功率发射器被配置为接收交流(“AC”)输入功率和直流(“DC”)输入功率中的至少一种，并生成数字电力能量包以通过所述系统进行分配；
功率接收器，所述功率接收器被电连接到所述功率发射器以用于接收数字电力能量；
电弧故障断路器(“AFCI”)，AFCI被连接在所述功率发射器和所述功率接收器之间；以及
控制器，所述控制器被连接到所述AFCI并且能够操作为控制所述AFCI停用从所述功率发射器到所述功率接收器的供电，所述控制器包括处理器和存储器，所述控制器被配置为：
将数字电力能量包通过所述AFCI发送到所述功率接收器，
测量与所述数字电力能量包相关联的误差量，
评估与所述数字电力能量包相关联的误差量，
基于对与所述数字电力能量包相关联的误差量的评估来确定是否存在电弧故障情况，并且
当确定存在所述电弧故障情况时，控制所述AFCI停用对所述功率接收器的供电。
13.根据权利要求12所述的配电系统，其中，所述数字电力能量包包括能量有效载荷和数据有效载荷。
14.根据权利要求13所述的配电系统，其中，所述误差量与选自包含以下项的组中的一项相关联：所述数据有效载荷中的数据丢失；所述数据有效载荷的衰减量；以及与所述数据有效载荷相关联的失真量。
15.一种停用对数字电力系统中的设备的供电的方法，所述数字电力系统包括电弧故障断路器(“AFCI”)，所述方法包括：
将数字电力能量包通过AFCI发送到所述设备；
测量与所述数字电力能量包相关联的误差量；
评估与所述数字电力能量包相关联的误差量；
基于对与所述数字电力能量包相关联的误差量的评估来确定是否存在电弧故障情况，以及
当确定存在所述电弧故障情况时，控制所述AFCI停用对所述设备的供电。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述数字电力能量包包括能量有效载荷和数据有效载荷。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述误差量与所述数据有效载荷中的数据丢失相关联。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述误差量与所述数据有效载荷的衰减量相关联。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述误差量与和所述数据有效载荷相关联的失真量相关联。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，提供给所述设备的功率在400W和600W之间。
CN202080091657.7A 2019-11-06 2020-11-06 数字电力配电系统中的电弧故障检测和保护 Pending CN114902366A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962931408P 2019-11-06 2019-11-06
US62/931,408 2019-11-06
PCT/US2020/059369 WO2021092350A1 (en) 2019-11-06 2020-11-06 Arc fault detection and protection in a digital electricity power distribution system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114902366A true CN114902366A (zh) 2022-08-12

Family

ID=75849286

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080091657.7A Pending CN114902366A (zh) 2019-11-06 2020-11-06 数字电力配电系统中的电弧故障检测和保护

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220393455A1 (zh)
EP (1) EP4055622A4 (zh)
CN (1) CN114902366A (zh)
CA (1) CA3160641A1 (zh)
WO (1) WO2021092350A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115167933A (zh) * 2022-09-08 2022-10-11 深圳市恒运昌真空技术有限公司 一种双处理器设备及其控制方法和处理器

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3996496A (en) * 1974-11-25 1976-12-07 Borg-Warner Corporation Ground integrity monitor for electrical apparatus
US6456471B1 (en) * 1998-02-19 2002-09-24 Square D Company Test, reset and communications operations in an ARC fault circuit interrupter with optional memory and/or backup power
US20020063565A1 (en) * 2000-04-04 2002-05-30 Stroth John E. Arc fault current interrupter testing device
US7345489B2 (en) * 2005-02-07 2008-03-18 Dehaven Jeffrey L Arc fault and ground fault circuit interrupter tester apparatus and method
GB201120295D0 (en) * 2011-11-24 2012-01-04 Metroic Ltd Current measurement apparatus
JP5880147B2 (ja) * 2012-03-06 2016-03-08 ソニー株式会社 配電異常検出装置、送受電制御装置及び電力供給制御装置
US9696363B2 (en) 2012-09-25 2017-07-04 Stmicroelectronics S.R.L. System and method for an arc fault detector
US9231732B2 (en) * 2013-10-07 2016-01-05 Texas Instruments Incorporated Packet header protection for utility networks
US9184795B2 (en) * 2014-01-26 2015-11-10 VoltServer, Inc. Packet energy transfer in-line communications
GB2571551B (en) * 2018-03-01 2021-03-03 Ge Aviat Systems Ltd System and method for detecting arc faults
CA3174492A1 (en) * 2020-03-13 2021-09-16 Whisker Labs, Inc. Methods and systems for detection and notification of power outages and power quality

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115167933A (zh) * 2022-09-08 2022-10-11 深圳市恒运昌真空技术有限公司 一种双处理器设备及其控制方法和处理器
CN115167933B (zh) * 2022-09-08 2022-12-02 深圳市恒运昌真空技术有限公司 一种双处理器设备及其控制方法和处理器

Also Published As

Publication number Publication date
EP4055622A1 (en) 2022-09-14
US20220393455A1 (en) 2022-12-08
CA3160641A1 (en) 2021-05-14
EP4055622A4 (en) 2023-09-20
WO2021092350A1 (en) 2021-05-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20240056822A1 (en) Communication enabled circuit breakers and circuit breaker panels
US20210231734A1 (en) Testing device
US20170229886A1 (en) Digital Electricity Transmission System using Reversal Sensing Packet Energy Transfer
US8648606B2 (en) Ground monitor
JP5369833B2 (ja) 電動車両用充電器および地絡検出方法
US20150200534A1 (en) Digital protection relay, digital protection relay test device, and digital protection relay test method
CN107918046B (zh) 电流检测装置和电池管理系统
US10935609B2 (en) Methods and systems for ground fault detection in a power distribution system
CN110168391A (zh) 识别通过智能电源板的剩余电流的路径的系统和方法
CN110967571B (zh) 诊断电气保护设备跳闸原因的方法、辅助设备和电气系统
JP2018517384A (ja) 直流または直流に関する保護方式の改善
CN105580232A (zh) 在插座和断路器之间的分布式电弧故障保护
RU2014136748A (ru) Способ определения причины потери напряжения на выходе выключатетя, вспомогательный прибор для выключателя, электрическая система, содержащая выключатель и такой вспомогательный прибор
CN111090027A (zh) 高压系统和用于监视高压系统中的绝缘故障的方法
US11499997B2 (en) Method for validating voltage measurements in a digital-electricity transmission system
US20230053450A1 (en) Method for Detecting a Series Resistance Fault in a Digital-Electricity Transmission System
US20170294275A1 (en) Controlling an electrical apparatus
US20220393455A1 (en) Arc fault detection and protection in a digital electricity power distribution system
WO2010113917A1 (ja) 地絡検出装置、電動車両用充電器、および地絡検出方法
KR101362934B1 (ko) 활선 상태에서 차단기 동작 특성 진단 장치 및 방법
CN110596529B (zh) 柔性直流电网对地绝缘故障检测装置及系统
JP6651630B2 (ja) 地絡過電流制御システム及びその使用方法
US20230063811A1 (en) Circuit breakers with notification and reporting capability
KR101526817B1 (ko) Ｃａｎ통신으로 연결된 모듈구조의 축전지 상태감시 시스템
JP2001037071A (ja) 車両の給電回路における断線検知方法及び装置並びに過熱防止方法及び装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination