电子脱扣器的畸变电流检测误差校准方法技术

本发明专利技术涉及一种电子脱扣器畸变电流检测误差校准方法。利用畸变电流的峰值系数KP和波形系数KW，分析了三角波和矩形波这两种典型的畸变电流波形对峰值电流检测和均值电流检测方法下电子脱扣器检测误差的影响。通过峰值检测误差曲线和均值检测误差曲线可以看出不同畸变电流波形下峰值检测和均值检测的误差。根据非线性负荷的电流波形特征及检测误差曲线，适当地调整动作电流整定值，能够在一定程度上避免畸变电流导致的电子脱扣器频繁误动作现象。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电子脱扣器畸变电流检测误差校准方法。
技术介绍
近年来，许多工厂和企业都发生过电子脱扣器非故障动作导致低压断路器无故跳闸问题，由此引发的停电事故不仅威胁设备和人身安全，而且造成了严重的经济损失。调查发现，这些低压配电网的负荷主要为大容量UPS、变频调速电机、整流器、电弧炉等典型的非线性负荷，它们在工作过程中电流会产生严重的畸变，这是导致电子脱扣器非故障动作的主要原因之一。IEEE电力系统可靠性委员会也曾对低压断路器的可靠性进行了调查，结果表明断路器脱扣器的脱扣校准故障率最高，为其它故障(机械故障、电触头故障)的2倍甚至更高。低压配电网中大容量非线性负荷的种类和数目越来越多，电流畸变日益严重，这对普通电子脱扣器的动作准确性是一个巨大的威胁。所以，定量分析畸变电流对电子脱扣器检测误差的影响，提出一种畸变电流下的电子脱扣器检测误差校准方法具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种电子脱扣器畸变电流检测误差校准方法；上述的目的通过以下的技术方案实现：一种畸变电流下的电子脱扣器检测误差校准方法，包括如下步骤：（1）分析典型非线性负荷的波形特征a. 单相非线性负荷单相非线性负荷广泛分布于商业和民用供电系统中，其中典型的有电子荧光灯、开关电源以及单相整流器等，附图1给出了几种典型负荷的电流波形。电子荧光灯由于使用了电子镇流器，其输入电流波形发生严重畸变，波形如附图1(a)所示，为明显的三角尖脉冲。个人计算机、打印机、电视机以及其他单相电子设备普遍采用开关电源，其交流侧电流3次谐波含量很高，波形如附图1(b)所示，呈现很短的尖脉冲。单相整流器为获得较平稳的输出电流，通常带有大电感，其输入电流波形如附图1(c)所示，为矩形方波；b. 三相非线性负荷三相非线性负荷广泛应用于工业和大型商业场所，典型的有大功率UPS、变频调速电机以及三相整流器等，附图2给出了几种典型负荷的电流波形；大功率UPS的输入侧电流会发生畸变，波形如附图2(a)所示，呈现“双拱”形；变频调速电机在出力较大（低速）时的输入侧电流将产生严重的畸变，波形如附图2(b)所示，呈现出“双三角”形。三相整流器直流侧有大电感时，输出波形较平稳，交流侧电流波形如附图2(c)所示，呈近似的矩形方波；通过分析典型非线性负荷的电流波形，按其特征可归纳为两大类：一类是尖顶波，一类是平顶波。由于多数畸变波形的精确表达式难以求得，因此可采用分段线性化的方法来简化分析，如附图3所示；附图3(a)所示的尖顶波与纯正弦波相比已产生严重畸变，用分段线性化的方法对其进行近似拟合，可等效为三角波；附图3(b)所示的平顶波与纯正弦波相比也有明显畸变，同样用分段线性化的方法将其近似等效为矩形方波；（2）电子脱扣器畸变电流检测误差计算附图4所示为等效后典型畸变电流波形，其正、负半波镜对称。图中正半周波峰值为Ip，周期为T，半周导通时间为ton，三角波峰值出现时刻与起始导通时刻差值为t0，有效值为IRMS，正半周波均值为Iav；波形占空比：峰值系数：波形系数：利用式(2)和式(3)可求得三角波和矩形波的峰值系数及波形系数两个特征量，它们只与波形占空比α 有关。三角波、矩形波与纯正弦波的峰值系数和波形系数对比如表1所示；基于电流峰值检测的电子脱扣器通过检测到的电流峰值乘以系数K(通常为纯正弦波峰值系数的倒数，即0.707)来得到电流有效值；基于电流均值检测的电子脱扣器通过检测到的电流均值乘以系数K’(通常为纯正弦波的波形系数，即1.111)得到电流有效值；对于标准正弦波，两种检测方法均能正确反映实际电流有效值，但当波形发生畸变时，两种检测方法所得到的电流有效值有很大误差，可能引起电子脱扣器误动作；峰值系数KP和波形系数KW两个特征量，分别反映了电流波形峰值和均值与有效值之间的关系，可用以定量分析畸变电流下基于峰值检测和均值检测两种电流检测方式的检测误差；为了直观、定量地分析畸变电流下电子脱扣器的脱扣电流检测误差，定义峰值影响因子(简称峰值因子)：均值影响因子(简称均值因子)：则有：由式(6)可以看出，电流有效值为峰值与峰值因子的乘积或均值与均值因子的乘积；电流峰值检测方法的检测误差可表示为：电流均值检测方法的检测误差可表示为：式(7)和(8)中的IRMS0、PF0、WF0分别为纯正弦波对应的电流方均根值、峰值因子、波形因子；由式(7)和(8)可以求得电流峰值检测法的误差和均值检测法的误差，它们只与波形占空比α 有关；（3）电子脱扣器畸变电流检测误差曲线三角波和矩形波的畸变电流在不同占空比α 下的峰值检测误差曲线如附图5所示；三角波的峰值检测误差始终为正值，说明对三角波采用峰值检测并按标准正弦波进行校准求得的电流有效值比实际值偏大，并且随着三角波占空比的减小，峰值检测误差会越来越大；当占空比α 为0.2时，误差已经达到了173.9%，即峰值校准得到的电流有效值是真实值的2.739倍，这会被误认为是一个过流信号甚至是一个小短路信号，从而引起过载保护或低阈值短路保护误动作；矩形波在占空比α 小于0.5时，峰值检测误差为正，得到的电流有效值比真实值大；当占空比α 大于0.5时，峰值检测误差为负，表明得到的电流有效值比真实值小；从图中还可以看出，矩形波的峰值检测误差明显小于三角波，当占空比α 为0.2时为58.11%；三角波和矩形波的畸变电流在不同占空比α 下的均值检测误差曲线如附图6所示；三角波的均值检测误差始终为负值，表明对三角波采用均值检测并按标准正弦波进行校准求得的电流有效值比实际值偏小，并且随着三角波占空比的减小，均值检测误差越来越大，当占空比α 为0.2时，误差达到了-56.98%，即均值校准得到的电流有效值是真实值的0.4302倍，这样的检测方法使得过流会被误认为是正常电流，从而过载保护拒动作；矩形波在占空比α 小于0.81时，均值检测误差为负，表明均值校准得到的电流有效值比真实值小；占空比α 大于0.81时，均值检测误差为正，表明均值校准得到的电流有效值比真实值大；从图中还可以看出，矩形波的均值检测误差略小于三角波，当占空比α 为0.2时也达到了-50.33%，当占空比α 为1时，矩形波出现最大为11.07%的正的均值检测误差；（4）电子脱扣器畸变电流检测误差校准根据上述对电子脱扣器畸变电流检测误差分析，可依据系统负荷类型适当调整电子脱扣器的电流保护整定值，以消除脱扣检测误差引起的保护装置误动作。具体方法如下：首先根据电流波形判断负荷属于哪种类型，可用哪种波形来等效；然后确定保护装置电子脱扣器的电流检测方式，以选择相应的检测误差曲线作为参考；最后根据对应的检测误差值大小，调整原始电流保护整定值。有益效果1. 本专利技术将畸变电流波形等效为三角波和矩形波两大类，利用峰值系数和波形系数可以求得不同畸变波形下电子脱扣器峰值检测和均值检测的误差值；2. 根据非线性负荷的波形特征及检测误差曲线，适当地调整动作电流整定值，能够在一定程度上避免畸变电流导致的电子脱扣器频繁误动作现象。附图说明图1是单相非线性负荷电流波形图2是三相非线性负荷电流波形图3是典型非线性负荷电流波形的近似等效图4是典型畸变电流波形图5峰值检测误差曲线图6均值检测误差曲线图7 电弧炉电流波形。具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子脱扣器的畸变电流检测误差校准方法，其特征在于：在线路电流发生畸变的情况下，利用电流波形的峰值系数和波形系数可以准确计算出电子脱扣器的电流检测误差，根据非线性负荷的电流波形特征及检测误差曲线，适当地调整电子脱扣器动作电流整定值，能够在一定程度上避免畸变电流导致的电子脱扣器误动作现象；该方法包括如下步骤：（1）分析典型非线性负荷的波形特征a. 单相非线性负荷单相非线性负荷广泛分布于商业和民用供电系统中，其中典型的有电子荧光灯、开关电源以及单相整流器等，附图1给出了几种典型负荷的电流波形；电子荧光灯由于使用了电子镇流器，其输入电流波形发生严重畸变，波形如附图1(a)所示，为明显的三角尖脉冲；个人计算机、打印机、电视机以及其他单相电子设备普遍采用开关电源，其交流侧电流3次谐波含量很高，波形如附图1(b)所示，呈现很短的尖脉冲；单相整流器为获得较平稳的输出电流，通常带有大电感，其输入电流波形如附图1(c)所示，为矩形方波；b. 三相非线性负荷三相非线性负荷广泛应用于工业和大型商业场所，典型的有大功率UPS、变频调速电机以及三相整流器等，附图2给出了几种典型负荷的电流波形；大功率UPS的输入侧电流会发生畸变，波形如附图2(a)所示，呈现“双拱”形；变频调速电机在出力较大（低速）时的输入侧电流将产生严重的畸变，波形如附图2(b)所示，呈现出“双三角”形；三相整流器直流侧有大电感时，输出波形较平稳，交流侧电流波形如附图2(c)所示，呈近似的矩形方波；通过分析典型非线性负荷的电流波形，按其特征可归纳为两大类：一类是尖顶波，一类是平顶波；由于多数畸变波形的精确表达式难以求得，因此可采用分段线性化的方法来简化分析，如附图3所示；附图3(a)所示的尖顶波与纯正弦波相比已产生严重畸变，用分段线性化的方法对其进行近似拟合，可等效为三角波；附图3(b)所示的平顶波与纯正弦波相比也有明显畸变，同样用分段线性化的方法将其近似等效为矩形方波；（2）电子脱扣器畸变电流检测误差计算附图4所示为等效后典型畸变电流波形，其正、负半波镜对称；图中正半周波峰值为Ip，周期为T，半周导通时间为ton，三角波峰值出现时刻与起始导通时刻差值为t0，有效值为IRMS，正半周波均值为Iav；波形占空比：峰值系数：波形系数：利用式(2)和式(3)可求得三角波和矩形波的峰值系数及波形系数两个特征量，它们只与波形占空比α 有关；三角波、矩形波与纯正弦波的峰值系数和波形系数对比如表1所示；基于电流峰值检测的电子脱扣器通过检测到的电流峰值乘以系数K(通常为纯正弦波峰值系数的倒数，即0.707)来得到电流有效值；基于电流均值检测的电子脱扣器通过检测到的电流均值乘以系数K’(通常为纯正弦波的波形系数，即1.111)得到电流有效值；对于标准正弦波，两种检测方法均能正确反映实际电流有效值，但当波形发生畸变时，两种检测方法所得到的电流有效值有很大误差，可能引起电子脱扣器误动作；峰值系数KP和波形系数KW两个特征量，分别反映了电流波形峰值和均值与有效值之间的关系，可用以定量分析畸变电流下基于峰值检测和均值检测两种电流检测方式的检测误差；为了直观、定量地分析畸变电流下电子脱扣器的脱扣电流检测误差，定义峰值影响因子(简称峰值因子)：均值影响因子(简称均值因子)：则有：由式(6)可以看出，电流有效值为峰值与峰值因子的乘积或均值与均值因子的乘积；电流峰值检测方法的检测误差可表示为：电流均值检测方法的检测误差可表示为：式(7)和(8)中的IRMS0、PF0、WF0分别为纯正弦波对应的电流方均根值、峰值因子、波形因子；由式(7)和(8)可以求得电流峰值检测法的误差和均值检测法的误差，它们只与波形占空比α 有关；（3）电子脱扣器畸变电流检测误差曲线三角波和矩形波的畸变电流在不同占空比α 下的峰值检测误差曲线如附图5所示；三角波的峰值检测误差始终为正值，说明对三角波采用峰值检测并按标准正弦波进行校准求得的电流有效值比实际值偏大，并且随着三角波占空比的减小，峰值检测误差会越来越大；当占空比α 为0.2时，误差已经达到了173.9%，即峰值校准得到的电流有效值是真实值的2.739倍，这会被误认为是一个过流信号甚至是一个小短路信号，从而引起过载保护或低阈值短路保护误动作；矩形波在占空比α 小于0.5时，峰值检测误差为正，得到的电流有效值比真实值大；当占空比α 大于0.5时，峰值检测误差为负，表明得到的电流有效值比真实值小；从图中还可以看出，矩形波的峰值检测误差明显小于三角波，当占空比α 为0.2时为58.11%；三角波和矩形波的畸变电流在不同占空比α 下的均值检测误差曲线如附图6所示；三角波的均值检测误差始终为负值，表明对三角波采用均值检测并按标准正弦波进行校准求得的电流有效值比实际值偏小，并且随着三角波占空比的减小，...

【技术特征摘要】
2016.06.08 CN 20161039620021.一种电子脱扣器的畸变电流检测误差校准方法，其特征在于：在线路电流发生畸变的情况下，利用电流波形的峰值系数和波形系数可以准确计算出电子脱扣器的电流检测误差，根据非线性负荷的电流波形特征及检测误差曲线，适当地调整电子脱扣器动作电流整定值，能够在一定程度上避免畸变电流导致的电子脱扣器误动作现象；该方法包括如下步骤：（1）分析典型非线性负荷的波形特征a. 单相非线性负荷单相非线性负荷广泛分布于商业和民用供电系统中，其中典型的有电子荧光灯、开关电源以及单相整流器等，附图1给出了几种典型负荷的电流波形；电子荧光灯由于使用了电子镇流器，其输入电流波形发生严重畸变，波形如附图1(a)所示，为明显的三角尖脉冲；个人计算机、打印机、电视机以及其他单相电子设备普遍采用开关电源，其交流侧电流3次谐波含量很高，波形如附图1(b)所示，呈现很短的尖脉冲；单相整流器为获得较平稳的输出电流，通常带有大电感，其输入电流波形如附图1(c)所示，为矩形方波；b. 三相非线性负荷三相非线性负荷广泛应用于工业和大型商业场所，典型的有大功率UPS、变频调速电机以及三相整流器等，附图2给出了几种典型负荷的电流波形；大功率UPS的输入侧电流会发生畸变，波形如附图2(a)所示，呈现“双拱”形；变频调速电机在出力较大（低速）时的输入侧电流将产生严重的畸变，波形如附图2(b)所示，呈现出“双三角”形；三相整流器直流侧有大电感时，输出波形较平稳，交流侧电流波形如附图2(c)所示，呈近似的矩形方波；通过分析典型非线性负荷的电流波形，按其特征可归纳为两大类：一类是尖顶波，一类是平顶波；由于多数畸变波形的精确表达式难以求得，因此可采用分段线性化的方法来简化分析，如附图3所示；附图3(a)所示的尖顶波与纯正弦波相比已产生严重畸变，用分段线性化的方法对其进行近似拟合，可等效为三角波；附图3(b)所示的平顶波与纯正弦波相比也有明显畸变，同样用分段线性化的方法将其近似等效为矩形方波；（2）电子脱扣器畸变电流检测误差计算附图4所示为等效后典型畸变电流波形，其正、负半波镜对称；图中正半周波峰值为Ip，周期为T，半周导通时间为ton，三角波峰值出现时刻与起始导通时刻差值为t0，有效值为IRMS，正半周波均值为Iav；波形占空比：峰值系数：波形系数：利用式(2)和式(3)可求得三角波和矩形波的峰值系数及波形系数两个特征量，它们只与波形占空比α 有关；三角波、矩形波与纯正弦波的峰值系数和波形系数对比如表1所示；基于电流峰值检测的电子脱扣器通过检测到的电流峰值乘以系数K(通常为纯正弦波峰值系数的倒数，即0.707)来得到电流有效值；基于电流均值检测的电子脱扣器通过检测到的电流均值乘以系数K’(通常为纯正弦波的波形系数，即1.111)得到电流有效值；对于标准正弦波，两种检测方法均能正确反映实际电流有效值，但当波形发生畸变时，两种检测方法所得到的电流有效值有很大误差，可能引起电子脱扣器误动作；峰值系数KP和波形系数KW两个特征量，分别反映了电流波形峰值和均值与有效值之间的关系，可用以定量分析畸变电流下基于峰值检测和均值检测两...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵莉华，牛纯春，冯政松，牛帅杰，丰遥，刘丹华，李琪菡，付荣荣，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51