CN103219696B - 一种过流保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于控制领域，提供了一种过流保护方法和装置，该方法包括：接收两个以上的连续的时间点对应的电流采样值，至少使其中一个电流采样值小于预设保护电流整定值，至少使其中一个电流采样值大于预设保护电流整定值；根据所述时间点对应的电流采样值，相应的获取N阶牛顿插值多项式，其中N大于等于1；将所述预设保护电流整定值代入到所述N阶牛顿插值多项式，计算出电流达到预设保护电流整定值时的时间点；根据所述电流经过预设保护电流整定值时的时间点控制电流通断。本发明实施例可以得到更为精确的电流经过预设保护电流整定值时的时间点，从而能够更为准确的控制电流的通断，使***保护动作时限准确，有效的保护电子元器件和设备。

Description

一种过流保护方法及装置

技术领域

本发明属于控制领域，尤其涉及一种过流保护方法及装置。

背景技术

为保证电子元器件或者设备稳定可靠的工作，在其工作过程中，需要对其工作电流进行限定。

在速断过流保护中，当测量值大于预设保护电流整定值时，保护电路以一定的时限发出跳闸指令，然而对于微机来说，由于在采样过程中存在一定的采样时间间隔ΔT，使得在一采样间隔内，不能得到准确的采集到电流值等于预设保护电流整定值的时间点，可能出现前一测量值小于保护的预设保护电流整定值，而后一测量值远大于预设保护电流整定值的情况，如图1所示的电流曲线，在t_k处电流值小于预设保护电流整定值，在t_k+1处电流值大于预设电流保护值，若以t_k或者t_k+1作为保护启动初始值，则保护动作时间有相应的提前或者延迟，无法达到速断的要求，严重时会危害电子元器件或者设备，给产品带来损失。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种过流保护方法及装置，旨在解决现有技术中因测量的电流值等于预设保护电流整定值的时间点，造成***保护动作时限延长，无法达到速断要求，危害电子元器件或设备的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种过流保护方法，所述方法包括下述步骤：

接收两个以上的连续的时间点对应的电流采样值，至少使其中一个电流采样值小于预设保护电流整定值，至少使其中一个电流采样值大于预设保护电流整定值；

根据所述时间点对应的电流采样值，相应的获取N阶牛顿插值多项式，其中N大于等于1；

将所述预设保护电流整定值代入到所述N阶牛顿插值多项式，计算出电流达到预设保护电流整定值时的时间点；

根据所述电流经过预设保护电流整定值时的时间点控制电流通断。

本发明实施例的另一目的在于提供一种过流保护装置，所述装置包括：

接收单元，用于接收两个以上的连续的时间点对应的电流采样值，至少使其中一个电流采样值小于预设保护电流整定值，至少使其中一个电流采样值大于预设保护电流整定值；

获取单元，用于根据所述时间点对应的电流采样值，相应的获取N阶牛顿插值多项式，其中N大于等于1；

计算单元，用于将所述预设保护电流整定值代入到所述N阶牛顿插值多项式，计算出电流达到预设保护电流整定值时的时间点；

控制单元，用于根据所述电流经过预设保护电流整定值时的时间点控制电流通断。

在本发明实施例中，通过接收两个以上的连续的时间点对应的电流采样值，并根据所述电流采样值得到N阶牛顿插值多项式，将预设保护电流整定值代入到所述N阶牛顿插值多项式，从而可以得到更为精确的电流经过预设保护电流整定值时的时间点，从而能够更为准确的控制电流的通断，使***保护动作时限准确，有效的保护电子元器件和设备。

附图说明

图1是本发明现有技术的电流曲线采集效果示意图；

图2是本发明第一实施例提供的过流保护的实现流程图；

图3是本发明第二实施例提供的过流保护的实现流程图；

图4是本发明第三实施例提供的过流保护的实现流程图；

图5本发明第四实施例提供过流保护的实现流程图；

图6是本发明第四实施例提供的采用牛顿插值法获取经过预设保护电流整定值的时间点的电流曲线效果示意图；

图7是本发明实施例提供的过流保护装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明实施例中，一种过流保护方法，包括接收两个以上的连续的时间点对应的电流采样值，至少使其中一个电流采样值小于预设保护电流整定值，至少使其中一个电流采样值大于预设保护电流整定值；

根据所述时间点对应的电流采样值，相应的获取N阶牛顿插值多项式，其中N大于等于1；

将所述预设保护电流整定值代入到所述N阶牛顿插值多项式，计算出电流达到预设保护电流整定值时的时间点；

根据所述电流经过预设保护电流整定值时的时间点控制电流通断。

一种过流保护装置，其特征在于，所述装置包括：

接收单元，用于接收两个以上的连续的时间点对应的电流采样值，至少使其中一个电流采样值小于预设保护电流整定值，至少使其中一个电流采样值大于预设保护电流整定值；

获取单元，用于根据所述时间点对应的电流采样值，相应的获取N阶牛顿插值多项式，其中N大于等于1；

计算单元，用于将所述预设保护电流整定值代入到所述N阶牛顿插值多项式，计算出电流达到预设保护电流整定值时的时间点；

控制单元，用于根据所述电流经过预设保护电流整定值时的时间点控制电流通断。

本发明实施例通过接收两个以上的连续的时间点对应的电流采样值，并根据所述电流采样值得到N阶牛顿插值多项式，将预设保护电流整定值代入到所述N阶牛顿插值多项式，从而可以得到更为精确的电流经过预设保护电流整定值时的时间点，从而能够更为准确的控制电流的通断，使***保护动作时限准确，有效的保护电子元器件和设备。

实施例一：

图2示出了本发明第一实施例提供的过流保护的实现流程，详述如下：

在步骤S201中，接收两个以上的连续的时间点对应的电流采样值，至少使其中一个电流采样值小于预设保护电流整定值，至少使其中一个电流采样值大于预设保护电流整定值。

在步骤S202中，根据所述时间点对应的电流采样值，相应的获取N阶牛顿插值多项式，其中N大于等于1。

具体的，电流采样值的个数决定了牛顿插值多项式的阶数，当电流采样值的个数为2时，所得到的牛顿插值多项式为1阶；当电流采样值的个数为3时，所得到的牛顿插值多项式为1阶或者为2阶；当电流采样值的个数为4时，所得到的牛顿插值多项式为1阶或者为2阶或者3阶；根据时间点对应的电流采样值，即可构造差商表。可以通过提高阶数以获取更高的计算精度，在精度要求不高的情况下，也可只进行一阶牛顿插值多项式计算和校正。

在步骤S203中，将所述预设保护电流整定值代入到所述N阶牛顿插值多项式，计算出电流达到预设保护电流整定值时的时间点。

根据所述N阶牛顿插值多项式，代入相应的电流采样点及采样时间值、预设保护电流整定值，以及由电流采样点及采样时间值构造的差商表，可以计算得到在预设保护电流整定值时对应的更为准确的时间点。

在步骤S204中，根据所述电流经过预设保护电流整定值时的时间点控制电流通断。

在得到更为准确的电流经过预设保护电流整定值时的时间点，即保护启动时间后，相应的可以使得保护动作时间不会延迟或者提前。使***保护动作时限准确，有效的保护电子元器件和设备。

实施例二：

图3为本发明第二实施例提供的过流保护的实现流程，详述如下：

在步骤S301中，接收两个以上的连续的时间点对应的电流采样值，至少使其中一个电流采样值小于预设保护电流整定值，至少使其中一个电流采样值大于预设保护电流整定值。

在步骤S302中，根据所述时间点对应的电流采样值，相应的获取N阶牛顿插值多项式，其中N大于等于1。

在步骤S303中，将所述预设保护电流整定值代入到所述N阶牛顿插值多项式，计算出电流达到预设保护电流整定值时的时间点。

在步骤S304中，根据所述电流经过预设保护电流整定值时的时间点，在经过预设的动作时限后发送跳闸指令。

本发明实施例通过预先设定动作时限，所述预先设定的动作时限可根据电子元器件或者设备的特点进行设定。由于无时限电流速断不能保护线路全长，它只能保护线路的一部分。所以，为了保证动作的选择性，其起动电流必须按最大运行方式来整定（即通过本线路的电流为最大电流），这就存在着保护的死区。为了弥补瞬时速断保护不能保护线路全长的缺点，常采用略带时限的速断保护，即延时速断保护。这种保护一般与瞬时速断保护配合使用，其特点与定时限过电流保护装置基本相同，所不同的是其动作时间比定时限过电流保护的整定时间短。为了使保护具有一定的选择性，其动作时间应比下一级线路的瞬时速断大一时限级差，一般取0.5秒。

实施例三：

图4为本发明第三实施例提供的过流保护的实现流程，详述如下：

在步骤S401中，接收两个以上的连续的时间点对应的电流采样值，至少使其中一个电流采样值小于预设保护电流整定值，至少使其中一个电流采样值大于预设保护电流整定值。

在步骤S402中，根据所述时间点对应的电流采样值，相应的获取N阶牛顿插值多项式，其中N大于等于1。

在步骤S403中，将所述预设保护电流整定值代入到所述N阶牛顿插值多项式，计算出电流达到预设保护电流整定值时的时间点。

在步骤S404中，根据公式计算电流保护的动作时间，所述t为电流保护的动作时间，所述k为反时限常数，所述I为采样电流值，所述I_p为预设保护电流整定值，所述C为反时限特性常数。

具体的，大多数被保护元件的过电流允许通过时间与其电流值的大小成反比关系，即电流越大，所允许通过的时间越短。为了充分发挥被保护元件的效益，又不导致因长时间过热造成损坏，定时限保护显然不能满足这种实际需要，因为定时限保护要么是过早地切除被保护元件，要么就是元件早已损坏方才动作。因此，必须安装具有反时限特性的过电流保护。本发明实施例所述的反时限过流保护算法，使得电流值大于预设保护电流整定值时，电流越大，保护动作时限越短，从而达到保护元件的目的。

反时限过电流保护特性曲线的数学模型为：

$t=\frac{k}{{(I/I_p)}^C-1}$

式中，C为反时限特性常数，当C=0.02为一般反时限；C=1为甚反时限；C=2为极度反时限。I_p为基准整定电流。t为反时限过电流保护动作时间。当I＜I_p时，t为负值，表明反时限保护不动作。只有当I＞I_p时，t为正，反时限过电流保护才可能动作。k为反时限常数。依据被保护设备的热熔限曲线特性，通过调整C和k的不同取值，便可得到不同的反时限曲线，从而满足不同设备对反时限特性的需求。

在步骤S405中，经过所述电流经过预设保护电流整定值时的时间点加上所述电流保护的动作时间，发送跳闸指令。

本发明实施例依据被保护设备的热熔限曲线特性，通过调整C和k的不同取值，便可得到不同的反时限曲线，从而满足不同设备对反时限特性的需求。

实施例四：

图5为本发明第四实施例提供的过流保护的实现流程，详述如下：

在步骤S501中，接收两个以上的连续的时间点对应的电流采样值，至少使其中一个电流采样值小于预设保护电流整定值，至少使其中一个电流采样值大于预设保护电流整定值。

在步骤S502中，根据所述时间点对应的电流采样值，相应的获取N阶牛顿插值多项式，其中N大于等于1。

在步骤S503中，将所述预设保护电流整定值代入到所述N阶牛顿插值多项式，计算出电流达到预设保护电流整定值时的时间点。

在步骤S504中，根据公式计算从保护启动到保护动作时的求和次数，其中所述N为从保护启动到保护动作时的求和次数，所述k为反时限常数，所述ΔT为两次电流采集求和的时间间隔，所述I为采样电流值，所述I_p为预设保护电流整定值，所述C为反时限特性常数。

在步骤S505中，计算所述从保护启动到保护动作时的求和次数N与两次电流采集求和的时间间隔ΔT的乘积，得到电流保护的动作时间。

具体的，在电力***中，故障电流的大小并不是恒定不变的。考虑到不同时刻实际的电流大小可能不同，所以电力***微机保护装置一般采用积分式：

$k={\∫}_0^t({(I/I_p)}^C-1)\mathrm{dt}$

形式进行反时限过流保护的判断。上式积分体现了过电流的热效应随时间的积累，当它大于k时，反时限过电流保护动作。由于充分考虑了故障过程中过电流的变化情况，因而能更准确地反映被保护元器件反时限过电流的保护特性。

因为计算机只能处理离散数据，因此，只有将积分式离散化以后，才能应用于电力***微机保护算法中。将上式离散化后整理得：

$\underset{n=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}({(I/I_p)}^C-1)=\frac{k}{\mathrm{\ΔT}}$

式中，ΔT为两次反时限求和的时间间隔。由于ΔT很小，在这段时间内假设故障电流基本不发生变化。N为从保护启动到保护动作时的求和次数。在反时限过电流保护中，当选定某一条反时限曲线后，k、C和ΔT均为常数。当I>I_p时，启动反时限过电流保护，并对积分式左端逐次累加求和。当积分和达到临界值G（G=k/ΔT）时，反时限过电流保护动作出口。保护动作时间为t=NΔT。

对于累加量中(I/I_p)^C的计算，当c为1或2等整数时可直接计算获得，但当c为0.02时，由于目前单片机没有指数运算指令，直接计算比较困难，采用查表法进行计算。

对累加量中的(I/I_p)^0.02，事先计算好，以表格形式存放在EPROM中，令I_*=I/I_p为故障电流倍数，令I_*在1.1到20之间变化(这里假设故障电流的上限为20倍动作电流，实际上，当故障电流大于速断定值时可立即跳闸而无需查表)，变化步长为ΔI_*，即每隔ΔI_*计算一次t_*，并将算得的t_*值按表格形式存入EPROM中。

根据反时限特性曲线变化速率的不同，将曲线分为3个区段:在1.1≤I_*≤2的区间内，由于特性曲线变化非常快，为保证精度，步长宜取得较小，故取ΔI_*=0.001;在2≤I_*≤6的区间内，特性曲线变化相对平缓，取ΔI_*=0.01;在6≤I_*≤20区间内，特性曲线变化较前段更加平缓，故取步长ΔI_*=0.05。这样一条曲线共需要存储1581个数据，如果每个数据以双字节浮点数存储，则仅需要占大约3k字节的存储单元。

在查表过程中，当I_*正好与表格中某一电流倍数I_*k相等时，则可直接从表中查出。但当I_*与表中任一电流倍数不相等时，获取t_*可以采用线性插值法。

线性插值法就是指当I_*处于区间(I_*k,I_*(k+1)内时，近似认为在该步长区间的曲线段为一直线段，以对应同一个I_*值的直线上的点A来代替曲线上的点B来获得t_*值，如图6所示，因此t_*可由下式求得:

$t_{*}=t_{*k}+\frac{t_{*(k+1)}-t_{*k}}{I_{*(k+1)}-I_{*k}}(I_{*}-I_{*k})$

上式中t_*k和t_*(k+1)分别对应着故障电流倍数为I_*k和I_*(l+1)时的值，通过此方法即可快速求得I_*在1.1≤I_*≤20内任意大小时的值，从而快速获得延时累加量。

在步骤S506中，经过所述电流经过预设保护电流整定值时的时间点加上所述电流保护的动作时间，发送跳闸指令。

实施例五：

图7为本发明第五实施例提供的过流保护装置的结构示意图，详述如下：

本发明实施例所述过流保护装置，包括接收单元701，用于接收两个以上的连续的时间点对应的电流采样值，至少使其中一个电流采样值小于预设保护电流整定值，至少使其中一个电流采样值大于预设保护电流整定值；

获取单元702，用于根据所述时间点对应的电流采样值，相应的获取N阶牛顿插值多项式，其中N大于等于1；

计算单元703，用于将所述预设保护电流整定值代入到所述N阶牛顿插值多项式，计算出电流达到预设保护电流整定值时的时间点；

控制单元704，用于根据所述电流经过预设保护电流整定值时的时间点控制电流通断。

本发明实施例所述装置与实施例一所述方法相对应，在此不作重复赘述。

在本发明实施例中，通过接收两个以上的连续的时间点对应的电流采样值，并根据所述电流采样值得到N阶牛顿插值多项式，将预设保护电流整定值代入到所述N阶牛顿插值多项式，从而可以得到更为精确的电流经过预设保护电流整定值时的时间点，从而能够更为准确的控制电流的通断，使***保护动作时限准确，有效的保护电子元器件和设备。通过反时限过流保护方法，使得电流值大于整定值时，电流越大，保护动作时限越短，从而达到保护元件的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种过流保护方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

接收两个以上的连续的时间点对应的电流采样值，至少使其中一个电流采样值小于预设保护电流整定值，至少使其中一个电流采样值大于预设保护电流整定值；

根据所述时间点对应的电流采样值，相应的获取N阶牛顿插值多项式，其中N大于等于1；

将所述预设保护电流整定值代入到所述N阶牛顿插值多项式，计算出电流达到预设保护电流整定值时的时间点；

根据所述电流经过预设保护电流整定值时的时间点控制电流通断；

所述步骤根据所述电流经过预设保护电流整定值时的时间点控制电流通断具体包括：

根据公式计算电流保护的动作时间，所述t为电流保护的动作时间，所述k为反时限常数，所述I为采样电流值，所述I_p为预设保护电流整定值，所述C为反时限特性常数；

经过所述电流经过预设保护电流整定值时的时间点加上所述电流保护的动作时间，发送跳闸指令。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述N阶牛顿插值多项式为2阶牛顿插值多项式，所对应的电流采样值为3个。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述N阶牛顿插值多项式为1阶牛顿插值多项式，所对应的电流采样值为2个。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤根据所述电流经过预设保护电流整定值时的时间点控制电流通断具体为：

根据所述电流经过预设保护电流整定值时的时间点，在经过预设的动作时限后发送跳闸指令。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤根据所述电流经过预设保护电流整定值时的时间点控制电流通断具体包括：

根据公式计算从保护启动到保护动作时的求和次数，其中所述N为从保护启动到保护动作时的求和次数，所述k为反时限常数，所述ΔT为两次电流采集求和的时间间隔，所述I为采样电流值，所述I_p为预设保护电流整定值，所述C为反时限特性常数；

计算所述从保护启动到保护动作时的求和次数N与两次电流采集求和的时间间隔ΔT的乘积，得到电流保护的动作时间；

经过所述电流经过预设保护电流整定值时的时间点加上所述电流保护的动作时间，发送跳闸指令。

6.根据权利要求1或5所述方法，其特征在于，所述反时限特性常数为0.02、1或者2，当所述反时限特性常数为0.02时，通过查询在存储器中预先存储的幂函数x^0.02的数库得到(I/I_p)^c的值。

7.一种过流保护装置，其特征在于，所述装置包括：

接收单元，用于接收两个以上的连续的时间点对应的电流采样值，至少使其中一个电流采样值小于预设保护电流整定值，至少使其中一个电流采样值大于预设保护电流整定值；

获取单元，用于根据所述时间点对应的电流采样值，相应的获取N阶牛顿插值多项式，其中N大于等于1；

计算单元，用于将所述预设保护电流整定值代入到所述N阶牛顿插值多项式，计算出电流达到预设保护电流整定值时的时间点；

控制单元，用于根据所述电流经过预设保护电流整定值时的时间点控制电流通断；

所述控制单元，具体用于根据公式计算电流保护的动作时间，所述t为电流保护的动作时间，所述k为反时限常数，所述I为采样电流值，所述I_p为预设保护电流整定值，所述C为反时限特性常数，经过所述电流经过预设保护电流整定值时的时间点加上所述电流保护的动作时间，发送跳闸指令。