專利名稱：預(yù)測交流電過零點(diǎn)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
和先前技術(shù)本發(fā)明涉及一種在電流路徑中發(fā)生故障電流后預(yù)測交流電過零點(diǎn)的設(shè)備，用于確定斷開電流路徑中配置的電開關(guān)器件進(jìn)而切斷電流路徑中的電流的適合時間，本發(fā)明還涉及用于這樣預(yù)測的方法。
“電開關(guān)器件”是廣義說法，不僅包括在兩個不同部件之間具有機(jī)械運(yùn)動，以通過物理分離電流路徑中的兩個部件得到開路的器件，還包括半導(dǎo)體器件，如IGBT等，它們通過進(jìn)入阻斷狀態(tài)來斷開，因而切斷通過的電流?！半婇_關(guān)器件”還包括所謂的轉(zhuǎn)接開關(guān)，通過它，電流路徑中的電流可以在電流路徑中出現(xiàn)故障電流時被切斷，從而切換至負(fù)載等的另一電流路徑中。
電領(lǐng)域中一直需要這樣類型的設(shè)備和方法。當(dāng)出現(xiàn)這樣的故障電流時，重要的是一方面電開關(guān)器件盡快斷開電流路徑，即切斷電流，使連接到電流路徑的不同類型的設(shè)備不會損壞，但另一方面絕對有必要的是交流電改變方向，即在切斷前具有過零點(diǎn)。但是，當(dāng)發(fā)生所述故障時，交流電通常具有直流分量(DC分量)，直流分量的大小取決于故障發(fā)生的時間，并且該直流分量迭加在交流電之上，最壞的情況可能導(dǎo)致將需要幾個交流電周期才能出現(xiàn)過零點(diǎn)。因此，到目前為止，在發(fā)生故障后只是簡單地等待相當(dāng)長的時間，直到在交流電過零點(diǎn)確保可以進(jìn)行切斷，其中假定故障可能發(fā)生在對于直流分量最不適宜的時間。這種長時間等待當(dāng)然意味著與在較早時間發(fā)生切斷相比，對所述設(shè)備將產(chǎn)生較大損害的嚴(yán)峻風(fēng)險。這樣，要切斷交流電，在大多數(shù)情況下當(dāng)然要發(fā)生在出現(xiàn)多個過零點(diǎn)之后，因?yàn)楸仨氂邢喈?dāng)?shù)陌踩６葋肀苊馇袛嗵纭?br> 因此，最好是就在可能時盡早切斷交流電，即在各種情況下預(yù)測交流電的過零點(diǎn)，以能夠在最適合的時間切斷。為此，并不一定總希望在第一個過零點(diǎn)發(fā)生時切斷電流，因?yàn)橹绷鞒煞挚赡苋院艽?，使得觸點(diǎn)位置產(chǎn)生的電弧能量太高，燒毀的材料量可能很大，這樣會使斷路器或開關(guān)器件部分地?fù)p壞或發(fā)生故障。
希望預(yù)測過零點(diǎn)的另一個理由是在具有通過觸點(diǎn)分隔進(jìn)行切斷的開關(guān)器件中，存在這種開關(guān)器件的觸點(diǎn)系統(tǒng)的機(jī)械延遲時間間隔，這使得有必要在過零點(diǎn)發(fā)生前的某段時間開始機(jī)械運(yùn)動，以使中斷可以發(fā)生在過零點(diǎn)時。
應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明適用于配置了所有類型的電開關(guān)器件的電流路徑的開路，因?yàn)橛幸饬x的是通過所述預(yù)測，在常規(guī)斷路器的斷路室中獲得良好控制的電弧時間，但本發(fā)明特別針對所謂的混合斷路器，這種類型的斷路器在申請人仍未公開的瑞典專利申請9904164-2中有描述。在這樣的混合斷路器中，在電流路徑中有兩個并聯(lián)的分支，一個分支具有換向器(commutator)并位于流經(jīng)開關(guān)器件的常規(guī)電流路徑中，另一分支的一個構(gòu)件具有在至少一個阻斷方向阻斷流經(jīng)電流并在至少一個方向上導(dǎo)通經(jīng)過電流的能力；以及與所述構(gòu)件串聯(lián)的切斷接觸部件，具有重要意義的是能夠控制換向器的觸點(diǎn)斷開在交流電過零點(diǎn)，從而避免電弧。因?yàn)樗鰳?gòu)件必須阻斷，從而能夠使在沒有任何電流的情況下斷開接觸部件，當(dāng)使用整流二極管形式的構(gòu)件時，它處于這樣一種情況換向器不斷開，直到可以獲得交流電的過零點(diǎn)。相應(yīng)問題也適用于本申請人所有的仍未公開的瑞典專利申請9904166-7中所述的電開關(guān)器件。
根據(jù)本發(fā)明，此目的通過提供所述類型的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，所述設(shè)備具有部件，適用于檢測電流路徑中的電流；裝置，適用于根據(jù)所述部件檢測到的交流電的值來計(jì)算電流的直流(AC)電平、即交流電相對于其零電平的對稱線偏移，以及直流電平隨時間的衰減，所述裝置適用于至少根據(jù)通過所述電流檢測得到的電流值、計(jì)算的直流電平、計(jì)算的直流衰減和有關(guān)交流電周期時間的信息以及根據(jù)所附獨(dú)立方法權(quán)利要求的方法來預(yù)測交流電下一過零點(diǎn)的時間。
根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的設(shè)備能夠可靠地預(yù)測下一過零點(diǎn)，因?yàn)橄乱贿^零點(diǎn)的計(jì)算是根據(jù)檢測到的所述電流值，同時還考慮交流電的直流電平和它衰減的速度。通過它可能控制斷路器，使有需要時在下一過零點(diǎn)前的某時段開始接觸部件的機(jī)械運(yùn)動，從而正好在過零點(diǎn)得以切斷。沒有在出現(xiàn)任何過零點(diǎn)之前進(jìn)行任何切斷嘗試的任何風(fēng)險，因?yàn)檫@是先預(yù)測的。
應(yīng)當(dāng)指出，雖然本設(shè)備用來在電流路徑中發(fā)生諸如短路的故障時預(yù)測過零點(diǎn)并因此而進(jìn)行配置，它當(dāng)然也可以用來在正常負(fù)載電流時優(yōu)化電流路徑中電流的切斷，因?yàn)樗还茉鯓涌傇谀抢铩?br> 根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例，所述電流檢測部件適用于檢測電流過零點(diǎn)的時間，以及裝置適用于在預(yù)測交流電的下一過零點(diǎn)的時間時考慮檢測到的過零點(diǎn)的時間。通過首先用這種方法檢測過零點(diǎn)并在計(jì)算下一過零點(diǎn)時從這個時間開始，對下一過零點(diǎn)的預(yù)測將是可靠的。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例，所述部件適用于在至少一個交流電周期的時段期間，在出現(xiàn)所述故障電流后檢測交流電，以及裝置適用于在該時段期間，使用通過檢測交流電得到的電流值來計(jì)算所述直流衰減。通過在至少一個周期期間檢測交流電，可以消除諧波對交流電外部特性的可能影響，以及對預(yù)測過零點(diǎn)的時間的可能影響。在整個周期期間出現(xiàn)的諧波將與在后面整個周期期間出現(xiàn)的那些諧波相同，并且它們因此而不影響預(yù)測過零點(diǎn)的時間，這樣，預(yù)測將幾乎不對諧波敏感。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，設(shè)備包括組件，適用于在第一時段和第二時段上對所述部件檢測到的交流電進(jìn)行積分，其中第二時段與第一時段具有相同長度并且基本上是交流電的一個周期，以及所述裝置適用于形成這兩個電流積分值的商，并用它計(jì)算所述直流衰減。這構(gòu)成了計(jì)算直流衰減的可靠方法。應(yīng)當(dāng)指出，第二段時間在第一段時間之后開始，但它們很可能部分互相重疊。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，設(shè)備包括這樣一種部件適用于計(jì)算過零點(diǎn)交流電的導(dǎo)數(shù)，該過零點(diǎn)是通過從所述電流檢測部件接收到的信息而檢測到的，以及這樣一種裝置，適用于在計(jì)算交流電下一過零點(diǎn)時使用該導(dǎo)數(shù)值。因此，該導(dǎo)數(shù)最好根據(jù)緊挨著所述過零點(diǎn)之前和之后檢測到的交流電的值來確定。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，電流檢測部件適用于將交流電的兩個連續(xù)電流峰值傳送給所述裝置，以及所述裝置適用于在計(jì)算交流電的所述下一過零點(diǎn)時，形成這兩個電流值的平均值作為所述直流電平使用。通過這種方法，直流電平可以很容易地按目的精度確定。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，設(shè)備被設(shè)計(jì)用于三相交流電形式的交流電，所述裝置適用于計(jì)算兩相的直流電平，方法是確定各相的兩個連續(xù)電流峰值的平均值，并且所述裝置適用于根據(jù)這兩個直流電平之間的關(guān)系計(jì)算直流電平隨時間的衰減，并在預(yù)測下一過零點(diǎn)時使用它。這樣，在三相故障時，可以很快地計(jì)算出直流衰減，通過它實(shí)現(xiàn)早期預(yù)測交流電的下一過零點(diǎn)的條件。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，設(shè)備還包括這樣一種部件適用于根據(jù)所述電流檢測部件傳送的電流值來計(jì)算交流電的交流衰減、即交流電的振幅隨時間的減小，這進(jìn)一步提高了預(yù)測的準(zhǔn)確性，但它可能需要較長時間來計(jì)算下一過零點(diǎn)的時間。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，所述檢測部件適用于在至少一整個電流周期期間，用某個采樣頻率對交流電的值進(jìn)行采樣，并且存儲部件適用于存儲采樣值，以及所述裝置適用于計(jì)算給定時間的直流電平，方法是形成從所述時間向后的電流周期時間期間存儲的電流平均值，然后在所述預(yù)測中利用該直流電平。因而可以有利地假設(shè)直流電平的衰減是呈指數(shù)的，并且所述裝置可適用于通過用其時間導(dǎo)數(shù)除通過除法得到的直流電平來計(jì)算其時間常數(shù)。這形成了可能預(yù)測交流電下一過零點(diǎn)的基礎(chǔ)，無需首先檢測任何過零點(diǎn)。更準(zhǔn)確地說，根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，所述裝置適用于根據(jù)所述給定時間計(jì)算的直流電平和直流電平隨時間的衰減來預(yù)測在后面時間的直流電平，并且所述裝置適用于通過從上述時間之前的一個電流周期測量的交流電值減去后面時間前的一個電流周期計(jì)算的直流電平和在所述后面時間預(yù)測的直流電平之間的差來預(yù)測交流電的值。利用這樣預(yù)測的電流，可以用不同方法來尋找其后面的若干過零點(diǎn)，例如通過利用等分間隔的方法。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，所述檢測部件適用于檢測交流電峰值的時間，并且所述裝置適用于使用該時間作為參考來預(yù)測交流電的后面的過零點(diǎn)。通過它可非常早地預(yù)測下一過零點(diǎn)，更具體地說，這可以是本實(shí)施例的進(jìn)一步發(fā)展，原因是這種設(shè)備的所述裝置也適用于通過向峰值時間加上電流周期的1/4和第一校正因子來預(yù)測所述峰值后跟的交流電過零點(diǎn)的時間，并且它適用于通過常數(shù)d和 的乘積來形成所述校正因子，其中d是半電流周期后剩下的直流電平部分，imax是所述電流峰值，dimax是緊挨著電流峰值時間之前的半周期期間電流的標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)數(shù)的峰值，其中標(biāo)準(zhǔn)化的選擇使得當(dāng)電流是純正弦函數(shù)時，imax和dimax得到相同數(shù)值。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，設(shè)備適用于在電開關(guān)器件中執(zhí)行交流電過零點(diǎn)的預(yù)測，它包括兩個在電流路徑中并聯(lián)的分支，其中第一分支包括第一接觸部件，該部件具有兩個可互相相對移動以斷開和閉合的觸點(diǎn)，而第二分支包括能夠在至少一個阻斷方向阻斷流經(jīng)的電流并在至少一個方向?qū)鹘?jīng)的電流的構(gòu)件，其中具有兩個可互相相對移動以斷開和閉合的觸點(diǎn)的第二接觸部件與所述構(gòu)件串聯(lián)，并且其中開關(guān)器件還包括適用于根據(jù)所述預(yù)測來控制所述電流路徑的斷開的單元，其方法是在所述構(gòu)件處于或進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)時，控制第一接觸部件斷開以將電流轉(zhuǎn)移至所述構(gòu)件，然后當(dāng)所述構(gòu)件處于阻斷流經(jīng)的電流的狀態(tài)時，控制第二接觸部件斷開以切斷流經(jīng)開關(guān)器件的電流。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備對這樣的電開關(guān)器件特別有利，因?yàn)樗试S第一接觸部件的觸點(diǎn)在電流過零點(diǎn)處斷開以避免電弧，而當(dāng)所述構(gòu)件處于阻斷狀態(tài)，這對于整流二極管來說是在下一過零點(diǎn)之后，則可以斷開第二接觸部件。這對于根據(jù)所附權(quán)利要求51的設(shè)備也是有效的，它涉及在申請人仍未公開的瑞典專利申請9904166-7中所述類型的電開關(guān)器件中交流電過零點(diǎn)的預(yù)測。必須指出，“預(yù)測”或預(yù)先確定預(yù)測過零點(diǎn)的電流方向很重要。這可以用不同方式做到，例如通過確定給定瞬間電流的導(dǎo)數(shù)、檢測電流峰值等等。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，設(shè)備被設(shè)計(jì)為預(yù)測多相交流電形式的交流電過零點(diǎn)，其中在各相電流路徑中配置了可單獨(dú)控制的電開關(guān)器件。根據(jù)本發(fā)明，這種情況下的裝置適用于分別計(jì)算交流電的各相交流電的所述后面的過零點(diǎn)，從而為每個開關(guān)器件單獨(dú)確定斷開該開關(guān)器件的合適時間。通過它，有可能正好在各相交流電最適合的時間獲得各相交流電的切斷，若有需要，還可以協(xié)調(diào)不同相交流電之間的斷路。這意味著相對于到目前為止使用的方法有了非常大的改進(jìn)，在現(xiàn)有情況下，在某個導(dǎo)致確定所有相都出現(xiàn)過零點(diǎn)的狀態(tài)的可能性的延遲之后，同時地或經(jīng)過某個固定的相位偏移來切斷所有相。通過本發(fā)明，這些相卻可在不同時間被切斷，切斷時間取決于這些相位所包含的直流成分。還可能確定切斷這些相的順序，取決于電流檢測部件傳送的電流值。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例，設(shè)備包括適用于與電控驅(qū)動部件合作的組件，所述電控驅(qū)動部件適用于獲得所述電開關(guān)器件的斷開，并且在該驅(qū)動部件是電動機(jī)形式的電磁機(jī)時特別有利。通過使用這樣的驅(qū)動部件，有可能非常準(zhǔn)確地控制電開關(guān)器件可活動構(gòu)件的移動，以實(shí)現(xiàn)所述切斷，并例如確保在交流電非常特定相位位置發(fā)生兩個觸點(diǎn)的分離。根據(jù)本發(fā)明，通過它可以利用交流電過零點(diǎn)預(yù)測的所有優(yōu)點(diǎn)。因所述合作組件包括電子單元形式的控制單元，適用于控制所述驅(qū)動部件，因此還可能當(dāng)它已經(jīng)啟動時，影響電開關(guān)器件可活動構(gòu)件的運(yùn)動，從而適用于可能的過零點(diǎn)的新預(yù)測值。通過它，使用這種預(yù)測的開關(guān)器件的斷路合作可以很高的精確度進(jìn)行。
根據(jù)相應(yīng)的所附權(quán)利要求，本發(fā)明還涉及一種裝置、計(jì)算機(jī)程序及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。容易理解，在一組所附方法權(quán)利要求中定義的本發(fā)明的方法能很好地適用于通過處理器的程序指令來實(shí)行，所述處理器可以受配置了所述程序步驟的計(jì)算機(jī)程序的影響。雖然未在權(quán)利要求書中明確解釋，但本發(fā)明包括結(jié)合了根據(jù)任何所附方法權(quán)利要求的方法的這些裝置、計(jì)算機(jī)程序及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
本發(fā)明其它的優(yōu)點(diǎn)及有利特點(diǎn)見于以下說明及其它從屬權(quán)利要求。
在附圖中

圖1-3是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例說明應(yīng)用于第一種類型的開關(guān)器件用來預(yù)測交流電過零點(diǎn)的設(shè)備的簡略圖，圖4-6是對應(yīng)于圖1-3的根據(jù)本發(fā)明設(shè)備應(yīng)用于第二種類型的開關(guān)器件的簡圖，圖7示意性地說明根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例預(yù)測過零點(diǎn)的方法是如何實(shí)現(xiàn)的，圖8示意性地說明根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例預(yù)測過零點(diǎn)的方法是如何實(shí)現(xiàn)的，圖9和10示意性地說明分別根據(jù)本發(fā)明第三和第四優(yōu)選實(shí)施例預(yù)測過零點(diǎn)的方法是如何實(shí)現(xiàn)的，以及圖11說明當(dāng)三相交流電供電發(fā)生故障時，如何可以快速計(jì)算電流的直流衰減。
本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明圖1中示意性地說明本發(fā)明特別適用的一個交流電電開關(guān)器件，它在前面提到的瑞典專利申請9904164-2中說明過，這里配置了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例用于預(yù)測交流電過零點(diǎn)的設(shè)備。電開關(guān)器件1連接在電流路徑2中，以便能夠迅速斷開或閉合，并通過它相應(yīng)地切斷或建立電流路徑中的電流。為每相配置一個這樣的開關(guān)器件，這樣，三相電網(wǎng)在同一位置有三個這樣的開關(guān)器件。開關(guān)器件具有內(nèi)圓柱3，它可以繞軸4旋轉(zhuǎn)并有可活動接觸構(gòu)件5。第二圓柱6被配置在圓柱3的外圈，它有四個觸點(diǎn)7-10，這四個觸點(diǎn)沿可活動構(gòu)件5的運(yùn)動路徑配置，當(dāng)壓在可活動構(gòu)件5上時，能夠形成良好的電接觸。開關(guān)器件分別通過兩個外觸點(diǎn)7和10連接在電流路徑中。
在兩個外觸點(diǎn)和緊相鄰的內(nèi)觸點(diǎn)間連接著二極管11、12形式的半導(dǎo)體器件，其導(dǎo)電方向是從外觸點(diǎn)到相鄰觸點(diǎn)。二極管也可以同時將導(dǎo)電方向指向外觸點(diǎn)。
開關(guān)器件還具有驅(qū)動裝置，適用于驅(qū)動內(nèi)圓柱3旋轉(zhuǎn)，以相對于另一觸點(diǎn)7-10移動可活動接觸構(gòu)件5。本例中的驅(qū)動裝置由示意性顯示的集成電動機(jī)13構(gòu)成，它可以是許多不同的類型。
用來預(yù)測電流路徑2中交流電過零點(diǎn)的設(shè)備14連接到開關(guān)器件。該設(shè)備具有示意性表示的部件15，適用于檢測電流路徑中的電流，方法是檢測電流方向和大小，還通過它檢測電流過零點(diǎn)的時間。檢測部件適用于將具有關(guān)于電流的信息的信號進(jìn)一步發(fā)送到模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器16，用以將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。濾波器17、18被配置在信號路徑中轉(zhuǎn)換器之前和之后的位置，用以從來自檢測部件15的信號中過濾掉噪聲信號，特別是高頻噪聲信號。電流信息被進(jìn)一步發(fā)送到裝置19，該裝置適用于根據(jù)它來計(jì)算交流電的一個或多個后面的過零點(diǎn)的時間。此外，組件20適用于在第一和第二時段上對由檢測部件15檢測到的交流電進(jìn)行積分，其中第二時段與第一時段一樣長，并且基本上是一個電流周期，該組件連接到所述裝置，適用于將此信息進(jìn)一步發(fā)送到裝置19，后者適用于形成這兩個電流積分值的商，并使用該時間來計(jì)算交流電的直流衰減，即一段時間上交流電直流分量的變化。
設(shè)備還具有部件21，適用于計(jì)算通過來自電流檢測部件15的信息檢測的過零點(diǎn)處交流電的導(dǎo)數(shù)，并將該信息進(jìn)一步發(fā)送至裝置19，后者適用于在計(jì)算下一過零點(diǎn)的時間時使用該導(dǎo)數(shù)值。
裝置19還適用于根據(jù)來自電流檢測部件15的信號計(jì)算諸如檢測到的過零點(diǎn)等給定時間處交流電的直流電平，并且該裝置最好可以通過形成交流電兩個連續(xù)電流峰值的平均值來進(jìn)行計(jì)算，并考慮讓它構(gòu)成所述直流電平。
當(dāng)所述裝置這樣預(yù)測了下一過零點(diǎn)時，它將發(fā)送控制信號給控制單元22，后者適用于控制電動機(jī)13，并通過它來控制可活動接觸構(gòu)件5的移動，以獲得適于預(yù)測過零點(diǎn)的時間的切斷過程。在電動機(jī)13啟動前，還要考慮許多其它條件，并與其它相進(jìn)行協(xié)調(diào)。這兒的控制單元22由電子單元構(gòu)成，所述電子單元適用于控制電動機(jī)形式的可電控驅(qū)動部件13并驅(qū)動可活動構(gòu)件5繞軸4旋轉(zhuǎn)。通過使用這種電動機(jī)形式的可電控驅(qū)動部件以及電子單元進(jìn)行其中的協(xié)調(diào)，可以非常精確地控制可活動構(gòu)件5的移動，并且只要它繼續(xù)就可進(jìn)行調(diào)整或中斷。
所述類型的開關(guān)器件的功能在上面提到的瑞典專利申請中有更詳細(xì)的描述，在此作簡要總結(jié)當(dāng)有需要切斷電流路徑2中的電流時，例如由于檢測部件15檢測到電流路徑2中有非常高的電流，這可能因其中的短路引起，就有可能檢測交流電的方向，并使圓柱3以及可活動接觸構(gòu)件5的旋轉(zhuǎn)方向與之對應(yīng)，以盡可能快地切斷，但在以非常高的精確性盡可能快地切斷方面，本發(fā)明具有優(yōu)越性。流經(jīng)開關(guān)器件的全部電流根據(jù)圖1的閉合位置在兩個外觸點(diǎn)7、10間之間流經(jīng)用電流將它們互連的活動構(gòu)件5。我們假定已做出決定通過使內(nèi)圓柱3如圖1所示沿順時針方向旋轉(zhuǎn)來執(zhí)行切斷，那么，它的完成最好使斷開由觸點(diǎn)7和8構(gòu)成的接觸部件發(fā)生在交流電的過零點(diǎn)時，從而使發(fā)生時不產(chǎn)生任何電弧。這應(yīng)在二極管正向偏置時發(fā)生，使得電流轉(zhuǎn)接到二極管11。
當(dāng)開關(guān)器件上的電壓改變方向時，將沒有電流流經(jīng)，但在二極管11上將積聚電壓，然后反相偏置，現(xiàn)在可活動接觸構(gòu)件5繼續(xù)按之前的相同方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，使得觸點(diǎn)8和觸點(diǎn)10間的電流連接斷開，這樣就使得這種切斷的發(fā)生不產(chǎn)生任何電弧，因?yàn)樵谇袛鄷r刻沒有電流流經(jīng)接觸位置。因而可得到圖3所示的完全斷開位置。
圖4示意性地說明上面提到的根據(jù)瑞典專利申請9904166-7的電開關(guān)器件的一般構(gòu)造，該器件連接在電流路徑2中，以便能夠迅速斷開和閉合。為每相配置一個這樣的開關(guān)器件，這樣，三相電網(wǎng)在同一位置有三個這樣的開關(guān)器件。開關(guān)器件包括兩個并聯(lián)于電流路徑中的分支34、35，每個分支具有至少兩個串聯(lián)的機(jī)械接觸部件36-39。二極管形式的半導(dǎo)體器件40適用于互連各分支的兩個接觸部件之間的中間點(diǎn)41、42。
連接了根據(jù)本發(fā)明用以控制或操作電開關(guān)器件的設(shè)備14，其構(gòu)造與上述根據(jù)圖1-3的實(shí)施例的相同。
此電開關(guān)器件的功能如下當(dāng)需要切斷電流路徑2中的電流時，例如由于檢測部件15檢測到電流路徑中有非常高的電流，這可能因其中的短路引起，按上述方式通過檢測結(jié)果來確定最適合切斷流經(jīng)相應(yīng)電開關(guān)器件的電流的時間。一旦已經(jīng)確定應(yīng)斷開給定的電開關(guān)器件，則控制單元22首先決定要斷開哪兩個接觸部件，這里是接觸部件37和38(見圖5)，以建立流經(jīng)半導(dǎo)體器件39的臨時電流路徑。因此，此決定取決于電流路徑中的電流在該時刻處于什么位置。在根據(jù)圖4的位置中，流經(jīng)開關(guān)器件的全部電流都流經(jīng)兩條分支34、35，而都不通過二極管?，F(xiàn)在要發(fā)生斷路，則應(yīng)盡快讓電流轉(zhuǎn)為流經(jīng)二極管。在交流電周期中介于緊挨著二極管在某個方向正向偏置之前的時間和二極管下次反向偏置時的時間之間的那個部分期間，電流可從所述方向轉(zhuǎn)接到二極管。這意味著，對于實(shí)踐中整個周期為20毫秒的情況下，根據(jù)圖5接觸部件的斷開可發(fā)生在朝正向?qū)ǚ较虻倪^零點(diǎn)前例如大約2毫秒，直到下一過零點(diǎn)。當(dāng)根據(jù)這些前提出現(xiàn)在交流電壓的錯誤半周期斷開接觸部件37和38時，接觸部件36和39可以立即被斷開以建立臨時電流路徑。因此，在檢測到需要和可能斷開開關(guān)器件以閉合流經(jīng)電流之后立即建立臨時電流路徑。當(dāng)通過斷開接觸部件37、38而得到圖5中所示的臨時閉合位置時，在對應(yīng)接觸部件的觸點(diǎn)間的空隙中形成小電花，它能引起通常為12-15V的電壓，這將驅(qū)動電流轉(zhuǎn)移而流經(jīng)二極管40。然后，當(dāng)流經(jīng)開關(guān)器件的電流改變方向時，將沒有電流經(jīng)過它，但在二極管40上將積聚電壓，然后反相偏置，并且現(xiàn)在兩個另外的接觸部件36、39中至少有一個是斷開的，因此臨時電流路徑斷路，其中該斷路的發(fā)生不產(chǎn)生任何電弧，因?yàn)樵跀嚅_的瞬間沒有電流流經(jīng)接觸位置。因此可得到圖6所示的開關(guān)器件的完全斷開位置，其中流經(jīng)電流永久地切斷。在該終止斷路中，重要的是切斷發(fā)生得非常迅速，使得二極管40上的電壓沒有再改變方向就開始導(dǎo)通。臨時電流路徑中不管電流流經(jīng)開關(guān)器件時的方向而利用相同的半導(dǎo)體器件，這相對于已經(jīng)知道的這種類型開關(guān)器件而言極大地減少了半導(dǎo)體器件的數(shù)目，從而節(jié)省了大量的成本。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的目的是預(yù)測交流電下一過零點(diǎn)或幾個后面的過零點(diǎn)，以根據(jù)以上內(nèi)容獲得在時標(biāo)上相對其位置最佳的切斷過程?，F(xiàn)將參照圖7和8來解釋在實(shí)踐中將如何進(jìn)行，它們顯示在沿所述電流路徑短路后，交流電I隨時間t的變化。
圖7中顯示所述電流路徑在時間t1發(fā)生短路后，一相交流電是如何發(fā)展的。它將交流電的對稱線與零電流線進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)交流電具有隨時間衰減的大量直流成分。這意味著連續(xù)過零點(diǎn)間的距離也隨時間改變，它使每個第二過零點(diǎn)、即一個周期后的過零點(diǎn)，一個挨一個地位于交流電時間周期中，即在50Hz 20ms的情況下。
在交流電的一整個周期中的時段t2期間、即超過20毫秒一點(diǎn)，在檢測到短路后，檢測并登記交流電的值，其中檢測到兩個過零點(diǎn)23、24。然后，在時間t3進(jìn)行后面的過零點(diǎn)25-27的第一預(yù)測。過零點(diǎn)25和27的預(yù)測根據(jù)測到的過零點(diǎn)23進(jìn)行，過零點(diǎn)26的預(yù)測根據(jù)測到的過零點(diǎn)24進(jìn)行。把預(yù)測建立在整個周期(而不是半周期)的基礎(chǔ)上，預(yù)測將很大程度上獨(dú)立于奇次和偶次諧波。
圖8中顯示在所述預(yù)測中是如何考慮交流電的直流電平和直流衰減的。裝置19適用于根據(jù)電流檢測信號在時間t4傳送直流電平值，方法是形成交流電兩個連續(xù)峰值28、29的平均值。
通過測量接近在t4處的過零點(diǎn)的兩個時間處的電流并將它們間電流電平的差除以時間，以進(jìn)一步計(jì)算檢測到的過零點(diǎn)處的交流電導(dǎo)數(shù)，如通過點(diǎn)30和31所示。電流讀數(shù)則始終發(fā)生在零電流側(cè)，其上有交流電的長半波，即在有正直流增加的一側(cè)。為確定交流電的直流衰減，在第一和相繼(可能有些重疊)的時段上對交流電進(jìn)行積分，其中所述相繼時段正好與第一時段同樣長，其中都基本上是交流電的一個周期，然后形成這兩個電流積分值的商，以在計(jì)算直流衰減時利用它們。
以下公式最好被用于預(yù)測下一過零點(diǎn)tpred＝tm+T+dc×(1-d2)/s其中的項(xiàng)表示如下tpred過零點(diǎn)的預(yù)測時間tm過零點(diǎn)的登記時間
T交流電的周期時間dc 在時間tm的直流電平d直流衰減(半周期后剩下的部分)1-d2一個周期中消失部分的大小s過零點(diǎn)處的電流導(dǎo)數(shù)(在零電流之前或之后取決于dc的符號)d是通過在一個周期期間電流的積分得到的值，并形成在同樣長的前一周期期間積分的商。s是電流導(dǎo)數(shù)，它可以通過讀取過零點(diǎn)之前或之后某個時段(例如1毫秒)的電流值來確定。圖8中顯示如何首先得到預(yù)測過零點(diǎn)的時間t6，又如何通過考慮項(xiàng)32、即dc(1-d2)來改正到t5。它通過引入時間校正33、即32/s＝t6-t5來進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例，電流的一整個周期都存儲在緩沖存儲器中。其直流電平和衰減都不斷地通過緩沖存儲器的積分來計(jì)算。每次電流周期的預(yù)測可以通過假設(shè)電流與時間上向后一個周期相同然后減去電流直流衰減。
根據(jù)本發(fā)明的預(yù)測能獲得很高的精確度，它特別適用于多相交流電，其中為每相電流路徑中配置可單獨(dú)控制的開關(guān)器件，因?yàn)榭赡茉谶m合各相的時間發(fā)生不同相的切斷。
現(xiàn)參照圖9解釋根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例預(yù)測下一過零點(diǎn)的方法。本方法基于這樣的事實(shí)在出現(xiàn)故障電流的至少一個電流周期進(jìn)行采樣并存儲在存儲部件中。曲線43顯示通過積分計(jì)算的電流的直流電平，它在時間t計(jì)算，這里是用于預(yù)測的時間，方法是形成在從所述時間向后的一個電流周期的時段存儲在所述存儲部件中的電流值的平均值，并用所謂的“移動平均數(shù)”濾波器遞歸計(jì)算，這意味著最早的采樣值一直被刪除并添加新的采樣值。對于時間t，獲得Idc*Idc*(t)＝Idc*(t-1)+(Imesu(t)-imesu(t-T))/TT是一個電流周期的采樣數(shù)。
還假定直流電平衰減是呈指數(shù)的，通過將用其時間導(dǎo)數(shù)除通過除法得到的直流電平來計(jì)算時間常數(shù)τ，根據(jù)τ＝-idc*(t)/(didc*(t)/dt)這樣，可以在任意時間計(jì)算電流的直流電平，因此對于采樣t+t1得到idc(t+t1)＝idc(t)*exp(-t1/τ)采樣t+t1的電流可根據(jù)以下公式由此來預(yù)測ipred(t+t1)＝imesu(t+t1-T)-(idc(t+t1-T)-idc(t+t1))因此，通過從上次提及的時間之前的一個電流周期測量的交流電值減去后面時間前的一個電流周期計(jì)算的直流電平和在所述后面時間預(yù)測的電流的直流電平之間的差來預(yù)測交流電的值。借助于預(yù)測電流，可以用例如等分間隔的方法來尋找后面的過零點(diǎn)。
圖10中示意性地描述了如何可以根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的方法來預(yù)測下一過零點(diǎn)。該方法是“快”型的，因?yàn)樗鼉H要求檢測部件檢測1/4的時間周期期間的電流。該方法基于時間t0對交流電峰值的檢測，并使用它作為參照來預(yù)測交流電的下一過零點(diǎn)。然后可以使用以下公式接著在t1和t2預(yù)測兩個跟著的過零點(diǎn)t1pred＝t0+T/4+korr1t2pred＝t1pred+T/2+korr2korr1和korr2的計(jì)算借助于根據(jù)圖10的最后半周期期間的最大電流(imax)和最大導(dǎo)數(shù)(dimax)的商以及直流電平隨時間的衰減korr1＝Ad(1-imax/dimax)korr2＝Bkorr1d，其中A、B是常數(shù)，而dimax是緊挨著的半周期前標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)數(shù)44的峰值，其中標(biāo)準(zhǔn)化是例如對于純正弦函數(shù)imax＝dimax，d是半周期后剩下的直流電平部分。
最后，圖11中示意性地說明三相交流電中如何計(jì)算直流電平隨時間的衰減。通過平均確定各相的兩個連續(xù)電流峰值45、46來為兩相r、s計(jì)算直流電平。直流電平隨時間的衰減根據(jù)這兩個直流電平間的關(guān)系來計(jì)算，然后在預(yù)測交流電過零點(diǎn)時使用它。更準(zhǔn)確地說，可以得到以下方程式組y1r-y2r-dcr(1/d-d)=2ymax]]>y1s-y2s-dcs(1/d-d)=-2ymax]]>其中d表示在1/2電流周期后直流電平剩下部分有多大，2ymax是在沒有直流衰減的情況下兩個連續(xù)電流峰值間的距離。d可以從該方程式組中約掉，從而計(jì)算直流衰減。
在一相交流電中出現(xiàn)故障電流時，直流電平隨時間的衰減可以用相應(yīng)方法來計(jì)算，方法是通過所述電流檢測來確定交流電三個連續(xù)電流的峰值，然后通過寫出相應(yīng)的方程式組，其中對第一個方程式中前兩個電流峰值與第二個方程式中第二和第三個電流峰值進(jìn)行比較。
因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明用于預(yù)測交流電過零點(diǎn)的方法允許大量諧波存在，這樣也就可在例如發(fā)電機(jī)的一相或兩相短路或當(dāng)故障位置含有電弧時作出非常精確的預(yù)測。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備被有利地用于預(yù)測工業(yè)供電或配電或傳輸網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)器件中電流路徑中的交流電過零點(diǎn)，并且預(yù)測最好在交流電的電壓為中間電壓電平的電流路徑中進(jìn)行，即在1-52kV間。但是，本發(fā)明并不限于這些電平的交流電。
此外，本發(fā)明特別適用于流經(jīng)能夠承受1kA、最好為2kA工作電流的電開關(guān)器件的電流路徑中的交流電過零點(diǎn)的預(yù)測。
當(dāng)然，本發(fā)明不以任何方式局限在上述優(yōu)選實(shí)施例中，在不背離所附權(quán)利要求書中定義的本發(fā)明基本思想的前提下，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其中的修改的許多可能性都是顯而易見的。
如已經(jīng)提過的，本發(fā)明適用于所有類型電開關(guān)器件。
權(quán)利要求
1.一種用于在電流路徑(2)中出現(xiàn)故障電流后預(yù)測交流電過零點(diǎn)的方法，以確定斷開配置在所述電流路徑中的電開關(guān)器件(1)進(jìn)而切斷所述電流路徑中的電流的合適時間，其特征在于檢測所述電流路徑中的所述電流，并根據(jù)所檢測到的交流電值計(jì)算所述電流的直流電平、即所述交流電相對于其零電平的對稱線偏移，以及所述直流電平隨時間的衰減，并且至少根據(jù)通過所述電流檢測得到的電流值、所述計(jì)算的直流電平、所述計(jì)算的直流衰減以及所述交流電的周期時間來預(yù)測所述交流電下一過零點(diǎn)的時間。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在所述電流檢測期間檢測所述電流的過零點(diǎn)的時間，以及在預(yù)測所述交流電下一過零點(diǎn)的時間時考慮所述檢測的過零點(diǎn)的所述時間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于出現(xiàn)所述故障電流后對所述交流電的所述檢測是在至少一個交流電周期的時段期間進(jìn)行的，并且在所述時段期間通過檢測所述交流電得到的電流值被用于計(jì)算所述直流衰減。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于預(yù)測的是所述至少一個周期后所述交流電一個周期內(nèi)的過零點(diǎn)。
5.如以上任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于檢測至少兩個電流過零點(diǎn)的時間，并且其數(shù)據(jù)被用于所述預(yù)測下一過零點(diǎn)。
6.如以上任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在第一時段和相繼的第二時段上對所述交流電進(jìn)行積分，其中所述第二時段的長度與所述第一時段相同，并且基本上是所述交流電的一個周期，以及形成這兩個電流積分值的商并用它來計(jì)算所述直流衰減。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于根據(jù)所述電流檢測計(jì)算檢測到的過零點(diǎn)處所述交流電的導(dǎo)數(shù)，以及所述導(dǎo)數(shù)值被用于計(jì)算所述交流電的下一過零點(diǎn)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于根據(jù)緊挨著所述過零點(diǎn)之前和之后檢測到的所述交流電的值來確定所述導(dǎo)數(shù)。
9.如以上任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于通過所述電流檢測來確定所述交流電的兩個連續(xù)電流峰值，并形成這兩個電流值的平均值，以及在所述預(yù)測中將其視為所述直流電平。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述交流電是三相交流電，其特征在于通過形成兩相的兩個連續(xù)電流峰值的平均值來計(jì)算所述各相的所述直流電平，并且根據(jù)這兩個直流電平之間的關(guān)系來計(jì)算所述直流電平隨時間的衰減并將之用于所述預(yù)測中。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述交流電是單相交流電，其特征在于通過所述電流檢測來確定所述兩個電流峰值之后的第三電流峰值的交流電值，并且還形成所述第三電流峰值和緊挨在此之前的電流峰值的平均值，用于計(jì)算第二直流電平，以及根據(jù)這兩個直流電平之間的關(guān)系來計(jì)算所述直流電平隨時間的衰減并將其用于所述預(yù)測中。
12.如權(quán)利要求6和7及可能的以上任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于通過將所述檢測的過零點(diǎn)的時間加上所述交流電的所述周期時間以及在所檢測的過零點(diǎn)時間處所述直流電平除以所述導(dǎo)數(shù)并乘以(1-d2)這樣一個項(xiàng)來預(yù)測下一過零點(diǎn)的時間，其中d是所述商。
13.如以上任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于在所述預(yù)測中考慮了所述交流電的交流衰減，即所述交流電的振幅隨時間的減小。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在存儲器中存儲至少一整個電流周期期間所述交流電的值，并且通過所述存儲器的積分來連續(xù)計(jì)算所述直流電平和所述直流衰減，以及通過用每次主要的值減去存在的直流衰減來在所述每次提前一個周期計(jì)算所述電流值，從而預(yù)測所述電流的所述過零點(diǎn)。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在至少一整個電流周期期間，用某個采樣頻率對所述交流電的值進(jìn)行采樣，并將所述采樣值存儲在存儲部件中，并且通過形成從某個給定時間向后的一個電流周期的時段所存儲的所述電流值的平均值來計(jì)算在所述時間的所述直流電平，然后在預(yù)測所述交流電的下一過零點(diǎn)時使用該直流電平。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于假定所述直流電平的所述衰減是呈指數(shù)的，并通過用所述時間導(dǎo)數(shù)除通過所述除法獲得的所述直流電平來計(jì)算其時間常數(shù)。
17.如權(quán)利要求15或16所述的方法，其特征在于根據(jù)計(jì)算的所述給定時間的所述直流電平以及所述直流電平隨時間的所述衰減來預(yù)測下一時間的直流電平，并且通過從上次提及的時間之前的一個電流周期測量的電流值減去所述下一時間之前的一個電流周期計(jì)算的所述直流電平和在所述下一時間預(yù)測的所述電流的直流電平之間的差來預(yù)測在所述下一時間交流電的值。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于等分間隔的方法被用于借助于所述預(yù)測的所述交流電的值來尋找所述后面的電流過零點(diǎn)。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于檢測所述交流電峰值的時間，并將之用作參照來預(yù)測所述交流電后面的過零點(diǎn)。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于通過向所述峰值時間加上1/4的電流周期以及第一校正因子來預(yù)測所述峰值之后的所述交流電過零點(diǎn)的時間，以及通過常數(shù)d和 的乘積來形成所述校正因子，其中d是半電流周期后剩下的直流電平部分，imax是所述電流峰值而dimax是正好在所述電流峰值的時間之前的半周期期間所述電流的標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)數(shù)的峰值，其中所述標(biāo)準(zhǔn)化的選擇使得當(dāng)所述電流是純正弦函數(shù)時，imax和dimax得到相同數(shù)值。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于通過向緊跟在所述峰值之后的所述預(yù)測過零點(diǎn)的時間加上1/2的電流周期以及第二校正因子來預(yù)測所述電流峰值之后第二過零點(diǎn)的時間，其中通過所述第一校正因子da和一個常數(shù)的乘積來形成所述第二校正因子。
22.如以上任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于檢測的交流電在進(jìn)行所述計(jì)算前要進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于至少在所述轉(zhuǎn)換前要對所述檢測的電流信號進(jìn)行濾波，以過濾掉高頻噪聲信號。
24.如以上任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于對電開關(guān)器件(1)進(jìn)行所述交流電過零點(diǎn)的所述預(yù)測，所述電開關(guān)器件(1)包括兩個在所述電流路徑中并聯(lián)的分支，其中第一分支包括第一接觸部件，所述部件具有兩個可互相相對移動以斷開和閉合的觸點(diǎn)(5、7、8)，第二分支包括構(gòu)件(11、12)，能夠在至少一個阻斷方向阻斷流經(jīng)的電流并在至少一個方向?qū)鹘?jīng)的電流，其中具有兩個可互相相對移動以斷開和閉合的觸點(diǎn)的第二接觸部件與所述構(gòu)件串聯(lián)，其中所述開關(guān)器件還包括單元(22)，適用于根據(jù)所述預(yù)測來控制所述電流路徑的斷開，其方法是在所述構(gòu)件處于或進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)時，控制所述第一接觸部件斷開，從而向所述構(gòu)件轉(zhuǎn)移電流，然后當(dāng)所述構(gòu)件處于阻斷流經(jīng)電流的狀態(tài)時，控制所述第二接觸部件斷開，從而切斷流經(jīng)所述開關(guān)器件的電流。
25.如權(quán)利要求1-23中任何一項(xiàng)所述的方法，其特征在于對電開關(guān)器件執(zhí)行所述交流電過零點(diǎn)的所述檢測，其中所述電開關(guān)器件具有至少兩個配置在通過所述開關(guān)器件的電流路徑中的接觸部件以及半導(dǎo)體器件(40)，后者能夠在至少第一阻斷方向阻斷流經(jīng)的電流，以及單元(22)，適用于控制流經(jīng)所述開關(guān)器件的電流路徑的斷路，其方法是在所述半導(dǎo)體器件處于或進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)時，控制所述接觸部件中的第一部件斷開，從而使電流流經(jīng)所述半導(dǎo)體器件，然后當(dāng)所述半導(dǎo)體器件處于阻斷流經(jīng)電流的狀態(tài)時，控制所述第二接觸部件斷開，從而使切斷流經(jīng)所述開關(guān)器件的電流成為永久，所述電流路徑具有兩個并聯(lián)于所述開關(guān)器件第一和第二端之間的分支(34、35)，并通過所述半導(dǎo)體器件互相交叉連接，對流經(jīng)所述開關(guān)器件的電流方向和大小進(jìn)行檢測，為了切斷所述電流路徑中流經(jīng)所述開關(guān)器件的電流，首先將兩個分支都斷開，如從所述第一端所見，一個在所述各分支到所述半導(dǎo)體器件的連接之前，如從所述第一端所見，另一個在所述各分支到所述半導(dǎo)體器件的連接之后，其中哪一個分支在所述連接之前斷開，哪一個在所述連接之后斷開取決于所述電流的所述檢測，這樣，當(dāng)所述半導(dǎo)體器件處于或進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)時，電流通過一個分支的一部分、所述半導(dǎo)體器件及另一分支的一部分轉(zhuǎn)移到所述兩端之間的臨時電流路徑，然后，當(dāng)所述半導(dǎo)體器件處于阻斷流經(jīng)電流的狀態(tài)時，通過斷開所述臨時電流路徑來使流經(jīng)所述開關(guān)器件的電流的切斷成為永久，所述電流路徑的斷開和其中電流的切斷根據(jù)所述電流過零點(diǎn)的預(yù)測進(jìn)行控制。
26.如以上任一權(quán)利要求所述的方法，其中所述交流電是多相交流電，并且在所述每相電流路徑中配置一個可單獨(dú)控制的電開關(guān)器件，其特征在于分別為所述交流電各相預(yù)測所述后面的交流電過零點(diǎn)，從而為各個開關(guān)器件單獨(dú)確定斷開各個開關(guān)器件進(jìn)而切斷所述流經(jīng)電流的適合時間。
27.一種用于在電流路徑(2)中出現(xiàn)故障電流后預(yù)測交流電過零點(diǎn)的設(shè)備，以確定斷開配置在所述電流路徑中的電開關(guān)器件(1)進(jìn)而切斷所述電流路徑中的所述電流的合適時間，其特征在于它包括部件(15)，適用于檢測所述電流路徑中的所述電流，并且它包括裝置(19)，適用于根據(jù)所述部件檢測到的所述交流電的值來計(jì)算所述電流的直流電平、即所述交流電相對于其零電平的對稱線偏移，以及所述直流電平隨時間的衰減，并且所述裝置適用于至少根據(jù)通過所述電流檢測得到的電流值、所述計(jì)算的直流電平、所述計(jì)算的直流衰減以及有關(guān)所述交流電的周期時間的信息來預(yù)測所述交流電的下一過零點(diǎn)的時間。
28.如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其特征在于所述部件(15)適用于檢測所述電流過零點(diǎn)的時間，以及裝置(19)適用于在預(yù)測所述交流電的下一過零點(diǎn)的時間時考慮所述檢測到的過零點(diǎn)的時間。
29.如權(quán)利要求27或28所述的設(shè)備，其特征在于所述部件(15)適用于在至少一個交流電周期的時段期間，在出現(xiàn)所述故障電流后檢測所述交流電，以及裝置(19)適用于利用在所述時段期間對所述交流電的檢測所得到的電流值來計(jì)算所述直流衰減。
30.如權(quán)利要求29所述的設(shè)備，其特征在于所述裝置(19)適用于計(jì)算所述至少一個周期后的所述交流電一周期內(nèi)的交流電過零點(diǎn)。
31.如權(quán)利要求27-30中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于所述部件(15)適用于檢測至少兩個交流電過零點(diǎn)的時間，以及裝置(19)適用于利用有關(guān)這兩個過零點(diǎn)的數(shù)據(jù)來計(jì)算下一過零點(diǎn)的時間。
32.如權(quán)利要求17-20中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于它還包括組件(20)，適用于在第一時段和第二時段上對所述部件檢測的交流電進(jìn)行積分，其中所述第二時段的長度與第一時段相同并基本上為所述交流電的一個周期，以及所述裝置(19)適用于形成這兩個電流積分值的商并將之用于計(jì)算所述直流衰減。
33.如權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其特征在于它包括部件(21)，適用于計(jì)算通過從所述電流檢測部件收到的信息而檢測的交流電過零點(diǎn)的導(dǎo)數(shù)，以及裝置(19)適用于在計(jì)算交流電下一過零點(diǎn)時使用該導(dǎo)數(shù)值。
34.如權(quán)利要求33所述的設(shè)備，其特征在于用來計(jì)算所述導(dǎo)數(shù)的所述部件(21)適用于根據(jù)緊挨著所述過零點(diǎn)之前和之后檢測的交流電的值來確定所述導(dǎo)數(shù)。
35.如權(quán)利要求27-34中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于所述電流檢測部件(15)適用于將交流電的兩個連續(xù)電流峰值(28、29)傳送給所述裝置(19)，以及所述裝置適用于在計(jì)算交流電的所述后面的過零點(diǎn)時形成這兩個電流值的平均值用作所述直流電平。
36.如權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其中所述交流電是三相交流電，其特征在于所述裝置適用于計(jì)算兩相的直流電平，方法是確定所述各相的兩個連續(xù)電流峰值(y1，y2)的平均值，并且所述裝置適用于根據(jù)這兩個直流電平之間的關(guān)系計(jì)算所述直流電平隨時間的衰減，然后在預(yù)測下一過零點(diǎn)時使用它。
37.如權(quán)利要求35所述的設(shè)備，其中所述交流電是一種單相交流電，其特征在于所述電流檢測部件(15)也適用于將所述兩個電流峰值之后的第三電流峰值的交流電值傳遞到所述裝置，所述裝置也適用于形成所述第三電流值和緊挨在此之前的電流峰值的平均值，用于計(jì)算第二直流電平，以及所述裝置適用于根據(jù)這兩個直流電平之間的關(guān)系來計(jì)算所述直流電平隨時間的衰減并在預(yù)測下一過零點(diǎn)時使用它。
38.如權(quán)利要求32和33及可能的以上任一設(shè)備權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于所述裝置(19)適用于計(jì)算下一過零點(diǎn)的時間，方法是將所述檢測的過零點(diǎn)的時間加上所述交流電的所述周期時間以及在所檢測的過零點(diǎn)時間處的所述直流電平除以所述導(dǎo)數(shù)并乘以(1-d2)這樣一個項(xiàng)，其中d是所述商。
39.如權(quán)利要求27-38中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于它包括部件，適用于根據(jù)所述電流檢測部件傳來的電流值來計(jì)算所述交流電的交流衰減、即所述交流電的振幅隨時間的減小。
40.如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其特征在于它包括存儲部件，適用于存儲由所述電流檢測部件(15)檢測到的至少一整個電流周期的交流電的值，以及裝置(19)適用于通過對所述存儲器存儲的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行積分來連續(xù)計(jì)算所述直流電平和所述直流衰減，以及所述裝置還適用于通過在每次的主要值減去存在的直流衰減，從而提前一個周期計(jì)算所述時間的電流值，以計(jì)算所述電流過零點(diǎn)。
41.如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其特征在于所述檢測部件(15)適用于在至少一整個電流周期期間，用某個采樣頻率對所述交流電的值進(jìn)行采樣，并且存儲部件適用于存儲所述采樣值，以及所述裝置(19)適用于通過形成從某個給定時間向后的一個電流周期的時段所存儲的所述電流值的平均值來計(jì)算在所述時間的所述直流電平，然后在預(yù)測所述交流電的下一過零點(diǎn)時使用該直流電平。
42.如權(quán)利要求41所述的設(shè)備，其特征在于所述裝置(19)適用于假定所述直流電平的衰減是呈指數(shù)的并通過用其時間導(dǎo)數(shù)除通過所述除法獲得的直流電平來計(jì)算所述衰減的時間常數(shù)。
43.如權(quán)利要求41或42所述的設(shè)備，其特征在于所述裝置(19)適用于根據(jù)為所述給定時間計(jì)算的所述直流電平和所述直流電平隨時間的衰減來預(yù)測在下一時間的直流電平，以及所述裝置適用于通過從上次提及的時間之前的一個電流周期測量的交流電的值減去所述下一時間之前的一個電流周期計(jì)算的所述直流電平和在所述下一時間預(yù)測的所述電流的直流電平之間的差來預(yù)測所述交流電的值。
44.如權(quán)利要求43所述的設(shè)備，其特征在于所述裝置(19)適用于利用等分間隔的方法借助于所述交流電的所述預(yù)測值來尋找后面的交流電過零點(diǎn)。
45.如權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其特征在于所述檢測部件(15)適用于檢測所述交流電峰值的時間，以及所述裝置(19)適用于使用上述時間作為參考來預(yù)測后面的交流電過零點(diǎn)。
46.如權(quán)利要求45所述的設(shè)備，其特征在于所述裝置(19)適用于通過向所述峰值時間加上1/4的電流周期以及第一校正因子來預(yù)測跟在所述峰值之后的所述交流電過零點(diǎn)的時間，以及它適用于通過常數(shù)d和 的乘積來形成所述校正因子，其中d是半電流周期后剩下的直流電平部分，imax是所述電流峰值而dimax是正好在所述電流峰值的時間之前的半周期期間所述電流的標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)數(shù)的峰值，其中所述標(biāo)準(zhǔn)化的選擇使得當(dāng)所述電流是純正弦函數(shù)時，imax和dimax得到相同數(shù)值。
47.如權(quán)利要求46所述的設(shè)備，其特征在于所述裝置(19)適用于通過向緊跟在所述峰值之后的所述預(yù)測過零點(diǎn)加上1/2的電流周期以及第二校正因子來預(yù)測所述電流峰值之后第二過零點(diǎn)的時間，其中所述裝置適用于通過所述第一校正因子、d以及一個常數(shù)的乘積來形成所述第二校正因子。
48.如權(quán)利要求27-47中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于它包括模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(16)，適用于將從所述電流檢測部件(15)發(fā)出的電流值信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式以將它們再發(fā)送到所述裝置(19)。
49.如權(quán)利要求48所述的設(shè)備，其特征在于它包括部件(17、18)，用于對來自所述電流檢測部件的檢測電流信號在所述轉(zhuǎn)換之前和之后進(jìn)行頻率過濾，以過濾掉噪聲信號，最好過濾掉所述電流信號中的高頻噪聲信號。
50.如權(quán)利要求27-49中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于它適用于執(zhí)行電開關(guān)器件(1)中交流電過零點(diǎn)的預(yù)測，所述電開關(guān)器件(1)包括兩個在所述電流路徑中并聯(lián)的分支，其中第一分支包括第一接觸部件，該部件具有兩個可互相相對移動以斷開和閉合的觸點(diǎn)(5、7、8)；而第二分支包括構(gòu)件(11、12)，能夠在至少一個阻斷方向阻斷流經(jīng)的電流并在至少一個方向?qū)鹘?jīng)的電流，其中具有兩個可互相相對移動以斷開和閉合的觸點(diǎn)(5、8、9)的第二接觸部件與所述構(gòu)件串聯(lián)，并且其中所述開關(guān)器件還包括單元(22)，適用于根據(jù)所述預(yù)測來控制所述電流路徑的斷開，其方法是在所述構(gòu)件處于或進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)時，控制所述第一接觸部件斷開，從而向所述構(gòu)件轉(zhuǎn)移電流，然后當(dāng)所述構(gòu)件處于阻斷流經(jīng)電流的狀態(tài)時，控制所述第二接觸部件斷開，從而切斷流經(jīng)所述開關(guān)器件的電流。
51.如權(quán)利要求27-49中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于它適用于執(zhí)行電開關(guān)器件中所述交流電過零點(diǎn)的預(yù)測，所述電開關(guān)器件具有至少兩個配置在流經(jīng)所述開關(guān)器件的電流路徑中的接觸部件以及半導(dǎo)體器件(40)，后者能夠在至少第一阻斷方向阻斷流經(jīng)的電流，以及單元(22)，適用于控制流經(jīng)所述開關(guān)器件的電流路徑的斷路，其方法是在所述半導(dǎo)體器件處于或進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)時，控制所述接觸部件中的第一部件斷開，從而使流經(jīng)所述開關(guān)器件的電流轉(zhuǎn)移到所述半導(dǎo)體器件，然后當(dāng)所述半導(dǎo)體器件處于阻斷流經(jīng)電流的狀態(tài)時，控制所述第二接觸部件斷開，從而使切斷流經(jīng)所述開關(guān)器件的電流成為永久，所述開關(guān)器件的接觸部件總數(shù)為至少4個，其中兩個串聯(lián)于兩個分支(34、35)中的每個分支中，這兩個分支在所述電流路徑中并聯(lián)；所述半導(dǎo)體器件適用于將各分支的兩個接觸部件之間的中間點(diǎn)(41、42)互連，所述開關(guān)器件至少包括一個部件(15)，適用于檢測流經(jīng)所述開關(guān)器件的電流方向；控制單元適用于控制切斷所述電流路徑中的電流，其方法是當(dāng)所述半導(dǎo)體器件處于或進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)時，控制從所述電流方向看位于所述中間點(diǎn)之前的一個第一分支的第一個接觸部件斷開，并控制從電流方向看位于所述中間點(diǎn)之后的所述第二分支的第二個接觸部件斷開，從而將所述電流轉(zhuǎn)移到流經(jīng)所述半導(dǎo)體器件的臨時電流路徑，然后當(dāng)所述半導(dǎo)體器件處于阻斷流經(jīng)電流的狀態(tài)時，通過斷開配置在流經(jīng)所述半導(dǎo)體器件的所述臨時電流路徑中的所述開關(guān)器件的至少一個接觸部件，從而使流經(jīng)所述開關(guān)器件的所述電流路徑中的所述電流的切斷成為永久，以及所述控制單元適用于根據(jù)來自所述電流檢測部件的信息選擇哪個分支應(yīng)是第一分支，并根據(jù)所述所述交流電過零點(diǎn)的所述預(yù)測結(jié)果來控制所述電流路徑中所述電流的切斷。
52.如權(quán)利要求27-51中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述交流電是多相交流電，并且在所述每相電流路徑中配置一個可單獨(dú)控制的電開關(guān)器件(1)，其特征在于所述裝置(19)適用于分別為所述交流電各相計(jì)算所述后面的交流電過零點(diǎn)，從而為各個開關(guān)器件單獨(dú)確定斷開各個所述開關(guān)器件的適合時間。
53.如權(quán)利要求27-52中任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于它包括適用于與電控驅(qū)動部件(13)合作的組件，所述電控驅(qū)動部件(13)適用于獲得所述電開關(guān)器件的所述斷路。
54.如權(quán)利要求53所述的設(shè)備，其特征在于所述驅(qū)動部件(13)是電磁機(jī)。
55.如權(quán)利要求54所述的設(shè)備，其特征在于所述驅(qū)動部件(13)是電動機(jī)。
56.如權(quán)利要求53-55中的任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于所述用來合作的組件包括電子單元形式的控制單元(22)，適用于控制所述驅(qū)動部件(13)。
57.如權(quán)利要求27-56中任何一項(xiàng)所述的用于預(yù)測電流路徑中交流電過零點(diǎn)的設(shè)備在工業(yè)或配電或傳輸網(wǎng)中電力供應(yīng)的開關(guān)設(shè)備中的應(yīng)用。
58.如權(quán)利要求27-56中任何一項(xiàng)所述的用于預(yù)測電流路徑中交流電過零點(diǎn)的設(shè)備的應(yīng)用，其中所述電流路徑的電壓在1-52kV之間。
59.如權(quán)利要求27-56中任何一項(xiàng)所述的用于預(yù)測流經(jīng)電開關(guān)器件的電流路徑中交流電過零點(diǎn)的設(shè)備的應(yīng)用，其中所述電開關(guān)器件適用于承受1kA、最好為至少2kA的工作電流。
60.如權(quán)利要求27-56中任何一項(xiàng)所述的用于預(yù)測電流路徑中交流電過零點(diǎn)的設(shè)備的應(yīng)用，其中所述電流路徑連接到發(fā)電機(jī)。
61.一種用于在電流路徑(2)中出現(xiàn)故障電流后預(yù)測交流電過零點(diǎn)的裝置，以確定斷開配置在所述電流路徑中的電開關(guān)器件(1)的合適時間，其中所述裝置包括程序模塊，所述程序模塊包括至少一個處理器，適用于執(zhí)行程序指令以檢測所述電流路徑中的電流；根據(jù)所檢測到的交流電的值計(jì)算所述電流的直流電平、即所述交流電相對于其零電平的對稱線偏移，以及所述直流電平隨時間的衰減；以及適用于至少根據(jù)通過所述電流檢測得到的電流值、所述計(jì)算的直流電平、所述計(jì)算的直流衰減以及所述交流電的周期時間來預(yù)測所述交流電下一過零點(diǎn)的時間。
62.一種計(jì)算機(jī)程序，用于在電流路徑(2)中出現(xiàn)故障電流后預(yù)測交流電過零點(diǎn)，以確定斷開配置在所述電流路徑中的電開關(guān)器件(1)的合適時間，其中所述計(jì)算機(jī)程序包括指令，用于影響處理器以檢測所述電流路徑中的電流，根據(jù)所檢測到的交流電的值計(jì)算所述電流的直流電平、即所述交流電相對于其零電平的對稱線偏移，以及所述直流電平隨時間的衰減；以及至少根據(jù)通過所述電流檢測得到的電流值、所述計(jì)算的直流電平、所述計(jì)算的直流衰減以及所述交流電的周期時間來預(yù)測所述交流電下一過零點(diǎn)的時間。
63.如權(quán)利要求62所述的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于它至少部分是從諸如因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)提供的。
64.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，可以直接裝入數(shù)字計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲器中并包括軟件代碼部分，用于在所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時，執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1-26中任何一項(xiàng)所述的步驟。
全文摘要
一種設(shè)備(14)，用于在電流路徑(2)中發(fā)生故障后檢測交流電過零點(diǎn)，以確定斷開配置在電流路徑中的電開關(guān)器件(2)進(jìn)而切斷電流路徑中的電流的合適時間，所述設(shè)備包括部件(15)，適用于檢測電流路徑中的電流。裝置(19)適用于根據(jù)檢測到的交流電的值計(jì)算電流的直流電平和直流電平隨時間的衰減，以及還適用于至少根據(jù)通過所述電流檢測得到的電流值、計(jì)算的直流電平、計(jì)算的直流衰減及有關(guān)交流電周期時間的信息來預(yù)測交流電下一過零點(diǎn)的時間。
文檔編號H01H33/59GK1446366SQ0181381
公開日2003年10月1日 申請日期2001年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月7日
發(fā)明者P·拉松, M·巴克曼, L·榮松 申請人:Abb股份有限公司