剩余电流保护方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种剩余电流保护方法和系统，该方法包括：采集供电电网中的泄漏电流信号；对采集到的泄漏电流信号进行预处理；从预处理后的泄漏电流信号中分离生物体触电电流信号；判断分离出的生物体触电电流信号是否大于电流预设值，若是，则执行剩余电流保护跳闸动作。本发明提供的剩余电流保护方法和系统中，采用从泄漏电流信号中分离出来的生物体触电电流信号进行判断，避免了由于漏电电流较大而造成误跳闸，提高了剩余电流保护的可靠性。同时采用电流预设值对是否真正有生物体触电进行判断，进而提高了判断的准确性。
【专利说明】
剩余电流保护方法和系统
技术领域
[0001] 本发明设及剩余电流保护技术领域，尤其是一种剩余电流保护方法和一种剩余电 流保护系统。
【背景技术】
[0002] 剩余电流保护技术作为电网末端一项重要的低压用电安全保护技术，可用于防止 人身电击伤亡等事故的发生。
[0003] 目前，在线运行的剩余电流保护装置将检测到的漏电电流有效值的大小作为是否 执行跳闽动作的唯一判据。但实际经验表明，将泄漏电流有效值用于执行触电保护的判据 存在着不可克服的缺陷。例如，当剩余电流保护装置运行在=相漏电流不平衡的电网上时， 存在触电不灵敏相（即触电不保护死区）和过灵敏相(误动作区），因此保护特性不理想，影 响剩余电流保护装置的投运率和安全防护的可靠性。还有，我国的供电电网，特别是农村电 网，由于电网、设备、用电功率、绝缘老化程度不同等原因，即便在正常运行方式下，电网供 电回路的正常泄漏电流也可能达到几到几百毫安，超过剩余电流保护装置的整定值，出现 误跳闽动作，大大降低了剩余电流保护装置的动作可靠性和正确投运率，甚至造成无法投 运等问题。
[0004] 上述缺陷表明W泄漏电流有效值的大小作为是否执行跳闽动作的判据会造成剩 余电流保护装置误跳闽，特别是在没有人或动物发生触电时本不应该跳闽的电流保护装置 因为漏电电流有效值较大造成误跳闽，降低了剩余电流保护的可靠性，影响了供电电网的 正常供电。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是如何避免误跳闽，提高剩余电流保护的可靠性。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提出了一种剩余电流保护方法和系统。
[0007] 第一方面，该方法包括：
[000引采集供电电网中的泄漏电流信号；
[0009] 对采集到的泄漏电流信号进行预处理；
[0010] 从预处理后的泄漏电流信号中分离生物体触电电流信号，所述生物体触电电流信 号用于判断是否有生物体发生触电；
[0011] 判断分离出的生物体触电电流信号是否大于电流预设值，
[0012] 若是，则执行剩余电流保护跳闽动作。
[0013] 可选的，所述对采集到的漏电电流信号进行预处理，包括：
[0014] 对采集到的泄漏电流信号进行去均值化处理；
[0015] 对去均值化处理后的泄漏电流信号进行白化处理。
[0016] 可选的，采用下式对采集到的漏电电流信号进行去均值化处理：
[0017]
[0018] 其中，n为在预设周期内采集到的泄漏电流信号的个数，Xi(t)为采集到的第i个泄 漏电流信号，1《1《11，馬的为对第i个漏电电流信号去均值化处理后的泄漏电流信号。
[0019] 可选的，采用下式对去均值化处理后的泄漏电流信号进行白化处理：
[0020] ^ = F支
[0021] 其中，V为白化矩阵，支为所述预设周期内所有去均值化处理后的漏电电流信号形 成的信号向量，Z为信号向量X白化处理后得到的信号向量。
[0022] 可选的，采用下式计算所述白化矩阵V:
[0023] v = D_i/2eT
[0024] 其中，E为所述信号向量玄的相关矩阵Rx的特征矢量矩阵，D为所述信号向量支的 特征向量的对角矩阵，T为所述预设周期。
[0025] 可选的，采用下式分离生物体触电电流信号：
[0026] Y=WZ
[0027] 其中，W为分离矩阵，Y为分离得到的生物体触电电流信号向量。
[0028] 可选的，采用快速独立成分分析算法确定所述分离矩阵。
[0029] 可选的，所述提取供电电网中的泄漏电流信号，包括：
[0030] 利用零序电流互感器采集供电电网中的泄漏电流信号。
[0031] 第二方面，该系统包括：
[0032] 采集模块，用于采集供电电网中的泄漏电流信号；
[0033] 预处理模块，用于对采集到的泄漏电流信号进行预处理；
[0034] 分离模块，用于从预处理后的泄漏电流信号中分离生物体触电电流信号，所述生 物体触电电流信号用于判断是否有生物体发生触电；
[0035] 判断模块，用于判断分离出的生物体触电电流信号是否大于电流预设值；
[0036] 执行模块，用于在判定所述生物体触电电流信号大于所述电流预设值时，执行剩 余电流保护跳闽动作。
[0037] 可选的，所述预处理模块包括：
[0038] 第一预处理单元，用于对所述采集模块采集到的泄漏电流信号进行去均值化处 理；
[0039] 第二预处理单元，用于对去均值化处理后的泄漏电流信号进行白化处理。
[0040] 本发明提供的剩余电流保护方法和系统中，通过对采集的泄漏电流信号进行预处 理，W便于从泄漏电流信号中分离出生物体触电电流信号。采用从泄漏电流信号中分离出 来的生物体触电电流信号而不是泄漏电流信号进行后续的判断，避免了由于漏电电流较大 而造成误跳闽，提高了剩余电流保护的可靠性。同时采用电流预设值对是否真正有生物体 触电进行判断，进而提高了判断的准确性。
【附图说明】
[0041] 通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征信息和优点，附图是示意性的而不 应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
[0042] 图1示出了根据本发明剩余电流保护方法一实施例的流程示意图；
[0043] 图2示出了根据本发明剩余电流保护系统一实施例的结构框图。
【具体实施方式】
[0044] 为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实 施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施 例及实施例中的特征可W相互组合。
[0045] 在下面的描述中阐述了很多具体细节W便于充分理解本发明，但是，本发明还可 W采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开 的具体实施例的限制。
[0046] 本发明提供一种剩余电流保护方法，如图1所示，该方法包括：
[0047] 步骤S1、采集供电电网中的泄漏电流信号；
[0048] 步骤S2、对采集到的泄漏电流信号进行预处理；
[0049] 步骤S3、从预处理后的泄漏电流信号中分离出生物体触电电流信号，所述生物体 触电电流信号用于判断是否有生物体发生触电；
[0050] 步骤S4、判断分离出的生物体触电电流信号是否大于电流预设值；
[0051] 步骤S5、在判定所述生物体触电电流信号大于所述电流预设值时，执行剩余电流 保护跳闽动作。
[0052] 本发明提供的剩余电流保护方法，通过采集泄漏电流信号，并对漏电电流信号进 行预处理，W便于从泄漏电流信号中分离出生物体触电电流信号。理论上讲，当无有生物体 触电时，生物体触电电流信号为0。但是数据采集、处理等过程可能存在一定的误差等因素， 分离出的生物体触电电流信号不一定是0,一般情况下是比较微弱的信号。当有生物体触电 时，会产生生物体触电电流，该电流混合在所监测到的泄漏电流中，对泄漏电流进行分离 后，会分离出较大的生物体触电电流信号。因此采用一个电流预设值对分离出的生物体触 电电流信号进行判断，从而得知生物体触电电流信号是由于有生物体触电导致的，还是处 理或计算等误差引起的，进而判断是否需要跳闽。实际上，电流预设值即为剩余电流保护装 置的整定值。一旦生物体触电电流信号大于电流预设值，说明有生物体发生触电，此时需执 行跳闽动作，进行剩余电流保护。由于剩余电流保护的动作时间极短，因此能够及时切断电 源，避免生物体造成电击伤害或减小所受到的电击伤害。
[0053] 可见，相较于现有技术中采用泄漏电流有效值判断的方法，本发明采用从漏电电 流信号中分离出来的生物体触电电流信号进行判断，避免了由于漏电电流较大而造成误跳 闽，提高了剩余电流保护的可靠性。同时采用电流预设值对是否真正有生物体触电进行判 断，进而提高了判断的准确性。
[0054] 在具体实施时，步骤S2可W包括图1中未示出的：
[0055] 步骤S21、对采集到的泄漏电流信号进行去均值化处理；
[0056] 步骤S22、对去均值化处理后的泄漏电流信号进行白化处理。
[0057] 可见，预处理过程可W包括去均值化处理、白化处理，去均值化处理、白化处理便 于对泄漏电流信号进行后续的分离工作。
[0058] 在具体实施时，步骤S21可W采用下式进行去均值化处理：
[0059] S(Z)=韦々)_ 丄呈 A-,.(〇 扣tel
[0060] 其中，n为在预设周期内采集到的泄漏电流信号的个数，xi(t)为采集到的第i个泄 漏电流信号，巧妨为对第i个泄漏电流信号去均值化处理后的泄漏电流信号。
[0061] 在实际应用中，可W采用2个或4个预设周期内的数据进行预处理，保证计算的准 确性。另外，为了保证剩余电流保护的及时性，预设周期一般在l(Ti秒量级。
[0062] 在具体实施，步骤S22可W采用下式进行白化处理：
[0063] z = r万
[0064] 其中，V为白化矩阵，支为所述预设周期内所有去均值化处理后的泄漏电流信号形 成的信号向量，Z为信号向量玄白化处理后得到的信号向量。
[0065] 经过白化矩阵的线性变换后，使输出的信号向量Z满足相关矩阵Rx为单位矩阵的 条件。
[0066] 在具体实施时，可W采用下式计算所述白化矩阵V:
[0067] V =扩i/2eT
[0068] 其中，E为所述信号向量玄的相关矩阵Rx的特征矢量矩阵，D为所述信号向量玄的 特征向量的对角矩阵，T为所述预设周期。
[0069] 不难理解的是，玄的相关矩阵为Rx =抓ET =抓1/2〇1/2护，相关矩阵之所W可W运样 分解是因为相关矩阵为对称矩阵，且非小于0。其中D为正交矩阵。
[0070] 在具体实施中，可W采用下式分离生物体触电电流信号：
[0071] Y=WZ
[0072] 其中，W为分离矩阵，Y为分离得到的生物体触电电流信号向量。
[0073] 通过运个生物体触电电流信号向量中各个生物体触电电流信号与电流预设值的 比较，若预设周期内有多个生物体触电电流信号均大于电流预设值，则可认定为有生物体 发生触电。当仅有个别的一两个生物体触电电流信号大于电流预设值，则认定可能是由于 采集、计算等原因造成的偏差。因此采用预设周期内多个数据进行判断可W提高判断的准 确性，避免误跳闽，提高了剩余电流保护装置的可靠性。
[0074] 在具体实施中，可W采用快速独立成分分析算法确定所述分离矩阵。快速独立成 分分析算法(Fast-Ind邱endent Component Analysis)也称为固定点算法，是盲信号分离 技术的一种，是一种快速的寻优迭代算法。该算法W负赌最大作为一个捜寻方向，可W实现 顺序的提取独立源。独立源和负赌之间存在W下关系：
[007引 "F)=_/(n-s^v,)， i=\
[0076] J(Y)为常数，为使互信息I(Y)最小，只需要找到一个合适的分离矩阵去最大化各 自的边缘负赌，即满足最大。进而通过优化算法进行迭代得到最优的分离矩阵，从而 /=1 在漏电电流信号中分离出生物体触电电流信号。
[0077] 运里，采用快速独立成分分析算法分离得到的分离生物体触电电流信号不论从时 域还是从频域，都保持了源信号的完整性，可W跳闽动作很好的判据。
[0078] 在具体实施中，可W利用零序电流互感器采集供电电网中的泄漏电流信号。
[0079] 基于相同的发明构思，本发明还提供一种剩余电流保护系统，如图2所示，该系统 100包括：
[0080] 采集模块101，用于采集供电电网中的泄漏电流信号；
[0081] 预处理模块102,用于对采集到的泄漏电流信号进行预处理；
[0082] 分离模块103,用于从预处理后的泄漏电流信号中分离生物体触电电流信号；
[0083] 判断模块104,用于判断分离出的生物体触电电流信号是否大于电流预设值，
[0084] 执行模块105,用于在判定所述生物体触电电流信号大于所述电流预设值时，执行 剩余电流保护跳闽动作。
[00化]可选的，所述预处理模块102包括：
[0086] 第一预处理单元1021，用于对所述采集模块采集到的泄漏电流信号进行去均值化 处理；
[0087] 第二预处理单元1022,用于对去均值化处理后的泄漏电流信号进行白化处理。
[0088] 本发明提供的剩余电流保护系统可W是运行在剩余电流保护装置上的软件控制 系统，也可W是运行在剩余电流保护装置之外其他装置上的软件控制系统，通过向剩余电 流保护装置发出跳闽控制命令完成剩余电流保护跳闽动作。
[0089] 本发明提供的剩余电流保护系统为本发明提供的剩余电流保护方法的功能架构 模块，其有关内容的说明、解释和有益效果等请参见本发明剩余电流保护方法中的相应部 分，在此不再寶述。
[0090] 在本发明中，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对 重要性。术语"多个"指两个或两个W上，除非另有明确的限定。
[0091] 虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可W在不脱离本发 明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，运样的修改和变型均落入由所附权利要求 所限定的范围之内。
【主权项】
1. 一种剩余电流保护方法，其特征在于，包括： 采集供电电网中的泄漏电流信号； 对采集到的泄漏电流信号进行预处理； 从预处理后的泄漏电流信号中分离出生物体触电电流信号，所述生物体触电电流信号 用于判断是否有生物体发生触电； 判断分离出的生物体触电电流信号是否大于电流预设值， 若是，则执行剩余电流保护跳闽动作。2. 根据权利要求1所述的剩余电流保护方法，其特征在于，所述对采集到的泄漏电流信 号进行预处理，包括： 对采集到的泄漏电流信号进行去均值化处理； 对去均值化处理后的泄漏电流信号进行白化处理。3. 根据权利要求2所述的剩余电流保护方法，其特征在于，采用下式对采集到的泄漏电 流信号进行去均值化处理：其中，η为在预设周期内采集到的泄漏电流信号的个数，xi(t)为采集到的第i个泄漏电 流信号，刮0为对第i个泄漏电流信号去均值化处理后的泄漏电流信号。4. 根据权利要求3所述的剩余电流保护方法，其特征在于，采用下式对去均值化处理后 的泄漏电流信号进行白化处理：其中，V为白化矩阵，X为所述预设周期内所有去均值化处理后的泄漏电流信号形成的 信号向量，Z为信号向量支白化处理后得到的信号向量。5. 根据权利要求4所述的剩余电流保护方法，其特征在于，采用下式计算所述白化矩阵 V：其中，E为所述信号向量玄的相关矩阵Rx的特征矢量矩阵，D为所述信号向量玄的特征 向量的对角矩阵，T为所述预设周期。6. 根据权利要求4所述的剩余电流保护方法，其特征在于，采用下式分离出所述生物体 触电电流信号： Y=WZ 其中，W为分离矩阵，Y为分离得到的生物体触电电流信号向量。7. 根据权利要求6所述的剩余电流保护方法，其特征在于，采用快速独立成分分析算法 确定所述分离矩阵。8. 根据权利要求1-7任一所述的剩余电流保护方法，其特征在于，所述提取供电电网中 的泄漏电流信号，包括： 利用零序电流互感器采集供电电网中的泄漏电流信号。9. 一种剩余电流保护系统，其特征在于，包括： 采集模块，用于采集供电电网中的泄漏电流信号； 预处理模块，用于对采集到的泄漏电流信号进行预处理； 分离模块，用于从预处理后的泄漏电流信号中分离生物体触电电流信号，所述生物体 触电电流信号用于判断是否有生物体发生触电； 判断模块，用于判断分离出的生物体触电电流信号是否大于电流预设值； 执行模块，用于在判定所述生物体触电电流信号大于所述电流预设值时，执行剩余电 流保护跳闽动作。10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述预处理模块包括： 第一预处理单元，用于对所述采集模块采集到的泄漏电流信号进行去均值化处理； 第二预处理单元，用于对去均值化处理后的泄漏电流信号进行白化处理。
【文档编号】H02H3/16GK105977906SQ201510845027
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2015年11月26日
【发明人】苏娟, 杜松怀, 夏越, 韩晓慧, 刘官耕, 刘永梅, 丁迪
【申请人】中国农业大学