CN109217268B - 基于采样值的智能断路器保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种基于采样值的智能断路器保护方法及装置，其中的方法包括：连续多个时刻，在城市配电网线路中，接收在智能断路器检测端采样所得的电压瞬时值和电流瞬时值；根据等效电路模型和多个时刻的电压瞬时值和电流瞬时值，求解从检测点到假定故障点所形成的区间内等效电阻和等效电感的大小；电路模型为基于城市配电网所构建的包括电阻、电感和电容的π型等效电路；将求解获得的至少两个等效电感进行比较，判断大小是否相同，若是，则故障发生在监测点和假定故障点所形成的区间外；若否，则故障发生在监测点和假定故障点所形成的区间内；依据故障发生的区域，对智能断路器发出短路保护动作与否的指令。本发明能够实现对故障点的快速准确的判断。

Description

基于采样值的智能断路器保护方法及装置

技术领域

本发明涉及电力领域，尤其涉及城市配网线路中，一种基于采样值的智能断路器保护方法及装置。

背景技术

智能电网的建设目标是使每一个用户和节点都得到实时监控，并保证从发电厂到用户端电器之间的每一点上的电流和信息的双向流动。智能断路器因其只有为配电网络和工业设备提供免受短路、过载、欠压等故障危害的保护功能，能实现远程通信与控制，将会成为智能电网低压***建设中的重要组成部分。

作为***安稳运行的保障，智能断路器必须能对***出现的故障做出准确的判断和可靠的动作。由于在故障过程中，电流是一个衰减的正弦波，为实现对保护的准确控制，必须有一种既能满足对故障区间的判断，又能适于嵌入式单片机***的运行环境，简单可靠的算法。传统FFT(fast Fourier transform)快速傅立叶变换算法虽然具有较广泛的应用，但其计算时间较长、计算量大且需进行信号的同步釆样，因此检测效果并不理想。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于采样值的智能断路器保护方法及装置，至少部分的解决现有技术中存在的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于采样值的智能断路器保护方法，包括：

连续多个时刻，在城市配电网线路中，接收在智能断路器检测端采样所得的电压瞬时值和电流瞬时值；

根据等效电路模型和所述多个时刻的所述电压瞬时值和所述电流瞬时值，求解从检测点到假定故障点所形成的区间内等效电阻和等效电感的大小；所述电路模型为基于城市配电网所构建的包括电阻、电感和电容的π型等效电路；

将求解获得的至少两个等效电感进行比较，判断大小是否相同，若是，则故障发生在监测点和假定故障点所形成的区间外；若否，则故障发生在监测点和假定故障点所形成的区间内；

依据故障发生的区域，对智能断路器，确定是否做出短路保护动作；

所述求解从检测点到假定故障点所形成的区间内等效电阻和等效电感的大小为：

根据如下公式，求解等效电阻和等效电感的大小：

其中，

i_k-1、i_k、i_k+1，i_k+2、i_k+3、i_k+4分别为k-1、k、k+1、k+2、k+3和k+4时刻的瞬时电流值；

u_k-1、u_k、u_k+1，u_k+2、u_k+3、u_k+4分别为k-1、k、k+1、k+2、k+3和k+4时刻的瞬时电压值；

Ts是采样周期；

R₁是从检测点到故障点所形成的区间内的等效电阻；

L₁是从检测点到故障点所形成的区间内的等效电感；

C是从检测点到故障点所形成的区间内的等效电容；

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述公式是基于如下微分方程的离散表达式：

根据本发明实施例的一种具体实现方式，在所述采样值接收模块后还连接有：

滤波模块，用于对所述电压瞬时值和所述电流瞬时值，采用数字滤波，消除直流分量。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，基于如下公式进行数字滤波：

y(n)＝x(n)-x(n-k)(k≥1)

通过对k参数的选取，实现对N/k的整次谐波的滤除，N为每周期的采样次数；其中，

x(n)为时刻n电压瞬时值或电流瞬时值；

x(n-k)为时刻n-k电压瞬时值或电流瞬时值；

y(n)为时刻n电压瞬时值或电流瞬时值经数字滤波后的输出值。

第二方面，本发明实施例还提供了一种基于采样值的智能断路器保护装置，包括：

采样值接收模块，用于连续多个时刻，在城市配电网线路中，接收在智能断路器检测端采样所得的电压瞬时值和电流瞬时值；

计算模块，用于根据等效电路模型和所述多个时刻的所述电压瞬时值和所述电流瞬时值，求解从检测点到假定故障点所形成的区间内等效电阻和等效电感的大小；所述电路模型为基于城市配电网所构建的包括电阻、电感和电容的π型等效电路；

故障区判断模块，用于将求解获得的至少两个等效电感进行比较，判断大小是否相同，若是，则故障发生在监测点和假定故障点所形成的区间外；若否，则故障发生在监测点和假定故障点所形成的区间内；

指令发送模块，用于依据故障发生的区域，对智能断路器，确定是否做出短路保护动作；

所述计算模块进一步用于：根据如下公式，求解等效电阻和等效电感的大小：

其中，

i_k-1、i_k、i_k+1，i_k+2、i_k+3、i_k+4分别为k-1、k、k+1、k+2、k+3和k+4时刻的瞬时电流值；

u_k-1、u_k、u_k+1，u_k+2、u_k+3、u_k+4分别为k-1、k、k+1、k+2、k+3和k+4时刻的瞬时电压值；

Ts是采样周期；

R₁是从检测点到故障点所形成的区间内的等效电阻；

L₁是从检测点到故障点所形成的区间内的等效电感；

C是从检测点到故障点所形成的区间内的等效电容；

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述公式是基于如下微分方程的离散表达式：

根据本发明实施例的一种具体实现方式，接收在智能断路器检测端采样所得的电压瞬时值和电流瞬时值后，还包括：

对所述电压瞬时值和所述电流瞬时值，采用数字滤波，消除直流分量。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，基于如下公式进行数字滤波：

y(n)＝x(n)-x(n-k)(k≥1)

通过对k参数的选取，实现对N/k的整次谐波的滤除，N为每周期的采样次数；

其中，x(n)为时刻n电压瞬时值或电流瞬时值；

x(n-k)为时刻n-k电压瞬时值或电流瞬时值；

y(n)为时刻n电压瞬时值或电流瞬时值经数字滤波后的输出值。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括：

至少一个处理器；以及，

与该至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

该存储器存储有可被该至少一个处理器执行的指令，该指令被该至少一个处理器执行，以使该至少一个处理器能够执行前述任第一方面或第一方面的任一实现方式中的基于采样值的智能断路器保护方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行前述第一方面或第一方面的任一实现方式中的基于采样值的智能断路器保护方法。

第五方面，本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算程序，该计算机程序包括程序指令，当该程序指令被计算机执行时，使该计算机执行前述第一方面或第一方面的任一实现方式中的基于采样值的智能断路器保护方法。

本发明实施例提供的基于采样值的智能断路器保护方法、装置及电子设备非暂态计算机可读存储介质及计算机程序，具有如下优点：

第一、本发明提出的基于采样值的保护方法，直接通过对采样值的计算快速确定故障支路及故障点的位置，不需要考虑频率变化对采样周期的影响，也无需整周期的采样数据经长时间的复杂计算，仅需要很少个数的采样数值，比如，6个点，通过几十次的加减和乘除运算即可实现对故障的诊断。

第二、相较于传统的FFT快速傅立叶变换方法，具有无需考虑频率波动对采样周期的影响、数据窗长度短、计算量小和计算耗时少等优点，实现对故障点的快速、准确判断。

第三、该方法对经济性和可靠性要求较高且承担多任务的单CPU检测与控制***的应用非常适用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明基于采样值的智能断路器保护方法中，基于城市配电网所构建的包括电阻、电感和电容的π型等效电路的示意图；

图2为本发明实施例提供的基于采样值的智能断路器保护方法的步骤流程图；

图3为本发明另一实施例提供的基于采样值的智能断路器保护方法的步骤流程图；

图4为本发明另一实施例提供的基于采样值的智能断路器保护方法配网结构示意图；

图5为在金属性短路情况下的故障相电流的暂态变化过程示意图；

图6为故障电阻为100Ω情况下的故障相电流的暂态变化过程示意图。

图7A为本发明提供的实施例基于采样值的智能断路器保护装置结构框图；

图7B为本发明提供的另一实施例基于采样值的智能断路器保护装置结构框图；

图8为本发明实施例提供的一种电子设备结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

首先对本发明的工作原理进行说明。

由于城市配网线路一般是由电缆组成，考虑到电缆的分布电容，可以将线路看作一个由电阻、电感和电容构成的π型等效电路，参照图1。

图1中，R₁、C和L₁分别表示从检测点到故障点的等效电阻、电容和电感。

E表示电源；

Rs表示内阻；

u表示断路器检测端测试的电压瞬时值；

i表示断路器检测端测试的电流瞬时值；

i_l表示等效电阻和感性电流的瞬时值；

i_C表示等效容性电流瞬时值；

u_f表示短路时短路点电压瞬时值；

R₁₁表示故障点到负载的等效电阻值；

L₁₁表示故障点到负载的电感值；

C₁表示故障点到负载的电容值；

R_L表示负载电阻值。

设在断路器检测端测试的电压瞬时值为，电流瞬时值为i，短路时短路点过渡电阻R相对较小。可列出微分方程如下：

即：

基于釆样值算法的基本原理，本发明通过连续几次的电流、电压的采样数值，利用微分的近似计算公式，公式(1)的离散表达式可写成矩阵式：

其中，

i_k-1、i_k、i_k+1，i_k+2、i_k+3、i_k+4分别为k-1、k、k+1、k+2、k+3和k+4时刻的瞬时电流值；

u_k-1、u_k、u_k+1，u_k+2、u_k+3、u_k+4分别为k-1、k、k+1、k+2、k+3和k+4时刻的瞬时电压值；

Ts是采样周期；

R₁是从检测点到故障点所形成的区间内的等效电阻；

L₁是从检测点到故障点所形成的区间内的等效电感；

C是从检测点到故障点所形成的区间内的等效电容。

用矩阵解法可以从公式(2)解出R₁和L₁的值。由于故障过程中，线路的等效电感是基本不变的，则通过对L₁的计算即可判断故障发生的位置是在区内还是区外，进而决定断路器短路保护动作与否。

进一步的，考虑到故障暂态过程中可能存在着直流分量，在利用公式(2)进行计算时，各采样值可采用简单数字滤波的处理方法，消除直流分量对计算结果的影响。

参照图2，图2为本发明实施例提供的基于采样值的智能断路器保护方法的步骤流程图，包括如下步骤：

步骤S210，连续多个时刻，在城市配电网线路中，接收在智能断路器检测端采样所得的电压瞬时值和电流瞬时值；

步骤S220，根据等效电路模型和多个时刻的电压瞬时值和电流瞬时值，求解从检测点到假定故障点所形成的区间内等效电阻和等效电感的大小；电路模型为基于城市配电网所构建的包括电阻、电感和电容的π型等效电路；

步骤S230，将求解获得的至少两个等效电感进行比较，判断大小是否相同，若是，则故障发生在监测点和假定故障点所形成的区间外；若否，则故障发生在监测点和假定故障点所形成的区间内；

步骤S240，依据故障发生的区域，对智能断路器，确定是否做出短路保护动作。

在一个实施例中，根据上述公式(2)，求解等效电阻和等效电感的大小。

考虑到故障暂态过程中可能存在着直流分量，在利用公式(2)进行计算时，各采样值可采用简单数字滤波的处理方法，消除直流分量对计算结果的影响。参照下面的这个实施例。

参照图3，图3为本发明另一实施例提供的基于采样值的智能断路器保护方法的步骤流程图。包括如下步骤：

步骤S310，连续多个时刻，在城市配电网线路中，接收在智能断路器检测端采样所得的电压瞬时值和电流瞬时值；

步骤S320，对电压瞬时值和所述电流瞬时值，采用数字滤波，消除直流分量；

步骤S330，根据等效电路模型和多个时刻的消除直流分量的电压瞬时值和电流瞬时值，求解从检测点到假定故障点所形成的区间内等效电阻和等效电感的大小；电路模型为基于城市配电网所构建的包括电阻、电感和电容的π型等效电路；

步骤S340，将求解获得的至少两个等效电感进行比较，判断大小是否相同，若是，则故障发生在监测点和假定故障点所形成的区间外；若否，则故障发生在监测点和假定故障点所形成的区间内；

步骤S350，依据故障发生的区域，对智能断路器，确定是否做出短路保护动作。

进一步优选地，可以基于如下公式进行数字滤波：

y(n)＝x(n)-x(n-k)(k≥1) 公式(3)

通过对k参数的选取，实现对N/k的整次谐波的滤除，N为每周期的采样次数；

其中，x(n)为时刻n电压瞬时值或电流瞬时值；

x(n-k)为时刻n-k电压瞬时值或电流瞬时值；

y(n)为时刻n电压瞬时值或电流瞬时值经数字滤波后的输出值。

上述实施例具有如下优点：

第一、本实施例直接通过对采样值的计算快速确定故障支路及故障点的位置，不需要考虑频率变化对采样周期的影响，也无需整周期的采样数据经长时间的复杂计算，仅需要很少个数的采样数值，比如，6个点，通过几十次的加减和乘除运算即可实现对故障的诊断。

第二、相较于传统的FFT快速傅立叶变换方法，具有无需考虑频率波动对采样周期的影响、数据窗长度短、计算量小和计算耗时少等优点，实现对故障点的快速、准确判断。

第三、该方法对经济性和可靠性要求较高且承担多任务的单CPU检测与控制***的应用非常适用。

参照图4，图4为本发明另一实施例提供的基于采样值的智能断路器保护方法配网结构示意图。***为由无穷大电源、变压器和5条出线组成10kV的辐射型网络。其中，T为主变压器，电压比为110/10kV，接线组别为YN/d11；Tz为接地变压器；L为消弧线圈；R为消弧线圈的阻尼电阻；K为控制消弧线圈投切的隔离开关。

图5和图6是在不同接地情况下的故障相电流的暂态变化过程。其中，图5为在金属性短路情况下的故障相电流的暂态变化过程示意图，图6为故障电阻为100Ω情况下的故障相电流的暂态变化过程示意图。

由图5和图6可以看出，接地电阻影响初始的冲击电流幅度，但经过1-2个周期以后，其影响逐渐变小。考虑到配网的保护动作时间较长，而断路器三段电流保护的最快的短路瞬时保护动作的时间要求不超过0.2s，因此，在采用式(1)的保护算法时，可以通过在检测到故障后延迟1-2个周期，利用公式(3)对采样数据进行预处理后，再开始计算R₁和L₁参数的方法，减少接地电阻的差异对计算结果的影响。

对于故障线路，过渡电阻(R表示短路时短路点过渡电阻)的大小会影响到故障检测位置的计算精度；对于非故障线路，由于负载是感性的，而计算的电感是整条线的电感值，故其计算值将显示故障点是在线路护区间以外即大于100％，因此，对于故障线路选择，考虑到实际检测过程中传感器的影响，对在90％以内的保护区段而言是完全可以保证其准确性的；至于保护动作与否，可通过对电流采样值直接利用有效值计算公式获得其有效值，或对经公式(3)预处理后的数据应用采样值积算法计算其基波电流的大小后，再由保护整定值决定。

利用此算法可以直接通过对采样值的计算快速确定故障支路及故障点的位置，不需要考虑频率变化对采样周期的影响，也无需整周期的采样数据经长时间的复杂计算，仅需要6个点的采样数值，通过几十次的加减和乘除运算即可实现对故障的诊断。利用本算法并合理设定保护整定值，可以实现对故障的快速切除，本算法非常适合于智能断路器中承担多任务的单CPU***的应用设计。相对于目前普遍采用的FFT快速傅立叶变换算法而言，该算法具有计算时间短、不用考虑信号同步采样等优点。以32点采样为例，FFT快速傅立叶变换算法需要经过300多次的实数乘法和同样次数的实数加法，且必须通过硬件实现采样的同步，或通过软件插值的方法对FFT快速傅立叶变换计算结果进行校正计算；而此微分方程算法无论对于多少点的采样，都只需要经过50多次乘、除法和40多次加、减法和移位运算；另外，FFT快速傅立叶变换算法的计算至少需要一个周期的信号采样数据，而此算法只需要几个采样点的数据即可完成参数的计算，故尤其适用于承担着分析、计算、控制、通信等多种任务的智能断路器的CPU***，以尽量减少在保护计算方面的时间开支和硬件设计的复杂程度。

本发明提出的基于采样值的保护算法，相较于传统的FFT快速傅立叶变换算法，具有无需考虑频率波动对采样周期的影响、数据窗长度短、计算量小和计算耗时少等优点。该算法可以实现对故障点的快速、准确判断。该算法对经济性和可靠性要求较高且承担多任务的单CPU检测与控制***的应用非常适用。

参照图7A，图7A为本发明提供的另一实施例基于采样值的智能断路器保护装置，包括：

采样值接收模块70，用于连续多个时刻，在城市配电网线路中，接收在智能断路器检测端采样所得的电压瞬时值和电流瞬时值；

计算模块72，用于根据等效电路模型和所述多个时刻的所述电压瞬时值和所述电流瞬时值，求解从检测点到假定故障点所形成的区间内等效电阻和等效电感的大小；所述电路模型为基于城市配电网所构建的包括电阻、电感和电容的π型等效电路；

故障区判断模块74，用于将求解获得的至少两个等效电感进行比较，判断大小是否相同，若是，则故障发生在监测点和假定故障点所形成的区间外；若否，则故障发生在监测点和假定故障点所形成的区间内；

指令发送模块76，用于依据故障发生的区域，对智能断路器，确定是否做出短路保护动作。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述计算模块进一步用于：根据如下公式，求解等效电阻和等效电感的大小：

其中，

i_k-1、i_k、i_k+1，i_k+2、i_k+3、i_k+4分别为k-1、k、k+1、k+2、k+3和k+4时刻的瞬时电流值；

u_k-1、u_k、u_k+1，u_k+2、u_k+3、u_k+4分别为k-1、k、k+1、k+2、k+3和k+4时刻的瞬时电压值；

Ts是采样周期；

R₁是从检测点到故障点所形成的区间内的等效电阻；

L₁是从检测点到故障点所形成的区间内的等效电感；

C是从检测点到故障点所形成的区间内的等效电容；

上述公式是基于如下微分方程的离散表达式：

参照图7B，在一个优选的实施例中，采样值接收模块后还连接有滤波模块71。

盖滤波模块71用于对所述电压瞬时值和所述电流瞬时值，采用数字滤波，消除直流分量。

优选地，可以基于如下公式进行数字滤波：

y(n)＝x(n)-x(n-k)(k≥1)

通过对k参数的选取，实现对N/k的整次谐波的滤除，N为每周期的采样次数；

其中，x(n)为时刻n电压瞬时值或电流瞬时值；

x(n-k)为时刻n-k电压瞬时值或电流瞬时值；

y(n)为时刻n电压瞬时值或电流瞬时值经数字滤波后的输出值。

需要说明的是，本发明提供的实施例基于采样值的智能断路器保护装置与基于采样值的智能断路器保护方法的工作原理和技术效果相似，相关之处，本发明在此不再赘述，参照上述说明即可。

图8示出了本发明实施例提供的电子设备800的结构示意图，电子设备800包括至少一个处理器801(例如CPU)，至少一个输入输出接口804，存储器802，和至少一个通信总线803，用于实现这些部件之间的连接通信。至少一个处理器801用于执行存储器802中存储的计算机指令，以使所述至少一个处理器801能够执行前述任一基于采样值的智能断路器保护方法的实施例。存储器802为非暂态存储器(non-transitory memory)，其可以包含易失性存储器，例如高速随机存取存储器(RAM：Random Access Memory)，也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个输入输出接口1104(可以是有线或者无线通信接口)实现与至少一个其他设备或单元之间的通信连接。

在一些实施方式中，存储器802存储了程序8021，处理器801执行程序8021，用于执行前述任一基于采样值的智能断路器保护方法实施例中的内容。

该电子设备可以以多种形式存在，包括但不限于：

(1)移动通信设备：这类设备的特点是具备移动通信功能，并且以提供话音、数据通信为主要目标。这类终端包括：智能手机(例如iPhone)、多媒体手机、功能性手机，以及低端手机等。

(2)超移动个人计算机设备：这类设备属于个人计算机的范畴，有计算和处理功能，一般也具备移动上网特性。这类终端包括：PDA、MID和UMPC设备等，例如iPad。

(3)便携式娱乐设备：这类设备可以显示和播放多媒体内容。该类设备包括：音频、视频播放器(例如iPod)，掌上游戏机，电子书，以及智能玩具和便携式车载导航设备。

(4)特定服务器：提供计算服务的设备，服务器的构成包括处理器、硬盘、内存、***总线等，服务器和通用的计算机架构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。

(5)其他具有数据交互功能的电子设备。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行***、装置或设备(如基于计算机的***、包括处理器的***或其他可以从指令执行***、装置或设备取指令并执行指令的***)使用，或结合这些指令执行***、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行***、装置或设备或结合这些指令执行***、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。

在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于采样值的智能断路器保护方法，其特征在于，包括：

连续多个时刻，在城市配电网线路中，接收在智能断路器检测端采样所得的电压瞬时值和电流瞬时值；

根据等效电路模型和所述多个时刻的所述电压瞬时值和所述电流瞬时值，求解从检测点到假定故障点所形成的区间内等效电阻和等效电感的大小；所述电路模型为基于城市配电网所构建的包括电阻、电感和电容的π型等效电路；

将求解获得的至少两个等效电感进行比较，判断大小是否相同，若是，则故障发生在监测点和假定故障点所形成的区间外；若否，则故障发生在监测点和假定故障点所形成的区间内；

依据故障发生的区域，对智能断路器，确定是否做出短路保护动作；

所述求解从检测点到假定故障点所形成的区间内等效电阻和等效电感的大小为：

根据如下公式，求解等效电阻和等效电感的大小：

其中，

i_k-1、i_k、i_k+1，i_k+2、i_k+3、i_k+4分别为k-1、k、k+1、k+2、k+3和k+4时刻的瞬时电流值；

u_k-1、u_k、u_k+1，u_k+2、u_k+3、u_k+4分别为k-1、k、k+1、k+2、k+3和k+4时刻的瞬时电压值；

Ts是采样周期；

R₁是从检测点到故障点所形成的区间内的等效电阻；

L₁是从检测点到故障点所形成的区间内的等效电感；

C是从检测点到故障点所形成的区间内的等效电容。

2.根据权利要求1所述的基于采样值的智能断路器保护方法，其特征在于，

所述公式是基于如下微分方程的离散表达式：

3.根据权利要求1至2中任一项所述的基于采样值的智能断路器保护方法，其特征在于，接收在智能断路器检测端采样所得的电压瞬时值和电流瞬时值后，还包括：

对所述电压瞬时值和所述电流瞬时值，采用数字滤波，消除直流分量。

4.根据权利要求3所述的基于采样值的智能断路器保护方法，其特征在于，基于如下公式进行数字滤波：

y(n)＝x(n)-x(n-k)(k≥1)

通过对k参数的选取，实现对N/k的整次谐波的滤除，N为每周期的采样次数；

其中，x(n)为时刻n电压瞬时值或电流瞬时值；

x(n-k)为时刻n-k电压瞬时值或电流瞬时值；

y(n)为时刻n电压瞬时值或电流瞬时值经数字滤波后的输出值。

5.一种基于采样值的智能断路器保护装置，其特征在于，包括：

采样值接收模块，用于连续多个时刻，在城市配电网线路中，接收在智能断路器检测端采样所得的电压瞬时值和电流瞬时值；

计算模块，用于根据等效电路模型和所述多个时刻的所述电压瞬时值和所述电流瞬时值，求解从检测点到假定故障点所形成的区间内等效电阻和等效电感的大小；所述电路模型为基于城市配电网所构建的包括电阻、电感和电容的π型等效电路；

故障区判断模块，用于将求解获得的至少两个等效电感进行比较，判断大小是否相同，若是，则故障发生在监测点和假定故障点所形成的区间外；若否，则故障发生在监测点和假定故障点所形成的区间内；

指令发送模块，用于依据故障发生的区域，对智能断路器，确定是否做出短路保护动作；

所述计算模块进一步用于：

根据如下公式，求解等效电阻和等效电感的大小：

其中，

i_k-1、i_k、i_k+1，i_k+2、i_k+3、i_k+4分别为k-1、k、k+1、k+2、k+3和k+4时刻的瞬时电流值；

u_k-1、u_k、u_k+1，u_k+2、u_k+3、u_k+4分别为k-1、k、k+1、k+2、k+3和k+4时刻的瞬时电压值；

Ts是采样周期；

R₁是从检测点到故障点所形成的区间内的等效电阻；

L₁是从检测点到故障点所形成的区间内的等效电感；

C是从检测点到故障点所形成的区间内的等效电容。

6.根据权利要求5所述的基于采样值的智能断路器保护装置，其特征在于，

所述公式是基于如下微分方程的离散表达式：

7.根据权利要求5至6中任一项所述的基于采样值的智能断路器保护装置，其特征在于，在所述采样值接收模块后还连接有：

滤波模块，用于对所述电压瞬时值和所述电流瞬时值，采用数字滤波，消除直流分量。

8.根据权利要求7所述的基于采样值的智能断路器保护装置，其特征在于，基于如下公式进行数字滤波：

y(n)＝x(n)-x(n-k)(k≥1)

通过对k参数的选取，实现对N/k的整次谐波的滤除，N为每周期的采样次数；

其中，x(n)为时刻n电压瞬时值或电流瞬时值；

x(n-k)为时刻n-k电压瞬时值或电流瞬时值；

y(n)为时刻n电压瞬时值或电流瞬时值经数字滤波后的输出值。

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