專利名稱：一種光伏逆變器漏電流檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及逆變器領(lǐng)域，尤其涉及光伏逆變器漏電流檢測(cè)領(lǐng)域，具體地說是一種 基于加權(quán)滑動(dòng)平均預(yù)測(cè)算法的光伏逆變器漏電流檢測(cè)方法，可用于具有階梯時(shí)間保護(hù)特性 的應(yīng)用場(chǎng)合。
背景技術(shù)：
在光伏逆變器產(chǎn)品中，軟件保護(hù)種類繁多，從保護(hù)反應(yīng)速度來看，有瞬時(shí)值保護(hù)、 有穩(wěn)態(tài)值保護(hù)、有均方根值保護(hù)及變化率保護(hù)等等。在VDE0126-l-l，2006-02標(biāo)準(zhǔn)中，漏電 流保護(hù)需分成兩種靜態(tài)保護(hù)和動(dòng)態(tài)保護(hù)。由于動(dòng)態(tài)保護(hù)要求對(duì)不同變化率要有不同的反 應(yīng)時(shí)間，但其又沒有明確指出其變化率的量化指標(biāo)，因而給實(shí)際操作帶來很大的難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有光伏逆變器漏電流檢測(cè)方法不能對(duì)漏電流的變化率和其 作用時(shí)間的進(jìn)行綜合考慮并量化的問題，旨在提供一種基于加權(quán)滑動(dòng)平均預(yù)測(cè)法的光伏逆 變器漏電流檢測(cè)方法，通過加權(quán)累加方法針對(duì)變化率進(jìn)行監(jiān)控保護(hù)的方法，可以應(yīng)用于具 有時(shí)間階梯特性的動(dòng)態(tài)保護(hù)領(lǐng)域。解決上述問題采用的技術(shù)方案是一種光伏逆變器漏電流檢測(cè)方法，其特征在于 包括以下步驟一、采用加權(quán)滑動(dòng)平均預(yù)測(cè)法確定增量面積和閥值的計(jì)算方法1)基本增量面積的確定設(shè)定對(duì)象運(yùn)動(dòng)方程為y = f (xk)，對(duì)象時(shí)間從Xk變化到xk+n，輸出相應(yīng)從yk變化到 yk+n，將這段時(shí)間變化的程度用增量面積表示，利用沖量等效原理，增量面積AS用公式(1) 表示為 式中x表示時(shí)間，y表示漏電流，角標(biāo)k表示經(jīng)過離散化處理后的結(jié)果，η表示時(shí) 間窗口范圍；設(shè)采樣時(shí)間為固定的Ts，那么xk+i = xk+iXTs (2)式中，i表示第i個(gè)采樣點(diǎn)；把公式(2)代入公式(1)，得AS= (yk+1-yk) XTs+ (yk+2-yk) XTs+. · · + (Yk^ryk) XTs (3)2)對(duì)增量面積加權(quán)若yk+i相對(duì)于yk變化范圍比較大時(shí)，我們期望表示變化程度的Δ S應(yīng)相應(yīng)加強(qiáng)， 而yk+i相對(duì)于yk變化范圍比較小時(shí)，期望表示變化程度的ΔS相應(yīng)減弱；用權(quán)重系數(shù)Jii與的乘積來表示變化程度是否要加強(qiáng)，加權(quán)后的增量面積AS用公式(4)表示為 Δ S = [ (yk+1-yk) Xnk+ (yk+2-yk) X η k+1+· · · + (yk+n-i"yk) X η k+n_2] X Ts (4) 所述的權(quán)重系數(shù)Hi采用運(yùn)動(dòng)方程y = f (Xk)為階躍曲線時(shí)的特殊情況來確定i :+m時(shí)就達(dá)到閥值A(chǔ)Slimit，其中，m表示階躍量持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度，且m彡n，ASlifflit^ 二漏電流最大程度變化、最快時(shí)間響應(yīng)要求時(shí)的增量面積，如此可得 Δ Slimit = [ (yk+「yk) Xnk+ (yk+2-yk) X η k+1+· · · + (yk+m-i-yk) X η k+m_2] X Ts (5)
Yk+l — Yk+2 — · · · — Yk+m-l — Yk+m — · · · — Yk+n(6)
rI k — rI k+1 — · · · — rI k+m-2 — rI k+rn-1 — · · · — rI k+n-1(了)
ASlimit= [(yk+1_yk)X nkX(m-l)]XTs所以根據(jù)公式⑶可得 二、實(shí)時(shí)監(jiān)控漏電流1)根據(jù)公式⑶計(jì)算出需要保護(hù)的閥值A(chǔ)Slimit ；2)根據(jù)公式(9)計(jì)算出各段漏電流程度變化及其對(duì)應(yīng)時(shí)間響應(yīng)的權(quán)重系數(shù)Jli, 進(jìn)而實(shí)時(shí)根據(jù)公式(4)計(jì)算出AS ；3)若Δ S彡Δ Slimit，則報(bào)故障；反之，Δ S < Δ Slimit，則無故障，繼續(xù)滑動(dòng)窗口，Ts 時(shí)間后，獲取新的yk+n，再重新計(jì)算新的AS，并與ASlimit比較。 本發(fā)明的光伏逆變器漏電流檢測(cè)方法，將漏電流的變化程度量化為漏電流和其作 用時(shí)間的積分，通過加權(quán)滑動(dòng)平均預(yù)測(cè)的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)漏電流的動(dòng)態(tài)保護(hù)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果 顯示所提方法對(duì)動(dòng)態(tài)漏電流變化的保護(hù)是有效的，符合安規(guī)要求。對(duì)于起點(diǎn)yk的取值方法也是可以多樣性的，可取前的時(shí)刻)到Xk時(shí)刻的滑 動(dòng)平均值、加權(quán)平均值、加權(quán)滑動(dòng)平均、最大值或最小值等，具體采用何種方法計(jì)算出的yk 根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)要求而定。另外，η值大小即時(shí)間窗口范圍的截取原則需根據(jù)保護(hù)最長(zhǎng)時(shí)間要求、軟件計(jì)算和
存儲(chǔ)量來綜合考慮。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖1是運(yùn)動(dòng)方程y = f(x)曲線示意圖。圖2是運(yùn)動(dòng)方程y = f(x)為階躍曲線時(shí)示意圖。圖3是漏電流變化30mA時(shí)，微處理器響應(yīng)波形圖。圖4是漏電流變化60mA時(shí)，微處理器響應(yīng)波形圖。圖5是漏電流變化150mA時(shí)，微處理器響應(yīng)波形圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的光伏逆變器漏電流檢測(cè)方法，包括以下步驟一，加權(quán)滑動(dòng)平均預(yù)測(cè)算法
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設(shè)定對(duì)象運(yùn)動(dòng)方程為y = f (X)，對(duì)象時(shí)間從Xk變化到xk+n，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相應(yīng)從yk變 化到y(tǒng)k+n，那么這段時(shí)間變化的程度可以用增量面積表示(下圖1中陰影區(qū)域)。利用沖量 等效原理，定義增量面積Δ S可用公式(1)表示為 ^ Λ X (xk+l -Xk) + yk+l X (xk+2 - xk+1) +若采樣時(shí)間為固定的Ts，那么xk+i = xk+iXTs (2)把公式⑵代入公式(1)，可得Δ S = (yk+1-yk) X Ts+ (yk+2-yk) X Ts+若yk+i相對(duì)于yk變化范圍比較大時(shí)，我們期望表示變化強(qiáng)度的增量面積Δ S應(yīng)相 應(yīng)加強(qiáng)，而yk+i相對(duì)于yk變化范圍比較小時(shí)，期望表示變化程度的AS相應(yīng)減弱。在這里， 我們可以引入權(quán)重系數(shù)Hi，讓Hi與(yk+i_yk)的乘積來表示變化強(qiáng)度是否要加強(qiáng)，即得到 加權(quán)滑動(dòng)平均算法AS= [ (yk+1-yk) Xnk+ (yk+2-yk) X η k+1+· · · + (Yk^rYk) X η k+n_2] X Ts (4)7 可以通過采樣得到，權(quán)重系數(shù)Jli的確定原理對(duì)于運(yùn)動(dòng)方程y = f(x)為階躍 曲線(如圖2所示)時(shí)，我們期望AS在xk+m(m彡η)時(shí)就達(dá)到保護(hù)閥值Δ Slimit ( Δ Slimit對(duì) 應(yīng)于最大程度變化、最快時(shí)間響應(yīng)要求時(shí)的增量面積)，如此，可得ASlimit= [(yk+1-yk)X η k+(y k+2 yk)x 1L k+1 +· · · + (yk+m-ryk) χ η k+m-2
]XTS (5)由圖2可知yk+1 = yk+2 = · · · = Yk^1 = yk+m = · · · = yk+n(6)nk = ηk+1 = ... = ηk+m_2 = ηk+m-! = · · · = ηk+n-i (7)把公式(6)和公式(7)代入公式(5)Δ Slimit = [ (yk+1-yk) X n k X (m-1) ] X Ts(8)所以根據(jù)公式⑶可得
ASv . 對(duì)于起點(diǎn)yk的取值方法也是可以多樣性的，可取前的時(shí)刻)到Xk時(shí)刻的滑 動(dòng)平均值、加權(quán)平均值、加權(quán)滑動(dòng)平均、最大值或最小值等，具體采用何種方法計(jì)算出的yk 根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)要求而定。另外，n值大小即時(shí)間窗口范圍的截取原則需根據(jù)保護(hù)最長(zhǎng)時(shí)間要求、軟件計(jì)算和 存儲(chǔ)量來綜合考慮。二算法應(yīng)用及設(shè)計(jì)例如，在光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)中，VDE標(biāo)準(zhǔn)對(duì)漏電流動(dòng)態(tài)不同程度變化時(shí)，逆變器 動(dòng)作時(shí)間有不同要求，具體見表1 Table 1-Maximum break times
(1)
+ yk+n-l X (Xk+n ~ Xk+n )"ΛΧ " ^ )
+ (yk+n-i-yk) XTs (3) 因?yàn)槁╇娏骰l為50HZ (電網(wǎng)頻率)，所以軟件設(shè)計(jì)有效值采樣間隔時(shí)間Ts為 20ms。最強(qiáng)的要求是當(dāng)漏電流變化150mA時(shí)，需要在40ms內(nèi)執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作，讓150mA對(duì)應(yīng) 的權(quán)重系數(shù)nk(15(lmA)等于單位1，根據(jù)式⑶可得到保護(hù)閾值Δ 對(duì)于變化30mA漏電流，逆變器需要在0. 3s前動(dòng)作，在這里，設(shè)定軟件中實(shí)際動(dòng)作 時(shí)間為0. 24s，則m = 0. 24s/20ms = 12，再根據(jù)公式(9)就可計(jì)算出對(duì)應(yīng)的30mA漏電流變 化時(shí)權(quán)重系數(shù) 同理，對(duì)于變化60mA漏電流，逆變器需要在0. 15s前動(dòng)作。在這里，設(shè)定軟件中實(shí)
際動(dòng)作時(shí)間為0. 12s，則m = ·^^ = 6，而ASlimit為0. 003A*s，根據(jù)公式(9)算出對(duì)應(yīng)變化 類似地，當(dāng)漏電流在60mA 150mA之間時(shí)，為了確定加權(quán)系數(shù)，可利用線性插值法 或其它插值算法，計(jì)算出保護(hù)響應(yīng)時(shí)間，進(jìn)而可計(jì)算出加權(quán)系數(shù)。如此，在實(shí)際系統(tǒng)中，實(shí)時(shí) 按公式⑷計(jì)算瞬時(shí)Δ S，然后與八、.(等于0.00348)比較。若AS> Δ Slimit，則報(bào)故 障；反之，AS< Δ Slimit，則無故障，繼續(xù)滑動(dòng)窗口，Ts時(shí)間后，獲取新的yk+n，再重新計(jì)算新 的AS，并與ASlimit比較。利用此保護(hù)策略，就可用軟件實(shí)現(xiàn)漏電流動(dòng)態(tài)變化保護(hù)。三算法驗(yàn)證根據(jù)上面設(shè)計(jì)思想和原理，編寫了光伏逆變器漏電流保護(hù)代碼。利用信號(hào)發(fā)生器 產(chǎn)生交流信號(hào)，該信號(hào)模擬為漏電流信號(hào)(圖3、4、5中CHl信號(hào))。當(dāng)微處理認(rèn)為需要漏電 流保護(hù)動(dòng)作時(shí)，微處理器的IO 口(圖3、4、5中CH2信號(hào))輸出高電平信號(hào)，否則輸出低電平。1)漏電流有效值從OmA — 30mA時(shí)，微處理器的動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間約為220ms，微處理 器響應(yīng)波形圖參見圖3;2)漏電流有效值從OmA — 60mA時(shí)，微處理器的動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間約為120ms，微處理 器響應(yīng)波形圖參見圖4;3)漏電流有效值從OmA — 150mA時(shí)，微處理器的動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間約為40ms，微處理 器響應(yīng)波形圖參見圖5。從測(cè)試效果分析，漏電流保護(hù)正確，符合VDE0126-1-1標(biāo)準(zhǔn)要求。另外，在實(shí)際調(diào) 試中，由于采樣誤差和有效值計(jì)算滯后因素影響，需要對(duì)權(quán)重系數(shù)Hk進(jìn)行微調(diào)，這樣才有比較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)效果。 應(yīng)該理解到的是上述實(shí)施例只是對(duì)本發(fā)明的說明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制，任何 不超出本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)的發(fā)明創(chuàng)造，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種光伏逆變器漏電流檢測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟一、采用加權(quán)滑動(dòng)平均預(yù)測(cè)法確定增量面積和閥值的計(jì)算方法1)基本增量面積的確定設(shè)定對(duì)象運(yùn)動(dòng)方程為y＝f(xk)，對(duì)象時(shí)間從xk變化到xk+n，輸出相應(yīng)從yk變化到y(tǒng)k+n，將這段時(shí)間變化的程度用增量面積表示，利用沖量等效原理，增量面積ΔS用公式(1)表示為 <mrow><mi>&Delta;S</mi><mo>=</mo><msubsup> <mo>&Integral;</mo> <msub><mi>x</mi><mi>k</mi> </msub> <msub><mi>x</mi><mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mi>n</mi></mrow> </msub></msubsup><mi>f</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo></mrow><mi>dx</mi><mo>-</mo><mi>f</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>x</mi><mi>k</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>&times;</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>x</mi><mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mi>n</mi></mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>x</mi><mi>k</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mo>&ap;</mo><msub> <mi>y</mi> <mi>k</mi></msub><mo>&times;</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>x</mi><mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn></mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>x</mi><mi>k</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>y</mi> <mrow><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>&times;</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>x</mi><mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>2</mn></mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>x</mi><mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn></mrow> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>+</mo><msub> <mi>y</mi> <mrow><mi>k</mi><mo>+</mo><mi>n</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>&times;</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>x</mi><mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mi>n</mi></mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>x</mi><mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mi>n</mi></mrow> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>y</mi> <mi>k</mi></msub><mo>&times;</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>x</mi><mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mi>n</mi></mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>x</mi><mi>k</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式中x表示時(shí)間，y表示漏電流，k表示經(jīng)過離散化處理后的結(jié)果，n表示時(shí)間窗口范圍；設(shè)采樣時(shí)間為固定的Ts，那么xk+i＝xk+i×Ts(2)式中i表示第i個(gè)采樣點(diǎn)；把公式(2)代入公式(1)，得ΔS＝(yk+1-yk)×Ts+(yk+2-yk)×Ts+...+(yk+n-1-yk)×Ts(3)2)對(duì)增量面積加權(quán)若yk+i相對(duì)于yk變化范圍比較大時(shí)，我們期望表示變化程度的ΔS應(yīng)相應(yīng)加強(qiáng)，而yk+i相對(duì)于yk變化范圍比較小時(shí)，期望表示變化程度的ΔS相應(yīng)減弱；用權(quán)重系數(shù)ηi與(yk+i-yk)的乘積來表示變化程度是否要加強(qiáng)，加權(quán)后的增量面積ΔS用公式(4)表示為ΔS＝[(yk+1-yk)×ηk+(yk+2-yk)×ηk+1+...+(yk+n-1-yk)×ηk+n-2]×Ts(4)所述的權(quán)重系數(shù)ηi采用運(yùn)動(dòng)方程y＝f(x)為階躍曲線時(shí)的特殊情況來確定設(shè)ΔS在xk+m時(shí)就達(dá)到閥值ΔSlimit，其中，m表示階躍量持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度，且m≤n，ΔSlimit表示對(duì)應(yīng)于漏電流最大程度變化、最快時(shí)間響應(yīng)要求時(shí)的增量面積，如此可得ΔSlimit＝[(yk+1-yk)×ηk+(yk+2-yk)×ηk+1+...+(yk+m-1-yk)×ηk+m-2]×Ts(5)yk+1＝y(tǒng)k+2＝...＝y(tǒng)k+m-1＝y(tǒng)k+m＝...＝y(tǒng)k+n (6)ηk＝ηk+1＝...＝ηk+m-2＝ηk+m-1＝...＝ηk+n-1(7)把公式(6)和公式(7)代入公式(5)ΔSlimit＝[(yk+1-yk)×ηk×(m-1)]×Ts (8)所以根據(jù)公式(8)可得 <mrow><msub> <mi>&eta;</mi> <mi>k</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>&Delta;</mi><msub> <mi>S</mi> <mi>limit</mi></msub> </mrow> <mrow><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>y</mi><mrow> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn></mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>y</mi><mi>k</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>&times;</mo><mrow> <mo>(</mo> <mi>m</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>&times;</mo><mi>Ts</mi> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>9</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>二、實(shí)時(shí)監(jiān)控漏電流1)根據(jù)公式(8)計(jì)算出需要保護(hù)的閥值ΔSlimit；2)根據(jù)公式(9)計(jì)算出各段漏電流程度變化及其對(duì)應(yīng)時(shí)間響應(yīng)的權(quán)重系數(shù)ηi，進(jìn)而實(shí)時(shí)根據(jù)公式(4)計(jì)算出ΔS；3)若ΔS≥ΔSlimit，則報(bào)故障；反之，ΔS＜ΔSlimit，則無故障，繼續(xù)滑動(dòng)窗口，Ts時(shí)間后，獲取新的yk+n，再重新計(jì)算新的ΔS，并與ΔSlimit比較。
2.如權(quán)利要求1所述的光伏逆變器漏電流檢測(cè)方法，其特征在于起點(diǎn)時(shí)刻漏電流yk的 取值方法是取\到Xk時(shí)刻的滑動(dòng)平均值、加權(quán)平均值、加權(quán)滑動(dòng)平均、最大值或最小值中的 任何一種方法，其中χ」是xk之前的時(shí)刻。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光伏逆變器漏電流檢測(cè)方法，其特征在于時(shí)間窗口范圍η 值的截取原則根據(jù)保護(hù)最長(zhǎng)時(shí)間要求、軟件計(jì)算和存儲(chǔ)量來綜合考慮。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于加權(quán)滑動(dòng)平均預(yù)測(cè)法的光伏逆變器漏電流檢測(cè)方法，將漏電流的變化程度量化為漏電流和其作用時(shí)間的積分，通過加權(quán)滑動(dòng)平均預(yù)測(cè)的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)漏電流的動(dòng)態(tài)保護(hù)。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示所提方法對(duì)動(dòng)態(tài)漏電流變化的保護(hù)是有效的，符合安規(guī)要求，可以應(yīng)用于具有時(shí)間階梯特性的動(dòng)態(tài)保護(hù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01R31/02GK101881801SQ20101023263
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者張彥虎, 徐錫軍 申請(qǐng)人:上海正泰電源系統(tǒng)有限公司