本公开涉及电力电子领域，具体而言，涉及一种基于模糊控制的配电设备故障处理方法及装置。
背景技术
随着电力供应方式的增加，特别是新能源发电技术的快速发展，越来越多的场合需要使用逆变器等配电设备将供电转换为与负载需求对应的配电输出。同时，当负载侧发生故障时，需要配电设备能够快速识别并生成相应的故障处理方法，应对该故障，等待其自动解决后，配电设备恢复至正常供电模式，将因所述故障带来的对配电设备及负载的影响将到较低水平。
然而在现有技术中，配电设备既不能准确的识别负载侧故障，也没有更优化的故障处理方法，来解决上述问题。因此，需要提供一种或多种至少能够解决上述问题的技术方案。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现要素：
本公开的目的在于提供一种基于模糊控制的配电设备故障处理方法及装置，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
根据本公开的一个方面，提供一种基于模糊控制的配电设备故障处理方法，包括：
步骤s1，确定配电设备的输出电压幅值um、所述输出电压幅值的下降率cum，以及输出电流幅值im、所述输出电流幅值的上升率cim；
步骤s2，分别将输出电压幅值um、输出电压幅值的下降率cum，以及输出电流幅值im、所述输出电流幅值的上升率cim按照预设模糊控制算法，得到主动限流控制判据值f，并将所述主动限流控制判据值f作为系统故障预判定标识；
步骤s3，监测所述主动限流控制判据值f，若f大于或等于预设阈值，则确定负载侧发生故障；
步骤s4，当确定负载侧发生故障后，进入主动限流控制模式，将输出电流有效值调节至预设电流值范围，并根据pwm调制策略调制输出电流，判断进入主动限流控制模式的时间是否到达预设维持时间，若否，在确定输出电压大于预设电压恢复阈值时，则确定故障消除，将系统控制模式切换至正常供电模式。
在本公开的一种示例性实施例中，所述步骤s2，具体包括：
将所述输出电压幅值um及所述输出电压幅值的下降率cum根据预设电压跌落程度模糊规则表，推导出电压跌落程度值du；
将所述输出电流幅值im及所述输出电流幅值的上升率cim根据预设电流上升程度模糊规则表，推导出电流上升程度值di；
将所述电压跌落程度值du与电流上升程度值di根据预设主动限流控制判据模糊规则表，生成主动限流控制判据值f。
在本公开的一种示例性实施例中，所述步骤s4中将输出电流有效值调节至预设电流值范围之前，还包括：
在进入主动限流控制模式后，预设断电延时时长，以等待系统内部lc滤波器储能元件完成放电。
在本公开的一种示例性实施例中，所述步骤s4中将输出电流有效值调节至预设电流值范围，并根据pwm调制策略调制输出电流，包括：
在到达所述预设断电延时时长后，提高输出电流至预设电流值；
判断输出电流有效值是否小于预设电流值；
若是，增加pwm调制度以增加输出电流有效值并作为输出电流；
若否，将当前输出电流有效值作为输出电流。
在本公开的一种示例性实施例中，所述步骤s4判断进入主动限流控制模式的时间是否到达预设维持时间后，还包括：
若确定进入主动限流控制模式的时间到达预设维持时间，则闭锁停机。
在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：
若确定输出电压小于或等于预设电压恢复阈值，则确定故障未消除，则继续执行步骤s4中将输出电流有效值调节至预设电流值范围的步骤。
在本公开的一种示例性实施例中，步骤s4具体包括：
将输出电流有效值调节至预设电流值范围后启动计时器；
在所述计时器的计时周期内，若f恢复至预设值以上，则确定故障消除，切换系统控制模式恢复至正常供电模式，否则，确定故障未消除，闭锁关机。
在本公开的一种示例性实施例中，所述预设模糊控制算法为mamdani模糊算法和/或面积重心法去模糊化算法。
在本公开的一种示例性实施例中，所述方法还包括：
对所述预设模糊控制算法由matlab的fuzzy工具箱进行离线的规则推导预处理。
在本公开的一个方面，提供一种配电设备故障处理装置，包括：
电压、电流值确定模块，用于确定配电设备的输出电压幅值um、所述输出电压幅值的下降率cum，以及输出电流幅值im、所述输出电流幅值的上升率cim；
限流判据值计算模块，用于分别将输出电压幅值um、输出电压幅值的下降率cum，以及输出电流幅值im、所述输出电流幅值的上升率cim按照预设模糊控制算法，得到主动限流控制判据值f，并将所述主动限流控制判据值f作为系统故障预判定标识；
限流判据值检测模块，用于监测所述主动限流控制判据值f，若f大于或等于预设阈值，则确定负载侧发生故障；
故障处理模块，用于当确定负载侧发生故障后，进入主动限流控制模式，将输出电流有效值调节至预设电流值范围，并根据pwm调制策略调制输出电流，判断进入主动限流控制模式的时间是否到达预设维持时间，若否，在确定输出电压大于预设电压恢复阈值时，则确定故障消除，将系统控制模式切换至正常供电模式。
本公开的示例性实施例中的基于模糊控制的配电设备故障处理方法，确定配电设备的输出电压幅值um、输出电压幅值的下降率cum，以及输出电流幅值im、所述输出电流幅值的上升率cim，并按照预设模糊控制算法，得到主动限流控制判据值f作为系统故障预判定标识，若f大于或等于预设阈值，则确定负载侧发生故障，进入主动限流控制模式，将输出电流有效值调节至预设电流值范围，判断进入主动限流控制模式的时间是否到达预设维持时间，若否，在确定输出电压大于预设电压恢复阈值时，则确定故障消除，将系统控制模式切换至正常供电模式。一方面，本公开可以及时的检测到负荷的短路故障，另一方面，在检测到负荷发生短路故障时进行主动限流控制，待故障排除后恢复正常的供电，提高了设备运行的可靠性以及对负荷的友好性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
通过参照附图来详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1示出了根据本公开一示例性实施例的基于模糊控制的配电设备故障处理方法的流程图；
图2a-2c示出了根据本公开一示例性实施例的基于模糊控制的配电设备故障处理方法各模糊子集分布及其隶属函数图；
图3示出了根据本公开一示例性实施例的基于模糊控制的配电设备故障处理方法主动限流控制策略流程图；
图4示出了根据本公开一示例性实施例的单相接地短路实验主动限流控制的实验波形示意图；
图5示出了根据本公开一示例性实施例的配电设备故障处理装置的示意框图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作以避免模糊本公开的各方面。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个软件硬化的模块中实现这些功能实体或功能实体的一部分，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
在本示例实施例中，首先提供了一种基于模糊控制的配电设备故障处理方法，该配电设备可以是逆变器等设备。参考图1中所示，该基于模糊控制的配电设备故障处理方法可以包括以下步骤：
步骤s1，确定配电设备的输出电压幅值um、所述输出电压幅值的下降率cum，以及输出电流幅值im、所述输出电流幅值的上升率cim；
步骤s2，分别将输出电压幅值um、输出电压幅值的下降率cum，以及输出电流幅值im、所述输出电流幅值的上升率cim按照预设模糊控制算法，得到主动限流控制判据值f，并将所述主动限流控制判据值f作为系统故障预判定标识；
步骤s3，监测所述主动限流控制判据值f，若f大于或等于预设阈值，则确定负载侧发生故障；
步骤s4，当确定负载侧发生故障后，进入主动限流控制模式，将输出电流有效值调节至预设电流值范围，并根据pwm调制策略调制输出电流，判断进入主动限流控制模式的时间是否到达预设维持时间，若否，在确定输出电压大于预设电压恢复阈值时，则确定故障消除，将系统控制模式切换至正常供电模式。
根据本示例实施例中的基于模糊控制的配电设备故障处理方法，一方面可以及时的检测到负荷的短路故障，另一方面，在检测到负荷发生短路故障时进行主动限流控制，待故障排除后恢复正常的供电，提高了设备运行的可靠性以及对负荷的友好性。
下面，将对本示例实施例中的基于模糊控制的配电设备故障处理方法进行进一步的说明。
步骤s1中，可以确定配电设备的输出电压幅值um、所述输出电压幅值的下降率cum，以及输出电流幅值im、所述输出电流幅值的上升率cim。
本示例实施方式中，根据矢量控制的原理，将变流器的三相输出投影在d、q轴上，并根据d、q轴输出电压计算得到输出电压幅值um与输出电压幅值的下降率cum，根据d、q轴输出电流计算得到输出电流幅值im与输出电流幅值的上升率cim，所述输出电压幅值的下降率cum与输出电流幅值的上升率cim一定程度上能反应变流器输出电压电流的变化程度及变化速度，进而可以作为判断系统故障的依据。
步骤s2中，可以分别将输出电压幅值um、输出电压幅值的下降率cum，以及输出电流幅值im、所述输出电流幅值的上升率cim按照预设模糊控制算法，得到主动限流控制判据值f，并将所述主动限流控制判据值f作为系统故障预判定标识。
本示例实施方式中，将输出电压幅值um、输出电压幅值的下降率cum，以及输出电流幅值im、所述输出电流幅值的上升率cim作为预设模糊控制算法的输入，分别推导出中间变量电压跌落程度值du与电流上升程度值di，并根据中间变量，再次作为预设模糊控制算法的输入，生成主动限流控制判据值f。
本示例实施方式中，步骤s2具体包括：将所述输出电压幅值um及所述输出电压幅值的下降率cum根据预设电压跌落程度模糊规则表，推导出电压跌落程度值du。
表1
表1示出了预设电压跌落程度模糊规则表，其中，l表示“大”，m表示“中”，s表示“小”，m+表示“中上”，m-表示“中下”(下文与此同)。根据所述预设模糊控制算法，将所述输出电压幅值um及所述输出电压幅值的下降率cum带入所述预设电压跌落程度模糊规则表可以生成电压跌落程度模糊子集分布，如图2a所示为根据所述规则生成的电压跌落程度模糊子集分布及其隶属函数图。
将所述输出电流幅值im及所述输出电流幅值的上升率cim根据预设电流上升程度模糊规则表，推导出电流上升程度值di。
表2
表2示出了所述预设电流上升程度模糊规则表，根据所述预设模糊控制算法，将所述输出电流幅值im及所述输出电流幅值的上升率cim代入所述预设电流上升程度模糊规则表可以生成电流上升程度模糊子集分布，如图2b所示为根据所述规则生成的电流上升程度模糊子集分布及其隶属函数图。
将所述电压跌落程度值du与电流上升程度值di根据预设主动限流控制判据模糊规则表，生成主动限流控制判据值f。
表3
表3示出了所述预设主动限流控制判据模糊规则表。根据所述预设模糊控制算法，将所述电压跌落程度值du与电流上升程度值di带入所述预设主动限流控制判据模糊规则表可以生成主动限流控制判据模糊子集分布，如图2c所示为根据所述规则生成的主动限流控制判据模糊子集分布及其隶属函数图。
本示例实施方式中，所述预设模糊控制算法为mamdani模糊算法和/或面积重心法去模糊化算法。mamdani模糊算法由模糊化处理算子，模糊推理机制和非模糊化处理算子三个部分组成，这三个部分都与系统论域的划分相关。mamdani型模糊推理可以通过事先掌握的一组推理规则实现从输入到输出的推理计算，从而建立准确的辨识系统。去模糊化是将推论所得到的模糊值转换为明确的控制讯号，做为系统的输入值。去模糊化是模糊推理机中重要的一步，也称解模糊化。为了获得准确的控制量，就要求模糊方法能够很好的表达输出隶属度函数的计算结果。重心法是取隶属度函数曲线与横坐标围成面积的重心，作为模糊推理的最终输出值。与其它去模糊化算法相比较，重心法具有更平滑的输出推理控制。即使对应于输入信号的微小变化，输出也会发生变化。
本示例实施方式中，对所述预设模糊控制算法由matlab的fuzzy工具箱进行离线的规则推导预处理。matlab的fuzzy工具箱为模糊控制器的设计提供了一种非常便捷的途径，通过它我们不需要进行复杂的模糊化、模糊推理及反模糊化运算，只需要设定相应参数，就可以很快得到我们所需要的控制器，而且修改也非常方便，通过fuzzy工具箱进行离线的规则推导预处理，生成.fis文件，再离线生成数据库，可以直接调用，降低了cpu计算负担。
步骤s3中，可以监测所述主动限流控制判据值f，若f大于或等于预设阈值，则确定负载侧发生故障。
本示例实施方式中，由于所述主动限流控制判据值f根据输出电压幅值um、输出电压幅值的下降率cum，以及输出电流幅值im、所述输出电流幅值的上升率cim按照预设模糊控制算法生成，一定程度上可以反应系统的运行状态，所以可以由所述主动限流控制判据值f作为系统故障预判定标识。
步骤s4中，可以当确定负载侧发生故障后，进入主动限流控制模式，将输出电流有效值调节至预设电流值范围，并根据pwm调制策略调制输出电流，判断进入主动限流控制模式的时间是否到达预设维持时间，若否，在确定输出电压大于预设电压恢复阈值时，则确定故障消除，将系统控制模式切换至正常供电模式。
请参考图3所示，图3示出了主动限流控制策略流程图，本示例实施方式中，根据所述流程，系统进入主动限流控制后采用开环调制策略，通过逐渐提高输出电流至设定值，并延时判断的方式来实现对系统故障的判定和处理。
本示例实施方式中，所述步骤s4中将输出电流有效值调节至预设电流值范围之前，还包括：在进入主动限流控制模式后，预设断电延时时长，以等待系统内部lc滤波器储能元件完成放电，减少因系统内部lc滤波器储能对控制策略的影响。进一步的，所述预设延时时长可以为20ms。
本示例实施方式中，所述步骤s4中将输出电流有效值调节至预设电流值范围，并根据pwm调制策略调制输出电流，包括：在到达所述预设断电延时时长后，提高输出电流至预设电流值；判断输出电流有效值是否小于预设电流值；若是，增加pwm调制度以增加输出电流有效值并作为输出电流；若否，将当前输出电流有效值作为输出电流。进一步的，所述预设电流值可以设置为所述输出电流有效值的1.2倍。
本示例实施方式中，所述步骤s4还包括：若确定输出电压小于或等于预设电压阈值，则确定故障未消除，则继续执行步骤s4中将输出电流有效值调节至预设电流值范围的步骤。进一步的，所述预设电压恢复阈值可以设置为输出电压的0.5倍。
本示例实施方式中，所述步骤s4判断进入主动限流控制模式的时间是否到达预设维持时间后，还包括：若确定进入主动限流控制模式的时间到达预设维持时间，则闭锁停机。进一步的，所述预设维持时间为200ms，若超过200ms后，所述输出电压仍小于或等于预设电压恢复阈值，则判断系统存在未消除故障。
本示例实施方式中，所述方法还可以包括：将输出电流有效值调节至预设电流值范围后启动计时器；在所述计时器的计时周期内，若f恢复至预设值以上，则确定故障消除，切换系统控制模式恢复至正常供电模式，否则，确定故障未消除，闭锁关机。
如图4所示，为根据本方法在负荷平衡时进行单相接地短路实验时，主动限流控制的实验波形。所述实验中，负载a相与中性线之间串入0.5ω的接地电阻，为检测系统的故障恢复能力，将200ms的短路时间设定到2s，输出电流有效值设定为114a，同时根据此实验条件更改模糊控制器的隶属函数图。所述实验波形图可以看出，系统能有效的检测到电力系统短路故障并主动跌落电压uoab、uobc，抬升并限制输出电流ioa、ioc，在设定时间内、故障点排除后能恢复到正常的供电模式。
需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。
此外，在本示例实施例中，还提供了一种配电设备故障处理装置。参照图5所示，该配电设备故障处理装置500可以包括：电压、电流值确定模块510、限流判据值计算模块520、限流判据值检测模块530以及故障处理模块540。其中：
电压、电流值确定模块510，用于确定配电设备的输出电压幅值um、所述输出电压幅值的下降率cum，以及输出电流幅值im、所述输出电流幅值的上升率cim；
限流判据值计算模块520，用于分别将输出电压幅值um、输出电压幅值的下降率cum，以及输出电流幅值im、所述输出电流幅值的上升率cim按照预设模糊控制算法，得到主动限流控制判据值f，并将所述主动限流控制判据值f作为系统故障预判定标识；
限流判据值检测模块530，用于监测所述主动限流控制判据值f，若f大于或等于预设阈值，则确定负载侧发生故障；
故障处理模块540，用于当确定负载侧发生故障后，进入主动限流控制模式，将输出电流有效值调节至预设电流值范围，并根据pwm调制策略调制输出电流，判断进入主动限流控制模式的时间是否到达预设维持时间，若否，在确定输出电压大于预设电压恢复阈值时，则确定故障消除，将系统控制模式切换至正常供电模式。
上述中各配电设备故障处理装置模块的具体细节已经在对应的音频段落识别方法中进行了详细的描述，因此此处不再赘述。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了配电设备故障处理装置500的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。
此外，在本公开的示例性实施例中，还提供了一种能够实现上述方法的电子设备。
所属技术领域的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施例、完全的软件实施例(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施例，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、c++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(lan)或广域网(wan)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
此外，上述附图仅是根据本发明示例性实施例的方法所包括的处理的示意性说明，而不是限制目的。易于理解，上述附图所示的处理并不表明或限制这些处理的时间顺序。另外，也易于理解，这些处理可以是例如在多个模块中同步或异步执行的。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其他实施例。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。