[發明專利]一種具有防雷隔離與電弧檢測功能的有源濾波器及方法

有效

• 申請號: 201710407647.X
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107069734B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 袁敞;袁洋波;李曠
• 申請（專利權）人: 北京英瑞來科技有限公司
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01;H02J3/26;H02H3/44;H02H9/04;G01R31/12;G01R19/10
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所(普通合伙) 21224
• 代理人: 張群

1.一種具有防雷隔離與電弧檢測功能的有源濾波器的控制方法，所述的有源濾波器是一種兼具地電位反擊隔離、故障電弧檢測、諧波電流抑制和三相不平衡電流補償功能的安全用電裝置，包括電壓傳感器、電流傳感器、采樣電路、信號處理電路、主控MCU單元、故障電弧預警模塊、開關量隔離輸出電路、IGBT驅動電路、諧波電流抑制與補償主電路和地電位反擊隔離模塊；

所述地電位反擊隔離模塊由一個雷電流頻率阻抗器構成，串聯安裝在防雷地與保護地之間形成雷電隔離保護，在正常情況下呈現低阻抗，保證設備的正常安全接地；當雷電流從防雷地端反擊時，在雷電流頻率下，所述雷電流頻率阻抗器呈現出高阻抗，隔離雷電的反擊，迫使雷電流只能向地網進行泄放，使得保護地端免遭雷電反擊危害，當雷電流泄放完成后，所述雷電流頻率阻抗器又恢復到低阻抗狀態；

其特征在于，所述的控制方法為：主控MCU單元通過信號處理電路和采樣電路連接電壓傳感器和電流傳感器，主控MCU單元將同一電壓和電流采樣信號分別經過故障電弧分析和指令電流計算后，分別進行故障電弧報警輸出和IGBT觸發指令輸出；使裝置能夠在故障電弧特征電流被濾掉前被采樣出來，保證故障電弧的準確檢測；

包括以下步驟：

步驟一、系統初始化，裝置上電；

步驟二、采集系統三相電壓和三相電流，并將信號送至信號調制處理電路；

步驟三、信號調制處理電路分別對電壓和電流信號進行調制處理，并將調制過后的信號送至主控MCU單元；

步驟四、主控MCU單元由采樣電流、電壓參數計算出需要補償的指令電流值；同時，對電流信號處理，提取電弧電流特征值；

步驟五、主控MCU單元根據計算的補償的指令電流，通過指令電流跟蹤模塊，生成觸發脈沖，控制IGBT，實時補償負載諧波和不平衡電流；

同時，主控MCU單元經過邏輯計算，對提取的電弧電流特征值進行分析判斷，如符合故障電弧信號，則向故障電弧預警模塊發出指令，并通過輸出信號切斷電源斷路器，切斷故障電弧；如不符合則不發出指令，并返回步驟二；

所述的控制方法還包括故障電弧檢測方法：用四種條件共同判斷，并且其中一種判定條件利用電流差異參數的判定結果作為前提，采用諧波含有率變化率對故障電弧進行判斷，能夠在復雜情況下有效檢測出故障電弧，包括如下步驟：

步驟1：持續對電流進行采樣，根據實際硬件情況，每周期采64或128個點；

步驟2：電流的采樣值為128點每周期或64點每周期；將電流采樣值記為I₀、I₁、……、I_M-1，M為64或128，M為每周期采樣點數，正常周期電流記為I_n0、I_n1、……、I_n(M-1)，采樣值和正常值均為標幺值；計算當前的采樣周期電流與正常周期電流的差異參數：

將I_per與閾值S₁比較，若I_per≤S₁，則將采樣電流值賦給正常周期電流值，更新正常周期電流值；若I_per＞S₁，則進行進一步的分析計算來判斷是否由故障電弧發生；

步驟3：計算電流的平均值：

用電流的平均值來判斷電流的正負半周是否對稱；若I_ave大于給定閾值S2，則認為波形對稱性不滿足要求，為波形對稱指示參數m1賦值1，否則為m1賦值0；

步驟4：計算采樣電流相鄰兩個采樣值的差值：

ΔI_k＝I_k+1-I_k(k＝0,1,2……M-2) (3)

用該差值的最大值K_v＝max[△I₀，△I₁，……，△I_M-2]來表示電流的最大變化率；若K_v大于閾值S3，則認為電流變化率過大，為電流變化率參數m2賦值1，否則m2賦值為零；

步驟5：計算電流的波型參數：

其中，α根據實際電流進行設置，用電流的波型參數可以表示出電流是否含有平肩部；若K_p大于閾值S4，則認為電流含有平肩部，為平肩部指示參數m3賦值1，否則m3賦值為零；

步驟6：用FFT檢測采樣電流諧波，計算采樣電流奇次諧波含有率變化率，計算第3、5、7、9次諧波含有率變化率△P_n，若△P_n大于閾值△P_th，則認為采樣電流諧波含量不正常，為諧波指示參數m4賦值為1，否則賦值為0；

步驟601.計算出采樣周期奇次諧波含有率變化率△P_n和設定閾值△P_th比較；諧波含有率定義為其中I₁為基波電流，I_h為第h次諧波電流的均方根值，x_h1、x_h2……x_hM為第h次諧波電流采樣值，M為每周期采樣點數，取3、5、7、9次諧波，計算奇次諧波含有率為

步驟602.以步驟2判斷出的第1個正常工頻采樣周期電流奇次諧波含有率P為基礎值，計算相鄰兩個工頻采樣周期電流奇次諧波含有率變化率△P_n，△P₁＝P₁-P，△P_n＝P_n-P_n-1，n1， 兩次采樣周期之間電流奇次諧波含有率之差為采樣周期奇次諧波含有率變化率△P_n；

步驟7：計算上述步驟3～步驟6中四個指示參數的和，即m＝m1+m2+m3+m4；若m＝2,故障電弧周波數指示參數sum＝sum+1，若sum＝6，則觸發報警信號；若sum6，則返回步驟2繼續判別；若m2,則認為沒有故障電弧發生，為sum賦值0，并將正常周期電流更新為此時的采樣電流。