TW201627677A - 故障偵測系統 - Google Patents

Abstract

一種故障偵測系統，係利用派克轉換與小波轉換運算匯流排之電壓，藉以產生狀態信號；利用匯流排上之三相電流與地線電流經小波轉換運算取得轉換值後，再用運算模組得三相處理電流值、地線處理電流值以及三相處理電流值彼此間比值關係，使TSK模糊推論模組利用歸屬函數與上述之輸入來判斷出微電網系統內之故障發生種類，並在確認故障後發送出一為第一位準之控制信號，與閘模組接收為第一位準之控制信號與狀態信號觸發關閉靜態開關，而在接收為第二位準之狀態信號或控制信號則導通靜態開關。

Description

故障偵測系統

本發明係有關於一種故障偵測系統，尤指一種用於偵測出微電網系統內故障發生種類之故障偵測系統。

近年來，大氣中溫室氣體的濃度屢創新高，聯合國世界氣象組織(World Meteorological Organization；WMO)在2011年報告指出，在過去15年中，有13年是史上最溫暖的年份，此種異常的暖化現象除了導致海平面高度上升，造成物種生態失衡更帶來急遽的氣候變遷，面對氣候變遷帶來的嚴峻考驗，全球已開發國家已計畫於2050至2060年間，逐步達成溫室氣體零排放的目標，至於開發中國家，也希望能於2020年達成溫室氣體排放零成長。

其中，隨著氣候的急遽變化，夏季多颱的台灣勢必成為這波氣候暖化下的受害者，台灣除了有氣候上的不利因素外，位處於環太平洋的地震帶，是典型的板塊碰撞下所產生的島嶼，因而成為地震頻繁的國家。以日本311大地震來說，東京電力公司福島核電廠因為地震所引發的海嘯，導致反應爐爆炸，核能外洩的重大意外，事故 發生當下造成大規模的停電，截至目前三分之一電力來自核能發電的日本仍在執行節電措施，對民眾及產業造成直接的衝擊。

台灣跟日本一樣採行集中式發電(Centralized Generation；CG)，以火力發電廠、核能發電廠以及水力發電廠居多。倘若遭遇天災、地震或人為操作不當，發生大規模的停電事故，恐對以科技業為重的台灣造成嚴重的損失，進而衝擊台灣的經濟以及競爭力。因此，具有節能環保議題並講求以區域為基礎的微電網便孕育而生。

微電網是由負載、靜態開關、分散式電源、電力設備及自動監控等系統所構成，其中分散式電源以太陽能、風力、燃料電池以及微渦輪發電機系統較為常見。微電網一般都併接在配電系統中，為了避免電力潮流於電力系統中流竄而造成潮流改變，通常不提供電能進入配電網中。

而當配電電網或微電網內發生故障，會觸發靜態開關關閉使微電網與配電系統切離，並運行於孤島運行模式，可避免受到故障方所造成的擾動，讓系統繼續維持穩定運作。然而，現有之系統並未能準確偵測出微電網內之故障發生地點以及故障發生種類，使得現有微電網技術仍以如何準確偵測出故障發生地點與故障發生種類。

有鑒於受限於現有微電網系統之架構，普遍具有無法準 確偵測出故障發生地點與故障發生種類之問題。緣此，本發明主要係提供一種可調整平均電流之調整電路主要係在連續導通模式下，利用三個比較器與二個開關來控制負載開關的導通與關閉，以解決上述之問題。

基於上述目的，本發明所採用之主要技術手段係提供一種故障偵測系統，係應用於一微電網系統，微電網系統係電性連接於一大眾供電系統，並包含至少一發電區域系統，發電區域系統包含至少一靜態開關、至少一匯流排以及至少一發電模組，靜態開關係經由匯流排而電性連接於發電模組，故障偵測系統包含一第一小波轉換模組、一運算處理模組、一高木-菅野(Takagi-Sugeno-Kang,TSK)模糊推論處理模組、一派克轉換處理模組、一第二小波轉換模組以及一與閘模組。第一小波轉換模組係耦接於匯流排，用以接收匯流排之一包含一第一相電流、一第二相電流與一第三相電流之三相電流與一地線電流，第一小波轉換模組係對三相電流與地線電流進行一第一小波轉換處理，藉以分別產生並傳送出一第一相轉換電流值、一第二相轉換電流值、一第三相轉換電流值與一地線轉換電流值。運算處理模組係電性連接於第一小波轉換模組，用以接收並依據第一相轉換電流值、第二相轉換電流值、第三相轉換電流值與該地線轉換電流值分別運算出一第一相處理電流值、一第二相處理電流值、一第三相處理電流值與一地線處理電流值，並運算出其中任意二者間之至少一比值。

TSK模糊推論處理模組係電性連接於第一小波轉換模 組、運算處理模組與靜態開關，並設有至少一第一故障判斷歸屬函數，第一故障判斷歸屬函數係具有一變異區間與一固定區間，TSK模糊推論處理模組用以在判斷出第一相處理電流值、第二相處理電流值、第三相處理電流值、地線處理電流值與比值中之至少一者位於固定區間時，依據比值與地線處理電流值判斷出微電網系統之一故障發生種類，並傳送出一為一第一位準之控制信號。派克轉換處理模組係耦接於匯流排，用以接收匯流排之一匯流排電壓，並對匯流排電壓進行一派克轉換處理，藉以產生並傳送出一派克轉換電壓。第二小波轉換模組係電性連接於派克轉換處理模組，用以接收派克轉換電壓，並對派克轉換電壓進行一第二小波轉換處理，藉以產生並傳送出一狀態信號。與閘模組係電性連接於TSK模糊推論處理模組與第二小波轉換模組，用以在接收到為第一位準之控制信號與狀態信號時觸發關閉靜態開關，並在接收到為一第二位準之控制信號與狀態信號中之至少一者時觸發導通靜態開關。

其中，第一故障判斷歸屬函數之變異區間中係對應有一第一故障判斷值，在TSK模糊推論處理模組判斷出第一相處理電流值、第二相處理電流值、第三相處理電流值、地線處理電流值與比值中之至少一者位於變異區間並大於等於第一故障判斷值時，判斷出故障發生種類，藉以傳送出為第一位準之控制信號；在TSK模糊推論處理模組判斷出第一相處理電流值、第二相處理電流值、第三相處理電流值、地線處理電流值與比值中之至 少一者位於變異區間並小於第一故障判斷值時，傳送出為第二位準之控制信號。

其中，上述故障偵測系統之附屬技術手段之較佳實施例中，第一位準為高位準，第二位準為低位準，發電模組係為一太陽能發電模組、一風力發電模組、一微渦輪機發電模組中之一者，第一小波轉換模組以及第二小波轉換模組包含複數個信號處理器，並且包含複數個電性連接於該些信號處理器之低通濾波器以及高通濾波器中之其中一者，該些信號處理器係為一轉換器、一加法器以及一乘法器。

其中，上述故障偵測系統之附屬技術手段之較佳實施例中，運算處理模組包含一巴賽瓦處理模組以及一比值運算模組，巴賽瓦處理模組係電性連接於第一小波轉換模組，用以對第一相轉換電流值、第二相轉換電流值、第三相轉換電流值與地線轉換電流值進行一巴賽瓦處理，藉以分別運算出第一相處理電流值、第二相處理電流值、第三相處理電流值與地線處理電流值；比值運算模組係電性連接於巴賽瓦處理模組與TSK模糊推論模組，用以運算出比值並傳送至模糊推論模組。此外，第一故障判斷歸屬函數為一左梯形歸屬函數，且該變異區間為遞增函數，與閘模組為一與閘(and gate)，故障發生種類為三相平衡故障、兩相短路故障與兩相接地故障、單相接地故障中之一者。

其中，上述故障偵測系統之附屬技術手段之較佳實施例中，TSK模糊推論處理模組更設有至少一第二故障判斷 歸屬函數，第二故障判斷歸屬函數為一三角形歸屬函數，並具有一遞增變異區間與一遞減變異區間，遞增變異區間中係對應有一第二故障判斷值，TSK模糊推論處理模組判斷出第一相處理電流值、第二相處理電流值、第三相處理電流值、地線處理電流值與比值中之至少一者位於遞增變異區間並大於等於第二故障判斷值，或位於遞減變異區間時，傳送出為第一位準之控制信號；TSK模糊推論處理模組判斷出第一相處理電流值、第二相處理電流值、第三相處理電流值、地線處理電流值與比值中之至少一者位於遞增變異區間並小於等於第二故障判斷值時傳送出為第二位準之控制信號。

藉由本發明所採用之故障偵測系統之主要技術手段後，由於是利用小波轉換以及模糊推論模組來運算匯流排之三相電流與地線電流，且還利用派克轉換運算匯流排之電壓，因而可準確推斷出微電網系統內故障發生種類，因而可有效解決現有技術之問題。

本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。

1‧‧‧故障偵測系統

11‧‧‧第一小波轉換模組

111‧‧‧信號處理器

112‧‧‧高通濾波器

12‧‧‧運算處理模組

121‧‧‧巴賽瓦處理模組

122‧‧‧比值運算模組

13‧‧‧TSK模糊推論處理模組

131、131a‧‧‧第一故障判斷歸屬函數

132‧‧‧第二故障判斷歸屬函數

14‧‧‧與閘模組

15‧‧‧派克轉換模組

151、151a、151b、151c‧‧‧乘法器

152、152a、152b、152c、152d‧‧‧加法器

153‧‧‧第一處理單元

154‧‧‧第二處理單元

155‧‧‧第一運算單元

156‧‧‧第二運算單元

157‧‧‧放大器

158‧‧‧第三處理單元

16‧‧‧第二小波轉換模組

2‧‧‧微電網系統

21、21b‧‧‧發電區域系統

211、211b‧‧‧靜態開關

212、212a、212b‧‧‧匯流排

213、213b‧‧‧發電模組

3‧‧‧大眾供電系統

Ia‧‧‧第一相電流

Ipa‧‧‧第一相轉換電流值

Ida‧‧‧第一相處理電流值

Ib‧‧‧第二相電流

Ipb‧‧‧第二相轉換電流值

Idb‧‧‧第二相處理電流值

Ic‧‧‧第三相電流

Ipc‧‧‧第三相轉換電流值

Idc‧‧‧第三相處理電流值

Ig‧‧‧地線電流

Ipg‧‧‧地線轉換電流值

Idg‧‧‧地線處理電流值

Vabc‧‧‧匯流排電壓

Vtabc‧‧‧派克轉換電壓

S1‧‧‧控制信號

S2‧‧‧狀態信號

T1、T1a‧‧‧變異區間

T2、T2a‧‧‧固定區間

T3‧‧‧遞增變異區間

T4‧‧‧遞減變異區間

m1、m1a‧‧‧第一故障判斷值

m2‧‧‧第一故障判斷值

第一圖係顯示本發明較佳實施例之微電網系統之方塊示意圖；第二圖係顯示本發明較佳實施例之故障偵測系統之方塊示意圖；第三圖係顯示本發明較佳實施例之第一小波轉換模組 之示意圖；第四圖係顯示本發明較佳實施例之第一故障判斷歸屬函數與第二故障判斷歸屬函數之波形示意圖；第五圖與第五A圖係顯示本發明較佳實施例之派克轉換模組之方塊示意圖；第六圖係顯示本發明較佳實施例之三相平衡故障之三相電流之波形示意圖；第六A圖係顯示本發明較佳實施例之三相平衡故障之第一相轉換電流值、一第二相轉換電流值、一第三相轉換電流之波形示意圖；第六B圖係顯示本發明較佳實施例之三相平衡故障之匯流排電壓經派克轉換後之波形示意圖；第六C圖係顯示本發明較佳實施例之三相平衡故障之派克轉換電壓之小波轉換波形示意圖；第七圖係顯示本發明較佳實施例之兩相接地故障之三相電流與地線電流之波形示意圖；第七A圖係顯示本發明較佳實施例之兩相接地故障之第一相轉換電流值、一第二相轉換電流值、一第三相轉換電流與地線轉換電流值之波形示意圖；第七B圖係顯示本發明較佳實施例之兩相接地故障之匯流排電壓經派克轉換後之波形示意圖；以及第七C圖係顯示本發明較佳實施例之兩相接地故障之派克轉換電壓之小波轉換波形示意圖。

由於本發明所提供之故障偵測系統中，其組合實施方式不勝枚舉，故在此不再一一贅述，僅列舉一較佳實施例加以具體說明。

請一併參閱第一圖與第二圖，第一圖係顯示本發明較佳實施例之微電網系統之方塊示意圖，第二圖係顯示本發明較佳實施例之故障偵測系統之方塊示意圖。如圖所示，本發明較佳實施例之故障偵測系統1係應用於一微電網系統2，微電網系統2係電性連接於一大眾供電系統3，並包含發電區域系統21、21b，發電區域系統21包含至少一靜態開關211、至少一匯流排212、212a以及至少一發電模組213，靜態開關211係經由匯流排212a而電性連接於發電模組213，並經由匯流排212電性連接於大眾供電系統3。

發電區域系統21b包含至少一靜態開關211b、至少一匯流排212b以及至少一發電模組213b，靜態開關211b係經由匯流排212b而電性連接於發電模組213b，並電性連接於匯流排212a。其中，發電模組213、213b例如是一太陽能發電模組、一風力發電模組或一微渦輪機發電模組，在其他實施例中，例如可為潮汐發電模組或地熱發電模組等較具環保之發電模組。另外，大眾供電系統3係為台灣電力公司(台電)所構成之供電系統。

此外，大眾供電系統3所供應之電壓值例如是69kV，且在送至匯流排212時通常會經由一變壓器(圖未示)變壓而降低(例如可為60kV)，並且再經由匯流排212b時，再經由一變壓器(圖未示)的變壓而成為380V， 上述僅為舉例，在其他實施例可為其他值，其係視各國電力標準而定，特此敘明。

故障偵測系統1係電性連接於靜態開關211、211b，具體來說，故障偵測系統1包含一第一小波轉換模組11、一運算處理模組12、一高木-菅野(Takagi-Sugeno-Kang,TSK)模糊推論處理模組13、一與閘模組14、一派克轉換(Park's Transformation)處理模組15以及一第二小波轉換模組16。

第一小波轉換模組11係經由靜態開關211耦接於匯流排212，並經由靜態開關211b耦接於匯流排212a，而為了方便說明，以下的說明將只對發電區域系統21進行詳細的說明，其中，在微電網系統2運作時，匯流排212a都會有電壓、三相電流與一地線電流，而本發明較佳實施例中，電壓係定義為Vabc，三相電流中所包含的一第一相電流定義為Ia，所包含的一第二相電流係定義為Ib，所包含的一第三相電流係定義為Ic，而地線電流則定義為Ig，特此敘明。

第一小波轉換模組11與第二小波轉換模組16之內部結構都相同，因此在此僅對第一小波轉換模組11進行詳細的說明。請進一步參閱第三圖，第三圖係顯示本發明較佳實施例之第一小波轉換模組之示意圖。

如圖所示，第一小波轉換模組11包含複數個信號處理器111以及複數個高通濾波器112。在本發明較佳實施例中，第一小波轉換模組11所包含之信號處理器111有轉換器(上排之Z^-1)、乘法器(中排之a*b)以及加 法器(下排之a+b)；而高通濾波器112係電性連接於上述之信號處理器111，其用以作為信號處理器111中乘法器之輸入，且乘法器之輸出作為上述信號處理器111之加法器之輸入，其中，上述第一小波轉換模組11之內部電路結構僅為其中之一種實施例而已，其係視實務上之調整，因此不限於上述以及圖中所示。

舉例而言，在其他實施例中，上述之高通濾波器112可因實務上之調整而將其替代為低通濾波器，具體而言，如下表所示，在本發明較佳實施例之濾波器類型可藉由係數的調整手段而達到變換之效，下表順序0至7係分別代表第三圖由左至右之濾波器。

運算處理模組12包含一巴賽瓦處理模組121以及一比值運算模組122，巴賽瓦處理模組121係電性連接於第一小波轉換模組11，並可為一般具有處理演算能力之處理器，比值運算模組122係電性連接於巴賽瓦處理模組 121，並可為乘法器。

請一併參閱第四圖與第五圖，第四圖係顯示本發明較佳實施例之第一故障判斷歸屬函數與第二故障判斷歸屬函數之波形示意圖，第五圖與第五A圖係顯示本發明較佳實施例之派克轉換模組之方塊示意圖。

如圖所示，TSK模糊推論處理模組13係電性連接於巴賽瓦處理模組121以及比值運算模組122，且TSK模糊推論處理模組13設有至少一第一故障判斷歸屬函數131、131a與至少一第二故障判斷歸屬函數132，第一故障判斷歸屬函數131、131a係分別具有一變異區間T1、T1a與一固定區間T2、T2a，並為一左梯形歸屬函數，且變異區間T1、T1a為遞增函數，固定區間T2、T2a為一定值。此外，變異區間T1、T1a中係分別對應有一第一故障判斷值m1、m1a，而此第一故障判斷值m1、m1a可由模擬而得。第二故障判斷歸屬函數132為一三角形歸屬函數，並分別具有一遞增變異區間T3與一遞減變異區間T4，遞增變異區間T3中係分別對應有一第二故障判斷值m2，而此第二故障判斷值m2可由模擬而得。其中，本發明較佳實施例採用TSK模糊推論處理模組13的目的係將非線性系統轉換為模糊輸入空間的線性子系統，並以線性子系統對整個非線性系統之各個區域系統作鑑別，以增加判斷的準確性。

此外，在本發明較佳實施例中係設有十個第一故障判斷歸屬函數131、131a與十個第二故障判斷歸屬函數132，但為了方便說明僅於圖中繪示一個第一故障判斷 歸屬函數131、131a與一個第二故障判斷歸屬函數132。十個第一故障判斷歸屬函數131與十個第二故障判斷歸屬函數132可由預先分別模擬第一相處理電流值Ida、第二相處理電流值Idb、第三相處理電流值Idc、地線處理電流值Idg以及Ida/Idb、Idb/Ida、Ida/Idc、Idc/Ida、Idb/Idc、Idc/Idb而推算出最小值、平均值以及最大值來繪製出並預存，而上述第一相處理電流值Ida、第二相處理電流值Idb、第三相處理電流值Idc、地線處理電流值Idg以及Ida/Idb、Idb/Ida、Ida/Idc、Idc/Ida、Idb/Idc、Idc/Idb將於下敘明如何而得。

與閘模組14為一與閘(and gate)，並電性連接於TSK模糊推論處理模組13，而派克轉換處理模組15係經由靜態開關211耦接於匯流排212、212a。

其中，派克轉換處理模組15係包含複數個乘法器151、151a、151b、151c、複數個加法器152、152a、152b、152c、152d、一第一處理單元153、一第二處理單元154、一第一運算單元155、一第二運算單元156、一放大器157以及一第三處理單元158。乘法器151係供接收由鎖相迴路(Phase-Locked Loop,PLL)所運算出的sin(ωt)以及一為0.5的常數，乘法器151a則係接收由鎖相迴路所運算出的cos(ωt)與一為/2的常數，乘法器151b則接收cos(ωt)與為0.5的常數，乘法器151c則接收sin(ωt)以及為/2的常數。加法器152耦接於乘法器151、151a，加法器152a耦接於乘法器151b、151c，加法器152b係接收sin(ωt)，並耦接於加法器152，加法器152c 耦接於加法器152a，並接收cos(ωt)。

第一處理單元153電性連接於加法器152、152a、152b、152c，並還接收sin(ωt)以及cos(ωt)來運算，第二處理單元154係接收匯流排電壓Vabc，並電性連接於第一處理單元153，第一運算單元155、第二運算單元156以及加法器152d係電性連接於第二處理單元154，第一運算單元155與第二運算單元156係各設有一運算式，放大器157係電性連接於加法器152d，第三處理單元158係電性連接於第一運算單元155、第二運算單元156以及放大器157，且放大器157為1/3倍的放大器。另外，第二小波轉換模組16係電性連接於派克轉換處理模組15以及與閘模組14，第一處理單元153、第二處理單元154與第三處理單元158可為一般具有處理運算能力之處理器或電路。

請再參閱第一圖至第五圖，以匯流排212a為例，第一小波轉換模組11係用以接收匯流排212a之一包含一第一相電流Ia、一第二相電流Ib與一第三相電流Ic之三相電流與一地線電流Ig，第一小波轉換模組11係對三相電流Ia、Ib、Ic與地線電流Ig進行一第一小波轉換處理(如第三圖所示)，藉以分別產生並傳送出一第一相轉換電流值Ipa、一第二相轉換電流值Ipb、一第三相轉換電流值Ipc與一地線轉換電流值Ipg。

其中，具體而言，上述之第一小波轉換處理係經由一離散小波轉換(Discrete Wavelet Transform；DWT)之演算而降低原連續小波轉換(Continuous Wavelet Transform； CWT)演算之複雜度，且本發明較佳實施例之第一小波轉換處理係經由如第三圖所示之架構，而將上述電流之資料分解為三層(階)的高頻信號，實務上亦可分解為四層、五層甚至更多，因此不限於上述之三層。

運算處理模組12係接收並依據第一相轉換電流值Ipa、第二相轉換電流值Ipb、第三相轉換電流值Ipc與地線轉換電流值Ipg分別運算出一第一相處理電流值Ida、一第二相處理電流值Idb、一第三相處理電流值Idc與一地線處理電流值Idg，並運算出其中任意二者間之至少一比值。

具體來說，係利用巴賽瓦處理模組121對第一相轉換電流值Ipa、第二相轉換電流值Ipb、第三相轉換電流值Ipc與地線轉換電流值Ipg進行一巴賽瓦處理，藉以分別運算出第一相處理電流值Ida、第二相處理電流值Idb、該第三相處理電流值Idc與地線處理電流值Idg。

其中，巴賽瓦處理模組121係依據巴賽瓦能量定理進行巴賽瓦處理，而此巴賽瓦處理即是得知各層小波係數能量的關係，亦即在小波轉換處理之時域以及頻域上可進行信號的能量分割，進而可利用此一小波一至三階的能量特徵數值作為鑑別正常或者異常之信號的依據。

另外，係利用比值運算模組122運算第一相處理電流值Ida、第二相處理電流值Idb與第三相處理電流值Idc任意二者間之至少一比值，在本發明較佳實施例中，係運算出了Ida/Idb、Idb/Ida、Ida/Idc、Idc/Ida、Idb/Idc、Idc/Idb，並且還進一步使第一相處理電流值Ida、第二 相處理電流值Idb與第三相處理電流值Idc除以1而運算出本身的值，也就是說，運算處理模組12提供了Ida/Idb、Idb/Ida、Ida/Idc、Idc/Ida、Idb/Idc、Idc/Idb六個比值，並提供第一相處理電流值Ida、第二相處理電流值Idb與第三相處理電流值Idc以及地線處理電流值Idg，再將上述十個數值傳送至TSK模糊推論處理模組13。

TSK模糊推論處理模組13接收了Ida/Idb、Idb/Ida、Ida/Idc、Idc/Ida、Idb/Idc、Idc/Idb六個比值、第一相處理電流值Ida、第二相處理電流值Idb與第三相處理電流值Idc以及地線處理電流值Idg後，係在判斷出第一相處理電流值Ida、第二相處理電流值Idb、第三相處理電流值Idc、地線處理電流值Idg與上述六個比值中之至少一者位於固定區間T2、T2a或位於變異區間T1、T1a並大於等於第一故障判斷值m1、m1a時，依據上述六個比值與地線處理電流值Idg判斷出微電網系統2之一故障發生種類，並傳送出一為一第一位準之控制信號S1。

其中，上述的故障發生種類例如可為三相平衡故障、兩相短路故障與兩相接地故障或單相接地故障，而在本發明較佳實施例中，由於係以接收匯流排212、212a上的匯流排電壓Vabc、三相電流與地線電流Ig為例，因此為匯流排212、212a發生故障(本發明以下實施例為匯流排212故障，接收匯流排212的匯流排電壓Vabc，並接收匯流排212a的三相電流與地線電流Ig來進行判 斷)。

具體來說，TSK模糊推論處理模組13設有十個第一故障判斷歸屬函數131、131a與十個第二故障判斷歸屬函數132，而有四個第一故障判斷歸屬函數131是對應於第一相處理電流值Ida、第二相處理電流值Idb與第三相處理電流值Idc以及地線處理電流值Idg(起始點為零之歸屬函數)，另外六個第一故障判斷歸屬函數131a即是對應於上述Ida/Idb、Idb/Ida、Ida/Idc、Idc/Ida、Idb/Idc、Idc/Idb六個比值(起始點為非零之歸屬函數)。同樣地，另外六個第二故障判斷歸屬函數132即是對應於上述Ida/Idb、Idb/Ida、Ida/Idc、Idc/Ida、Idb/Idc、Idc/Idb六個比值(起始點為非零之歸屬函數)。

以上述故障發生種類為三相平衡故障為例，TSK模糊推論處理模組13係判斷出第一相處理電流值Ida、第二相處理電流值Idb與第三相處理電流值Idc位於第一故障判斷歸屬函數131之固定區間T2、六個比值都相近並位於固定區間T2a以及地線處理電流值Idg未位於固定區間T2時，即判斷出故障發生種類為三相平衡故障，並將為第一位準之控制信號S1，傳送至與閘模組14，其中第一位準為高位準(數位信號中的「1」)，此外，也由於匯流排電壓Vabc有較大的擾動，第二小波轉換模組16也將為第一位準之狀態信號S2傳送至與閘模組14，使得與閘模組14輸出關閉信號而關閉靜態開關211。

以上述故障發生種類為兩相短路故障(A-C故障)為例， TSK模糊推論處理模組13係判斷出第一相處理電流值Ida與第三相處理電流值Idc位於第一故障判斷歸屬函數131之固定區間T2、Ia/Ib與Ic/Ib之比值都較其他為大並位於固定區間T2a以及地線處理電流值Idg沒有位於固定區間T2時，即判斷出故障發生種類為兩相短路故障，並將為第一位準之控制信號S1，傳送至與閘模組14，第二小波轉換模組16也將為第一位準之狀態信號S2傳送至與閘模組14，使得與閘模組14輸出關閉信號而關閉靜態開關211。

以上述故障發生種類為兩相接地故障(AC-G故障)為例，TSK模糊推論處理模組13係判斷出第一相處理電流值Ida與第三相處理電流值Idc位於第一故障判斷歸屬函數131之固定區間T2、Ia/Ib與Ic/Ib之比值都較其他為大並位於固定區間T2a以及地線處理電流值Idg位於固定區間T2時，即判斷出故障發生種類為兩相接地故障，並將為第一位準之控制信號S1，傳送至與閘模組14，第二小波轉換模組16也將為第一位準之狀態信號S2傳送至與閘模組14，使得與閘模組14輸出關閉信號而關閉靜態開關211。

以上述故障發生種類為單相接地故障(C-G故障)為例，TSK模糊推論處理模組13係判斷出第三相處理電流值Idc位於第一故障判斷歸屬函數131之固定區間T2、Ic/Ia、Ic/Ib之比值都較其他為大並位於固定區間T2a以及地線處理電流值Idg位於固定區間T2時，即判斷出故障發生種類為單相接地故障，並將為第一位準之控 制信號S1，傳送至與閘模組14，第二小波轉換模組16也將為第一位準之狀態信號S2傳送至與閘模組14，使得與閘模組14輸出關閉信號而關閉靜態開關211。

除了以上採用判斷出位於固定區間T2、T2a之外，若是位於變異區間T1、T1a時，係利用第一故障判斷點m1、m1a來進一步判斷是否有故障，亦即當判斷出是位於變異區間T1、T1a且大於等於第一故障判斷點m1、m1a的話就是判斷故障，反之則是正常。以三相平衡故障為例，若是判斷出第一相處理電流值Ida、第二相處理電流值Idb與第三相處理電流值Idc位於第一故障判斷歸屬函數131之變異區間T1並大於第一故障判斷點m1、六個比值都相近並位於變異區間T1a且大於第一故障判斷點m1a以及地線處理電流值Idg位於變異區間T1並小於第一故障判斷點m1時，即判斷出故障發生種類為三相平衡故障，並將為第一位準之控制信號S1傳送至與閘模組14，由於第一位準為高位準(數位信號中的「1」)，此外，第二小波轉換模組16也將為第一位準之狀態信號S2傳送至與閘模組14，使得與閘模組14輸出關閉信號而關閉靜態開關211，其餘均與上述說明相同，不再贅述。

其中，若判斷出第一相處理電流值Ida、第二相處理電流值Idb、第三相處理電流值Idc與地線處理電流值Idg都位於變異區間T1並小於第一故障判斷值m1，且上述六個比值都位於變異區間T1a並小於第一故障判斷值m1a時，TSK模糊推論處理模組13係傳送出為第二位 準之控制信號S1，而由於第二位準為低位準(數位信號中的「0」)，因此係使與閘模組14觸發導通靜態開關211(不管狀態信號S2為第一位準或第二位準都會導通靜態開關211)。

在此需要一提的是，上述導通或關閉靜態開關211詳細說明如下：控制信號S1可為1或0，狀態信號S2可為1或0，控制信號S1與狀態信號S2通過與閘模組14後決定靜態開關211是否關閉，也就是說，假如控制信號S1為1、狀態信號S2為1，那麼與閘模組14係輸出1，進而觸發關閉靜態開關211；假如控制信號S1為1，狀態信號S2為0，那麼與閘模組14係輸出0，進而導通靜態開關211。

此外，利用上述判斷方法仍會有部分的不準確性，例如當靜態開關211初始導通時即有可能造成電流的擾動而致使判斷不正確，為了增加判斷的準確性，本發明較佳實施例係再加入第二故障判斷歸屬函數132來輔佐判斷，具體來說，TSK模糊推論處理模組13判斷出第一相處理電流值Ida、第二相處理電流值Idb與第三相處理電流值Idc、地線處理電流值Idg與上述六個比值中之至少一者位於遞增變異區間T3並大於等於第二故障判斷值m2，或位於遞減變異區間T4時，傳送出為第一位準之控制信號S1。TSK模糊推論處理模組13判斷出第一相處理電流值Ida、第二相處理電流值Idb與第三相處理電流值Idc、地線處理電流值Idg與上述六個比值中之至少一者位於遞增變異區間T3並小於等於第二 故障判斷值m2時傳送出為第二位準之控制信號S1。

再以三相平衡故障為例，TSK模糊推論處理模組13判斷出第一相處理電流值Ida、第二相處理電流值Idb與第三相處理電流值Idc都位於遞增變異區間T3並大於等於第二故障判斷值m2，即判斷出故障發生種類為三相平衡故障，並將為第一位準之控制信號S1傳送至與閘模組14，且第二小波轉換模組16也將為第一位準之狀態信號S2傳送至與閘模組14，使得與閘模組14輸出關閉信號而關閉靜態開關211。

此外，除了以電流進行故障判斷外，為了增加判斷的效率，還加入了匯流排電壓Vabc的判斷，進一步來說，派克轉換處理模組15係接收匯流排212之匯流排電壓Vabc，並對匯流排電壓Vabc進行一派克轉換處理(為現有技術，不再贅述)，藉以產生並傳送出一派克轉換電壓Vtabc，第二小波轉換模組16接收派克轉換電壓Vtabc後，對派克轉換電壓Vtabc進行一第二小波轉換處理(與第一小波轉換相同，不再贅述)，藉以產生並傳送出一狀態信號S2，而此狀態信號S2為低位準或高位準，舉例來說，當匯流排電壓Vabc有較大的擾動時，經過派克轉換處理與第二小波轉換處理後會判斷異常而產生為高位準的狀態信號S2，進而觸發與閘模組14關閉靜態開關211(上述A-C故障、AC-G故障、C-G故障即是有較大的擾動)，反之若未有大擾動而為平穩之電壓時，則是產生低位準的狀態信號S2。

請一併參閱第六圖至第六C圖，第六圖係顯示本發明較 佳實施例之三相平衡故障之三相電流之波形示意圖，第六A圖係顯示本發明較佳實施例之三相平衡故障之第一相轉換電流值、一第二相轉換電流值、一第三相轉換電流之波形示意圖，第六B圖係顯示本發明較佳實施例之三相平衡故障之匯流排電壓經派克轉換後(即派克轉換電壓)之波形示意圖，第六C圖係顯示本發明較佳實施例之三相平衡故障之派克轉換電壓之小波轉換波形示意圖。如圖所示，第六圖中由上至下分別係代表第一相電流Ia、第二相電流Ib與第三相電流Ic的波形，由圖中可知於1.8秒處第一相電流Ia、第二相電流Ib、第三相電流Ic與派克轉換電壓Vtabc係發生大擾動，在採用了本發明較佳實施例所採用的故障偵測系統1後可準確偵測到而關閉靜態開關211，因此經過1/4週期後會使三相電流與派克轉換電壓Vtabc為0(匯流排212故障，接收匯流排212的匯流排電壓Vabc，並接收匯流排212a的三相電流與地線電流Ig來進行判斷)。

請一併參閱第七圖至第七C圖，第七圖係顯示本發明較佳實施例之兩相接地故障之三相電流與地線電流之波形示意圖，第七A圖係顯示本發明較佳實施例之兩相接地故障之第一相轉換電流值、一第二相轉換電流值、一第三相轉換電流與地線轉換電流值之波形示意圖，第七B圖係顯示本發明較佳實施例之兩相接地故障之匯流排電壓經派克轉換後(即派克轉換電壓)之波形示意圖，第七C圖係顯示本發明較佳實施例之兩相接地故障之派克轉換電壓之小波轉換波形示意圖。如圖所示，第七 圖中左上、右上、左下至右下分別係代表第一相電流Ia、第二相電流Ib、第三相電流Ic與地線電流Ig的波形，由圖中可知於1.8秒處第一相電流Ia、第三相電流Ic、地線電流Ig與派克轉換電壓Vtabc係發生大擾動，在採用了本發明較佳實施例所採用的故障偵測系統1後可準確偵測到而關閉靜態開關211，因此經過1/4週期後會使三相電流、地線電流Ig與派克轉換電壓Vtabc為0(匯流排212故障，接收匯流排212的匯流排電壓Vabc，並接收匯流排212a的三相電流與地線電流Ig來進行判斷)。

綜合以上所述，在採用本發明所提供之故障偵測系統後，由於是利用小波轉換以及模糊推論模組來運算匯流排之三相電流與地線電流，且還利用派克轉換運算匯流排之電壓，因而可準確推斷出微電網系統內故障發生種類，因而可有效解決現有技術之問題。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

1‧‧‧故障偵測系統

11‧‧‧第一小波轉換模組

12‧‧‧運算處理模組

121‧‧‧巴賽瓦處理模組

122‧‧‧比值運算模組

13‧‧‧TSK模糊推論處理模組

131‧‧‧第一故障判斷歸屬函數

132‧‧‧第二故障判斷歸屬函數

14‧‧‧與閘模組

15‧‧‧派克轉換模組

16‧‧‧第二小波轉換模組

Ia‧‧‧第一相電流

Ipa‧‧‧第一相轉換電流值

Ida‧‧‧第一相處理電流值

Ib‧‧‧第二相電流

Ipb‧‧‧第二相轉換電流值

Idb‧‧‧第二相處理電流值

Ic‧‧‧第三相電流

Ipc‧‧‧第三相轉換電流值

Idc‧‧‧第三相處理電流值

Ig‧‧‧地線電流

Ipg‧‧‧地線轉換電流值

Idg‧‧‧地線處理電流值

Vabc‧‧‧匯流排電壓

Vtabc‧‧‧派克轉換電壓

S1‧‧‧控制信號

S2‧‧‧狀態信號

Claims (9)

1. 一種故障偵測系統，係應用於一微電網系統，該微電網系統係電性連接於一大眾供電系統，並包含至少一發電區域系統，該發電區域系統包含至少一靜態開關、至少一匯流排以及至少一發電模組，該靜態開關係經由該匯流排而電性連接於該發電模組，該故障偵測系統包含：一第一小波轉換模組，係耦接於該匯流排，用以接收該匯流排之一包含一第一相電流、一第二相電流與一第三相電流之三相電流與一地線電流，並對該三相電流與該地線電流進行一第一小波轉換處理，藉以分別產生並傳送出一第一相轉換電流值、一第二相轉換電流值、一第三相轉換電流值與一地線轉換電流值；一運算處理模組，係電性連接於該第一小波轉換模組，用以接收並依據該第一相轉換電流值、該第二相轉換電流值、該第三相轉換電流值與該地線轉換電流值分別運算出一第一相處理電流值、一第二相處理電流值、一第三相處理電流值與一地線處理電流值，並運算出該第一相處理電流值、該第二相處理電流值與該第三相處理電流值其中任意二者間之至少一比值；一高木-菅野(Takagi-Sugeno-Kang,TSK)模糊推論處理模組，係電性連接於該第一小波轉換模組、該運算處理模組與該靜態開關，並設有至少一第一故障判斷歸屬函數，該第一故障判斷歸屬函數係具有一變異區間與一固定區間，該TSK模糊推論處理模組用以在判斷出該第一 相處理電流值、該第二相處理電流值、該第三相處理電流值、該地線處理電流值與該比值中之至少一者位於該固定區間時，依據該比值與該地線處理電流值判斷出該微電網系統之一故障發生種類，並傳送出一為一第一位準之控制信號；一派克轉換處理模組，係耦接於該匯流排，用以接收該匯流排之一匯流排電壓，並對該匯流排電壓進行一派克轉換處理，藉以產生並傳送出一派克轉換電壓；一第二小波轉換模組，係電性連接於該派克轉換處理模組，用以接收該派克轉換電壓，並對該派克轉換電壓進行一第二小波轉換處理，藉以產生並傳送出一狀態信號；以及一與閘模組，係電性連接於該TSK模糊推論處理模組與該第二小波轉換模組，用以在接收到為該第一位準之控制信號與該狀態信號時觸發關閉該靜態開關，並在接收到為一第二位準之該控制信號與該狀態信號中之至少一者時觸發導通該靜態開關；其中，該第一故障判斷歸屬函數之該變異區間中係對應有一第一故障判斷值，在該TSK模糊推論處理模組判斷出該第一相處理電流值、該第二相處理電流值、該第三相處理電流值、該地線處理電流值與該比值中之至少一者位於該變異區間並大於等於該第一故障判斷值時，判斷出該故障發生種類，藉以傳送出為該第一位準之該控制信號；在該TSK模糊推論處理模組判斷出該第一相處理電流值、該第二相處理電流值、該第三相處理電流值、 該地線處理電流值與該比值中之至少一者位於該變異區間並小於該第一故障判斷值時，傳送出為該第二位準之該控制信號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之故障偵測系統，其中，該第一位準為高位準，該第二位準為低位準。
3. 如申請專利範圍第1項所述之故障偵測系統，其中，該發電模組係為一太陽能發電模組、一風力發電模組、一微渦輪機發電模組中之一者。
4. 如申請專利範圍第1項所述之故障偵測系統，其中，該第一小波轉換模組以及該第二小波轉換模組包含複數個信號處理器，並且包含複數個電性連接於該些信號處理器之低通濾波器以及高通濾波器中之其中一者。
5. 如申請專利範圍第4項所述之故障偵測系統，其中，該些信號處理器係為一轉換器、一加法器以及一乘法器。
6. 如申請專利範圍第1項所述之故障偵測系統，其中，該運算處理模組包含一巴賽瓦處理模組以及一比值運算模組，該巴賽瓦處理模組係電性連接於該第一小波轉換模組，用以對該第一相轉換電流值、該第二相轉換電流值、該第三相轉換電流值與該地線轉換電流值進行一巴賽瓦處理，藉以分別運算出該第一相處理電流值、該第二相處理電流 值、該第三相處理電流值與該地線處理電流值；該比值運算模組係電性連接於該巴賽瓦處理模組與該TSK模糊推論模組，用以運算出該比值並傳送至該模糊推論模組。
7. 如申請專利範圍第1項所述之故障偵測系統，其中，該第一故障判斷歸屬函數為一左梯形歸屬函數，且該變異區間為遞增函數。
8. 如申請專利範圍第1項所述之故障偵測系統，其中，該TSK模糊推論處理模組更設有至少一第二故障判斷歸屬函數，該第二故障判斷歸屬函數為一三角形歸屬函數，並具有一遞增變異區間與一遞減變異區間，該遞增變異區間中係對應有一第二故障判斷值，該TSK模糊推論處理模組判斷出該第一相處理電流值、該第二相處理電流值、該第三相處理電流值、該地線處理電流值與該比值中之至少一者位於該遞增變異區間並大於等於該第二故障判斷值，或位於該遞減變異區間時，傳送出為該第一位準之該控制信號；該TSK模糊推論處理模組判斷出該第一相處理電流值、該第二相處理電流值、該第三相處理電流值、該地線處理電流值與該比值中之至少一者位於該遞增變異區間並小於等於該第二故障判斷值時傳送出為該第二位準之該控制信號。
9. 如申請專利範圍第1項所述之故障偵測系統，其中，該與閘模組為一與閘(and gate)。