一种适于交直流漏电检测的复杂波形信号处理方法技术

本发明专利技术公开了一种复杂剩余电流的检测和信号处理方法，支持直流漏电和交流漏电的检测。通过磁调制的技术测量直流漏电和低频漏电电流，通过纯感应的形式测量交流信号，两种检测模式分时进行。通过AD转换器将采集的漏电信号转换为数字信号，本发明专利技术中的方法将漏电信号的处理分成三个通道，分别处理直流漏电、低频交流漏电以及高频交流漏电。综合直流检测以及交流检测的结果，计算整体的剩余电流有效值。本发明专利技术中的方法支持突加大电流的检测，当出现突加大电流时，通过检测当前电流的突变进行检测模式的切换。

A complex waveform signal processing method suitable for AC / DC leakage detection

【技术实现步骤摘要】
一种适于交直流漏电检测的复杂波形信号处理方法
本专利技术属于交直流漏电检测领域，主要涉及一种直流漏电和交流漏电的复合检测装置和信号处理方法。
技术介绍
随着经济发展，电力行业发展迅速，各类家用电器的规模也日渐丰富，保证住户的用电安全变的尤为重要。在目前的用电环境中，剩余电流包括低频交流、高频交流、直流信号等，其中交流剩余电流对人身危害极大，50mA/s即产生心室颤抖。随着用电类型的增多，目前的直流电应用广泛，包括直流充电桩、变频电机等，家用的如某些类型的笔记本、微波炉、洗衣机等，直流剩余电流检测的问题同样变的重要。造成直流漏电的原因有很多，比如二次回路绝缘材料不合格，或年久失修、严重老化，设备损伤缺陷，二次回路及设备受潮、进水等原因。目前国内的漏电保护器主要为AC型，AC型漏电只能检测交流漏电，不能检测出直流漏电电流，同时AC型漏电保护器并未覆盖高频漏电电流的检测，因此现有的漏电保护器存在着安全保护上的不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于交直流漏电检测的信号处理算法，能够有效检测交直流漏电电流，并且适用于任何材质的磁芯。为达到上述目的，在本专利技术中采用H桥驱动模块对磁芯进行激励，当H桥输出正负电平时为磁芯施加双向的方波激励，使得磁芯进入饱和区，检测直流和低频交流；当输出低电平时，采用纯感应的方式检测交流。对采样信号进行放大，通过AD转换为数字信号。在信号处理上，将所述采样信号的处理分为直流检测通道、低频电流检测通道以及高频电流检测通道。(一)当处于直流检测模式时：r>步骤1：采用方波进行同步，用于区分磁芯正向激励时的响应信号和负向激励时的响应信号；步骤2：分别提取方波上升沿和下降沿对应的检测信号中的有效数据；步骤3：求上升沿和下降沿有效数据的均值；步骤4：解调，将上升沿与下降沿有效数据均值做差步骤5：将解调值yi与阈值进行比较对比较结果计数；步骤6：加窗，对窗口内解调序列进行处理；步骤7：计算窗口内解调序列对应的直流值；步骤8：计算窗口内解调序列对应的50HZ的交流值；步骤9：对估计的50HZ交流电流和直流电流值进行校正。(二)处于低频交流检测模式时：步骤1：AD采样信号通过低通滤波器进行滤波；步骤2：对AD采样信号进行下采样；步骤3：将采样的信号电压与软件设定的阈值Thr1进行比较并计数，当连续一段时间内的计数超过一定值后，由硬件产生中断信号给CPU。步骤4：对下采样后的数据进行加窗，分析窗口内的数据序列；步骤5：对窗口内的数据序列做FFT；步骤6：对FFT后获得的各个频点的幅值进行校正，获得真实的各个频点的漏电电流。(三)处于高频检测通道时：步骤1：将AD采样信号通过带通滤波器；步骤2：对采样数据加窗，为复用低频检测通道FFT，加窗后保证与低频信号的加窗后的点数一致；步骤3：对窗口内的数据序列做FFT，取频点为20.5～150KHZ的FFT通道进行后续处理；附图说明图1是本专利技术中提出的交直流漏电检测算法框图。图2是本专利技术中的交直流检测H桥驱动电路方案。图3是本专利技术中采用激励方波进行同步的示意图。图4是本专利技术中有无直流漏电时的信号差异图。图5是本专利技术中直流检测通道中分别提取上升沿和下降沿有效数据的示意图。图6是本专利技术中估计的直流漏电值与真实的直流漏电值之间的关系图。具体实施方式下面结合图2的H桥驱动检测电路方案和图1的交直流检测算法框图对本专利技术所提出的交直流漏电检测方案和信号处理方法进行说明。如图2中所示，其中线圈N1表示激励和检测复用的线圈绕组，N2表示漏电电流的绕组，在电阻Rs上采集电流信号。在直流检测时，通过H桥对磁芯施加双向的方波激励，通过磁芯双向进入饱和区来测量直流和低频交流。当在交流检测模式时，H桥输出低电平，此时通过纯感应的形式测量交流漏电信号。将采样电阻Rs上采集到的信号进行放大，然后通过AD将采样信号转为数字信号，通过处理直流检测和交流检测的结果，得到整体的剩余电流值。当发生直流漏电时，采样电阻上检测到的信号变化如图3所示，其中虚线表示发生100mA直流漏电的信号波形，实线表示的是无漏电信号的波形，可见，漏电时信号发生了上下的偏移。当检测低频漏电电流时，交流信号可以看作由不同时间片段的直流信号拼接而成。根据上述现象和原理，本专利技术提出的直流漏电检测通道的处理方法流程如下：步骤1：使用激励方波进行信号同步。如图4中所示，利用激励方波的上升沿和下降沿时刻，用于区分磁芯正向激励时的响应信号和负向激励时的响应信号。横轴表示AD采样后的数据序号，纵轴表示电阻R上的电压值。步骤2：如图5中所示，分别提取方波上升沿和下降沿对应的检测信号中的有效数据，其中变化缓慢的平坦区域为有效数据区域，其中图中横轴表示AD采样后数据的序号，纵轴表示电压幅值。步骤3：求上升沿和下降沿有效数据的均值。假设上一步中提取的上升沿对应的有效序列为xp＝[xp0,xp1,xp2,...,xp(N1-1)]，下降沿提取出来的对应的有效序列为xn＝[xn0,xn1,xn2,...,xn(N2-1)]，对上升沿和下降沿提取的有效序列分别求均值，有经过上述操作，每一个激励方波周期输出两个均值，分别为上升沿有效数据均值和下降沿有效数据均值步骤4：解调，上升沿和下降沿的均值做差：其中和为步骤3中输出的上升沿有效数据均值和下降沿有效数据均值；步骤5：将解调值与阈值比较并计数，将yi与提前设定的阈值进行比较，当yi连续超过阈值一定数量后，认为产生突加大电流，直接从当前位置开始加窗，然后对窗口内数据进行分析或者直接脱扣动作。步骤5：对输出序列y加窗：上述的解调点为每一个方波周期对应的电流值，对解调出来的序列进行加窗，假设窗口时间长度为Ts，假设方波频率为f，则20ms的窗口内的数据数量为步骤6：估算窗口内的直流值：假设窗口内的解调点的序列为y＝[y0,y1,...,yL-1]，L为窗口内的数据长度。通过对窗口内的解调序列求均值得到直流量。当检测绕组线圈匝数为N1且采样电阻值为R时，直流电流初始估计值步骤7：计算直流检测模式时的50HZ的交流值：为了应对突加大电流的情况，直流检测中只针对50HZ频点计算幅值，然后对初步估计进行校正。步骤8：交直流估计值校正：对前两步的交直流估计值进行线性校正以获得真实的直流漏电电流和50HZ漏电电流。图6中所示为估计的与真实电流值之间为线性关系，因此可以通过线性校正的方式得到真实的直流漏电的电流值。(二)当切换到低频交流通道检测时，该通道的处理流程如下：步骤1：AD采样的信号首先经过低通滤波器，滤除高频部分，同时作为下采样的抗混叠滤波；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.本专利技术提供了一种交直流漏电检测算法方案，其特征在于：能够同时支持直流漏电检测与交流漏电检测的功能，在正负方波激励的模式中，磁芯可以进入到深度饱和区，在此模式下检测直流和低频交流；在纯感应的模式中，检测低频交流和高频交流；/n在交流检测模式中，检测到突然的大电流变化则会切换到直流检测模式；在直流检测模式中，检测到突然的大电流变化则会在当前时刻进行重新开窗；当超过检测阈值后，则进行脱扣。/n

【技术特征摘要】
1.本发明提供了一种交直流漏电检测算法方案，其特征在于：能够同时支持直流漏电检测与交流漏电检测的功能，在正负方波激励的模式中，磁芯可以进入到深度饱和区，在此模式下检测直流和低频交流；在纯感应的模式中，检测低频交流和高频交流；
在交流检测模式中，检测到突然的大电流变化则会切换到直流检测模式；在直流检测模式中，检测到突然的大电流变化则会在当前时刻进行重新开窗；当超过检测阈值后，则进行脱扣。


2.根据权利要求1所述的交直流漏电检测方法，其特征在于：采用激励线圈和检测线圈复用的电路结构，H桥驱动模块输出正向激励、负向激励以及零激励三态电压，当输出正负电平时，给磁芯施加双向激励进入饱和区，可以测量直流和低频交流；当输出低电平时，处于纯感应的检测模式，可以检测交流。


3.根据权利要求1所述的交直流漏电检测方法，其特征在于：
为了同时支持直流漏电与交流漏电的检测，本发明中提出的方案分时进行直流检测和交流检测，同时直流检测中还可进行低频交流的检测；交流检测模式只对交流漏电和突加直流漏电进行检测。


4.根据权利要求1所述的交直流漏电检测方法，其特征在于：支持突加大电流的检测，通过检测电流的突变能够控制检测模式的即时切换，当在交流检测模式时，突加大交流或大直流，检测到在一定时间内检测到的电流幅值连续超过阈值一定次数，则切换检测模式；当在直流检测时，当检测到电流幅值连续超过阈值一定次数，在当前时刻进行开窗；以适应突加大电流情况下的快速检测和快速脱扣。


5.根据权利要求1所述的交直流漏电检测方法，其特征在于：在直流检测模式中，检测信号的处理主要包括以下几个步骤：
步骤1：采用激励方波进行同步，区分采样信号上对应方波上升沿和下降沿对应的有效数据；
步骤2：分别提取同步对齐后的采样电阻上的上升沿有效数据和下...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振，王建华，
申请(专利权)人：青岛鼎信通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37