CN116435953A - 电路保护方法、装置、断路器及可读存储介质 - Google Patents

电路保护方法、装置、断路器及可读存储介质 Download PDF

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CN116435953A CN202310320747.4A CN202310320747A CN116435953A CN 116435953 A CN116435953 A CN 116435953A CN 202310320747 A CN202310320747 A CN 202310320747A CN 116435953 A CN116435953 A CN 116435953A
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余雷
曹小兵
柳首超
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Abstract

本发明涉及电网保护领域，公开了一种电路保护方法、装置、断路器及可读存储介质。该方法包括：实时监测逆变器三相电路中的感应剩余电流，判断是否存在突变剩余电流；若存在突变剩余电流，则根据预设的能量计算模型和所述突变剩余电流计算突变等效能量值，并根据所述突变能量值和所述突变剩余电流，计算所述逆变器的脱网动作时间；根据所述脱网动作时间，进行脱网保护操作。使得可以在已知剩余电流之外，准确计算出脱网动作时间，所得脱网动作时间变化平滑，以使得电网保护操作可以在一个合理的时间内执行。

Description

电路保护方法、装置、断路器及可读存储介质
技术领域
本发明涉及电网保护领域，尤其涉及一种电路保护方法、装置、断路器及可读存储介质。
背景技术
突变剩余电流对应的脱网动作时间不一致，突变剩余电流值越大，逆变器的脱网动作时间越小，而保护标准只给出了特定的动作的动作值和脱网动作时间，那么其他突变剩余电流值的点，一般常规的处理方式包括分段法和直接曲线拟合法。分段法：根据已知的几个点，做电流分段处理。优点：直观；缺点：因不是线性关系，曲线不够平滑，存在明显的脱网动作时间拐点，不容易处理拐点处的变化过程。直接曲线拟合法：根据已知电流值和脱网动作时间的点来拟合曲线；发现得出的曲线在60～150ms中间弧度过大。
发明内容
第一方面，本申请提供一种电路保护方法，包括：
实时监测逆变器三相电路中的感应剩余电流，判断是否存在突变剩余电流；
若存在突变剩余电流，则根据预设的能量计算模型和所述突变剩余电流计算电路能量值，并根据所述电路能量值和所述突变剩余电流，计算所述逆变器的脱网动作时间；
根据所述脱网动作时间，进行脱网保护操作。
进一步的，所述能量计算模型建立方法包括：
根据已知的多组突变剩余电流与所述脱网动作时间的对应关系，分别计算出每组对应的电路能量值，以得到多组所述突变剩余电流和所述电路能量值；
对多组所述突变剩余电流和所述电路能量值进行曲线拟合，得到突变剩余电流和电路能量值之间的函数关系式，以作为所述能量计算模型。
进一步的，所述能量计算模型的二次表达式为：
Q＝aI2+bI+c；
式中，Q表示所述电路能量，I表示所述突变剩余电流值，a、b、c为所述能量计算模型的参数，通过曲线拟合计算得到。
进一步的，所述根据所述电路能量值和所述突变剩余电流，计算所述逆变器的脱网动作时间，包括：
将所述电路能量值除以所述突变剩余电流值，得到所述脱网动作时间；
所述脱网动作时间的计算表达式为：
T＝Q/I；
式中T表示所述脱网动作时间，Q表示所述电路能量，I表示所述突变剩余电流值。
进一步的，所述实时监控逆变器三相电路中的感应剩余电流，判断是否存在突变剩余电流，包括：
根据预设的采样周期采集感应剩余电流，每个采样周期中采样多次感应剩余电流离散值；
对每个采样周期内的采样数据进行滤波处理，得到每个采样周期的剩余电流，根据相邻的两个采样周期的剩余电流，计算所述剩余电流的突变值；
若所述剩余电流的突变值大于预设值，则确定存在所述突变剩余电流。
进一步的，所述根据所述脱网动作时间，进行脱网保护操作前，还包括：
在所述脱网动作时间内，判断所述突变剩余电流是否真实存在；
若存在，则在所述脱网动作时间之内，通过逆变器断路处理以实现所述脱网保护操作；
否则不进行所述脱网保护操作。
进一步的，所述判断所述突变剩余电流是否真实存在，包括：
若在所述脱网动作时间内，所述突变剩余电流自动回归至小于预设值，则确定所述突变剩余电流自动消除。
第二方面，本申请还提供一种电路保护装置，包括：
监控装置，用于实时监控逆变器三相电路中的感应剩余电流，判断是否存在突变剩余电流；
计算模块，用于若存在突变剩余电流，则根据预设的能量计算模型和所述突变剩余电流计算电路能量值，并根据所述电路能量值和所述突变剩余电流，计算所述逆变器的脱网动作时间；
保护模块，用于根据所述脱网动作时间，进行脱网保护操作。
第三方面，本申请还提供一种断路器，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行所述的电路保护方法。
第四方面，本申请还提供一种可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行所述的电路保护方法。
本发明涉及电网保护领域，公开了一种电路保护方法、装置控制器及可读存储介质。该方法包括：实时监控逆变器三相电路中的感应剩余电流，判断是否存在突变剩余电流；若存在突变剩余电流，则根据预设的能量计算模型和所述突变剩余电流计算电路能量值，并根据所述电路能量值和所述突变剩余电流，计算脱网动作时间；根据所述脱网动作时间，进行脱网保护操作。使得可以准确计算出脱网动作时间，以使得电网保护操作可以在一个合理的时间内执行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1示出了本申请实施例一种电路保护方法流程示意图；
图2示出了本申请实施例突变剩余电流检测示意图；
图3示出了本申请实施例一种能量计算模型曲线示意图；
图4示出了本申请实施例一种电路保护装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
本申请应用于电网的保护过程中，特别是光伏系统和主电网并网的场景，光伏系统通过逆变器和电网连接，断路器则用于监测流经自身的剩余电流大小，根据当前给定的脱网动作时间以及突变剩余电流的点位，拟合出突变剩余电流与等效突变剩余电流冲量的能量计算模型，然后在发生剩余电流时，在一个适当的脱网动作时间内进行脱网操作，避免光伏系统因剩余电流而损坏。使得断路器可以针对不同的突变剩余电流，计算出对应的脱网动作时间，并且保证脱网动作时间随突变剩余电流的变化足够平滑。
接下来以具体实施例说明本申请的技术方案。
实施例1
如图1所示，本申请的电路保护方法包括：
步骤S100，实时监控逆变器三相电路中的感应剩余电流，判断是否存在突变剩余电流。
突变剩余电流是指低压配电线路中各相(含中性线)的电流矢量和不为零的电流，即在电网中，用电侧出现了漏电时会有突变剩余电流，突变剩余电流可以通过电流动作保护装置进行探测。
例如周期性获取电网中的各相(含中性线)电流矢量值，并将相邻两个电流矢量值相加，以确定电流的突变值。当矢量值为0时，表示没有剩余电流，当电流矢量值不为0时，则有剩余电流。理论上矢量值该为0，但是因为电容等原因，剩余电流是客观存在的，只有剩余电流达到一定值才会危害电路造成损失。
如图2所示，以A相100、B相200、C相300和中性线400为例，三相线路存在相位差异，并分别与中性线形成回路，即如图2所示A相100、B相200、C相300电流方向相同向右(图示忽略相位角差异)，而中性线400的电流方向和他们相反，由此则可通过检查各线路的电流矢量和来确定是否存在剩余电流。所以当使用图中的环形磁感应设备500检测时，若线路存在异常情况，则磁场会有变化，导致四条线路的电流矢量和不为零，会检测到感应电流，该感应电流即为感应剩余电流。
而因为电网中的电是交流电，因此通常以一个正弦波为周期，在该周期内，多次采样，可以得到多个感应剩余电流瞬时离散值，然后通过差值滤波等滤波方式，计算出在周期内的剩余电流值。例如采样周期为20ms，每个采样周期采样64或者128个采样点，这些采样点都可以得到一个剩余电流离散值。然后将相邻两个周期的剩余电流进行对比，计算得到剩余电流的突变值，若该剩余电流的突变值大于预设值，则表示存在突变剩余电流，若剩余电流的突变值小于预设值，则表示没有突变剩余电流。
关于对多大的突变剩余电流进行相应的脱网保护是有明确规定的，因此在检测到剩余电流的突变值时，还会将其和预设值进行比较，例如预设值为30mA，若是大于30mA，则表示有突变电流，否则判断没有。
步骤S200，若存在突变剩余电流，则根据预设的能量计算模型和所述突变剩余电流计算电路能量值，并根据所述电路能量值和所述突变剩余电流，计算所述逆变器的脱网动作时间。
当存在突变剩余电流时，表示存在漏电现象，则需要计算脱网动作时间。脱网动作时间指的是在该时间内，需要执行完对应的电路保护动作。可以理解，当突变剩余电流越大，则因为突变剩余电流导致的危害越大，速度越快，因此脱网动作时间就越小。突变剩余电流越小，则其导致危害的速度相对较慢，危害越小，且也存在电网快速自愈的可能，因此脱网动作时间越长。因此可以认为，脱网动作时间为一个当发生突变剩余电流时，至少应该在该脱网动作时间结束前，完成电路保护动作的一个安全时间。正确计算该安全时间，可以尽可能的规避过度保护的情况。
本实施例中通过预设的能量计算模型来计算得到当前突变剩余电流对应的电路能量值，然后再相应计算对应的脱网动作时间。
需要说明的是，突变剩余电流值和脱网动作时间之间存在一些已知的对应关系，如下表所示。
Figure BDA0004151656240000071
Figure BDA0004151656240000081
表中的突变剩余电流与脱网动作时间的对应关系是已知的，因此将时间为变量，对突变剩余电流做积分得到电路能量Q。即通过积分公式Q＝∑I*T计算得到电路能量Q的值。
其中I表示电流大小，T表示时间。因此Q也可以表示在该突变剩余电流和脱网动作时间内，电路所能承受的最大能量，超出这个能量就会出现事故，因此需要在产生突变剩余电流时，在脱网动作时间内完成脱网操作。
可以理解，因为突变剩余电流对电路的破坏实际上是一种能量的释放，因此通过引入能量也可以有效的反映突变剩余电流和脱网动作时间之间的关系。为此通过突变剩余电流和脱网动作时间的等效积分算法，计算出电路能量，然后按照电路能量和剩余电流之间的关系逆向求脱网动作时间，会比直接计算剩余电流和脱网动作时间之间的关系要更准确。
具体而言，通过上述计算公式Q＝I*t可以将原本的突变剩余电流I与脱网动作时间t的对应关系，转换成能量Q与突变剩余电流I或者脱网动作时间t之间的关系。实际环境中，电流I可以被直接测量，而脱网动作时间需要被估算，因此可以建立起Q和I之间的对应关系，这对应关系是根据上表得出的，然后通过多项式曲线拟合上述对应关系，可以得到上述能量计算模型。
具体的多项式拟合曲线如图3所示，图3的坐标图中，横坐标为突变剩余电流，纵坐标为电路能量Q，图中的三个点为上述表中三个数据对应的坐标点，即(30,9000)、(60,9000)、(150,6000)。因为电流为30mA和60mA时，对应的电路能量相同，因此可以选取二次函数作为本能量计算模型的经过对这三个点进行拟合运算，最后得到的能量计算模型的形式为Q＝aI2+bI+c。
可以理解，选取的函数模型也可以是三次函数等多次函数，也可以是导数函数、双曲函数等，本实施例以二次函数作为例子进行说明。
其中，a、b、c为所述能量计算模型的参数，该参数根据前述表格中的对应关系不同而有所不同，以上述表中的数据为例，所拟合得到的能量计算模型表达式为：
Q＝-0.2778I2+25I+8500。
具体的拟合求值过程可以是通过MATLAB等计算工具进行计算，不在此赘述。
上述能量计算模型为Q和I之间的对应关系，因为电路能量由突变剩余电流以及脱网动作时间一起得出的，因此电路能量和突变剩余电流之间的对应关系也能反映突变剩余电流和脱网动作时间之间的关系，且拟合得到的能量计算模型所考虑到的因素更多，因此得到的曲线会更加准确。
图3中的虚线为拟合后该能量计算模型的曲线，可见该曲线完美经过这三个已知点，变化平滑，所以可以尽可能准确的计算几个定点之间的突变剩余电流所对应的能量值。
步骤S300，根据所述脱网动作时间，进行脱网保护操作。
根据上述能量计算模型可以根据所检测到的突变剩余电流，计算得到电路能量Q，然后再根据电路能量Q就可以计算得到脱网动作时间T。
具体脱网动作时间的计算表达式为：
T＝Q/I。
将该式带入能量计算模型表达式中可得T＝-0.2778I+25+8500/I。即得到脱网动作时间T和I之间的关系式，本实施例中，可以通过该关系式直接计算得到脱网动作时间，也可以通过计算得到电路能量Q后再计算得到脱网动作时间。理论上两者结果是相同的。
根据上述脱网动作时间的计算表达式可知，脱网动作时间是完全和电路能量Q相关的，在Q为一条光滑连续的曲线情况下，脱网动作时间随着电流的变化也会是光滑连续的曲线，由使得计算得到的脱网动作时间更加符合实际情况，其脱网动作时间不会如分段法那样存在拐点，也不会如直接曲线拟合法那样，使得拟合出来的曲线在60毫秒至150毫秒区间弧度过大。
可以理解，在得到了脱网动作时间后，就会进行具体的电网保护操作，而脱网动作时间是给电网保护操作的一个时间限定，需要在该脱网动作时间内完成保护操作，否则电路就会因为突变剩余电流而出现故障。因此计算出一个准确的脱网动作时间是非常重要的，对于低突变剩余电流，可能存在电网快速自愈的可能，因此较长的脱网动作时间作为缓冲，可以在执行电网保护操作前，可以有充足的时间进行二次判断，确定突变剩余电流是不是真实存在。若是，则在所述脱网动作时间之内，通过断路处理进行所述电网保护操作；若不是真实存在，则不进行所述电网保护操作。可见，通过对脱网动作时间的精确计算，可以尽可能的确保留出足够的时间进行二次判断，避免因为电流波动等原因导致频繁执行脱网保护操作。
具体而言，在脱网动作时间内，继续按照步骤S100的方式与突变前电流比较计算电流的突变值，若是该突变值小于限定值了，则表示刚刚探测到的突变剩余电流是只是一次波动，则不会继续进行电网保护操作。
本实施例的电路保护方法中，根据已知的剩余电流与脱网动作时间之间的关系，计算对应的电路能量，然后通过多项式拟合，得到电路能量和剩余电流之间的拟合曲线，以得到一个尽可能平滑的变化曲线，然后通过检测剩余电流，计算对应的电路能量，然后再计算得到相应的脱网动作时间，使得脱网动作时间的计算更加符合客观规律，脱网动作时间更加精准，从而增加了电路保护的准确性和实用性，也提升电网的稳定性。
实施例2
如图4所示本申请还提供一种电路保护装置，包括：
监控装置10，用于实时监测逆变器三相电路中的感应剩余电流，判断是否存在突变剩余电流；
计算模块20，用于若存在突变剩余电流，则根据预设的能量计算模型和所述突变剩余电流计算电路能量值，并根据所述电路能量值和所述突变剩余电流，计算脱网动作时间；
保护模块30，用于根据所述脱网动作时间，进行脱网保护操作。
第三方面，本申请还提供一种断路器，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行所述的电路保护方法。
第四方面，本申请还提供一种可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行所述的电路保护方法，该方法包括：实时监测逆变器三相电路中的感应剩余电流，判断是否存在突变剩余电流；若存在突变剩余电流，则根据预设的能量计算模型和所述突变剩余电流计算电路能量值，并根据所述电路能量值和所述突变剩余电流，计算脱网动作时间；根据所述脱网动作时间，进行脱网保护操作。以准确的计算脱网动作时间，确保可以正常的进行电网保护工作。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电路保护方法，其特征在于，包括：
实时监测逆变器三相电路中的感应剩余电流，判断是否存在突变剩余电流；
若存在突变剩余电流，则根据预设的能量计算模型和所述突变剩余电流计算电路能量值，并根据所述电路能量值和所述突变剩余电流，计算所述逆变器的脱网动作时间；
根据所述脱网动作时间，进行脱网保护操作。
2.根据权利要求1所述的电路保护方法，其特征在于，所述能量计算模型建立方法包括：
根据已知的多组突变剩余电流与所述脱网动作时间的对应关系，分别计算出每组对应的电路能量值，以得到多组所述突变剩余电流和所述电路能量值；
对多组所述突变剩余电流和所述电路能量值进行曲线拟合，得到突变剩余电流和电路能量值之间的函数关系式，以作为所述能量计算模型。
3.根据权利要求1所述的电路保护方法，其特征在于，所述能量计算模型的二次表达式为：
Q＝aI2+bI+c；
式中，Q表示所述电路能量，I表示所述突变剩余电流值，a、b、c为所述能量计算模型的参数，通过曲线拟合计算得到。
4.根据权利要求1所述的电路保护方法，其特征在于，所述根据所述电路能量值和所述突变剩余电流，计算所述逆变器的脱网动作时间，包括：
将所述电路能量值除以所述突变剩余电流值，得到所述脱网动作时间；
所述脱网动作时间的计算表达式为：
T＝Q/I；
式中T表示所述脱网动作时间，Q表示所述电路能量，I表示所述突变剩余电流值。
5.根据权利要求1所述的电路保护方法，其特征在于，所述实时监控逆变器三相电路中的感应剩余电流，判断是否存在突变剩余电流，包括：
根据预设的采样周期采集感应剩余电流，每个采样周期中采样多次感应剩余电流离散值；
对每个采样周期内的所述剩余电流离散值进行滤波处理，得到每个采样周期的剩余电流，根据相邻的两个采样周期的剩余电流，计算所述剩余电流的突变值；
若所述剩余电流的突变值大于预设值，则确定存在所述突变剩余电流。
6.根据权利要求1所述的电路保护方法，其特征在于，所述根据所述脱网动作时间，进行脱网保护操作前，还包括：
在所述脱网动作时间内，判断所述突变剩余电流是否真实存在；
若存在，则在所述脱网动作时间之内，通过逆变器断路处理以实现所述脱网保护操作；
否则不进行所述脱网保护操作。
7.根据权利要求6所述的电路保护方法，其特征在于，所述判断所述突变剩余电流是否真实存在，包括：
若在所述脱网动作时间内，所述突变剩余电流自动回归至小于预设值，则确定所述突变剩余电流自动消除。
8.一种电路保护装置，其特征在于，包括：
监控装置，用于实时监测逆变器三相电路中的感应剩余电流，判断是否存在突变剩余电流；
计算模块，用于若存在突变剩余电流，则根据预设的能量计算模型和所述突变剩余电流计算电路能量值，并根据所述电路能量值和所述突变剩余电流，计算所述逆变器的脱网动作时间；
保护模块，用于根据所述脱网动作时间，进行脱网保护操作。
9.一种断路器，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行权利要求1至7中任一项所述的电路保护方法。
10.一种可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行权利要求1至7中任一项所述的电路保护方法。
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