用于预测在电流通路中电流的未来行为的方法和设备的制作方法

专利名称：用于预测在电流通路中电流的未来行为的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于预测在电流通路中的电流的未来行为，该电流通路在
多相交流(AC)电力系统中的形成相，该电流可以呈现瞬态不对称行为。 本发明针对多相(例如，2相、3相)交流(a.c.)电力系统。本发明特别 用于预测多相AC电力系统中的故障电流的未来行为，其中，该系统具有 使用基于电弧的断续器或基于电力电子的断续器的高压AC电路断路器。
背景技术：
交流电路断路器依靠自然电流过零点处的中断电流。在电路断路器接 收"断开"或"跳闸"命令之后，其触点将开始移向开i^置。随着触点 分离，电流将通过在触点之间形成的电弧传导。假如提供足够大的触点间 隙并且例如通过流入电弧区中的电介质流来进行电弧冷却，则电流会成功 地在电流零点处中断。用于成功中断的最早电流零点会在最小燃弧时间 (arcing time)之后出现。所需要的最小燃弧时间可根据电流的幅值和性 质而变化。
故障电流是例如由电流通路中的短路而引起的电流瞬态。当这样的故 障电流出现时，电流断续装置必须尽快断开电流通路(即，切断电流)以 防止损坏连接到电流通路的不同类型的设备。
故障电流必须被^艮快中断，以使对电力系统设备的损坏最小化并避免 导致大规模电力系统崩溃(例如，断电)的瞬变系统不稳定性的风险。继 电保护系统被设计来快速地检测故障，然后向断电器发出跳闸命令以中断 故障电流。故障在没有预先通知的情况下随机发生，并且跳闸命令的发出 与故障电流零点时间并不同步。这样，电路断路器可以经历(see)各种 各样的燃弧时间，并且必须^L相应地i殳计并进行定型试验(type test )。通 常，现在的断路器被设计为满足范围达到电源频率的0.5-1.5个周期的燃 弧时间，从而，现在的断路器针对在触点分离与触点断开行程结束之间具 有至少两个电流it^点。
在基于电弧的断续装置中，存在对可接受的燃弧磨损(arcingwear)的限制，在超出该限制之外，不再确保断续器取决于其额定性能值的中断 性能。到达此限制时，磨损的断续器部件必须被替换。被中断的电流越大 并且燃弧时间越长，则由于较大的净辐射电弧能使得在断续器的灭弧触点 和喷口上发生的磨损越多。因此，如果可以限定燃弧时间，则还可以减少 断续器磨损，并且电路断路器可以在更长的侵入式断续器维护之间的周期 中4吏用。具有比最小燃弧时间更长的燃弧时间增加了断续器的电磨损，而
没有增加对电流的最终中断的任何贡献。因此，期望能够以高精确JL预测 在电力系统中的故障电流的行为。更具体地，期望在个别情况下能预测故 障电流的电流it^点以能够实现具有最佳燃弧时间的中断。
除了基于电弧的断续装置外，还存在用于电流中断的其他装置，例如， 基于二极管或晶闸管的装置，该装置进行中断而没有在内部形成电弧。这 种装置在电流过零点处仍将进行中断。然而，可以在其能够传导电流的时 间上对这种装置进行限制，从而，可以期望利用当该装置在电路中被激活 时进行同步的控制方案来实现这种装置，该控制方案通常被称为换向 (commutation),即，将电流从一条电流通路切换到另一条电流通路。 因此，这种控制方案将必须预测电流行为，尤其是未来的电流过零时间。
除了基于电弧的断续器的断路器夕卜，对于目标电;絲点时间的同步中 断控制也对使用电力电子装置的断续器具有潜在益处。通常，这样的断续 器由二极管和串联触点的组合构成，其中，二极管代替电弧提供电流传导 而串联触点提供电介质瞬态恢复耐受性并断开断续器电压。这种装置需要 某种形式的换向控制，以在中断电流零点之前在电流环路(currentlo叩) 期间切换电路中的二极管部件，并且还在中断电流零点处或刚好在中断电 流零点之前断开串联触点，以便提供必需的电介质恢复耐受(dielectric recovery withstand) 'li食巨。
国际专利申请WO2006/043871描述了用于预测故障电流过零点的设 备和方法，作为控制交流断续装置的燃弧时间的手段。该方法教导将电流 的采样值M在移动采样窗中，连续地预测电流的未来值，将W目同时间 点开始的电流iMHi与所预测的电流值进行比较，并且基于此连续地确定 在电流通路中是否已出现故障电流。当已检测到故障电流时，采样窗被调 节以丢弃在故障电流之前的电流值。此后，基于在调节后采样窗内的电流 值预测故障电流的未来值。在单相电力系统中，可能出现的故障电流类型 仅为相对地故障。相对地故障在相连接到地或大地时发生。相对地故障还 被称为接地故障或地故障。该方法实现在单相交流电力系统中故障电流的精确预测。
然而，在多相电力系统中，存在其他类型的故障，例如，2相非接地 故障(两个相之间短路)、3相非接地故障(三个相之间短路)、当两个相 连接到地时发生的2相对地故障以及当三个相连接到地时发生的3相对地 故障。故障类型可以被分为两类接地故障，也称为相对地或相接大地 (phase-to-earth)类型的故障；以及非接地故障，也称为相间类型的故 障。相间故障发生在两个或更多相之间存在短路而没有接地时，诸如2 相非接地故障和3相非接地故障。相对地故障发生在一个或更多的相连接 到地时，诸如l相对地故障、2相对地故障或3相对地故障。
将针对多相故障中断解决的主要问题包括
(1) 故障发生的随机性。故障在没有预先警告的情况下发生。
(2) 必须快速地中断故障。用于计算同步控制的时间非常有限(通 常为在故障开始之后的0.25-1个周期之间)。
(3) 通过指数衰减的瞬态不对称的初始阶段来典型地特征化故障， 这意味着电流零点不再如正常负载^Mt期间一样是周期性的。不对称的级 别和持续时间由电源到故障(source-to-fault)电力系统的电感电阻比
(L/R)和故障开始处的驱动电源电压的角度来确定。
U)在多相系统中(例如，对于三相系统)可能存在一组故障组合； 除了相间非接地故障外，还有单相对地故障、^目对地故障和三相对地故 障。
(5)在非有效接地电力系统中，或者在没有接地连接的三相故障的 情况下，要清除(clear)的最后两相中的电流将在初相中断之后转换为反 相。
以上问题中的大多数不能通过预先的假设来解决，而必须在故障开始 的时间与相关联的继电保护系统确定发生了故障并将跳闸信号发送至相 关联的电路断路器以进行中断的时间之间实时解决。
可以参考继电保护方案来找到对用于故障类型分类的现有技术方法 的参考，但更具体地，关于受控故障中断，可以参考Anton Poelt和Klaus Fr6hlich的标题为"Two new methods for very fast fault type detection by means of parameter fitting and artificial neural networks (两种用于通过 参数拟合和人工神经网络进行快速故障类型检测的新方法)"的IEEE论 文，IEEE Transactions on Power Delivery (IEEE输电汇刊)，第14巻第4期，1999，描述了一种用于通过人工神经元网络(ANN)方法检测多相 系统中的故障类型的方法。然而，所提出的方法不能预测电流的未来值。

发明内容
本发明的一个目的在于提供预测在多相交流电力系统中在形成相的 电流通路中的故障电流的未来行为的可能性。
根据本发明的一个方面，该目的通过如权利要求1中所限定的方法来 实现。
这种方法包括连续地保存对于至少一条电流通路的电压采样值；以 及连续地保存对于每条电流通路的电流采样值。该方法还包括对于每条 电流通路，基于所保存的电压值估计对于电流通路的相对地电压的一个或 多个的相对地M;基于包括一个或多个特征参数的电流数学模型、所估 计的相对地^K:和电流采Wt来预测第一组电流值，其中，这些特征^lt 具有取决于其是根据相对地参考系(frame of reference)还是根据相间参 考系进行评估的不同值；执行在预测的所述第 一组电流值与W目同的时间 点开始的电流采样值之间的第一比较；基于所保存的电压值，估计对于电 流通路的相间电压的一个或多个相间M;基于所述电流数学模型、所估 计的相间M和所^^的电流的采⑩，预测第二组电流值；执行在预测 的所述第二组电流值与W目同的时间点开始的电流采样值之间的第二比 较；基于所述第一比较和所述第二比较的结果，确定是预测的第一组电流 值还是预测的第二组电流值为通路中电流的有效预测；以及如果预测的第 一组电流值或预测的第二组电流值中的任一组被认为有效，则基于用于预 测有效的 一组电流值的模型和^lt来预测通路电流的未来值。
所提出的发明能够针对相对地故障以及针对相间故障连续地预测在 多相交流系统中的所有相的电流的未来行为。
如果故障已发生，不能立即了解故障的类型。例如，不能了解其是相 对地故障还是相间故障。根据本发明，基于包括一个或多个特征参数的电 ^^型预测未来电流值，这些特征^lt具有取决于它们是根据相对地参考 系还是相间参考系进行评估的不同值，并且针对相对地参考系以;M目间参 考系来评估电流模型的特征参数。以下，针对相对地系评估的电流模型的 特征参数被称为相对地参数，并且针对相间系评估的电流模型的特征参数 被称为相间M。所需的参数取决于用于预测电流的模型。简单的电流模型需要比较复 杂的电流模型更少的M。相同的电流模型用于估计相对地电流以及用于
估计相间电流，但是这些估计采用不同的参数值。 一些^ltA特定于故障 类型的，即，与驱动电源电压有关的那些^lt，例如，电压的相角和相移。 这意味着必须估计正确的参数值以得到针对相关联的相对地或相间故障
情况的有效模型结果。
基于所估计的相对地M值来预测第 一组电流值，并JL基于所估计的 相间凑^t值来预测第二组电流值。因此，实际上，针对每条电流通路中的 电流生成两个估计值。 一个电流值估计基于到电流模型的相对地M输入 值，而另一个电流估计值基于到电流模型的相间^lt输入值。将所估计的 电流与>^目同时间点开始的测量值进行比较，以确定所估计的电流中的任 一个是否是电流行为的有效估计。如果该比较呈现出在估计的电流和测量 的电流之间的小偏差，则估计的电流是有效的。给出与测量的电流最接近 的近似值的特征^用于正在进行的电流行为的预测。
在某些罕见的情况下，估计的电流中没有一个表现为电流的有效估 计，即，比较给出在估计的电流和测量的电流之间的过大偏差，例如，在 根据选取的电流模型估计电流的"真"特征^lt值时在引起误差的电流和 /或电压的测量信号上存在噪声。不能被建模的测量信号失真的另 一 实例 是电流变压器芯的饱和，这会引起用于评估由选取的电流模型所需的特征 ^^It值的电流信号的失真。在那些情况下，不能确定有效的电流模型，因 此，不能预测电流。如果是这种情况，则必须使用另一种策略。例如，可 以实施"旁路(bypass)"策略。
该方法基于使用包括瞬态指数衰减的直流分量的通用电流模型来预 测未来电流行为，该直流分量可能在电力系统条件改变(例如，电力系统 的另一部分开始出现故障或切换)之后产生。仅需要改变电流模型的一些 特征参数的值以管理某些故障类型。具体地，仅需要考虑两个主要故障分 组，涉及接地的故障和不涉及接地的故障。因此，本发明针对这些情况来 计算电流模型的^lt值，并评估这些参数值中的哪一个与实际的采样电流 值最匹配。
优选地，电流模型的特征^lt包括电流通路的电压相对于参考相位的 相移。因此，相对于参考相位估计电流通路的相对地电压的相移，并且相 对于同一参考相位估计电流通落t间的相间电压的相移。包括在电流模型 中的相移提供了相当"通用"的电流模型。同样，相移的值对于不同的2
12相非接地故障(其中，相同相可以在两种情况下发生故障)是不相同的，
即，比如"B"相的相间相移值对于"A-B"故障与对于"B-C"故障是不 相同的。
优选地，电流模型的特征^lt，包括，,通路，电压的相角因此，
例如，电流的变化将在网络上的任何地方通过开关发生，并且通常导 致某种形式的开关瞬态。电流的变化可以取决于表明其本身具有显著的瞬 态不对称性的故障。然而，甚至"正常"负载的接通或断开都可能导致类 似的(尽管也许不显著)瞬态。故障只是其极端且不可预测的情况。可以 将该故障认为是"切换到"网路上，尽管其是由于某种形式的设备损坏或 事故或者自然事件(例如，树倒在线路上或雷击等)而导致的。
根据本发明的实施例，计算第一比较和第二比较之间的偏差，并且基 于该偏差，确定在电流通路中是否发生了电流变化。预测的电流与测量的 电流之间的偏差对于相对地和相间估计将^_相同的，直到电流改变发生。 发生电流变化将意味着测量的电流和估计的电流将对于相对地和相间估 计中的至少一个产生偏离。因此，只要第一比较与第二比较之间的偏差小， 则电流就处于稳态。电流变化将导致第一比较与第二比较之间逐渐增大的 偏差。因此，这对于根据第一比较与第二比较之间的偏差iM^测电流改变 是有利地。
在启动时，相间参数值被设置为与相对地参数值相同，使得估计的电 ;i^目同。因此，第一比较和第二比较的值是相同的，直到故障发生。
根据本发明的实施例，一M测到在电流通路中电流发生了变化，就 调整估计的相间电压的相移和估计的相对地电压的相移。优选地， 一旦基 于故障开始时刻检测到发生了电流状态的变化(例如，故障或负载切换事 件)，则也调整相角。
根据本发明的实施例，对于电流通路的所述电流采样值被存储在移动 窗中，并且该方法还包括一^测到在电流通路中电流发生了变化，就 调整用于电流的移动窗，以丢弃在电流变化之前的电流值，并且基于在调 整后的移动窗中的当前值预测电流的未来值。当检测到故障电流时，调整 采样窗以丢弃在故障电流之前的电流值。此后，基于调整后的采样窗中的 电流值预测故障电流的未来值。由于一M测到发生了故障电流就丢弃在 故障电流之前的电流值，所以在故障电流开始处对故障电流的预测得到改善。
根据本发明的实施例，估计的电压的相对地M用于估计对于电流的 其他特征M。
根据本发明的实施例，基于对于所有电流通路的所述第一比较(也被
表示为F0)确定故障中涉及哪个相。必须选择至少一个版本的电流模型 以用作"故障检测器"，并且由于电流网络上的大多数故障实际上涉及接 地，所以将电流的相对地模型的FO结果的追踪用于此目的是方便的。确 定哪个相受故障影响自动来自对在每个相应相或电流通路中的每个电流 执行的F0追踪。
根据本发明的实施例，该方法还包括确定是否存在三相故障，并且在
存在三相故障的情况下中断电流通漆之一的电流，基于所^型以;M目
对地M和相间^lt,估计剩余电流通路的可能中断电流零点，以;sj^择 每条通路中的最早电流零点并在选取电流零点处的中断电流。根据本发明 的方法可以预测除三相故障之外的所有故障情况的电流，这是因为不能在
初相被中断之前区分三相对地故障和三相非接地故障。由于必须尽快中断 故障，所以等待对初相进行中断以调整对终相进行中断的控制是不可接受
的。该实施例通过实现对于将中断的终相的折衷目标方案来解决该问题。 本发明标识进行中断的初相，然后，对于剩余相，针对接地(相对地)和 相间情况来估计其可能的中断电流零点。然后，本发明选择每个相中的最 早电流零点作为用于那个相的目标。这些电流零点中的至少一个对于给定 的相是正确的，而其他相将经历比期望的燃弧时间稍长的燃弧时间。
根据本发明的实施例，该方法包括基于所述第一比较和所述第二比较 确定故障类型。 一旦故障发生，模型的特征M将如何变化取决于故障类 型。该实施例能够将相间故障与相对地故障区别开。
根据本发明的实施例，该方法包括基于所述第 一比较和所述第二比较
确定故障是2相对地故障还是相间未接地故障。必须使用电流模型中的正
确^lt值，以便对相对地或相间电流情况正确地建模。相对地值和更简单 的相对地电流模型将不会对相间故障起作用。
容易了解，如所附的这一组方法权利要求中限定的根据本发明的方法 可适于通过具有当其在处理器单元上运行时与本发明方法的步骤相对应 的指令的计算M序来执行。
根据本发明的另 一方面，该目的通过直接装载到计算机或处理器的内存储器中的计算^序产品来实现，该计算机程序产品包括用于当在计算 机上运行程序时执行根据所附的一组方法权利要求的方法步骤的软件代 码部分。在计算机可读介质上或通过网^1供计算机程序。
根据本发明的另 一方面，该目的通过其上记录有程序的计算机可读介 质来实现，当处理该程序时计算机执行根据所附的一组方法权利要求所述 的方法步骤，并且在计算机上运行该程序。
根据本发明的另一方面，该目的是通过如权利要求16所限定的设备 来实现。
通过其他权利要求将该装置的进一步开发特征化。
这种设备用于在多相交流电力系统中预测不对称故障电流的电流零 点。预测未来电流过零点时间的主要焦点在于它们可以被用作用于向电路 断路器发出同步断开命令以使具有所选的燃弧时间的电流中断的目标。
这种设^^还用于预测在断续器的所有相(具有或不具有试图同步的跳 闸命令)中的期望的中断电流零点时间，并且如果断续器不能在任一或所 有相中进行中断，向后备床护或后备断续器提供信号以完成电流中断过 程。


现在，参考附图并通过描述本发明的不同实施例来更加详尽地阐述本 发明。
图l示出了受控故障中断的一^f理。
图2示出了关于用于电流通路的故障中断的装置的框图，该装置包括 根据本发明实施例的用于预测电流的未来行为的设备。
图3示出了三相交流电力系统中的相移。
图4、图5、图6和图7示出了在三相交流电力系统中可以发生的不 同的多相故障电流中断情况的实例。
图8示出了用于三相对地故障和三相非接地故障的预测电流。
图9a-b示出了根据本发明实施例的用于预测在电流通路中的电流的 未来行为的方法。
图10a示出了在主断续器将使通路中的电流中断而不使用电流零点预测时的不确定^v变(margin )。
图10b示出了在主断续器将基于根据本发明的方法使用电流零点预 测来使通路中的电流中断时的不确定裕度。
具体实施例方式
以下，通过实例，将结合基于电弧的电路断路器来描述本发明。电路 断路器连接到电流通路中以能够快速地断开或接通该断路器并且通过这 样来分别中断和建立该电流通路中的电流。受控故障中断(在下文中表示 为CFI)的主要目标是使电路断路器的灭弧触点的断开时刻相对于目标电 流过零点(在下文中表示为电流零点)同步，受到在目标电流零点之前的 最小可行燃弧时间的约束。电路断路器还通过保护系统来控制，该保护系 统适于确定电路断路器是否应该跳闸并且适于将命令发送给电路断路器 以使其断开。
图1示出了 CFI的基;MHt原理。附图示出了在电流通路中开始出 现故障的时间点Tl之前和之后的电源电压u(t)和电流i(t)。如从图中看到 的，故障电流(即，在故障已发生之后的电流通路中的电流)是不对称的， 并且具有递减的不对称性。在时间点T1处，故障电流出现。保护系统在 时间T2处识别故障。在Tl和T2之间的时间周期被称为保护响应时间 tpr。t。保护系统在时间T3发出断开信号。T2和T3之间的时间周期被称 为等待时间twait。从保护系统发出断开命令到断路器触点开始彼此分开的 时间被称为电路断路器断开时间t。pen。触点分离(parting)在T4处开始。 最小燃弧时间Tmin肌对应于在电流过零点处成功中断之前所需的最小时 间。在该实例中的故障电流具有五个电流it^点Zl-Z5。在时间T5处， 电流在电流it^点Z5处中断。从故障开始到电流中断的总时间限制是总
的断开时间Tdear并且持续经过约2-3个周期。
考虑到保护系统的给定^Mt时间、电路断路器断开时间和最小燃弧时 间，CFI的理想目标是出现在故障发生之后的最早的、可行的电流零点。 一旦目标被识别并且确定了应该使断路器跳闸，则其就是对电流断路器相对于其断开时间的断开命令进行定时(即，"同步")以达到最小燃弧时间 的情况。因此，控制或延迟来自保护继电器的跳闸命令，以使电路断路器 触点在对应于在触点分离与选取的目标中断电流零点之间的预定燃弧时 间的时间处分离。
CFI可以几乎完全作为传统保护系统-电路断路装置的软件附加来实 现。CFI算法理论上可以将相同的测量源用作相关联的保护系统，甚至将 相同的信号处理系统用作保护系统，假定它们是数字数值类型。因此，根 据本发明的方法和设备可以作为传统保护系统的软件附加来实现。
图2示出了关于用于电流通路的故障中断的装置的框图，该装置包括 根据本发明实施例的用于预测电流的未来行为的设备。图2示出了所提出 的关于正常直接跳闸保护方案的设备。所提出的发明会利用相同的釆样电 流和电压测量值来与并行地操作保护继电器。如果根据本发明的设a照 本发明中实施的电流模型3Mt电流行为进行有效估计，则通过电流模型的 外推来识别未来的中断电流零点，并且计算用于向断路器发出跳闸命令的 等待时间。如果该设备不能确定有效的电流模型，则可以实施"旁路"策 略。 一种旁路策略是迫使等待时间为零，从而一旦发送保护继电器的跳闸 命令就回复以使断路器直接跳闸。另一种旁路策略是阻止受控断路器的跳 闸并使电流中断操作转向电力系统中其他地方的"后备"断路器。
以下，将描述关于包括三条电流通路la-c的高压3相系统的本发明。 然而，本发明也可应用于2相或多相系统。该i殳备包括电流采样构件2， 用于对所有三条电流通路la-c中的电流进行连续地采样并将电流采样值 lF保存在三个移动采样窗中；以及电压采样构件3，用于对至少一条电流 通路的电压进行连续地采样并将电压采样值l^保存在移动采样窗中。故 障中断装置包括正常保护系统处理4,其利用相同的采样电流和电压测量 值，但这不是本发明的一部分。
该设备还包括计算单元5，用于基于所存储的电压值，估计关于每 条电流通路la-c的电压的相对地参数Yx、 ax和相间^^t^y、 axy;以及预 测器装置6，用于基于电流的数学模型、所估计的相对地M^、 ax和电流采样值Ip预测关于每条电流通路的第一组电流值IP1，并且基于电流
的数学模型、所估计的相间^lthy、(^y和所存储的电流采样值lp预测
关于每条电流通路的第二组电流值IP2。
该设备还包括比较器8，用于对于每条电流通5^L行所预测的第一 组电流值Ipi与^M目同时间点开始的电流采^ Ir之间的第一比较Cl，
并且执行所预测的第二组电流值Ip2与^目同时间点开始的电流采斧度IF
之间的第二比较C2;以及评估模块IO，用于对于每条电流通路，基于第 一比较和第二比较的结果确定是所预测的第 一组电流值IP1还是第二电流
值Ip2是对通路中电流的有效预测。如果所预测的第一组电流值或第二组
电流值中的任一组被认为是有效的，则预测器装置被通知使用哪一个模 型，并继续基于用于有效的电流值组的M来预测通路的未来电流值。如 果所预测的第一组电流值或第二组电流值中没有一组^L认为是有效的，则 可以使用上面提及的"旁路"策略中的一种。
该设备还包括电流变化检测器12，用于计算第一比较与第二比较之 间的偏差，并基于此偏差来确定在电流通路中是否发生了电流变化。电流 变化是例如由于系统中某处的切换导致的电流瞬态。计算单元5被通知任 一电流通路中的电流变化，并且用于一^通知电流变化发生，就确定电 流变化开始的时间点，并且用于基于电压采样值，估计在电流变化开始的 时间点处的相对地电压的相角ax和相间电压的相角axy。预测器装置6也 被通知电流变化，以及用于丟弃在变化之前的电流值，并用于基于在电流 变化之后采样并存储的电流值预测未来电流值。
电流变化检测器12用于例如使用在WO 2006/043871的图7中所描 述的相同趋势分析方法，基于Cl或C2的值的变化来确定在电流通路中 是否发生了故障。
通知计算单元5发生了故障的情况。计算单元5用于一J9^r测到故障， 就调整关于电流通路的相对地电压的相移yx以及电流通漆t间的相间电 压的相移yxy。
评估模块10还用于基于对所有电流通路的第一比较确定在故障中所涉及的相的数量，并且在存在三相故障的情况下确定是否存在中断一条电
流通路的电流的三相故障。评估模块10还用于基于第一比较和第二比较 确定故障的类型，并且基于第一比较和第二比较，确定故障是2相对地故 障还是相间未接地故障。关于故障类型的信息是例如从评估模块传送至显 示单元并向操作者显示.
该设备还包括it^点估计单元14，用于基于所预测的电流估计对于 电流通路的可能中断电流零点。在存在三相故障且一条电流通路的电流已 中断的情况下，it^点估计单元14用于基于用于预测有效的电流值组的 电流模型和M，估计关于剩余电流通路的可能中断零点。
该设备还包括等待时间估计单元16，用于计算在向电路断路器发出 跳闸命令之前的等待时间。这还需要输入断路器断开时间和目标燃弧时 间，框19。这样的输入可以被编入程序，但另外也可以通过来自断路器 的测量值(例如，表明断路器断开时间变化的辅助接触时间)或者电流的 测量值来更新，以检查实际的燃弧时间。
该装置还包括控制装置18，用于一旦命令中断电流通路中的电流， 则基于所估计的电流过零点来控制布置在电流通路中的断续装置的动作， 以使电流中断最优化。
该系统连续地对数据进行釆样，并且更新其对未来目标电流零点时间 和相关联的等待时间的预测。当电流模型特别针对不对称故障电流时，它 还可以用于正常的电阻负载电流或电抗性负栽电流。以下，进一步描述电 流建模估计计算。
用来区分相对地故障情况和相间故障情况的是驱动电源电压，参见图 3。在相对地故障(涉及1相、2相或3相对地)中，驱动电源电压是在 每个相中的各个相对地电压。在电力系统中，这三个电压是对称的，并且 相对于彼此位移120电角度。相间电压是在任意两个相对地电压之间的电 压。这些相间电压仅与2相未接地故障、相间未接地故障相关。这些电压 关系甚至在故障状况期间也保持相同。仅需要追踪相对地电压中的 一个和 相应的相位序列(被称为"相位旋转(phsase rotation)"或"相序(phasesequence)"),并且所有其他的相对地电压和相间电压的相位行为(phase behavior)将是已知的。可替换地，可以分别测量并追踪所有的相对地电 压和相间电压，^ail是非常昂贵的。
对于对称的多相系统的驱动电源"x"电压，相对地电压Ux(t)可以按 照一般形式通过等式1来描述，
ux(t) = UpKx.sin(①t + ax + Yx) (1)
其中，UpKx是峰值电压， (0是角频率，
t是时间，
(Xx是在故障开始(对应于时间t一)时的电压的角度，以及
Yx是相位相对于参考时间系矢量(reference time frame vector)的 相移，例如，对于三相对称系统，相对地电压的yA=0 ("参考"相位)， yb=-23t/3， Yc=-4tt/3，如图3所示。
相间电压Uxy(t)可以通过等式2描述，
uxy(t) = UpKxy.sin(o)t + axy + yxy) (2)
其中，UpKxy是峰值电压，
dxy是在故障开始时的相间电压的角度，以及
Yxy是相位相对于参考时间系矢量的相移，例如，对于三相对称系
统，相间电压的Yab=+tt/6 ("参考"相位)，YBC=-7i/2， yca=-7tt/6，如图3 所示。
基于以等式l的形式定义的相对地电压，在导体"x"中的相关糾目 对地电流Ut)可以通过等式3来描述
ix(t〉 = Ifpkx.[ sin(o)t + ax - <|)x + yx) - sin(ax + yx - <K). e(画"")]+ (3) ■ (-t/")
IPFaX，其中，t-时间
lFPKx 为电流的蜂，值 (O是系统角频率 (^是故障电流的相角
ax是在故障开始(对应于时间1=0)时的相关联的相对地电压的角
度
Yx是相关联的相对地电压相对于参考时间系矢量的相移，
Tx-Lx/Rx是驱动电源到故障(driving source-to-fault)电感(Lx)与电 阻Rx的比。
基于以等式2的形式定义的相间电压，在相间非接地故障期间在导体 "x"和"y"中的相关联电流ixy(t)可以通过等式4来描述
ixy(t) = Ifpkx.[ sin(cot + axy ■ " + yxy) ■ sin(axy + yxy隱e" (4)
+ lPFaX. e"一
其中，
axy是在故障开始时的相关联的相间电压的角度，
Yxy是相关联的相间电压相对于参考时间系矢量的相移。
忽略故障前的电流，可替换的电流模型为
ixW = 'FPKx'[ sin(wt + ax ■ fx + 9x) _ sin(ax + gx - fx). e(德)]
假设用于初始DC分量值Do的单独估计器，另 一个可替换模型为
ix(t) = lFPKx-[ sin(wt + ax誦fx + gx)] - D。.e(德) 假设"恒定"的DC分量值Dx,可替换模型为
ix(t) = lFPKx國[sin(wt + ax國fx + gx)] 一 D0 如果分别测量所有相对地电压和相间电压并^^用完全分开的关于lt值的相位特定时间矢量，则可以删去相移(yx)项
ix(" = 'FPKx.[ sin(wt + ax - fx) - sin(ax- fx). e(剩]+ lPFax. e(國阔
请注意，电流等式的以上形式还需要"正确的"相对地或相间驱动电 压錄值。
大体上，用于电流模型的重要14^分量是"对称"AC项(正弦或余
弦函数)和"不对称瞬态"项(具有指数函数)的结合，这是因为这些函
数被AC电力系统行为特征化。
所提出的算法基于由以上等式描述的电流模型的特征参数的确定。在 等式3和4中将确定的关键的未知特征参数包括a、 d>、 y和t。应该清 楚，小和t是通过L、 R和co而相关的。在必须计算^的短时瞬态持续
时间，個i殳电力系统频率是恒定的。
多种方法可以应用于尝试并确定未知的特征^lt,例如，卡尔曼滤波 器技术，高斯消去技术等。已选择并^Ji现适合的是基于最小均方回归分 析的方法。基于最小均方(在下文中称为LMS)的算法的优点包括数 据窗大小的灵活性、噪声容限和相对直接的数学算法。
图4、图5、图6和图7示出了在三相交流电力系统中可以出现并且 所提出的发明为其提供解决方案的不同的多相故障电流中断情况的实例。
图4示出了三相对地故障(即，相对地类型的故障)的中断的实例。 在该实例中，相"A"被视为是"参考"相，这意味着对于时间1=0相移 Ya=0。参照相"A"设置关于相"B"和"C"的相移Yb、 Yc参数。所提 出的算法利用Y和a参数值作为输入，用于估计对于每个相电流的其他特 征M值(诸如，d)、 t和IFPK)并生成电流模型，然后估计未来的目 标中断电流零点时间。由于该实例是针对涉及从电源接地的故障，因此在 每个故障相上，每个电流在电流零点时间处中断，而与其他相无关。
图5示出了没有接地的三相故障的中断实例，即，相间类型的故障。 相移Ya、 Yb、 Yc和相角aA、 aB、 ac的^lt值与图4中所示的实例相同， 并且电流具有如图4中所示的实例中一样的行为，直到相电流中的第一个在相"A"的此情况下中断。由于在故障位置处不存在接地，所以剩余的 两个未中断的相必须对电流进行移动以维持对称性，这是因为在没有接地 时，在对称系统中所有电流的总和必须总是为零。同样地，在至今未中断 的相中的电流移动到相反相，这类似于相间故障状况。Ab，是在初相被中 断之后中断终相的相移。
在此情况下的主要控制问M在初相电流被中断之前，所有相中电流 的行为是相同的，即，在初相中断之前，不能区别三相对地故障(即，相 对地故障)与三相未接地故障(即，相间故障)，并且由于必须尽快中断 故障，所以等待中断初相以调整对中断终相的控制是不可接受的。所提出
的发明通过实现用于中断终相的折衷目标解决方案来解决该问题。本发明 识别中断的初相，然后，对于剩余的相，估计它们在接地情况和非接地情 况下可能的中断电流零点。然后，本发明选择每个相中最早的电流零点作 为该相的目标。这些电流零点中的至少一个对于给定相将是正确的，而其 他相将经历比期望的燃弧时间稍长的燃弧时间。在非最佳相中的较长燃弧 时间应在电路断路器的目标燃弧时间裕度之内。这在图8中示出。在附图 中，A相在ZC1处被中断。从图中看出，关于B相和C相的相对地21、 23和相间情况20、 22的预测电流^1相同的，直到A相的电流被中断。在 A相的电流中断之后，电流预测将开始偏离。B相在ZC3处被中断，以 及C相在ZC2处被中断，ZC3和ZC2是在每一个终相中的最早预测电 流零点。
图6示出了两相对地故障的实例。相"A"仍然;l相对于时间t=0的
"参考"相，并且设置了关于其他相的Y和a的M值。由于该故障涉及 接地，所以两个故障相中的每一个中的电流独立地工作。
图7示出了关于图6的在相同相和相同时间点的故障实例，但是在图 7中，故障在相"B"和"C"之间，而没有接地，即，是相间类型的故 障。由于在该故障情况下不存在接地，并且在故障相中的总电流必须为零， 所以在图中示出了对于该情况的有效等效电路。相"A"没有出故障并且 在电源处接地，以及负栽和运转均正常。相"B"和"C"由于故障而连接，并且故障电流^L相间电压"UBc(t)"驱动。实际上，相"B"和"C" 通过不接^目间故障连掩^并成其自身的单相"等效"电路，该电路具有 作为等效电源电压的uBC(t)。尽管对于本发明的方法，相"A"仍然是总
的"参考"相，但是该故障情况的驱动电源电压为"UBc(t)"，因此必须调
整"B"和"C"相的Y和a的参数值。
所提出的方法的新颖特征在于在等式l-4中描述的电压和电流的一般
等式形式对于所有故障情况是相同的。仅需要调整Y项和a项的值，以管 理某些故障类型。具体地，仅需要考虑两种主要的故障分组，涉及接地的 故障和不涉及接地的故障。因此，本发明针对这些情况来计算电流模型的
M值，并且评估这些值中的哪一个与实际采样电流值最匹配。仅需JHt 于三种相故障来实现用于中断终相的折衷方案。
图9a-b是示出根据本发明实施例的方法和计算机程序产品的流程 图。应该理解，流程图的每个框均可以通过计算;^序指令实现。对于每 个相电流重复图9a-b中所示的步骤，理想上彼此并行。
在所有相上的电流测量值均在移动釆样窗中被连续地釆样。在至少一 个相中的电压测量值在移动采样窗中被连续采样。由于能够基于一个相的 电压测量值计算其他相中的电压和相间的电压，所以测量一个相中的电压 U够的。在该系统中，对于每个相，重复图9中描述的算法。在图9 中描述的算法的必需输入值是相中的电流采样值，框30，以;M目对地电 压的采样值或计算值，和相间电压的采样值或计算值，框31、 32。
电压测量值用于获得电力系统角频率co、参考系相移y和故障开始相 角a的值。大概存在几种管理该电压参考方面(aspect)的方式。通常都 不得不将电压与公共时间矢量参考系(common time vector frame of reference)联系，即，相对于>^共时间矢量具有正确的相移Y值。 一种方 法是简单地将"A"相设置为"参考相"，因此，对于t4有Yf0。在对 称的平衡网络中，其他相的相对相移Y值应该相对于彼此保持固定，因而 相对A相是固定的。同样地，该方法将通过仅测量一个相(例如，A相) 上的电压来工作。 一种方法还可以理论上仅测量一个相间电压并根据该相间电压来调整相移y和相角a的值。
一种方法还可以测量相对地和/或相间电压，并且基于估计在对于每 个正弦电压的波形上到同一点的相移Y的普通定义，例如，当在上升的过 零点上电压=0的情况下， 一种方法可以测量相对于时间t=0的相移。测 量电压还具有能够维持对电力系统频率(其实际上设置了等式中co的值) 进行检查的益处。
相间电压也可以通过最普通的方法来直接测量，其可以通过减去相关 的相对地电压来计算。
基于相对地电压的值来估计相对地参数^和ax的值，框34;并J^ 于相间电压的值来估计相间^Yxy和axy的值，框35。基于所估计的相 间参数和相对地参数以及电流值来估计电流模型的剩余未知^0^t值，诸如
电流的"^值Ij^K、驱动电源到故障电感电阻比T和电流的相角①，框36、
37。例如，通过最小均方方法来估计特征^IL
完整的一组估计参数值被应用于通过等式3和等式4描述的电流模 型，以构成测量电流的两个估计值。基于由等式3描述的电流的数学模型、 所估计的相对地参数Ux和电流采样值来预测第一组电流值，框39。基 于由等式4描述的电流的数学模型、所估计的相间^ Yxy、 c^和所存储 的电流采样值来预测第二组电流值，框38。
现在，应当确定是由等式3描述的包括相对地参数的模型还是由等式 4描述的包括相间M的模型为有效模型。这通过将第一组预测电流值和 第二组预测电流值与M目同时间点开始的电流采^Ni进行比较来完成。这 使得确定是第 一组预测电流值、第二组预测电流值还是两组预测电流值为 通路中的有效电流预测成为可能，框40、 41。存在几种建立的应用于线 性回归以JiH^漠型对于采样数据的适合性或相关性的统计方法。大多数这 种测试都是从分析模型函数与釆样数据组之间的残差得到的。对线性回归 模型的已知测试是所谓的"F0假设检测"或者称为"回归显著性的检验"， 如由Montgomery Douglas C.和Runger George C.在1999年纽约的John Wiley&Sons公司的"Applied Statistics and Probability for Engineers"笫
25二版中所描述的。
将测量的电流值与所估计的电流值进行比较(在通常的时间范围内)
以例如l吏用误差分析、统计相关性或差异分析来^JE所估计的模型电流的 精确性。对于相对地和相间M组电流模型的这种比较产生了一些值，例 如，"F01"和"F02"，接着可以对其进行比较以确定哪一个^组应被用 于未来电流行为的外推。基于"F01"和"F02"的值，还能够确定是否 有所预测的电流中的任一个是有效预测，框43。如果所预测的一组电流 中没有一个被认为是有效的，且存在不能预测的电流故障，则可以使用之 前描述的"旁路"路线，或者测量和计算设备中存在故障，则例如可以产 生警报。
如果一组预测电流值被认为是有效的，则包括用于预测有效的一组电 流值的M的模型被用于未来电流行为的外推。如果所预测的两组电流值 都被认为是有效的，则基于"F01"和"F02"之间的比较来选择包括用 于预测最有效的电流预测的参数的模型，并将其用于未来电流行为的外 推，框44。
测量的电流值与所估计的电流值之间的比较结果(例如，"F01"、 "F02")还可以用于检测电流变化，诸如检测故障瞬态，框46。如果检 测到大的电流变化，则调整采样窗以使在该变化之前的时间点开始的电流 数据被丢弃，框48,相角a和相移y被更新，如WO 2006/043871中所描 述的(如图7所示)，框50，并JL基于更新的^来预测通路电流的未来 值，框52。
在启动时，例如，当首先驱动断路器闭合到系统时，可以计算相移y， 使得三相接近同步，即，"t=0"，例如，其中，A相电压上升为零，从而 (U和Ya等于零，以;M目对于作为参考的A相来调整其^目的其他a和y 值。
同样，在启动时，相间a和y值被设置为与相对地a和y值相同，使 得图9a-b的左手侧和右手侧应达到相同的估计d)以及其他参数值以及相 同的估计电流。因此，F01和F02值将是相同的，直到故障发生。如果故障是两相、相间未接地故障，则在调整图9a-b流程图的左手侧的a和y 值之后，F02的结果最终将大于F01的结果。
如果所估计的电流被认为足够精确，则对其进行外推以发现中断可能 发生的后续可行未来电流零点。该系统可以基于预先选择的准则(例如， 包括最快中断时间、最大电弧整体^^ ^ (maximum arc integral savings ) 或优选的di/dt比率)来选择最适当的电流零点。
基于识别的目标中断电流零点、电路断路器断开和目标燃弧时间来计 算用于使电路断路器的跳闸信号延迟的等待时间。
一旦等待时间为零并且相关联的保护(和/或控制)系统已确定断路 器将跳闸，则跳闸命令就M送到电路断路器。
在以上系统中构建其他特征，以检测故障开始(故障类型检测，即， 1/2/3相对地或相间)，基于最早的可能中断或最低电弧整体应力选择目标 电流零点，包括终相的电流零点估计以对非有效接地系统进行中断，并且 在可接受电流估计建模在保护系统激活时间内不能实现的情况下，控制监 督以允许同步控制的旁路。
一旦故障发生，则其取决于哪一种类型的故障、y和a值将如何变化。 故障的发生将意味着测量的电流和所估计的电流将开始不同。这将通过 FO趋势函数检查来检测，实际上为简单起见，仅使用每个相中的F01值 来进行追踪。 一旦算法检测到故障，其就会基于其来自故障开始时刻的 F01趋势函数的估计值丢弃故障前的数据，并且开始收集从故障开始的时 间点开始的数据。该算法还将基于故障开始时刻更新其关于相对地和相间 的a值。
由于相对地值一般总是"有效的"，但可能不"相关"(例如，如果其 结果是相间故障)，所以左手侧的y值不会变化。然后，只在涉及仅两个 相的情况下，基于在故障中涉及那两个相，来调整相间y和a值。
在任意故障中涉及的相的数量通过检测哪些F01值"触发"故障事 件来容易地确定。仅故障相的F01值将"有反应"。因此，可以从此获知该故障是1相、2相还是3相。在2相故障的情况下我们需要对F01和 F02结果再次进行比较，以区分2相对地故障和相间未接地故障。
由于不知道下一次故障是否只是2相的以;M目间故障的情况，所以实
际上不值得试图在故障发生之前调整相间Y和a值。对于任意一个相，可 以存在两个可能的组合，例如，假i更我们调整关于"A"相与另一个相上 的故障的y和a值。其也许是"AB"故障、或者"AB-e"或"CA"或"CA-e" 故障。
关于"XX"故障的Y和a值不同于关于"XX-E"故障的Y和a值。 此外，根据以上实例，关于"AB"故障的Y和a值与关于"CA"故障的 Y和a值不同。
基于对在这两相故障中涉及哪些相的识别，适当地调整相间y和a 值。在这些值对于对称三相系统是已知的意义上，这些调整是"固定的"， 但是我们并不完全了解在故障实际发生之前使用了哪些值。
"默认"(启动)输入的Y值假设"XX-E"情况比"XX"情况更有 可能，所以图9的右手侧将成为正确的解决方案。
当相间故障发生时，算法进行并行计算，图9a-b的右手侧假设"XX-E" 情况，产生F01结果，以及图9a-b的左手侧假设"XX"情况，产生F02 结果。如果F02结果大于F01结果，则我们了解到其是"XX"情况并基 于此进行进一步预测。
接下来是将最小均方回归法应用为一种确定用于给定电流模型的参 数值的可能手段的详细描述。如以上提及的，其他方法(例如，卡尔曼滤 波)也可以应用于相同目的或功能。
可以将等式(3)按照(5)来进行正交因式分解，
ix《t》=Kx1,sin(cot) + Kx2細阔-Kx2. eH' Kx3) + lPF< , (5)
Kx3)
其中
28<formula>formula see original document page 29</formula>
忽略故障前电流项并使用指数项的一阶泰勒级数逼近，则等式(5 可以进一步近似为(11)，
<formula>formula see original document page 29</formula>
然后，(11)中的Xx系数可以通过应用最小均方矩阵法来得到，如由 (12)、 (13)和(15)所描述的，<formula>formula see original document page 29</formula>
其中，n是处理的当前数据iMNi的数量，<formula>formula see original document page 29</formula><formula>formula see original document page 30</formula>(14)
以及I&,Xx2Xxa X』T是所求解的未知系数的矢量。
由(12)的解得到的关键结果是项Xd和Xx2，其为由(15)和(16)
给定的一般形式，
Xxi = Ifx . cos(yx -傘x) Xx2 = -Ifx . sin(yx -令x)
《15)
(16)
xxl和xx2项提供了采样电流的对称分量的正交项，而xrf和xx4项提
供了采样电流的不对称(一般)分量的线性逼近。
通过包括在(5)的因式分解中的^项来管理对于每个相关联电流的 相应驱动电源电压的参考系。
已知ax和I,可以通过(17)和(18 )在相特定项中得到Kxl和Kx2，
Kx1 = Xx1.cos(ax) + Xx2.sin(ax) Kx2 = Xx1.sin(ax) - Xx2.cos(ax)
通过使用Xxl和Xu按照(19)直接得到K:
(17)
(18)
.x3.
(19)
然后，可以将Kx项、Yx和IpFax应用于(5)，以获M个相的采样电 流的逼近。这些逼近实际上可以在时间上进行外推，因此，可以用于所估 计的未来电流零点时间，其可以被用作受控故障中断的目标。
例如通it^目对于关于这种两相故障的相关斜目间电源电压调整和&值，可将上述方法同样地应用于未接i^目间故障。
应用于此方法的数据采样窗管理、估计电流相关性、差异分析检查
("F0检查")、"F0趋势"故障开始检测(otx检测)和目标电流零点时间 估计步骤与专利申请PCT/SE2005/001508中描述的步骤基4^目同，但被 应用在所有的三相上。
所有的该方法的步骤以及参照图9a-b所描述的任何子步骤序列都可 以通过编程的计算机设备来控制。此外，尽管以上参考附图描述的本发明 的实施例包括计算机设备和在计算机设备中执行的过程，但是本发明因而 还延伸为计算M序，特别是适于将本发明用于实践的在栽体上或中的计 算M序。该程序可以为源代码、目标码、诸如为部分编译形式或适用于 实现根据本发明的过程的伶河其他形式的代码中间源(code intermediate source)和目标码。
本说明书中包含的术语"包括"被用于表示所陈述的特征、整体 (integer)、步骤或组件的存在。然而，该术语没有排除一个或多个其他 特征、整体、步骤或组件或者其组合的存在或增加。
该方法还可以通过简单地预测直接跳闸(即，非目标或非同步跳闸) 的断路器应该在每个相或电流通路中在哪个电流零点进行中断来实现改 进(即，更快)的断路器故障检测。图10a示出了在没有进行电流和电流 零点的预测时对于主断续器何时将中断通路中的电流的不确定5^度。如果 没有进行电流零点的预测，则不能确定地预测主断续器应何时中断。图 10a中的区域60示出了断续器可中断电流的可能电流零点。箭头61和62 表示在不进行电流零点预测的情况下对于主断续器将何时中断的不确定 裕度。
现在，不进行这种精确预测，结果是仅对预期的最大电流中断时间进 行粗略近似。当在粗略估计的预期最大中断时间之后电流仍被检测为正在 电流通路中流动时，进行所谓的后备保护方案和后备跳闸操作。如果期望 实现中断的第一断续装置(出于某些原因)没有这样做，那么预期的最大 中断时间的粗略度导致在故障电流的中断上的较长延迟。因此，总的来说
31故障在电力网上仍保持较长时间，这增加了将使电力网变得不稳定的风险 (这是由于长时间维持高故障电流的难度)，并且导致所谓电力网的"崩 溃"以及大规模电力损耗或断电。
可以使用用于上述过程中的所有或部分过程的可替换方法，从而可以 将电流建模为具有各种^的函数，并且这些^通过各种方法确定，仍 然产生了电流模型，该电流模型用于预测电流的未来行为以及例如预测未
来电流it^点时间，然后这些未来电流it^点时间用于使跳闸命令同步以 便实现预先选择的燃弧时间，例如，用于相角估计的著名的卡尔曼滤波技 术或者用于故障类型分类的人工神经元网络，例如，应用在一些现代的数 字保护继电器中。
所提出的方法可以精确地预测所预期的中断电流零点时间，从而减小 为后备保护或后备跳闸所留出的緩冲时间，以及减少在第一断续器不能中 断的情况下的总故障持续时间，从而减少由于断续器的故障而导致的大规 模断电的风险。图10b示出了关于主断续器使用基于根据本发明的方法的 电流零点预测对于何时中断通路中的电流的不确定裕度。如^t通路中的 电流和电流零点进行预测，则能够以合理确定地预测何时应当中断主断续 器。图10b中的区域66示出了断续器可能中断电流的可能电流零点。箭 头65和66表示对于主断续器利用根据本发明的电流预测和电流零点预测 何时进行中断的不确定裕度。从图10a和图10b看出，如果利用根据本发 明的方法来预测电流和电流零点，则显著地减小了不确定^v变。
权利要求
1.一种用于预测在多相交流电力系统中形成相的电流通路中的电流的未来行为的方法，所述方法包括-连续地保存对于所述电流通路中的至少一条的电压(v(t))的采样值，-连续地保存对于所述电流通路中的每一条的电流(i(t))的采样值，其特征在于，所述方法还包括，对于所述电流通路中的每一条-基于保存的电压值估计对于所述电流通路的相对地电压(vx(t))的一个或多个相对地参数，诸如相角(αx)；-基于估计的相对地参数、所述电流的采样值和包括一个或多个特征参数的电流数学模型，预测第一组电流值，该参数具有取决于其是根据相对地参考系还是根据相间参考系进行评估的不同值；-执行在第一组预测电流值与从相同时间点开始的所述电流的采样值之间的第一比较；-基于所述保存的电压值，估计对于在所述电流通路之间的相间电压(vxy(t))的一个或多个相间参数，诸如相角(αxy)；-基于所述电流数学模型、估计的相间参数和保存的电流的采样值，预测第二组电流值；-执行在第二组预测电流值与从相同时间点开始的所述电流的采样值之间的第二比较；基于所述第一比较和所述第二比较的结果，确定是所述第一组预测电流值为通路中的所述电流的有效预测还是所述第二组预测电流值为通路中的所述电流的有效预测；以及-如果所述第一组预测电流值或所述第二组预测电流值中的任一组被认为是有效的，则基于用于预测有效的一组电流值的所述模型和参数来预测通路的所述电流的未来值。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所i^目对地^包括对于所述 电流通路的相对地电压(vx(t))相对于参考相位的相移(yx),以及所勤目 间参数包括所述电流通路之间的相间电压(vxy(t))相对于参考相位的相移(Yxy)。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，所&目对地M包括对于所述电流通路的相对地电压(vx(t))的相角(ax)，以及所^目间参数包 括所述电流通i^J'司的相间电压(Vxy(t))的相角(axy)。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括计 算所述第一比较和所述第二比较之间的偏差，并且基于所述偏差，确定在 所述电流通路中是否发生了所述电流的变化。
5. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述方法包括 一旦险测到在 所述电流通路中发生了所述电流的变化，就调整估计的所勤目间电压的相 移(yxy)和估计的所勤目对地电压的相移(Yx)。
6. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述方法包括一JS^测到在 所述电流通路中发生了所述电流的变化，则确定所述电流的变化开始的时 间点，并基于所述电压的釆#^,估计在所述电流的变化开始的时间点处 所^目对地电压的相角Ux)和所W目间电压的相角(axy)。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将对于电流通路的 所述电流(i(t))的采样值保存在移动窗内，并且所述方法还包括 一旦 检测到在所述电流通路中所述电流发生了变化，就调整用于所述电流的移 动窗，以丟弃在所述电流的变化之前的电流值，并且基于在调整后的移动 窗中的当前值预测所述电流的未来值。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括基 于存储的电流的采样值和估计的对于所述电压的相对地参数来估计对于 所述电流的一个或多个特征^，并且基于所述电流的数学模型、估计的 相对地^lt和对于所述电流的特征M来预测所述电流的未来值。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括基 于所述第一比较和所述第二比较之间的偏差来确定在所述电流通路中是 否发生了故障，以及基于对于所有电流通路的所述第 一比较来确定所述故 障中涉及哪个相。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中，所述方法包括确定是否存 在三相故障，在存在三相故障的情况下估计第一相要中断的电流零点的 时间，基于所述模型以及所W目对地M和所^目间参数来估计对于剩余 的两条电流通路的可能中断电流零点，以及选择所述剩余通路中的每一条中估计的电流零点中最早的 一个来进行中断。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括 基于所述第 一 比较和第二比较之间的偏差来确定在所述电流通路中是否 发生了故障，并且基于所述第一比较和所述第二比较来确定是存在相间故 障还是存在相对地故障。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括 基于所预测的电流的未来值估计所述故障电流的 一个或多个未来过零点 (Zl-Z5)，并且基于所估计的过零点控制布置在所述电流通路中的中断装 置的动作，用于根据命令中断所述电流，以使电流中断最优化。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括 为断续器估计所有相上的期望中断电流零点时间，并且在所述断续器不能 在任一或所有相上进行中断的情况下，将信号提供给后备床护或后备断续 器以完成电流中断过程。
14. 一种可直接装载到计算机的内存储器中的计算;t^呈序产品，包括 用于执行权利要求1-13中任一项所述的步骤的软件。
15. —种计算机可读介质，具有记录于所述计算机可读介质上的程序， 其中，当在计算机上运行所述程序时，所述程序使所述计算机执行权利要 求1-13中任一项所述的步骤。
16. —种用于预测在多相交流电力系统中形成相的电流通路(la-c ) 中的电流的未来行为的设备，所述设备包括國第一构件(3)，适于对所述电流通路中的至少一条的电压(v(t))进 行连续采样并保存所述电压的采样值，-第二构件(2),适于对所述电流通路中的每一条的电流(i(t))进行 连续采样，并保存所述电流的釆样值，其特征在于，所述设备还包括-计算单元(5)，适于基于保存的电压值，对于每条电流通路，估计对于相对地电压(vx(t))的一个或多个相对地参数，例如相角(ax)，以 及对于所述电流通路之间的相间电压(vxy(t))的一个或多个相间参数， 例如相角(axy)，-预测器装置(6)，用于基于估计的相对地^、所述电流的采样值 和包括一个或多个特征参数的电流数学模型来预测对于每条电流通路的 第一组电流值，其中，这些^具有取决于其是根据相对地参考系还是根 据相间参考系进行评估的不同值，并且基于所述电流数学模型、估计的相 间参数和保存的电流的采样值，预测对于每条电流通路的第二组电流值，-比较器(8)，用于执行在第一组预测电流值与^目同时间点开始的 所述电流的采样值之间的第一比较，并且执行在第二组预测电流值与W目 同时间点开始的所述电流的采样值之间的第二比较，以及评估模块(IO)，用于基于所述第一比较和所述第二比较的结果，确 定是所述第一组预测电流值为通路中的所述电流的有效预测还是所述第 二组预测电流值为通路中的所述电流的有效预测，并且如果所述第 一组预 测电流值或所述第二组预测电流值中的任一组被认为是有效的，则所述预 测器装置用于基于用来预测有效的一组电流值的^lt,预测通路的所述电 流的未来值。
17. 根据权利要求16所述的设备，其中，所^f目对地^包括对于所 述电流通路的相对地电压(vx(t))相对于参考相位的相移(Yx )，以及所述 相间参数包括所述电流通路之间的相间电压(vxy(t))相对于参考相位的 相移(yxy )。
18. 根据权利要求16或17所述的设备，其中，所勤目对地^包括 对于所述电流通路的相对地电压(Vx(t))的相角(ax)，以及所W目间参 数包括所述电流通5Ml间的相间电压(Vxy(t))的相角(axy)。
19. 根据权利要求16至18中任一项所述的设备，其中，所述设备还 包括电流变化检测器(12)，适于计算所述第一比较和所述第二比较之间 的偏差，并且基于所述偏差，确定在所述电流通路中是否发生了所述电流的变化。
20. 根据权利要求16至19中任一项所述的设备，其中，所述计算单 元(5)适于一旦险测到在所述电流通路中发生了所述电流的变化，就确 定所述电流的变化开始的时间点，并且基于所述电压的采样值，估计在所 述电流的变化开始的时间点处所i^t目对地电压的相角(axy )和所i^t目间 电压的相角(ax)。
21. 根据权利要求16至20中任一项所述的设备，其中，所述第二构 件(2)适于将所述电流(i(t))的采样值保存在移动窗内，并且所述预测 器装置单元适于丟弃在所述电流的变化之前的电流值，并且基于在所述电 流的变化之后采样的电流值预测所述电流的未来值。
22. 根据权利要求19所述的设备，其中，所述电流变化检测器(12) 适于基于所述第一比较和所述第二比较之间的偏差确定在所述电流通路 中是否发生了故障，并且所述评估模块适于基于对于所有电流通路的所述 第 一比较确定在所述故障中涉及哪个相。
23. 根据权利要求22所述的设备，其中，所述设备包括过零点估计 单元(14)，适于估计对于所述电流通路的可能中断电流零点；以及所述 评估模块，适于确定是否存在三相故障，并且在存在三相故障的情况下， 估计第一相要中断的下一电流零点的时间，基于所^型以及所勤目对地 M和所W目间^估计关于剩余的两条电流通路的可能中断电流零点， 并且选择所述剩余通路中的每一条中估计的电流零点中最早的一个来进 行中断。
24. 根据权利要求16至23任一项所述的设备，其中，所述电流变化 检测器(12 )适于基于所述第一比较和所述第二比较之间的偏差来确定是 否发生了故障，以及所述评估模块适于基于所述第一比较和所述第二比较 来确定是存在相间故障还是存在相对地故障。
25. 根据权利要求16至24中任一项所述的设备，其中，所述评估模 块(10)适于基于所述第一比较和所述第二比较确定故障是2相对地故障还是相间未接地故障。
26. —种根据权利要求16至25中任一项所述的设备的用途，用于预 测在多相交流电力系统中的不对称故障电流的电流零点。
27. —种根据权利要求16至25中任一项所述的设备的用途，用于预 测对于断续器在所有相中的期望中断电流零点时间，并且在所述断续器不 能在任一或所有相上进行中断的情况下，将信号提供给后^护或后备断 续器以完成电流中断过程。
全文摘要
本发明涉及一种用于预测在多相交流电力系统中在电流通路(1a-c)中的电流的未来行为的方法和设备。该设备包括第一构件(3)，适于对电流通路中的至少一条的电压进行连续采样；第二构件(2)，适于对电流通路的电流进行连续采样；计算单元(5)，适于基于电压的值估计对于电流通路的电压的相对地参数和相间参数；预测器配置(6)，适于基于估计的相对地参数预测对于电流路径的第一组电流值，并基于估计的相间参数预测关于电流通路的第二组电流值；比较器(8)，适于将所预测的第一组电流值和第二组电流值与从相同时间点开始的采样电流值进行比较；以及评估模块(10)，用于基于该比较，确定所预测的第一组电流值是通路中的有效电流预测还是所预测的第二组电流值是通路中的有效电流预测。
文档编号H01H9/56GK101542662SQ200780044087
公开日2009年9月23日 申请日期2007年10月4日 优先权日2006年12月1日
发明者托马斯·理查德 申请人:Abb技术有限公司