[发明专利]一种具有故障电弧检测功能的无源滤波装置及方法

权利要求书

1.一种具有故障电弧检测功能的无源滤波装置的控制方法，所述的无源滤波装置包括电压传感器、电流传感器、采样电路、信号处理电路、主控MCU单元、故障电弧预警模块、开关量隔离输出电路、晶闸管驱动电路、晶闸管开关、电容和电感；

其特征在于，所述的控制方法为：主控MCU单元通过信号处理电路和采样电路连接电压传感器和电流传感器，主控MCU单元将同一电压和电流采样信号分别经过故障电弧分析和谐波电流分析后，分别进行故障电弧报警输出和TSF投切输出；使装置能够在故障电弧特征电流被滤波前被采样出来，保证故障电弧的准确检测；

包括以下步骤：

步骤一、系统初始化，装置上电；

步骤二、采集系统三相电压和三相电流，并将信号送至信号调制处理电路；

步骤三、信号调制处理电路分别对电压和电流信号进行调制处理，并将调制过后的信号送至主控MCU单元；

步骤四、主控MCU单元计算出系统谐波电流；同时，对电流信号处理，提取电弧电流特征值；

步骤五、主控MCU单元根据计算结果进行判断，当谐波含量超过标准时，发出抑制谐波指令给驱动电路；根据驱动电路反馈的滤波装置投切状态，如未投入滤波装置，则向驱动电路发出投切指令，并返回步骤二，如已投入滤波装置，则向驱动电路发出闭锁指令，并返回步骤二；

谐波含量符合标准时，根据驱动电路反馈的滤波装置投切状态，如未投入滤波装置，则返回步骤二，如已投入滤波装置，则向驱动电路发出切除指令，并返回步骤二；

同时，主控MCU单元经过逻辑计算，对提取的电弧电流特征值进行分析判断，如符合故障电弧信号，则向故障电弧预警模块发出指令，并通过输出信号切断电源断路器，切断故障电弧；如不符合则不发出指令，并返回步骤二；

步骤六、驱动电路由步骤五接收到主控MCU单元投切指令，向晶闸管发出投切指令，同时向主控MCU单元反馈滤波装置投入状态；

所述的控制方法还包括故障电弧检测方法：采用四种条件共同判断，并且其中一种判定条件利用电流差异参数的判定结果作为前提，采用谐波含有率变化率对故障电弧进行判断，能够在复杂情况下有效检测出故障电弧，包括如下步骤：

步骤1：持续对电流进行采样，根据实际硬件情况，每周期采64或128个点；

步骤2：电流的采样值为128点每周期或64点每周期；将电流采样值记为I₀、I₁、……、I_M-1，M为64或128，M为每周期采样点数，正常周期电流记为I_n0、I_n1、……、I_n(M-1)，采样值和正常值均为标幺值；计算当前的采样周期电流与正常周期电流的差异参数：

将I_per与阈值S₁比较，若I_per≤S₁，则将采样电流值赋给正常周期电流值，更新正常周期电流值；若I_per＞S₁，则进行进一步的分析计算来判断是否由故障电弧发生；

步骤3：计算电流的平均值：

用电流的平均值来判断电流的正负半周是否对称；若I_ave大于给定阈值S2，则认为波形对称性不满足要求，为波形对称指示参数m1赋值1，否则为m1赋值0；

步骤4：计算采样电流相邻两个采样值的差值：

ΔI_k＝I_k+1-I_k(k＝0,1,2……M-2) (3)

用该差值的最大值K_v＝max[ΔI₀，ΔI₁，……，ΔI_M-2]来表示电流的最大变化率；若K_v大于阈值S3，则认为电流变化率过大，为电流变化率参数m2赋值1，否则m2赋值为零；

步骤5：计算电流的波型参数：

其中，α根据实际电流进行设置，用电流的波型参数可以表示出电流是否含有平肩部；若K_p大于阈值S4，则认为电流含有平肩部，为平肩部指示参数m3赋值1，否则m3赋值为零；

步骤6：用FFT检测采样电流谐波，计算采样电流奇次谐波含有率变化率，计算第3、5、7、9次谐波含有率变化率ΔP_n，若ΔP_n大于阈值ΔP_th，则认为采样电流谐波含量不正常，为谐波指示参数m4赋值为1，否则赋值为0；

步骤601.计算出采样周期奇次谐波含有率变化率ΔP_n和设定阈值ΔP_th比较；谐波含有率定义为其中I₁为基波电流，I_h为第h次谐波电流的均方根值，x_h1、x_h2……x_hM为第h次谐波电流采样值，M为每周期采样点数，取3、5、7、9次谐波，计算奇次谐波含有率为

步骤602.以步骤2判断出的第1个正常工频采样周期电流奇次谐波含有率P为基础值，计算相邻两个工频采样周期电流奇次谐波含有率变化率ΔP_n，ΔP₁＝P₁-P，ΔP_n＝P_n-P_n-1，n1， 两次采样周期之间电流奇次谐波含有率之差为采样周期奇次谐波含有率变化率ΔP_n；

步骤7：计算上述步骤3～步骤6中四个指示参数的和，即m＝m1+m2+m3+m4；若m＝2,故障电弧周波数指示参数sum＝sum+1，若sum＝6，则触发报警信号；若sum6，则返回步骤2继续判别；若m2,则认为没有故障电弧发生，为sum赋值0，并将正常周期电流更新为此时的采样电流。