【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种固态断路器健康监测方法、装置。
技术介绍
1、作为保障配电安全的重要设备，断路器已在配电系统中得到广泛应用。现有断路器主要分为：机械式断路器、固态断路器及混合式断路器这三种。机械式断路器利用机械开关进行合/分操作，动作速度较慢，通常达到几十毫秒以上，且分断过程中会产生电弧，造成触头烧损，严重影响断路器的使用寿命；固态断路器利用半导体开关元件替代机械开关，动作速度快，安全性高，并利用能量吸收单元吸收线路中存储的能量，不会产生分断电弧，能显著提高电力系统的可靠性；混合式断路器将机械式断路器和固态断路器相结合，但结构相对复杂，且成本较高。
2、在固态断路器的应用中，通常会利用与主开关元件并联的能量吸收单元(例如常见的单个或多个串联的金属氧化物可变电阻mov)吸收线路存储的能量，而随着吸收能量的增加，能量吸收单元的特性会随之发生变化，能量吸收能力也会降低。此外，部分固态断路器还包含有机械隔离开关，用于在半导体开关元件分断线路后，分断线路剩余电流(主要指固态断路器自身供电电流)，切除固态断路器的自身供电。通常情况下该机械隔离开关并不会设计灭弧装置，当机械隔离开关在设计时间进行分断时，若线路中还存在较大的线路残余电流，则会在机械隔离开关触头处产生分断电弧，造成触头烧损，严重影响机械隔离开关的分断能力。上述这些问题都将影响到固态断路器整体的动作可靠性。因此，有必要对固态断路器的健康状态进行监测，以保障固态断路器的可靠性。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问
2、本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
3、一种固态断路器健康监测方法，所述固态断路器包括主开关元件以及至少一个在固态断路器关断过程中会吸收分断能量的能量吸收部件；检测其中一组能量吸收部件中的各能量吸收部件在固态断路器每次关断过程中的吸收能量并统计各能量吸收部件的累积吸收能量，以每个能量吸收部件当前的累积吸收能量与该能量吸收部件在正常使用生命周期中所能吸收的总能量之比作为该能量吸收部件当前的损耗比lpi，并计算所述固态断路器当前的损耗比lp＝1-∏(1-lpi)，以损耗比作为各能量吸收部件及所述固态断路器的健康状况评价指标；其中，下标i为这一组能量吸收部件的序号，数学符号∏表示求积运算。
4、优选地，所述能量吸收部件包括与主开关元件并联的能量吸收单元；能量吸收单元在固态断路器每次关断过程中的吸收能量通过以下方法得到：
5、对由能量吸收单元与主开关元件所组成的并联电路输入端的线路电流瞬时值进行检测，并以固态断路器关断过程中的t3-t4时间段内的所述线路电流瞬时值作为流经能量吸收单元的电流瞬时值imov，其中，t3为线路电流全部转移至能量吸收单元的时刻，t4为线路电流降到零的时刻；然后根据流经能量吸收单元的电流瞬时值imov以及该固态断路器前次关断后所述能量吸收单元的累积吸收能量，通过预先构建的所述能量吸收单元在不同累计吸收能量下的电流瞬时值—钳位电压数据模型，得到相应的钳位电压umov；最后根据电流瞬时值imov和相应的钳位电压umov计算得到能量吸收单元在固态断路器本次关断过程中的吸收能量。
6、优选地，所述能量吸收部件包括与主开关元件并联的能量吸收单元，以及与由能量吸收单元与主开关元件所组成的并联电路串联的机械隔离开关；当所述机械隔离开关的分断时刻toff处于固态断路器本次关断过程中的t3-t4时间段内时，t3为线路电流全部转移至能量吸收单元的时刻，t4为线路电流降到零的时刻，通过以下方法得到所述机械隔离开关在固态断路器本次关断过程中的吸收能量：
7、对所述并联电路输入端的线路电流瞬时值、线路电压瞬时值进行检测，并以固态断路器关断过程中的t3-t4时间段内的所述线路电流瞬时值作为流经能量吸收单元的电流瞬时值imov，根据流经能量吸收单元的电流瞬时值imov以及该固态断路器前次关断后所述能量吸收单元的累积吸收能量，通过预先构建的所述能量吸收单元在不同累计吸收能量下的电流瞬时值—钳位电压数据模型，得到相应的钳位电压umov；然后根据固态断路器正常合闸情况下检测到的线路电压以及固态断路器关断过程中的toff—t4时间段内流经能量吸收单元的电流瞬时值imov和相应的钳位电压umov计算出toff—t4时间段内该机械隔离开关两端的电压uarc；最后通过toff—t4时间段内流经能量吸收单元的电流瞬时值imov和机械隔离开关两端的电压uarc计算出所述机械隔离开关在本次关断过程中的吸收能量warc。
8、作为进一步优选方案之一，所述能量吸收单元在不同累计吸收能量下的电流瞬时值—钳位电压数据模型具体为：预先通过实验得到的能量吸收单元在累计吸收不同能量后的电压、电流特性关系曲线。
9、作为进一步优选方案之二，所述能量吸收单元在不同累计吸收能量下的电流瞬时值—钳位电压数据模型具体为：根据预先通过实验得到的能量吸收单元在累计吸收不同能量后的电压、电流特性数据，以累计吸收能量及相应的电流特性数据作为输入，以相应的电压特性数据作为期望输出，训练得到的神经网络模型。
10、优选地，能量吸收部件在正常使用生命周期中所能吸收的总能量预先通过以下方法得到：测试所述能量吸收部件在吸收不同能量后的失效概率，并以失效概率等于预设的可允许最大失效概率时的吸收能量作为该能量吸收部件在正常使用生命周期中所能吸收的总能量。
11、基于同一专利技术构思还可以得到以下技术方案：
12、一种固态断路器健康监测装置，所述固态断路器包括主开关元件以及至少一个在固态断路器关断过程中会吸收分断能量的能量吸收部件；所述固态断路器健康监测装置包括：
13、检测单元，用于检测其中一组能量吸收部件中的各能量吸收部件在固态断路器每次关断过程中的吸收能量并统计各能量吸收部件的累积吸收能量；
14、计算单元，用于以每个能量吸收部件当前的累积吸收能量与该能量吸收部件在正常使用生命周期中所能吸收的总能量之比作为该能量吸收部件当前的损耗比lpi，并计算所述固态断路器当前的损耗比lp＝1-∏(1-lpi)，以损耗比作为各能量吸收部件及所述固态断路器的健康状况评价指标；其中，下标i为这一组能量吸收部件的序号，数学符号∏表示求积运算。
15、优选地，所述能量吸收部件包括与主开关元件并联的能量吸收单元；检测单元通过以下方法得到能量吸收单元在固态断路器每次关断过程中的吸收能量：
16、对由能量吸收单元与主开关元件所组成的并联电路输入端的线路电流瞬时值进行检测，并以固态断路器关断过程中的t3-t4时间段内的所述线路电流瞬时值作为流经能量吸收单元的电流瞬时值imov，其中，t3为线路电流全部转移至能量吸收单元的时刻，t4为线路电流降到零的时刻；然后根据流经能量吸收单元的电流瞬时值imov以及该固态断本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种固态断路器健康监测方法，所述固态断路器包括主开关元件以及至少一个在固态断路器关断过程中会吸收分断能量的能量吸收部件；其特征在于，检测其中一组能量吸收部件中的各能量吸收部件在固态断路器每次关断过程中的吸收能量并统计各能量吸收部件的累积吸收能量，以每个能量吸收部件当前的累积吸收能量与该能量吸收部件在正常使用生命周期中所能吸收的总能量之比作为该能量吸收部件当前的损耗比LPi，并计算所述固态断路器当前的损耗比LP＝1-∏(1-LPi)，以损耗比作为各能量吸收部件及所述固态断路器的健康状况评价指标；其中，下标i为这一组能量吸收部件的序号，数学符号∏表示求积运算。
2.如权利要求1所述固态断路器健康监测方法，其特征在于，所述能量吸收部件包括与主开关元件并联的能量吸收单元；能量吸收单元在固态断路器每次关断过程中的吸收能量通过以下方法得到：
3.如权利要求1所述固态断路器健康监测方法，其特征在于，所述能量吸收部件包括与主开关元件并联的能量吸收单元，以及与由能量吸收单元与主开关元件所组成的并联电路串联的机械隔离开关；当所述机械隔离开关的分断时刻toff处于固态断路器
4.如权利要求2或3所述固态断路器健康监测方法，其特征在于，所述能量吸收单元在不同累计吸收能量下的电流瞬时值—钳位电压数据模型具体为：预先通过实验得到的能量吸收单元在累计吸收不同能量后的电压、电流特性关系曲线。
5.如权利要求2或3所述固态断路器健康监测方法，其特征在于，所述能量吸收单元在不同累计吸收能量下的电流瞬时值—钳位电压数据模型具体为：根据预先通过实验得到的能量吸收单元在累计吸收不同能量后的电压、电流特性数据，以累计吸收能量及相应的电流特性数据作为输入，以相应的电压特性数据作为期望输出，训练得到的神经网络模型。
6.如权利要求1所述固态断路器健康监测方法，其特征在于，能量吸收部件在正常使用生命周期中所能吸收的总能量预先通过以下方法得到：测试所述能量吸收部件在吸收不同能量后的失效概率，并以失效概率等于预设的可允许最大失效概率时的吸收能量作为该能量吸收部件在正常使用生命周期中所能吸收的总能量。
7.一种固态断路器健康监测装置，所述固态断路器包括主开关元件以及至少一个在固态断路器关断过程中会吸收分断能量的能量吸收部件；其特征在于，所述固态断路器健康监测装置包括：
8.如权利要求7所述固态断路器健康监测装置，其特征在于，所述能量吸收部件包括与主开关元件并联的能量吸收单元；检测单元通过以下方法得到能量吸收单元在固态断路器每次关断过程中的吸收能量：
9.如权利要求8所述固态断路器健康监测装置，其特征在于，所述能量吸收部件包括与主开关元件并联的能量吸收单元，以及与由能量吸收单元与主开关元件所组成的并联电路串联的机械隔离开关；当所述机械隔离开关的分断时刻toff处于固态断路器本次关断过程中的t3-t4时间段内时，t3为线路电流全部转移至能量吸收单元的时刻，t4为线路电流降到零的时刻，检测单元通过以下方法得到所述机械隔离开关在固态断路器本次关断过程中的吸收能量：
10.如权利要求8或9所述固态断路器健康监测装置，其特征在于，所述能量吸收单元在不同累计吸收能量下的电流瞬时值—钳位电压数据模型具体为：预先通过实验得到的能量吸收单元在累计吸收不同能量后的电压、电流特性关系曲线。
11.如权利要求8或9所述固态断路器健康监测装置，其特征在于，所述能量吸收单元在不同累计吸收能量下的电流瞬时值—钳位电压数据模型具体为：根据预先通过实验得到的能量吸收单元在累计吸收不同能量后的电压、电流特性数据，以累计吸收能量及相应的电流特性数据作为输入，以相应的电压特性数据作为期望输出，训练得到的神经网络模型。
12.如权利要求7所述固态断路器健康监测装置，其特征在于，能量吸收部件在正常使用生命周期中所能吸收的总能量预先通过以下方法得到：测试所述能量吸收部件在吸收不同能量后的失效概率，并以失效概率等于预设的可允许最大失效概率时的吸收能量作为该能量吸收部件在正常使用生命周期中所能吸收的总能量。
13.一种固态断路器，包括主开关元件以及至少一个在固态断路器关断过程中会吸收分断能量的能量吸收部件；其特征在于，所述固态断路器还包括如权利要求7～12任一项所述固态断路器健康监测装置。
...【技术特征摘要】
1.一种固态断路器健康监测方法，所述固态断路器包括主开关元件以及至少一个在固态断路器关断过程中会吸收分断能量的能量吸收部件；其特征在于，检测其中一组能量吸收部件中的各能量吸收部件在固态断路器每次关断过程中的吸收能量并统计各能量吸收部件的累积吸收能量，以每个能量吸收部件当前的累积吸收能量与该能量吸收部件在正常使用生命周期中所能吸收的总能量之比作为该能量吸收部件当前的损耗比lpi，并计算所述固态断路器当前的损耗比lp＝1-∏(1-lpi)，以损耗比作为各能量吸收部件及所述固态断路器的健康状况评价指标；其中，下标i为这一组能量吸收部件的序号，数学符号∏表示求积运算。
2.如权利要求1所述固态断路器健康监测方法，其特征在于，所述能量吸收部件包括与主开关元件并联的能量吸收单元；能量吸收单元在固态断路器每次关断过程中的吸收能量通过以下方法得到：
3.如权利要求1所述固态断路器健康监测方法，其特征在于，所述能量吸收部件包括与主开关元件并联的能量吸收单元，以及与由能量吸收单元与主开关元件所组成的并联电路串联的机械隔离开关；当所述机械隔离开关的分断时刻toff处于固态断路器本次关断过程中的t3-t4时间段内时，t3为线路电流全部转移至能量吸收单元的时刻，t4为线路电流降到零的时刻，通过以下方法得到所述机械隔离开关在固态断路器本次关断过程中的吸收能量：
4.如权利要求2或3所述固态断路器健康监测方法，其特征在于，所述能量吸收单元在不同累计吸收能量下的电流瞬时值—钳位电压数据模型具体为：预先通过实验得到的能量吸收单元在累计吸收不同能量后的电压、电流特性关系曲线。
5.如权利要求2或3所述固态断路器健康监测方法，其特征在于，所述能量吸收单元在不同累计吸收能量下的电流瞬时值—钳位电压数据模型具体为：根据预先通过实验得到的能量吸收单元在累计吸收不同能量后的电压、电流特性数据，以累计吸收能量及相应的电流特性数据作为输入，以相应的电压特性数据作为期望输出，训练得到的神经网络模型。
6.如权利要求1所述固态断路器健康监测方法，其特征在于，能量吸收部件在正常使用生命周期中所能吸收的总能量预先通过以下方法得到：测试所述能量吸收部件在吸收不同能量后的失效概率，并以失效概率等于预设的可允...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏明晔，黄晓铭，李志鹏，
申请(专利权)人：常熟开关制造有限公司原常熟开关厂，
类型：发明
国别省市：
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