[發明專利]電子脫扣器的畸變電流檢測誤差校準方法

有效

• 申請號: 201610402006.0
• 申請日: 2016-06-12
• 公開（公告）號: CN106093766B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 趙莉華;牛純春;馮政松;牛帥杰;豐遙;劉丹華;李琪菡;付榮榮
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01R31/327
• 分類號: G01R31/327;G01R19/04;G01R29/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種電子脫扣器的畸變電流檢測誤差校準方法，其特征在于：在線路電流發生畸變的情況下，利用電流波形的峰值系數和波形系數可以準確計算出電子脫扣器的電流檢測誤差，根據非線性負荷的電流波形特征及檢測誤差曲線，適當地調整電子脫扣器電流保護整定值，能夠在一定程度上避免畸變電流導致的電子脫扣器誤動作現象；

該方法包括如下步驟：

(1)分析典型非線性負荷的波形特征

a.單相非線性負荷

單相非線性負荷廣泛分布于商業和民用供電系統中，其中典型的有電子熒光燈、開關電源以及單相整流器，電子熒光燈由于使用了電子鎮流器，其輸入電流波形發生嚴重畸變，波形為明顯的三角尖脈沖；個人計算機、打印機、電視機以及其他單相電子設備普遍采用開關電源，其交流側電流3次諧波含量很高，波形呈現很短的尖脈沖；單相整流器為獲得較平穩的輸出電流，通常帶有大電感，其輸入電流波形為矩形方波；

b.三相非線性負荷

三相非線性負荷廣泛應用于工業和大型商業場所，典型的有大功率UPS、變頻調速電機以及三相整流器，大功率UPS的輸入側電流會發生畸變，波形呈現“雙拱”形；變頻調速電機在出力較大時的輸入側電流將產生嚴重的畸變，波形呈現出“雙三角”形；三相整流器直流側有大電感時，輸出波形較平穩，交流側電流波形呈近似的矩形方波；

通過分析典型非線性負荷的電流波形，按其特征可歸納為兩大類：一類是尖頂波，一類是平頂波；由于多數畸變波形的精確表達式難以求得，因此可采用分段線性化的方法來簡化分析，尖頂波與純正弦波相比已產生嚴重畸變，用分段線性化的方法對其進行近似擬合，可等效為三角波；平頂波與純正弦波相比也有明顯畸變，同樣用分段線性化的方法將其近似等效為矩形方波；

(2)電子脫扣器畸變電流檢測誤差計算

等效后的典型畸變電流波形，其正、負半波鏡對稱；正半周波峰值為I_p，周期為T，半周導通時間為t_on，三角波峰值出現時刻與起始導通時刻差值為t₀，有效值為I_RMS，正半周波均值為I_av；

波形占空比：

α=tonT/2,0<α≤1---(1)]]>

峰值系數：

KP=IpIRMS=Ip2T∫0T/2i2(t)dt---(2)]]>

波形系數：

KW=IRMSLav=2T∫0T/2i2(t)dt2T∫0T/2i(t)dt---(3)]]>

利用式(2)和式(3)可求得三角波和矩形波的峰值系數及波形系數兩個特征量，它們只與波形占空比α有關；三角波、矩形波與純正弦波的峰值系數和波形系數對比如表1所示；

表1三種波形的參數對比

基于電流峰值檢測的電子脫扣器通過檢測到的電流峰值乘以系數K，其中K為純正弦波峰值系數的倒數，來得到電流有效值；基于電流均值檢測的電子脫扣器通過檢測到的電流均值乘以系數K’，其中K’為純正弦波的波形系數，得到電流有效值；對于標準正弦波，兩種檢測方法均能正確反映實際電流有效值，但當波形發生畸變時，兩種檢測方法所得到的電流有效值有很大誤差，可能引起電子脫扣器誤動作；峰值系數K_P和波形系數K_W兩個特征量，分別反映了電流波形峰值和均值與有效值之間的關系，可用以定量分析畸變電流下基于峰值檢測和均值檢測兩種電流檢測方式的檢測誤差；

為了直觀、定量地分析畸變電流下電子脫扣器的脫扣電流檢測誤差，定義峰值因子：

PF=1Kp---(4)]]>

均值因子：

WF＝K_W (5)

則有：

I_RMS＝PFI_p＝WFI_av(6)

由式(6)可以看出，電流有效值為峰值與峰值因子的乘積或均值與均值因子的乘積；

電流峰值檢測方法的檢測誤差可表示為：

eP=IRMS0-IRMSIRMS×100%=PF0Ip-PFIpPFIp×100%=PF0-PFPF×100%---(7)]]>

電流均值檢測方法的檢測誤差可表示為：

eW=IRMS0-IRMSIRMS0×100%=WF0Iav-WFIavWFIav×100%=WF0-WFWF×100%---(8)]]>

式(7)和(8)中的I_RMS0、PF₀、WF₀分別為純正弦波對應的電流方均根值、峰值因子、均值因子；由式(7)和(8)可以求得電流峰值檢測法的誤差和均值檢測法的誤差，它們只與波形占空比α有關；

(3)電子脫扣器畸變電流檢測誤差曲線

基于三角波和矩形波的畸變電流在不同占空比α下的峰值檢測誤差曲線；三角波的峰值檢測誤差始終為正值，說明對三角波采用峰值檢測并按標準正弦波進行校準求得的電流有效值比實際值偏大，并且隨著三角波占空比的減小，峰值檢測誤差會越來越大；當占空比α為0.2時，誤差已經達到了173.9％，即峰值校準得到的電流有效值是真實值的2.739倍，這會被誤認為是一個過流信號甚至是一個小短路信號，從而引起過載保護或低閾值短路保護誤動作；矩形波在占空比α小于0.5時，峰值檢測誤差為正，得到的電流有效值比真實值大；當占空比α大于0.5時，峰值檢測誤差為負，表明得到的電流有效值比真實值小；矩形波的峰值檢測誤差明顯小于三角波，當占空比α為0.2時為58.11％；

基于三角波和矩形波的畸變電流在不同占空比α下的均值檢測誤差曲線；三角波的均值檢測誤差始終為負值，表明對三角波采用均值檢測并按標準正弦波進行校準求得的電流有效值比實際值偏小，并且隨著三角波占空比的減小，均值檢測誤差越來越大，當占空比α為0.2時，誤差達到了-56.98％，即均值校準得到的電流有效值是真實值的0.4302倍，這樣的檢測方法使得過流會被誤認為是正常電流，從而過載保護拒動作；

矩形波在占空比α小于0.81時，均值檢測誤差為負，表明均值校準得到的電流有效值比真實值小；占空比α大于0.81時，均值檢測誤差為正，表明均值校準得到的電流有效值比真實值大；從圖中還可以看出，矩形波的均值檢測誤差略小于三角波，當占空比α為0.2時也達到了-50.33％，當占空比α為1時，矩形波出現最大為11.07％的正的均值檢測誤差；

(4)電子脫扣器畸變電流檢測誤差校準

根據上述對電子脫扣器畸變電流檢測誤差分析，可依據系統負荷類型適當調整電子脫扣器的電流保護整定值，以消除脫扣檢測誤差引起的保護裝置誤動作；具體方法如下：首先根據電流波形判斷負荷屬于哪種類型，可用哪種波形來等效；然后確定保護裝置電子脫扣器的電流檢測方式，以選擇相應的檢測誤差曲線作為參考；最后根據對應的檢測誤差值大小，調整原始電流保護整定值。