剩余電流保護方法和系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種剩余電流保護方法和系統，該方法包括：采集供電電網中的泄漏電流信號；對采集到的泄漏電流信號進行預處理；從預處理后的泄漏電流信號中分離生物體觸電電流信號；判斷分離出的生物體觸電電流信號是否大于電流預設值，若是，則執行剩余電流保護跳閘動作。本發明提供的剩余電流保護方法和系統中，采用從泄漏電流信號中分離出來的生物體觸電電流信號進行判斷，避免了由于漏電電流較大而造成誤跳閘，提高了剩余電流保護的可靠性。同時采用電流預設值對是否真正有生物體觸電進行判斷，進而提高了判斷的準確性。
【專利說明】
剩余電流保護方法和系統
技術領域
[0001] 本發明設及剩余電流保護技術領域，尤其是一種剩余電流保護方法和一種剩余電 流保護系統。
【背景技術】
[0002] 剩余電流保護技術作為電網末端一項重要的低壓用電安全保護技術，可用于防止 人身電擊傷亡等事故的發生。
[0003] 目前，在線運行的剩余電流保護裝置將檢測到的漏電電流有效值的大小作為是否 執行跳閩動作的唯一判據。但實際經驗表明，將泄漏電流有效值用于執行觸電保護的判據 存在著不可克服的缺陷。例如，當剩余電流保護裝置運行在=相漏電流不平衡的電網上時， 存在觸電不靈敏相（即觸電不保護死區）和過靈敏相(誤動作區），因此保護特性不理想，影 響剩余電流保護裝置的投運率和安全防護的可靠性。還有，我國的供電電網，特別是農村電 網，由于電網、設備、用電功率、絕緣老化程度不同等原因，即便在正常運行方式下，電網供 電回路的正常泄漏電流也可能達到幾到幾百毫安，超過剩余電流保護裝置的整定值，出現 誤跳閩動作，大大降低了剩余電流保護裝置的動作可靠性和正確投運率，甚至造成無法投 運等問題。
[0004] 上述缺陷表明W泄漏電流有效值的大小作為是否執行跳閩動作的判據會造成剩 余電流保護裝置誤跳閩，特別是在沒有人或動物發生觸電時本不應該跳閩的電流保護裝置 因為漏電電流有效值較大造成誤跳閩，降低了剩余電流保護的可靠性，影響了供電電網的 正常供電。

【發明內容】

[0005] 本發明所要解決的技術問題是如何避免誤跳閩，提高剩余電流保護的可靠性。
[0006] 為解決上述技術問題，本發明提出了一種剩余電流保護方法和系統。
[0007] 第一方面，該方法包括：
[000引采集供電電網中的泄漏電流信號；
[0009] 對采集到的泄漏電流信號進行預處理；
[0010] 從預處理后的泄漏電流信號中分離生物體觸電電流信號，所述生物體觸電電流信 號用于判斷是否有生物體發生觸電；
[0011] 判斷分離出的生物體觸電電流信號是否大于電流預設值，
[0012] 若是，則執行剩余電流保護跳閩動作。
[0013] 可選的，所述對采集到的漏電電流信號進行預處理，包括：
[0014] 對采集到的泄漏電流信號進行去均值化處理；
[0015] 對去均值化處理后的泄漏電流信號進行白化處理。
[0016] 可選的，采用下式對采集到的漏電電流信號進行去均值化處理：
[0017]
[0018] 其中，n為在預設周期內采集到的泄漏電流信號的個數，Xi(t)為采集到的第i個泄 漏電流信號，1《1《11，馬的為對第i個漏電電流信號去均值化處理后的泄漏電流信號。
[0019] 可選的，采用下式對去均值化處理后的泄漏電流信號進行白化處理：
[0020] ^ = F支
[0021] 其中，V為白化矩陣，支為所述預設周期內所有去均值化處理后的漏電電流信號形 成的信號向量，Z為信號向量X白化處理后得到的信號向量。
[0022] 可選的，采用下式計算所述白化矩陣V:
[0023] v = D_i/2eT
[0024] 其中，E為所述信號向量玄的相關矩陣Rx的特征矢量矩陣，D為所述信號向量支的 特征向量的對角矩陣，T為所述預設周期。
[0025] 可選的，采用下式分離生物體觸電電流信號：
[0026] Y=WZ
[0027] 其中，W為分離矩陣，Y為分離得到的生物體觸電電流信號向量。
[0028] 可選的，采用快速獨立成分分析算法確定所述分離矩陣。
[0029] 可選的，所述提取供電電網中的泄漏電流信號，包括：
[0030] 利用零序電流互感器采集供電電網中的泄漏電流信號。
[0031] 第二方面，該系統包括：
[0032] 采集模塊，用于采集供電電網中的泄漏電流信號；
[0033] 預處理模塊，用于對采集到的泄漏電流信號進行預處理；
[0034] 分離模塊，用于從預處理后的泄漏電流信號中分離生物體觸電電流信號，所述生 物體觸電電流信號用于判斷是否有生物體發生觸電；
[0035] 判斷模塊，用于判斷分離出的生物體觸電電流信號是否大于電流預設值；
[0036] 執行模塊，用于在判定所述生物體觸電電流信號大于所述電流預設值時，執行剩 余電流保護跳閩動作。
[0037] 可選的，所述預處理模塊包括：
[0038] 第一預處理單元，用于對所述采集模塊采集到的泄漏電流信號進行去均值化處 理；
[0039] 第二預處理單元，用于對去均值化處理后的泄漏電流信號進行白化處理。
[0040] 本發明提供的剩余電流保護方法和系統中，通過對采集的泄漏電流信號進行預處 理，W便于從泄漏電流信號中分離出生物體觸電電流信號。采用從泄漏電流信號中分離出 來的生物體觸電電流信號而不是泄漏電流信號進行后續的判斷，避免了由于漏電電流較大 而造成誤跳閩，提高了剩余電流保護的可靠性。同時采用電流預設值對是否真正有生物體 觸電進行判斷，進而提高了判斷的準確性。
【附圖說明】
[0041] 通過參考附圖會更加清楚的理解本發明的特征信息和優點，附圖是示意性的而不 應理解為對本發明進行任何限制，在附圖中：
[0042] 圖1示出了根據本發明剩余電流保護方法一實施例的流程示意圖；
[0043] 圖2示出了根據本發明剩余電流保護系統一實施例的結構框圖。
【具體實施方式】
[0044] 為了能夠更清楚地理解本發明的上述目的、特征和優點，下面結合附圖和具體實 施方式對本發明進行進一步的詳細描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施 例及實施例中的特征可W相互組合。
[0045] 在下面的描述中闡述了很多具體細節W便于充分理解本發明，但是，本發明還可 W采用其他不同于在此描述的其他方式來實施，因此，本發明的保護范圍并不受下面公開 的具體實施例的限制。
[0046] 本發明提供一種剩余電流保護方法，如圖1所示，該方法包括：
[0047] 步驟S1、采集供電電網中的泄漏電流信號；
[0048] 步驟S2、對采集到的泄漏電流信號進行預處理；
[0049] 步驟S3、從預處理后的泄漏電流信號中分離出生物體觸電電流信號，所述生物體 觸電電流信號用于判斷是否有生物體發生觸電；
[0050] 步驟S4、判斷分離出的生物體觸電電流信號是否大于電流預設值；
[0051] 步驟S5、在判定所述生物體觸電電流信號大于所述電流預設值時，執行剩余電流 保護跳閩動作。
[0052] 本發明提供的剩余電流保護方法，通過采集泄漏電流信號，并對漏電電流信號進 行預處理，W便于從泄漏電流信號中分離出生物體觸電電流信號。理論上講，當無有生物體 觸電時，生物體觸電電流信號為0。但是數據采集、處理等過程可能存在一定的誤差等因素， 分離出的生物體觸電電流信號不一定是0,一般情況下是比較微弱的信號。當有生物體觸電 時，會產生生物體觸電電流，該電流混合在所監測到的泄漏電流中，對泄漏電流進行分離 后，會分離出較大的生物體觸電電流信號。因此采用一個電流預設值對分離出的生物體觸 電電流信號進行判斷，從而得知生物體觸電電流信號是由于有生物體觸電導致的，還是處 理或計算等誤差引起的，進而判斷是否需要跳閩。實際上，電流預設值即為剩余電流保護裝 置的整定值。一旦生物體觸電電流信號大于電流預設值，說明有生物體發生觸電，此時需執 行跳閩動作，進行剩余電流保護。由于剩余電流保護的動作時間極短，因此能夠及時切斷電 源，避免生物體造成電擊傷害或減小所受到的電擊傷害。
[0053] 可見，相較于現有技術中采用泄漏電流有效值判斷的方法，本發明采用從漏電電 流信號中分離出來的生物體觸電電流信號進行判斷，避免了由于漏電電流較大而造成誤跳 閩，提高了剩余電流保護的可靠性。同時采用電流預設值對是否真正有生物體觸電進行判 斷，進而提高了判斷的準確性。
[0054] 在具體實施時，步驟S2可W包括圖1中未示出的：
[0055] 步驟S21、對采集到的泄漏電流信號進行去均值化處理；
[0056] 步驟S22、對去均值化處理后的泄漏電流信號進行白化處理。
[0057] 可見，預處理過程可W包括去均值化處理、白化處理，去均值化處理、白化處理便 于對泄漏電流信號進行后續的分離工作。
[0058] 在具體實施時，步驟S21可W采用下式進行去均值化處理：
[0059] S(Z)=韋々)_ 丄呈 A-,.(〇 扣tel
[0060] 其中，n為在預設周期內采集到的泄漏電流信號的個數，xi(t)為采集到的第i個泄 漏電流信號，巧妨為對第i個泄漏電流信號去均值化處理后的泄漏電流信號。
[0061] 在實際應用中，可W采用2個或4個預設周期內的數據進行預處理，保證計算的準 確性。另外，為了保證剩余電流保護的及時性，預設周期一般在l(Ti秒量級。
[0062] 在具體實施，步驟S22可W采用下式進行白化處理：
[0063] z = r萬
[0064] 其中，V為白化矩陣，支為所述預設周期內所有去均值化處理后的泄漏電流信號形 成的信號向量，Z為信號向量玄白化處理后得到的信號向量。
[0065] 經過白化矩陣的線性變換后，使輸出的信號向量Z滿足相關矩陣Rx為單位矩陣的 條件。
[0066] 在具體實施時，可W采用下式計算所述白化矩陣V:
[0067] V =擴i/2eT
[0068] 其中，E為所述信號向量玄的相關矩陣Rx的特征矢量矩陣，D為所述信號向量玄的 特征向量的對角矩陣，T為所述預設周期。
[0069] 不難理解的是，玄的相關矩陣為Rx =抓ET =抓1/2〇1/2護，相關矩陣之所W可W運樣 分解是因為相關矩陣為對稱矩陣，且非小于0。其中D為正交矩陣。
[0070] 在具體實施中，可W采用下式分離生物體觸電電流信號：
[0071] Y=WZ
[0072] 其中，W為分離矩陣，Y為分離得到的生物體觸電電流信號向量。
[0073] 通過運個生物體觸電電流信號向量中各個生物體觸電電流信號與電流預設值的 比較，若預設周期內有多個生物體觸電電流信號均大于電流預設值，則可認定為有生物體 發生觸電。當僅有個別的一兩個生物體觸電電流信號大于電流預設值，則認定可能是由于 采集、計算等原因造成的偏差。因此采用預設周期內多個數據進行判斷可W提高判斷的準 確性，避免誤跳閩，提高了剩余電流保護裝置的可靠性。
[0074] 在具體實施中，可W采用快速獨立成分分析算法確定所述分離矩陣。快速獨立成 分分析算法(Fast-Ind邱endent Component Analysis)也稱為固定點算法，是盲信號分離 技術的一種，是一種快速的尋優迭代算法。該算法W負賭最大作為一個捜尋方向，可W實現 順序的提取獨立源。獨立源和負賭之間存在W下關系：
[007引 "F)=_/(n-s^v,)， i=\
[0076] J(Y)為常數，為使互信息I(Y)最小，只需要找到一個合適的分離矩陣去最大化各 自的邊緣負賭，即滿足最大。進而通過優化算法進行迭代得到最優的分離矩陣，從而 /=1 在漏電電流信號中分離出生物體觸電電流信號。
[0077] 運里，采用快速獨立成分分析算法分離得到的分離生物體觸電電流信號不論從時 域還是從頻域，都保持了源信號的完整性，可W跳閩動作很好的判據。
[0078] 在具體實施中，可W利用零序電流互感器采集供電電網中的泄漏電流信號。
[0079] 基于相同的發明構思，本發明還提供一種剩余電流保護系統，如圖2所示，該系統 100包括：
[0080] 采集模塊101，用于采集供電電網中的泄漏電流信號；
[0081] 預處理模塊102,用于對采集到的泄漏電流信號進行預處理；
[0082] 分離模塊103,用于從預處理后的泄漏電流信號中分離生物體觸電電流信號；
[0083] 判斷模塊104,用于判斷分離出的生物體觸電電流信號是否大于電流預設值，
[0084] 執行模塊105,用于在判定所述生物體觸電電流信號大于所述電流預設值時，執行 剩余電流保護跳閩動作。
[00化]可選的，所述預處理模塊102包括：
[0086] 第一預處理單元1021，用于對所述采集模塊采集到的泄漏電流信號進行去均值化 處理；
[0087] 第二預處理單元1022,用于對去均值化處理后的泄漏電流信號進行白化處理。
[0088] 本發明提供的剩余電流保護系統可W是運行在剩余電流保護裝置上的軟件控制 系統，也可W是運行在剩余電流保護裝置之外其他裝置上的軟件控制系統，通過向剩余電 流保護裝置發出跳閩控制命令完成剩余電流保護跳閩動作。
[0089] 本發明提供的剩余電流保護系統為本發明提供的剩余電流保護方法的功能架構 模塊，其有關內容的說明、解釋和有益效果等請參見本發明剩余電流保護方法中的相應部 分，在此不再寶述。
[0090] 在本發明中，術語"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對 重要性。術語"多個"指兩個或兩個W上，除非另有明確的限定。
[0091] 雖然結合附圖描述了本發明的實施方式，但是本領域技術人員可W在不脫離本發 明的精神和范圍的情況下做出各種修改和變型，運樣的修改和變型均落入由所附權利要求 所限定的范圍之內。
【主權項】
1. 一種剩余電流保護方法，其特征在于，包括： 采集供電電網中的泄漏電流信號； 對采集到的泄漏電流信號進行預處理； 從預處理后的泄漏電流信號中分離出生物體觸電電流信號，所述生物體觸電電流信號 用于判斷是否有生物體發生觸電； 判斷分離出的生物體觸電電流信號是否大于電流預設值， 若是，則執行剩余電流保護跳閩動作。2. 根據權利要求1所述的剩余電流保護方法，其特征在于，所述對采集到的泄漏電流信 號進行預處理，包括： 對采集到的泄漏電流信號進行去均值化處理； 對去均值化處理后的泄漏電流信號進行白化處理。3. 根據權利要求2所述的剩余電流保護方法，其特征在于，采用下式對采集到的泄漏電 流信號進行去均值化處理：其中，η為在預設周期內采集到的泄漏電流信號的個數，xi(t)為采集到的第i個泄漏電 流信號，刮0為對第i個泄漏電流信號去均值化處理后的泄漏電流信號。4. 根據權利要求3所述的剩余電流保護方法，其特征在于，采用下式對去均值化處理后 的泄漏電流信號進行白化處理：其中，V為白化矩陣，X為所述預設周期內所有去均值化處理后的泄漏電流信號形成的 信號向量，Z為信號向量支白化處理后得到的信號向量。5. 根據權利要求4所述的剩余電流保護方法，其特征在于，采用下式計算所述白化矩陣 V：其中，E為所述信號向量玄的相關矩陣Rx的特征矢量矩陣，D為所述信號向量玄的特征 向量的對角矩陣，T為所述預設周期。6. 根據權利要求4所述的剩余電流保護方法，其特征在于，采用下式分離出所述生物體 觸電電流信號： Y=WZ 其中，W為分離矩陣，Y為分離得到的生物體觸電電流信號向量。7. 根據權利要求6所述的剩余電流保護方法，其特征在于，采用快速獨立成分分析算法 確定所述分離矩陣。8. 根據權利要求1-7任一所述的剩余電流保護方法，其特征在于，所述提取供電電網中 的泄漏電流信號，包括： 利用零序電流互感器采集供電電網中的泄漏電流信號。9. 一種剩余電流保護系統，其特征在于，包括： 采集模塊，用于采集供電電網中的泄漏電流信號； 預處理模塊，用于對采集到的泄漏電流信號進行預處理； 分離模塊，用于從預處理后的泄漏電流信號中分離生物體觸電電流信號，所述生物體 觸電電流信號用于判斷是否有生物體發生觸電； 判斷模塊，用于判斷分離出的生物體觸電電流信號是否大于電流預設值； 執行模塊，用于在判定所述生物體觸電電流信號大于所述電流預設值時，執行剩余電 流保護跳閩動作。10.根據權利要求9所述的系統，其特征在于，所述預處理模塊包括： 第一預處理單元，用于對所述采集模塊采集到的泄漏電流信號進行去均值化處理； 第二預處理單元，用于對去均值化處理后的泄漏電流信號進行白化處理。
【文檔編號】H02H3/16GK105977906SQ201510845027
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2015年11月26日
【發明人】蘇娟, 杜松懷, 夏越, 韓曉慧, 劉官耕, 劉永梅, 丁迪
【申請人】中國農業大學