一种电路检测方法及相关组件与流程

1.本发明涉及电路保护领域，特别是涉及一种电路检测方法及相关组件。


背景技术：

2.对于长期工作的负载电路，需对其进行长时间的绝缘能力的监控和分析，以便对负载电路的安全情况进行预警，但是，现有技术中还不存在一种对负载电路的电气特性进行分析的方法，也即无法根据分析结果实时确定负载电路是否出现会造成危险的剩余电流，无法保证负载电路的安全运行，也无法保证工作人员的安全。
3.因此，亟需一种能够对负载电路进行实时监控电气特性的方法，从而后续能够基于该电气特性对负载电路的剩余电流进行实时监测分析，以便为工作人员提供预警和保护。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种电路检测方法及相关组件，通过计算出剩余电流的特征参数，能够根据特征参数确定负载电路的电气特性，例如确定负载电路的绝缘性，从而根据检测结果进行预警和保护，提高了负载电路的可靠性。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种电路检测方法，应用于电路检测装置中的处理器，所述电路检测装置还包括电流采集模块和电压采集模块，所述电流采集模块和所述电压采集模块分别与所述负载电路连接，所述处理器与所述电流采集模块和所述电压采集模块连接；
6.所述方法包括：
7.获取所述电流采集模块采集的所述负载电路的剩余电流和所述电压采集模块采集的所述负载电路的输入电压；
8.利用坐标变换基于所述剩余电流和所述输入电压生成所述剩余电流的特征参数；
9.基于所述特征参数对所述负载电路的电气特性进行检测。
10.优选地，所述负载电路的输入端与电网连接；
11.利用坐标变换基于所述剩余电流和所述输入电压生成所述剩余电流的特征参数，包括：
12.对所述输入电压进行采样，以确定两相静止αβ坐标系下的实轴电压和虚轴电压，并对所述剩余电流进行采样，以确定所述两相静止αβ坐标系下的实轴剩余电流和虚轴剩余电流；所述实轴电压超前所述虚轴电压1/4周期，所述实轴剩余电流超前所述虚轴剩余电流1/4周期；
13.将所述两相静止αβ坐标系下的所述实轴电压和所述虚轴电压转换为dq旋转坐标系下的q轴电压；
14.基于所述dq旋转坐标系的锁相环对所述q轴电压进行控制，以实现所述dq旋转坐标系和所述电网矢量同步；
15.通过派克变换将所述两相静止αβ坐标系下的所述实轴剩余电流和所述虚轴剩余电流转换为和所述电网矢量同步后的dq旋转坐标系下的d轴剩余电流和q轴剩余电流；
16.基于所述d轴剩余电流和所述q轴剩余电流确定剩余电流信号矢量模；
17.对所述输入电压进行采样以确定剩余电流有效值；
18.所述实轴剩余电流、所述虚轴剩余电流、所述剩余电流信号矢量模和所述剩余电流有效值为所述剩余电流的特征参数。
19.优选地，基于所述dq旋转坐标系的锁相环对所述q轴电压进行控制，以实现所述dq旋转坐标系和所述电网矢量同步，包括：
20.设定所述q轴电压的参考值为0，将所述q轴电压减去所述参考值所得到的误差值进行比例积分调节，生成所述dq旋转坐标系的误差角速度；
21.将所述dq旋转坐标系的预设角速度和所述误差角速度相加，并对相加之和进行拉氏变换，生成所述dq旋转坐标系的步增角，以使所述dq旋转坐标系按照所述步增角进行旋转，以和所述电网矢量同步。
22.优选地，获取所述电流采集模块采集的所述负载电路的剩余电流和所述电压采集模块采集的所述负载电路的输入电压之后，还包括：
23.对所述d轴剩余电流是否大于d轴剩余电流阈值且持续时间大于预设d轴剩余电流限制时长，所述剩余电流信号矢量模是否大于剩余电流信号矢量模阈值且持续时间大于剩余电流信号矢量模限制时长以及所述剩余电流有效值是否大于预设有效值阈值且持续时长大于剩余电流有效值限制时长中的一个或多个进行判断；
24.若是，则控制报警装置报警并控制所述电网和所述负载电路之间的电路断开。
25.优选地，基于所述特征参数对所述负载电路的电气特性进行检测之后，还包括：
26.基于所述负载电路的电气特性对所述负载电路进行故障预分析，并将分析结果上报至上位机。
27.为解决上述技术问题，本发明提供了一种电路检测系统，应用于电路检测装置中的处理器，所述电路检测装置还包括电流采集模块和电压采集模块，所述电流采集模块和所述电压采集模块分别与所述负载电路连接，所述处理器与所述电流采集模块和所述电压采集模块连接；
28.所述系统包括：
29.获取单元，用于获取所述电流采集模块采集的所述负载电路的剩余电流和所述电压采集模块采集的所述负载电路的输入电压；
30.参数生成单元，用于利用坐标变换基于所述剩余电流和所述输入电压生成所述剩余电流的特征参数；
31.检测单元，用于基于所述特征参数对所述负载电路的电气特性进行检测。
32.为解决上述技术问题，本发明提供了一种电路检测装置，包括：
33.存储器，用于存储计算机程序；
34.处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述所述电路检测方法的步骤。
35.优选地，还包括：
36.输入端与负载电路连接，输出端与所述处理器连接的电流采集模块，用于采集所述负载电路的剩余电流；
37.输入端与所述负载电路连接，输出端与所述处理器连接的电压采集模块，用于采集所述负载电路的输入电压。
38.优选地，还包括：
39.第一端与电网连接，第二端与负载电路连接，控制端与所述处理器连接的开关，用于在自身闭合时使所述电网为所述负载电路供电；
40.与所述处理器连接的报警电路，用于在接收到报警信号时报警；
41.所述处理器还用于在基于所述负载电路的特征参数判定所述负载电路出现故障时输出所述报警信号，并控制所述开关断开。
42.为解决上述技术问题，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述的电路检测方法的步骤。
43.本技术提供了一种电路检测方法及相关组件，该方案中，在获取电流采集模块采集的负载电路的剩余电流和电压采集模块采集的负载电路的输入电压后，利用坐标变换生成剩余电流的特征参数，从而基于特征参数对负载电路的电气特性进行检测。可见，本技术中通过计算出剩余电流的特征参数，能够根据特征参数确定负载电路的电气特性，例如确定负载电路的绝缘性，从而根据检测结果进行预警和保护，提高了负载电路的可靠性。
附图说明
44.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和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他的附图。
45.图1为本发明提供的一种电路检测方法的流程示意图；
46.图2为本发明提供的一种坐标变换的矢量图；
47.图3为本发明提供的一种坐标变换的控制框图；
48.图4为本发明提供的一种电路检测系统的结构示意图；
49.图5为本发明提供的一种电路检测装置的结构示意图；
50.图6为本发明提供的一种电路检测装置的具体的结构示意图。
具体实施方式
51.本发明的核心是提供一种电路检测方法及相关组件，通过计算出剩余电流的特征参数，能够根据特征参数确定负载电路的电气特性，例如确定负载电路的绝缘性，从而根据检测结果进行预警和保护，提高了负载电路的可靠性。
52.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
53.请参照图1，图1为本发明提供的一种电路检测方法的流程示意图，该方法应用于电路检测装置中的处理器52，电路检测装置还包括电流采集模块61和电压采集模块62，电
流采集模块61和电压采集模块62分别与负载电路连接，处理器52与电流采集模块61和电压采集模块62连接；
54.该方法包括：
55.s11：获取电流采集模块61采集的负载电路的剩余电流和电压采集模块62采集的负载电路的输入电压；
56.本实施例中，申请人考虑到现有技术中无法预先判断负载电路是否会出现剩余电流，而无法对负载电路及时进行保护，为了解决上述问题本技术会获取负载电路的剩余电流和输入电压，从而对负载电路的剩余电流和输入电压进行下一步处理，以便后续对负载电路的电气特性进行检测。
57.其中，剩余电流也即漏电流，剩余电流有多种种类，包括：人畜触电产生的剩余电流；电力线绝缘能力下降而产生的剩余电流；设备故障发生碰壳产生的剩余电流；电力线与大地之前的电容效应产生的剩余电流；如开关k电源等由于电池管理系统的需要，l或n线上对地会并联y电容，y电容也会产生剩余电流；带有脉冲宽度调制控制的变频器等大型设备启动时的瞬变电流；3khz以上的电网噪声等。其中，人畜触电产生的剩余电流、电力线绝缘能力下降而产生的剩余电流以及设备故障发生碰壳产生的剩余电流是会造成危害的剩余电流，其余的几种是不具备危害的剩余电流。
58.s12：利用坐标变换基于剩余电流和输入电压生成剩余电流的特征参数；
59.本实施例中，在对负载电路的剩余电流和输入电压进行处理时，是通过对剩余电流和输入电压进行坐标变换处理，以生成剩余电流的特征参数。
60.其中，通过坐标变换生成的特征参数能够反映剩余电流的特征，也即反映剩余电流是否具备危害。
61.s13：基于特征参数对负载电路的电气特性进行检测。
62.通过对特征参数进行分析，从而检测负载电路的电气特性，以便得到负载电路是否出现剩余电流，当出现剩余电流时，以便后续及时提醒工作人员，进行预警。
63.综上，本技术通过计算出剩余电流的特征参数，能够根据特征参数确定负载电路的电气特性，例如确定负载电路的绝缘性，从而根据检测结果进行预警和保护，提高了负载电路的可靠性。
64.在上述实施例的基础上：
65.作为一种优选的实施例，负载电路的输入端与电网连接；
66.利用坐标变换基于剩余电流和输入电压生成剩余电流的特征参数，包括：
67.对输入电压进行采样，以确定两相静止αβ坐标系下的实轴电压和虚轴电压，并对剩余电流进行采样，以确定两相静止αβ坐标系下的实轴剩余电流和虚轴剩余电流；实轴电压超前虚轴电压1/4周期，实轴剩余电流超前虚轴剩余电流1/4周期；
68.将两相静止αβ坐标系下的实轴电压和虚轴电压转换为dq旋转坐标系下的q轴电压；
69.基于dq旋转坐标系的锁相环对q轴电压进行控制，以实现dq旋转坐标系和电网矢量同步；
70.通过派克变换将两相静止αβ坐标系下的实轴剩余电流和虚轴剩余电流转换为和电网矢量同步后的dq旋转坐标系下的d轴剩余电流和q轴剩余电流；
71.基于d轴剩余电流和q轴剩余电流确定剩余电流信号矢量模；
72.对输入电压进行采样以确定剩余电流有效值；
73.实轴剩余电流、虚轴剩余电流、剩余电流信号矢量模和剩余电流有效值为剩余电流的特征参数。
74.本实施例中，在对剩余电流和输入电压进行坐标变换时，是先对输入电压进行实时采样，以确定实轴电压uα，并在每次采样得到实轴电压uα时，将1/4周期前确定的实轴电压uα作为虚轴电压uβ，基于此，便可确定实轴电压uα和虚轴电压uβ，且实轴电压uα超前于虚轴电压uβ1/4周期。
75.相应地，对剩余电流进行实时采样，以确定实轴剩余电流iα，并在每次采样得到实轴剩余电流iα时，将1/4周期前确定的实轴剩余电流iα作为虚轴剩余电流iβ，基于此，便可确定实轴剩余电流iα和虚轴剩余电流iβ，且实轴电流iα超前于虚轴电流iβ1/4周期。
76.根据电网频率确定两相dq旋转坐标系，通过dq旋转坐标系电压变换公式得到dq旋转坐标系下的q轴电压uq，也可以得到d轴电压ud，电压变换公式如下：
77.ud＝uα
·
cos(ω
ref
t)+uβ
·
sin(ω
ref
t)
78.uq＝uα
·
(
‑
sin(ω
ref
t))+uβ
·
cos(ω
ref
t)
79.ω
ref
为给定的对dq旋转坐标系的预设控制量。
80.dq旋转坐标系的矢量图如图2，图2为本发明提供的一种坐标变换的矢量图。
81.基于dq旋转坐标系的锁相环对q轴电压进行控制，相位锁定时，图2中的δθ＝0，通过控制ud＝0，以实现dq旋转坐标系和电网矢量同步，以使dq旋转坐标系相位和频率与电网电压一致。
82.通过dq旋转坐标系电流变换公式得到dq旋转坐标系下的d轴剩余电流id和q轴剩余电流iq，电流变换公式如下：
83.id＝iα
·
cos(ω
ref
t)+iβ
·
sin(ω
ref
t)
84.iq＝iα
·
(
‑
sin(ω
ref
t))+iβ
·
cos(ω
ref
t)
85.确定剩余电流信号矢量模时的公式为is＝√(id2+iq2)，即将d轴剩余电流id的平方乘以q轴剩余电流iq的平方的乘积开根号即可得到电流信号矢量模is,。
86.剩余电流有效值i
rms
可以由如下公式得出：
87.其中，n为电网周期内的采样点数，i
m
为电网周期内第m个采样点的实时电流值。
88.还需要说明的是，图2中的us为电网矢量。
89.作为一种优选的实施例，基于dq旋转坐标系的锁相环对q轴电压进行控制，以实现dq旋转坐标系和电网矢量同步，包括：
90.设定q轴电压的参考值为0，将q轴电压减去参考值所得到的误差值进行比例积分调节，生成dq旋转坐标系的误差角速度；
91.将dq旋转坐标系的预设角速度和误差角速度相加，并对相加之和进行拉氏变换，生成dq旋转坐标系的步增角，以使dq旋转坐标系按照步增角进行旋转，以和电网矢量同步。
92.请参照图3，图3为本发明提供的一种坐标变换的控制框图，图中可看出，将两相静止αβ坐标系下的实轴电压和虚轴电压转换为dq旋转坐标系下的q轴电压uq后，计算uq减去参考值所得的误差值，并对该误差值进行pi调节，也即比例积分调节，生成误差角速度δ
ω，将误差角速度δω和预设角速度ω
ref
之和进行拉式变换，以输出dq旋转坐标系的步增角θ
dq
，θ
dq
即为dq旋转坐标系每走一步旋转的角度。
93.通过调整，uq＝0时，dq旋转坐标系和电网矢量同步，对基于θ
dq
转换出的d轴剩余电流id和q轴剩余电流iq进行处理后得到的特征参数便能够反映负载电路的电气特性。
94.作为一种优选的实施例，获取电流采集模块61采集的负载电路的剩余电流和电压采集模块62采集的负载电路的输入电压之后，还包括：
95.对d轴剩余电流是否大于d轴剩余电流阈值且持续时间大于预设d轴剩余电流限制时长，剩余电流信号矢量模是否大于剩余电流信号矢量模阈值且持续时间大于剩余电流信号矢量模限制时长以及剩余电流有效值是否大于预设有效值阈值且持续时长大于剩余电流有效值限制时长中的一个或多个进行判断；
96.若是，则控制报警装置报警并控制电网和负载电路之间的电路断开。
97.本实施例中，为了避免负载电路中存在危害的剩余电流，而对环境安全造成威胁，本实施例中设定了d轴剩余电流阈值id
(max)
、剩余电流信号矢量模阈值is
(max)
以及预设有效值阈值i
rms(max)
，其中，d轴剩余电流不为零时能够反映出负载电路中出现了存在危害的剩余电流，剩余电流信号矢量模能够反映出负载电路的剩余电流的瞬时大小，而剩余电流有效值不为零时能够反映出负载电路中存在剩余电流，但无法确定其有无危害，且确定剩余电流有效值的时间相对于确定d轴剩余电流和剩余电流信号矢量模的时间更长。基于此，可以通过这些特征参数确定负载电路中是否存在剩余电流，该剩余电流是否存在危害，该剩余电流的瞬时大小是多少，再分别将这些特征参数和各自对应的阈值进行比较，并确定各自持续的时间，从而能够判定是否需要提示工作人员，以保证工作人员的安全以及负载电路的安全。
98.作为一种优选的实施例，基于特征参数对负载电路的电气特性进行检测之后，还包括：
99.基于负载电路的电气特性对负载电路进行故障预分析，并将分析结果上报至上位机63。
100.本实施例中能够预判负载电路中是否存在故障，并将分析结果上报至上位机63，以便工作人员能够实时确定负载电路的状态，保证负载电路的安全使用，并保证工作人员的安全。
101.请参照图4，图4为本发明提供的一种电路检测系统的结构示意图，该系统应用于电路检测装置中的处理器52，电路检测装置还包括电流采集模块61和电压采集模块62，电流采集模块61和电压采集模块62分别与负载电路连接，处理器52与电流采集模块61和电压采集模块62连接；
102.系统包括：
103.获取单元41，用于获取电流采集模块61采集的负载电路的剩余电流和电压采集模块62采集的负载电路的输入电压；
104.参数生成单元42，用于利用坐标变换基于剩余电流和输入电压生成剩余电流的特征参数；
105.检测单元43，用于基于特征参数对负载电路的电气特性进行检测。
106.对于本发明提供的一种电路检测系统的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此
不再赘述。
107.请参照图5，图5为本发明提供的一种电路检测装置的结构示意图，该装置包括：
108.存储器51，用于存储计算机程序；
109.处理器52，用于执行计算机程序时实现如上述电路检测方法的步骤。
110.对于本发明提供的一种电路检测装置的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不再赘述。
111.作为一种优选的实施例，还包括：
112.输入端与负载电路连接，输出端与处理器52连接的电流采集模块61，用于采集负载电路的剩余电流；
113.输入端与负载电路连接，输出端与处理器52连接的电压采集模块62，用于采集负载电路的输入电压。
114.作为一种优选的实施例，还包括：
115.第一端与电网连接，第二端与负载电路连接，控制端与处理器52连接的开关k，用于在自身闭合时使电网为负载电路供电；
116.与处理器52连接的报警电路64，用于在接收到报警信号时报警；
117.处理器52还用于在基于负载电路的特征参数判定负载电路出现故障时输出报警信号，并控制开关k断开。
118.请参照图6，图6为本发明提供的一种电路检测装置的具体的结构示意图。
119.当处理器52判定负载电路出现故障时可控制报警电路64进行报警，以使工作人员及时对负载电路进行处理，同时控制开关k断开，以保证负载电路的安全。
120.此外，各个特征参数对应的阈值和限制时长可以由上位机63生成，通过通信电路发送至处理器52中，再由处理器52存储至存储电路66中。
121.图中的按键/显示模块65能够接收用户设置的数据，并将其进行显示。
122.其中，处理器52可以但不限定为mcu(microcontroller unit，微处理器)。
123.本发明中的计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器52执行时实现如上述的电路检测方法的步骤。
124.对于本发明提供的计算机可读存储介质的介绍请参照上述方法实施例，本发明在此不再赘述。
125.还需要说明的是，在本说明书中，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。
126.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。