專利名稱：保護繼電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種保護繼電器，特別地涉及繼電器中的操作條件的計算。
背景技術(shù)：
過勵磁保護用于保護發(fā)電機和電氣變壓器避免磁芯的過磁通密度以及飽和。該功能計算與發(fā)電機或變壓器的勵磁水平成比例的u/f比率(伏特/赫茲)并將該值與設(shè)置限值比較。當勵磁水平超過設(shè)置限值時啟動此功能，并在之后經(jīng)過了設(shè)置的操作時間時進行操作。操作時間特性可以被選擇為有限時間(DT)或過勵磁逆有限最小時間(過勵磁型IDMT)。保護繼電器制造商通過使用ー些底數(shù)方程(base equation)對過勵磁IDMT特性 進行建模。所提出的用于IDMT曲線的底數(shù)方程中的一個方程如下
(ak + b-ΙΟΟΜ λ⑴/⑴= 60* J c Jt(s) 操作時間，以秒為單位M 每單位(p. u.)值的勵磁水平(“U/f比率”或“伏特/赫茲”)K 時間乘子固有地，該熱模型方程給出為分鐘的結(jié)果。方程I中的常量“60”將時間從分鐘轉(zhuǎn)換成秒。曲線參數(shù)a、b以及c可以是由供應(yīng)商定義的常量。供應(yīng)商可以提供幾條曲線，這些曲線具有相互不同的常量值a、b以及c，或者這些參數(shù)可由用戶設(shè)置。舉例來說，a可以是2. 50, b可以是115. 00, c可以是4. 886。通常，方程I表不由底數(shù)方程數(shù)學(xué)地定義的典型熱模型，其中底數(shù)值是自然底數(shù)e 2. 7182818285。固有地，底數(shù)超過I的這些方程由于指數(shù)增加而非?？焖俚卦鲩L。操作時間可以從方程通過求積分直接計算出來，其中累積的積分值包括根據(jù)計算方程I取導(dǎo)數(shù)計算出的連續(xù)的Ι/t值。該廣泛使用的方法固有地易于存在因大分母值導(dǎo)致積分和分量接近零而弓I起的積分期間的精度問題。如果我們可以假設(shè)參數(shù)a、b和c是供應(yīng)商定義的，并且便于通過這種方式管理(即，我們可以預(yù)先保證取決于這些參數(shù)的曲線特性)，那么方程I中的不確定參數(shù)為用戶可設(shè)置的參數(shù)k和方程變量M。用戶可設(shè)置的k值的值往往被嚴格限制。例如，一些供應(yīng)商只允許I和9之間的k值。在常規(guī)的計算方法中，預(yù)先計算連續(xù)的Ι/t值至查找表(LUT)并且將這些值積分至積分和。如果這些值接近零，則會引起計算不準確問題，特別是在輸入信號幅度(在此為M)水平存在變化時，這是因為接近零的積分分量將增加到相當大的累計積分和。常規(guī)方法中的另ー缺點是如果沒有使用預(yù)先計算的LUT，則在每個任務(wù)周期中需要長除法計算操作。這兩個缺點(連續(xù)執(zhí)行周期除法和累積不準確性)可以被WO 2009/080865中公開的乘法和比較方法替代。然而，在ー些應(yīng)用環(huán)境中，優(yōu)選允許k具有較大的值，高達100或更高。在具有高k值以及低或中M值的情況下，底數(shù)方程值快速増加。結(jié)果，這導(dǎo)致特別長的保護操作時間。如果方程I中的參數(shù)a、b和c是用戶可設(shè)置的，則還可能引起更多的問題。隨著將來科技和客戶需求發(fā)展，肯定將會有關(guān)于參數(shù)靈活性的更多需求。參數(shù)值的組合可能會使得方程的計算變得計算非常耗時。特別地，供應(yīng)商必須成功限制參數(shù)值范圍，以使得方程僅能夠達到便于管理和預(yù)估的值。必須保證所有可能的參數(shù)組合導(dǎo)致正確計算的操作時間，即，底數(shù)方程結(jié)果可能從不增長超過計算限值，從而不發(fā)生處理器溢出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種用于緩解上述缺點的方法和用于實施該方法的設(shè)備。本發(fā)明的目的通過獨立權(quán)利要求中定義的方法和布置實現(xiàn)。從屬權(quán)利要求中公開了本發(fā)明的一些實施例。


以下將參照所附(隨附)的附圖通過優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行更詳細的說明，其中圖I示出了方法的一個實施例；圖2凸顯了曲線的轉(zhuǎn)換；以及圖3示出了繼電器的一個實施例。
具體實施例下面的實施例涉及熱保護繼電器。目的是提供保護，使得例如避免電氣裝置(例如電動機)過熱以及發(fā)電機和變壓器過勵磁。繼電器應(yīng)用上面討論的IDMT原理。通常的IDMT操作取決于與設(shè)置的啟動值成比例的輸入信號幅度?？商娲?，操作還可以取決于類似于上面給出的過勵磁示例的純信號幅值。然而，在該情況下，操作啟動直接取決于設(shè)置的啟動值，并且僅在超過(過函數(shù)(overfunction))或者低于(欠函數(shù)(under function))設(shè)置的啟動值時才發(fā)生IDMT操作。對于過函數(shù)，當信號幅度高吋，即輸入測量明顯地超過設(shè)置的限值(例如是勵磁限值的2或3倍)時，操作時間短。當過勵磁低到I. I或者剛好大于I. O時(取決于裝置測量精度)，操作時間較長。通常，IDMT操作時間與信號幅度成反比。圖I示出方法的一個實施例。作為起點，假設(shè)將具有指數(shù)項的熱保護模型應(yīng)用于保護繼電器，即，該模型是指數(shù)函數(shù)。在實施例中，該函數(shù)是具有底數(shù)e的指數(shù)函數(shù)。方程I中給出了指數(shù)函數(shù)的ー個示例。在圖I中，塊100 112描述了繼電器的初始化階段/狀態(tài)，該初始化階段/狀態(tài)包括繼電器上電時執(zhí)行的步驟。當初始化了繼電器時，繼電器可以引入步驟120后面的連續(xù)步驟描述的功能用途。以曲線參數(shù)的讀取100開始初始化。曲線參數(shù)可以包括如方程I所示的參數(shù)a、b和C。這些參數(shù)可以是固定的，即它們已由繼電器的供應(yīng)商設(shè)置并且不能被用戶更改?？商娲?，它們可以是用戶可設(shè)置的。在100中，還讀取用戶可設(shè)置的時間乘子k值?？稍试S的k范圍在此假設(shè)為從O. I到約100。上限可以是非100的其它值，但優(yōu)選超過已知值，例如約10。例如，上限在此可以為15、20、30、50、75、100或150。下限可以小于O. I并且甚至可以從零(O)開始。在100中，還讀取最大操作時限和最小操作時限。這些操作時間可以是固定的并且是系統(tǒng)特有的，或者它們可以是用戶可設(shè)置的。例如，最大操作時間可以被設(shè)置為10000秒(2. 8小吋)。當過勵磁(非常)低時，該最大操作時限變?yōu)榭蛇m用的。最小操作時間還可以由用戶設(shè)置或者可以由系統(tǒng)固定為例如O. 2秒。最小操作時間還可以取決于ー些系統(tǒng)特有的限制。例如，如果執(zhí)行周期長度為10毫秒，則最小操作時間可以為僅等于周期時間或大于周期時間。在一個實施例中，為了更精確地計算操作時間，可以對所定義的限值都定義ー些裕量，以允許在產(chǎn)生最大操作時間或最小操作時間的M值附近的ー些信號(和M值)變化。為了實現(xiàn)此，可以增加所設(shè)置的最大操作時間并且減小所設(shè)置的最小操作時間， 以用于計算。裕量值取決于曲線斜率。例如，在圖2中，曲線以半對數(shù)坐標繪制并且針對10000秒的原始最大操作時間(MaxOperateTime)的5000秒的裕量時間意味著M值僅減小約0.01。針對200毫秒的原始最小操作時間(MinOperateTime)的100毫秒的裕量時間意味著M值僅增加約O. 073。接下來,將計算中要使用的MaxOperateTime和MinOperateTime分別定義為“設(shè)置的最大操作時間+裕量(Set MaxOperateTime+margin) ”和“設(shè)置的最小操作時間-裕量(Set MinOperateTime+nargin) ”。在102中，計算與設(shè)置的最大操作時間(包括裕量)對應(yīng)的給定曲線上的M值。根據(jù)方程2計算MMinLimit,其通過從方程I求解M值導(dǎo)出。MMinLimit是計算中使用的最小M值。在一個實施例中，麗inLimit對應(yīng)于LUT中的第一個索引。(2)MMrnLrmrt = (^a + b-cHn(
IV 60 JJ在104中，根據(jù)方程3計算與最小操作時間(包括裕量)對應(yīng)的M值，方程3通過從方程I中求解M導(dǎo)出。MMaxLimit指計算中使用的最大M值,更大的M值對于MMaxLimit來說是飽和的。MMaxLimit對應(yīng)于最大/最后的LTU索引值。(3)MMaxLimit = (k^a + b-c^ln(Min0Perate Time\\丨χ00
uI I 60 JJ接下來的步驟106 110涉及曲線移位，以使得執(zhí)行期間的計算變得簡單、高效以及為值限制的。曲線移位的原則是移位后的曲線與最大操作時間相交于M值為I處。首先,在106中，計算表示移位后的曲線的新k值(NewkValue)。這意味著用戶已初始給出了時間乘子k值，但是這需要修改。時間乘子通過方程4計算
r _ioon-b + cnn(Max0perateTme)
(4) NewkValue =-^-—-し該方程4通過在方程I中將M設(shè)置為I并求解k而獲得。在108中，計算要在執(zhí)行時間計算中使用的和值(sumValue)。該和值涉及基于方程I的模型的累積積分和的積分。在實施例中，方程I以及方程I的操作條件可以通過比較兩個累積積分和來執(zhí)行，其中存在線性增加的和項以及指數(shù)増加的和項。該線性和項可以通過方程5來建模成為固定的值項。
權(quán)利要求
1.一種用于保護電氣系統(tǒng)的保護繼電器，包括 用于接收(306)時間乘子值的裝置； 用于利用所接收的時間乘子值計算(306)具有指數(shù)函數(shù)的逆有限時間依存關(guān)系的裝置，其中所述依存關(guān)系定義所述繼電器的輸入信號的勵磁水平與所述繼電器的操作時間之間的關(guān)系，其特征在于，所述繼電器包括 用于將所述依存關(guān)系移位(308，310)到預(yù)定義的計算空間的裝置；以及用于在執(zhí)行期間在確定所述繼電器的操作條件時應(yīng)用(312，318，320，322)被移位至所述預(yù)定義的計算空間后的依存關(guān)系的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的保護繼電器，其特征在于，所述繼電器包括 用于通過計算新的時間乘子值來將所述依存關(guān)系移位到(308，310)所述預(yù)定義的計算空間從而定義新的依存關(guān)系的裝置；以及 用于計算(312)表示所述新的依存關(guān)系的計算值并將該表示所述新的依存關(guān)系的計算值存儲至查找表的裝置，其中，根據(jù)勵磁水平的函數(shù)計算所述計算值。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的保護繼電器，其特征在于，所述繼電器包括 用于在執(zhí)行期間在勵磁水平落在所述查找表中應(yīng)用的勵磁水平之間時應(yīng)用(312，318)來自所述查找表的計算值的裝置； 用于在執(zhí)行期間的勵磁水平超過所述查找表的最大計算值時應(yīng)用(312，318，320)所述最大計算值的裝置；以及 用于在執(zhí)行期間的勵磁水平低于所述查找表的最小計算值時應(yīng)用(312，318，320)所述最小計算值的裝置。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的保護繼電器，其特征在于，所述繼電器包括 用于接收(302)所述繼電器的預(yù)定義的最大操作時限的裝置； 用于確定(306)導(dǎo)致所述最大操作時限的勵磁水平的裝置；以及用于移位(310)所述依存關(guān)系的所有值以使得實現(xiàn)最大操作時間設(shè)置限值的勵磁水平被移動至預(yù)定義的勵磁值的裝置。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的保護繼電器，其特征在于，所述繼電器包括 用于接收(302)所述繼電器的預(yù)定義的最大操作時限和/或預(yù)定的最小操作時間的裝置； 用于對所述最大操作時間和/或所述最小操作時間增加(306)裕量的裝置；以及用于在對所述查找表計算計算值時應(yīng)用(310)已增加了所述裕量的最大操作時間和/或所述最小操作時間的裝置。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的保護繼電器，其特征在于，所述移位裝置包括 用于標識(310)所述依存關(guān)系的上勵磁水平和下勵磁水平的裝置； 用于在所述上勵磁水平和所述下勵磁水平之間移位(310)所述依存關(guān)系的裝置； 用于在所述上限和所述下限之間通過應(yīng)用預(yù)定的公式根據(jù)所述勵磁的函數(shù)來計算(310)多個計算值的裝置；以及 用于將所述多個值存儲(312)在編有索引的查找表中以在所述繼電器的執(zhí)行期間使用的裝置。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的保護繼電器，其特征在于，所述繼電器包括用于監(jiān)控(316)執(zhí)行期間的輸入信號的裝置； 用于確定(318)所述輸入信號的勵磁水平的裝置； 用于修改根據(jù)測量出的輸入信號確定的勵磁水平的裝置； 用于從查找表獲取(318)對應(yīng)于所修改的勵磁水平的計算值的裝置； 用于基于所述計算值和預(yù)定的固定項來執(zhí)行(320)逆有限時間積分的裝置；以及 用于基于所述積分來檢查(312)是否滿足所述繼電器的操作條件的裝置。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的保護繼電器，其特征在于，所述依存關(guān)系是指數(shù)函數(shù)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的保護繼電器，其特征在于，所述依存關(guān)系可以在線性-對數(shù)空間中被建模為直線，其中線性X軸表示所述繼電器的勵磁水平，對數(shù)I軸表示所述繼電器的操作時間。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的保護繼電器，其特征在于，所述時間乘子值至少是10。
11.一種用于保護電氣系統(tǒng)的方法，包括 接收(100)時間乘子值； 利用所接收的時間乘子值計算具有指數(shù)函數(shù)的逆有限時間依存關(guān)系，其中所述依存關(guān)系定義所述繼電器的輸入信號的勵磁水平與所述繼電器的操作時間之間的關(guān)系，其特征在于，所述方法還包括 將所述依存關(guān)系移位(102 110)到預(yù)定義的計算空間；以及在執(zhí)行期間在確定所述繼電器的操作條件時應(yīng)用(122 124)移位到所述預(yù)定義的計算空間后的依存關(guān)系。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括 標識(102，104)所述依存關(guān)系的上勵磁水平和下勵磁水平； 在所述上限和所述下限之間通過應(yīng)用預(yù)定的公式根據(jù)所述勵磁的函數(shù)來計算(110)多個計算值； 將所述多個值存儲(312)在編有索引的查找表中，以在所述繼電器的執(zhí)行期間應(yīng)用。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求11至12中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法包括 接收(100)所述繼電器的預(yù)定義的最大操作時限； 對所述最大操作時間增加裕量；以及 當對所述查找表計算計算值時，應(yīng)用已增加了所述裕量的最大操作時間。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求11至13中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法包括 監(jiān)控(120)執(zhí)行期間的輸入信號； 確定所述輸入信號的勵磁水平； 修改(122)根據(jù)測量出的輸入信號確定的勵磁水平； 從查找表獲取(124)對應(yīng)于所述修改的勵磁水平的計算值； 基于所述獲取的計算值和預(yù)定義的固定項來執(zhí)行(126)逆有限時間積分；以及 基于所述積分檢查是否滿足所述操作條件。
15.一種計算機程序產(chǎn)品，其被配置成當在計算機上運行所述計算機程序產(chǎn)品時執(zhí)行根據(jù)前述權(quán)利要求11至14中任一項所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于保護電氣系統(tǒng)的保護繼電器、用于保護電氣系統(tǒng)的方法和計算機程序產(chǎn)品。所述用于保護電氣系統(tǒng)的保護繼電器包括用于接收(306)時間乘子值的裝置；用于利用所接收的時間乘子值計算(306)具有指數(shù)函數(shù)的逆有限時間依存關(guān)系的裝置，其中所述依存關(guān)系定義所述繼電器的輸入信號的勵磁水平與所述繼電器的操作時間之間的關(guān)系。所述繼電器還包括用于將所述依存關(guān)系移位(308，310)到預(yù)定義的計算空間的裝置；以及用于在執(zhí)行期間確定所述繼電器的操作條件時應(yīng)用(312，318，320，322)移位到所述預(yù)定義的計算空間后的依存關(guān)系的裝置。
文檔編號H02H7/06GK102684154SQ20121006700
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者卡里·萬哈拉, 彼得里·科伊武拉 申請人:Abb技術(shù)有限公司