[发明专利]电子脱扣器的畸变电流检测误差校准方法

摘要

本发明涉及一种电子脱扣器畸变电流检测误差校准方法。利用畸变电流的峰值系数KP和波形系数KW，分析了三角波和矩形波这两种典型的畸变电流波形对峰值电流检测和均值电流检测方法下电子脱扣器检测误差的影响。通过峰值检测误差曲线和均值检测误差曲线可以看出不同畸变电流波形下峰值检测和均值检测的误差。根据非线性负荷的电流波形特征及检测误差曲线，适当地调整动作电流整定值，能够在一定程度上避免畸变电流导致的电子脱扣器频繁误动作现象。

主权项

一种电子脱扣器的畸变电流检测误差校准方法，其特征在于：在线路电流发生畸变的情况下，利用电流波形的峰值系数和波形系数可以准确计算出电子脱扣器的电流检测误差，根据非线性负荷的电流波形特征及检测误差曲线，适当地调整电子脱扣器电流保护整定值，能够在一定程度上避免畸变电流导致的电子脱扣器误动作现象；该方法包括如下步骤：(1)分析典型非线性负荷的波形特征a.单相非线性负荷单相非线性负荷广泛分布于商业和民用供电系统中，其中典型的有电子荧光灯、开关电源以及单相整流器，电子荧光灯由于使用了电子镇流器，其输入电流波形发生严重畸变，波形为明显的三角尖脉冲；个人计算机、打印机、电视机以及其他单相电子设备普遍采用开关电源，其交流侧电流3次谐波含量很高，波形呈现很短的尖脉冲；单相整流器为获得较平稳的输出电流，通常带有大电感，其输入电流波形为矩形方波；b.三相非线性负荷三相非线性负荷广泛应用于工业和大型商业场所，典型的有大功率UPS、变频调速电机以及三相整流器，大功率UPS的输入侧电流会发生畸变，波形呈现“双拱”形；变频调速电机在出力较大时的输入侧电流将产生严重的畸变，波形呈现出“双三角”形；三相整流器直流侧有大电感时，输出波形较平稳，交流侧电流波形呈近似的矩形方波；通过分析典型非线性负荷的电流波形，按其特征可归纳为两大类：一类是尖顶波，一类是平顶波；由于多数畸变波形的精确表达式难以求得，因此可采用分段线性化的方法来简化分析，尖顶波与纯正弦波相比已产生严重畸变，用分段线性化的方法对其进行近似拟合，可等效为三角波；平顶波与纯正弦波相比也有明显畸变，同样用分段线性化的方法将其近似等效为矩形方波；(2)电子脱扣器畸变电流检测误差计算等效后的典型畸变电流波形，其正、负半波镜对称；正半周波峰值为Ip，周期为T，半周导通时间为ton，三角波峰值出现时刻与起始导通时刻差值为t0，有效值为IRMS，正半周波均值为Iav；波形占空比：α=tonT/2,0<α≤1---(1)]]>峰值系数：KP=IpIRMS=Ip2T∫0T/2i2(t)dt---(2)]]>波形系数：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数及波形系数两个特征量，它们只与波形占空比α有关；三角波、矩形波与纯正弦波的峰值系数和波形系数对比如表1所示；表1三种波形的参数对比基于电流峰值检测的电子脱扣器通过检测到的电流峰值乘以系数K，其中K为纯正弦波峰值系数的倒数，来得到电流有效值；基于电流均值检测的电子脱扣器通过检测到的电流均值乘以系数K’，其中K’为纯正弦波的波形系数，得到电流有效值；对于标准正弦波，两种检测方法均能正确反映实际电流有效值，但当波形发生畸变时，两种检测方法所得到的电流有效值有很大误差，可能引起电子脱扣器误动作；峰值系数KP和波形系数KW两个特征量，分别反映了电流波形峰值和均值与有效值之间的关系，可用以定量分析畸变电流下基于峰值检测和均值检测两种电流检测方式的检测误差；为了直观、定量地分析畸变电流下电子脱扣器的脱扣电流检测误差，定义峰值因子：PF=1Kp---(4)]]>均值因子：WF＝KW     (5)则有：IRMS＝PFIp＝WFIav  (6)由式(6)可以看出，电流有效值为峰值与峰值因子的乘积或均值与均值因子的乘积；电流峰值检测方法的检测误差可表示为：eP=IRMS0-IRMSIRMS×100%=PF0Ip-PFIpPFIp×100%=PF0-PFPF×100%---(7)]]>电流均值检测方法的检测误差可表示为：eW=IRMS0-IRMSIRMS0×100%=WF0Iav-WFIavWFIav×100%=WF0-WFWF×100%---(8)]]>式(7)和(8)中的IRMS0、PF0、WF0分别为纯正弦波对应的电流方均根值、峰值因子、均值因子；由式(7)和(8)可以求得电流峰值检测法的误差和均值检测法的误差，它们只与波形占空比α有关；(3)电子脱扣器畸变电流检测误差曲线基于三角波和矩形波的畸变电流在不同占空比α下的峰值检测误差曲线；三角波的峰值检测误差始终为正值，说明对三角波采用峰值检测并按标准正弦波进行校准求得的电流有效值比实际值偏大，并且随着三角波占空比的减小，峰值检测误差会越来越大；当占空比α为0.2时，误差已经达到了173.9％，即峰值校准得到的电流有效值是真实值的2.739倍，这会被误认为是一个过流信号甚至是一个小短路信号，从而引起过载保护或低阈值短路保护误动作；矩形波在占空比α小于0.5时，峰值检测误差为正，得到的电流有效值比真实值大；当占空比α大于0.5时，峰值检测误差为负，表明得到的电流有效值比真实值小；矩形波的峰值检测误差明显小于三角波，当占空比α为0.2时为58.11％；基于三角波和矩形波的畸变电流在不同占空比α下的均值检测误差曲线；三角波的均值检测误差始终为负值，表明对三角波采用均值检测并按标准正弦波进行校准求得的电流有效值比实际值偏小，并且随着三角波占空比的减小，均值检测误差越来越大，当占空比α为0.2时，误差达到了‑56.98％，即均值校准得到的电流有效值是真实值的0.4302倍，这样的检测方法使得过流会被误认为是正常电流，从而过载保护拒动作；矩形波在占空比α小于0.81时，均值检测误差为负，表明均值校准得到的电流有效值比真实值小；占空比α大于0.81时，均值检测误差为正，表明均值校准得到的电流有效值比真实值大；从图中还可以看出，矩形波的均值检测误差略小于三角波，当占空比α为0.2时也达到了‑50.33％，当占空比α为1时，矩形波出现最大为11.07％的正的均值检测误差；(4)电子脱扣器畸变电流检测误差校准根据上述对电子脱扣器畸变电流检测误差分析，可依据系统负荷类型适当调整电子脱扣器的电流保护整定值，以消除脱扣检测误差引起的保护装置误动作；具体方法如下：首先根据电流波形判断负荷属于哪种类型，可用哪种波形来等效；然后确定保护装置电子脱扣器的电流检测方式，以选择相应的检测误差曲线作为参考；最后根据对应的检测误差值大小，调整原始电流保护整定值。