阅读说明：本技术 剩余电流模拟生成装置及剩余电流动作保护系统 (Residual current simulation generation device and residual current action protection system ) 是由 赵宇明 王静 刘国伟 陈思磊 谢智敏 于 2019-09-24 设计创作，主要内容包括：本申请涉及一剩余电流模拟生成装置及剩余电流动作保护系统。上述剩余电流模拟生成装置,包括第一直流变换器、并联于所述直流变换器两端的剩余电流模拟器以及电连接于所述直流变换器与所述剩余电流模拟器之间的开关器。当所述开关器闭合后,直流变换器输出电压,并且所述剩余电流模拟器的阻值可以匀速稳定变化,在一定时间内,可以使通过所述剩余电流模拟器的剩余电流较小的值稳定增加至额定直流剩余动作电流标准值,由此得到一个直流剩余电流曲线。所述剩余电流模拟生成装置能够实现对直流系统剩余电流动作保护器的性能进行有效地试验,提升其产品质量,进而提升直流系统安全的稳定运行能力。(The application relates to a residual current simulation generation device and a residual current action protection system. The residual current simulation generation device comprises a first direct current converter, a residual current simulator connected in parallel to two ends of the direct current converter and a switch electrically connected between the direct current converter and the residual current simulator. After the switch is closed, the direct current converter outputs voltage, the resistance value of the residual current simulator can stably change at a constant speed, and the smaller value of the residual current passing through the residual current simulator can be stably increased to a rated direct current residual action current standard value within a certain time, so that a direct current residual current curve is obtained. The residual current simulation generation device can effectively test the performance of the residual current action protector of the direct current system, improve the product quality of the residual current action protector and further improve the safe and stable operation capability of the direct current system.)

剩余电流模拟生成装置及剩余电流动作保护系统

技术领域

本申请涉及电气设备技术领域，特别是涉及一种剩余电流模拟生成装置及剩余电流动作保护系统。

背景技术

随着国家节能减排政策的实施，光伏、储能和电动汽车等大量接入配电网，配用电呈现出直流化趋势。但因剩余电而引起人身触电以及供电设备损坏甚至发生火灾造成了大量的人身伤亡和巨大的经济损失，因此安全用电越来越受到人们的重视。导线出现老化或者绝缘层受到破坏，施工不规范，暴力施工等都是出现剩余电流的原因。当线路中出现剩余电流时，可能会烧毁线路，引起电气火灾事故。同时，当人体直接接触到流过剩余电流的导体时，会造成触电事故，对人的生命安全造成严重威胁。但是目前我国直流系统用剩余电流动作保护器产品质量的良莠不齐，严重制约着我国直流供电领域的建设和发展。因此，一种高精度、大小极性可控的直流剩余电流模拟方法能实现对直流系统用剩余电流动作保护器的性能进行有效地试验，提升其产品质量，提升直流系统安全的稳定运行能力。

2017年，由国际电工委员会起草的国际标准IEC TS 63053:2017《直流系统用剩余电流动作保护电器的一般要求》，主要对直流系统用剩余电流动作保护器的特性和分类做出了规定。但是我国目前还没有直流系统用剩余电流动作保护器相关的标准。而且，传统的交流系统用的剩余电流发生装置无法对直流剩余电流动作保护器进行试验，且有控制精度不高的问题。

发明内容

基于此，有必要针对传统的交流系统用的剩余电流发生装置无法对直流剩余电流动作保护器进行试验，且有控制精度不高的问题，提供一种剩余电流模拟生成装置及剩余电流动作保护系统。

一种剩余电流模拟生成装置，包括：

第一直流变换器，与市政交流电源电连接；

剩余电流模拟器，并联于所述第一直流变换器的两端；以及

开关器，电连接于所述第一直流变换器与所述剩余电流模拟器之间，当所述开关器闭合后，通过所述剩余电流模拟器生成不同波形的直流剩余电流。

在其中一个实施例中，所述剩余电流模拟器包括：

第二直流变换器，与市政交流电源电连接；

控制器，与所述第二直流变换器电连接；以及

受控电流源，与所述第二直流变换器和所述控制器分别电连接，并且所述开关器电连接于所述第一直流变换器与所述受控电流源之间。

在其中一个实施例中，所述开关器包括：

第一选通开关，电连接于所述受控电流源的第一端与所述第一直流变换器之间；以及

第二选通开关，电连接于所述受控电流源的第二端与所述第一直流变换器之间。

在其中一个实施例中，还包括：

第一断路器，电连接于所述第二直流变换器与市政交流电源之间。

在其中一个实施例中，还包括：

直流回馈负载，与所述第一直流变换器连接，构成直流主回路。

在其中一个实施例中，还包括：

第二断路器，电连接于所述直流回馈负载的第一端与所述第一直流变换器之间；以及

第三断路器，电连接于所述直流回馈负载的第二端与所述第一直流变换器之间。

在其中一个实施例中，还包括：

电压检测装置，电连接于所述第一直流变换器的两端，用于检测所述第一直流变换器的输出电压。

在其中一个实施例中，还包括：

电流检测装置，电连接于所述受控电流源的第二端与所述第二选通开关之间。

在其中一个实施例中，所述电压检测装置为电压传感器，所述电流检测装置为霍尔电流传感器。

在其中一个实施例中，所述第一直流变换器的输入电压为交流380V，所述第一直流变换器的输出电压为直流90V至400V，所述第一直流变换器的额定电流为150A。

一种剩余电流动作保护系统，包括：

上述实施例中任一项所述的剩余电流模拟生成装置；以及

直流剩余电流动作保护器，与所述剩余电流模拟生成装置电连接。

上述剩余电流模拟生成装置，包括第一直流变换器、并联于所述直流变换器两端的剩余电流模拟器以及电连接于所述直流变换器与所述剩余电流模拟器之间的开关器。当所述开关器闭合后，直流变换器输出电压，并且所述剩余电流模拟器的阻值可以匀速稳定变化，在一定时间内，可以使通过所述剩余电流模拟器的剩余电流较小的值稳定增加至额定直流剩余动作电流标准值，由此得到一个直流剩余电流曲线。所述剩余电流模拟生成装置能够实现对直流系统剩余电流动作保护器的性能进行有效地试验，提升其产品质量，进而提升直流系统安全的稳定运行能力。

附图说明

图1为本申请一个实施例中提供的一种剩余电流模拟生成装置图；

图2为本申请一个实施例中提供的一种剩余电流模拟生成装置图；

图3为本申请一个实施例中提供的一种剩余电流模拟器结构图；

图4为本申请一个实施例中提供的一种空载条件下产生的直流平滑剩余电流图；

图5为本申请一个实施例中提供的一种空载条件下产生的突然出现直流平滑剩余电流图；

图6为本申请一个实施例中提供的一种空载条件下产生的带有高频分量的直流剩余电流图；

图7为本申请一个实施例中提供的一种空载条件下产生的带有冲击电流和高频分量的直流剩余电流图；

图8为本申请一个实施例中提供的一种负载条件下产生的方波形式的脉动直流剩余电流图；

图9为本申请一个实施例中提供的一种负载条件下产生的正弦形式的脉动直流剩余电流图；

图10为本申请一个实施例中提供的一种剩余电流动作保护系统图；

图11为本申请一个实施例中提供的一种剩余电流动作保护系统图。

主要元件附图标号说明

剩余电流模拟生成装置 10

直流变换器 110

剩余电流模拟器 120

第二直流变换器 121

控制器 122

受控电流源 123

开关器 130

第一选通开关 131

第二选通开关 132

第一断路器 141

第二断路器 142

第三断路器 143

直流回馈负载 150

电压检测装置 160

电流检测装置 170

剩余电流动作保护系统 20

直流剩余电流动作保护器 210

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

2017年，由国际电工委员会起草的国际标准IEC TS 63053:2017《直流系统用剩余电流动作保护电器的一般要求》，主要对直流系统用剩余电流动作保护器的特性和分类做出了规定。但是我国目前还没有直流系统用剩余电流动作保护器相关的标准。因此，一种可实现直流系统用剩余电流动作保护器试验的多形态直流剩余电流模拟生成装置的研究迫在眉睫。

请参见图1，本申请一个实施例中提供一种剩余电流模拟生成装置10。所述剩余电流模拟生成装置10包括直流变换器110、剩余电流模拟器120和开关器130。所述直流变换器110与市政交流电源电连接。所述剩余电流模拟器120并联于所述第一直流变换器110的两端。所述开关器130电连接于所述第一直流变换器110与所述剩余电流模拟器120之间。当所述开关器130闭合后，通过所述剩余电流模拟器120生成不同波形的直流剩余电流。

所述市政交流电源可以为380V、10KVA的交流电源。所述直流变换器110可以为交流380V输入，直流90V～400V输出，额定电流150A。所述直流变换器110可以将380V的交流电转为90V～400V的直流电，为模拟产生直流剩余电流提供电源。所述剩余电流模拟器120为输出电压0V～16V，输出电流10mA～10A的电流源。当所述开关器130导通时，可以将所述剩余电流模拟器120并入所述直流变换器110的一极。所述剩余电流模拟器120可以通过调节输出电流的大小，使得所述剩余电流模拟生成装置10产生不同大小的直流平滑剩余电流。所述不同波形包括方波脉动波形、正弦形式的脉动波形、以及带有高频分量的波形。

本实施例中，上述剩余电流模拟生成装置10包括第一直流变换器110、并联于所述直流变换器110两端的剩余电流模拟器120以及电连接于所述直流变换器110与所述剩余电流模拟器120之间的开关器130。当所述开关器130闭合后，直流变换器110输出电压，并且所述剩余电流模拟器120的阻值可以匀速稳定变化，在一定时间内，可以使通过所述剩余电流模拟器120的剩余电流较小的值稳定增加至额定直流剩余动作电流标准值，由此得到一个直流剩余电流曲线。所述剩余电流模拟生成装置10能够实现对直流系统剩余电流动作保护器的性能进行有效地试验，提升其产品质量，进而提升直流系统安全的稳定运行能力。

请参见图2，在其中一个实施例中，所述剩余电流模拟器120包括第二直流变换器121、控制器122和受控电流源123。

所述第二直流变换器121与市政交流电源电连接。所述控制器122与所述第二直流变换器121电连接。所述受控电流源123与所述第二直流变换器121和所述控制器122分别电连接。并且所述开关器130电连接于所述第一直流变换器110与所述受控电流源123之间。

具体的，请参见图3，所述控制器122包括采集卡、单片机、网口和数据存储器。所述控制器122可以通过所述采集卡采集所述第二直流变换器121和所述受控电流源123的输出信号，并将所述输出信号传递至所述单片机，并存储于所述数据存储器。所述控制器122通过所述网口与外界软件平台进行信息交互。所述控制器122基于LabVIEW的软件平台由用户界面程序、信号编辑程序组成。通过基于LabVIEW的软件平台对剩余电流的形态、大小、频率进行设置，数据通过单片机传到所述受控电流源123进行输出。

在其中一个实施例中，所述开关器130包括第一选通开关131和第二选通开关132。

所述第一选通开关131电连接于所述受控电流源123的第一端与所述第一直流变换器110之间。所述第二选通开关132电连接于所述受控电流源123的第二端与所述第一直流变换器110之间。

所述第一选通开关131和所述第二选通开关132的结构可以一样。每个选通开关包括两个开关管。当所述剩余电流模拟生成装置10工作时，所述第一选通开关131中的两个开关管中的任意一个开关管导通，所述第二选通开关132中的两个开关管中对应的开关管也导通。例如，所述第一选通开关131包括开关管a和开关管b。所述第二选通开关132包括开关管c和开关管d。所述直流变换器110的输出端为两极输出。所述开关管a电连接于所述直流变换器110的一极和所述受控电流源123的第一端之间。所述开关管b电连接于所述直流变换器110的另一极和所述受控电流源123的第一端之间。所述开关管c电连接于所述直流变换器110的一极和所述受控电流源123的第二端之间。所述开关管d电连接于所述直流变换器110的另一极和所述受控电流源123的第二端之间。此时，当所述开光管a和所述开关管d闭合，所述开光管b和所述开关管c关断时，可以将所述受控电流源123并入所述直流变换器110的一极。所述受控电流源123可以通过调节自身的输出电流，使得所述剩余电流模拟生成装置10产生不同大小的直流平滑剩余电流。当所述开光管b和所述开关管c闭合，所述开光管a和所述开关管d关断时，可以将所述受控电流源123并入所述直流变换器110的另一极。所述受控电流源123可以通过调节自身的输出电流，使得所述剩余电流模拟生成装置10产生不同大小的直流平滑剩余电流。

在其中一个实施例中，所述剩余电流模拟生成装置10还包括第一断路器141。

所述第一断路器141电连接于所述第二直流变换器121与市政交流电源之间。当所述第一断路器141导通后，闭合所述开关管a和所述开关管d，根据预设条件调节所述第二直流变换器121的输出电压，以使得所述受控电流源123产生相应的直流剩余电流，由此可以得到空载条件下，正极性的直流剩余电流。断开所述第一断路器141，闭合所述开关管b和所述开关管c，导通所述第一断路器141，根据预设条件调节所述第二直流变换器121的输出电压，以使得所述受控电流源123产生相应的直流剩余电流，由此可以得到空载条件下，负极性的平滑剩余电流。

由上述方法得到的空载条件下产生的直流平滑剩余电流如图4所示。利用所述剩余电流模拟器120，在第5s，回路中的一极从零开始产生剩余电流，剩余电流随着时间平滑地增大，在第35s，剩余电流增大到I_△n，随后剩余电流保持为I_△n直到40s。另一极的电流始终为零。

由上述方法得到的空载条件下产生的突然出现直流平滑剩余电流如图5所示。利用所述剩余电流模拟器120，在第10s回路中的一极产生大小为I_△n的剩余电流，保持到40s。另一极的电流始终为零。

由上述方法得到的空载条件下产生的带有高频分量的直流剩余电流如图6所示。利用所述剩余电流模拟器120，在第10s回路中的一极产生大小为I_△n附近震荡的剩余电流，保持到40s。另一极的电流始终为零。

由上述方法得到的空载条件下产生的带有冲击电流和高频分量的直流剩余电流如图7所示。利用所述剩余电流模拟器120，在第10s，回路中的一极产生大小为2I_△n的冲击电流，随后剩余电流在I_△n附近震荡，保持到40s。另一极的电流始终为零。

在其中一个实施例中，所述剩余电流模拟生成装置10还包括直流回馈负载150、第二断路器142和第三断路器143。所述直流回馈负载150与所述第一直流变换器110连接，构成直流主回路。所述直流主回路的电压等级为90～400V，电流等级为0～150A。所述第二断路器142电连接于所述直流回馈负载150的第一端与所述第一直流变换器110之间。所述第三断路器143电连接于所述直流回馈负载150的第二端与所述第一直流变换器110之间。所述直流回馈负载150为直流90V～400V输入，额定电流150A，功率60kW。

当所述第一断路器141、所述第二断路器142和所述第三断路器143均导通后，闭合所述开关管a和所述开关管d，设定所述第一直流变换器110输出0V-400V中的一恒定电压，输出电流为设定的I_n(额定电流值，I_n)，根据预设条件调节所述第二直流变换器121的输出电压，以使得所述受控电流源123产生相应的直流剩余电流，由此可以得到负载条件下，正极性的直流剩余电流。断开所述第一断路器141，闭合所述开关管b和所述开关管c，导通所述第一断路器141，设定所述第一直流变换器110输出0V-400V中的一恒定电压，输出电流为设定的I_n(额定电流值，I_n)，根据预设条件调节所述第二直流变换器121的输出电压，以使得所述受控电流源123产生相应的直流剩余电流，由此可以得到负载条件下，负极性的直流剩余电流。

由上述方法得到的负载条件下产生的方波形式的脉动直流剩余电流如图8所示。其频率为100Hz。利用所述剩余电流模拟器120，在第10ms，回路中的一极在I_n(额定电流值，I_n)基础上，产生大小为I_△n的直流剩余电流，在第15ms，剩余电流减小到零，电流为I_n，保持5ms，之后重复此过程。另一极的电流始终为I_n，且方向相反。

由上述方法得到的负载条件下产生的正弦形式的脉动直流剩余电流如图9所示。其频率为100Hz。利用所述剩余电流模拟器120，在第10ms，回路中的一极在I_n(额定电流值，I_n)基础上，产生大小为I_△n的正弦形式的脉动直流剩余电流，在第15ms，剩余电流减小到零，电流为I_n，保持5ms，之后重复此过程。另一极的电流始终为I_n，且方向相反。

上述剩余电流模拟生成装置10利用所述剩余电流模拟器120，可以根据预设的控制条件产生不同形态、大小、频率的复杂且精确的直流剩余电流，模拟直流系统中出现的真实剩余电流工况，特别是含有冲击电流、高频分量的剩余电流，进而实现不同动作值、不同带宽直流系统用剩余电流动作保护器的试验上述剩余电流模拟生成装置10产生的剩余电流极性可调，通过调节选通开关使所述剩余电流模拟器120处于电路的正负极来产生不同极性的剩余电流，实现对直流系统用有极性剩余电流动作保护器的试验。

在其中一个实施例中，所述剩余电流模拟生成装置10还包括电压检测装置160和电流检测装置170。所述电压检测装置160电连接于所述第一直流变换器110的两端，用于检测所述第一直流变换器110的输出电压。所述电流检测装置170电连接于所述受控电流源123的第二端与所述第二选通开关132之间。在其中一个可选的实施例中，所述电压检测装置160为电压传感器，所述电流检测装置170为霍尔电流传感器。通过所述电压检测装置160和所述电流检测装置170可以实时精确检测所述直流输出变换器110的输出电压和通过所述剩余电流模拟器120的电流，进而确保产生的剩余电流精度高。

请参见图10，本申请一个实施例中提供一种剩余电流动作保护系统20。所述剩余电流动作保护系统20包括上述实施例中任一项所述的剩余电流模拟生成装置10和直流剩余电流动作保护器210。所述直流剩余电流动作保护器210与所述剩余电流模拟生成装置10电连接。

具体的，请参见图11，所述直流剩余电流动作保护器210电连接于所述直流变换器110和所述直流回馈负载150之间。当通过所述直流剩余电流动作保护器210的剩余电流超过动作阈值，所述直流剩余电流动作保护器210切断回路进行保护。并且，在所述直流剩余电流动作保护器210与所述直流变换器110之间可以设置第四断路器。在整个所述剩余电流动作保护系统20中可以设置多个电流电测装置。例如可以在所述直流变换器110的两个输出端分别设置一个电流检测装置，以便于对每条支路上的电流进行检测。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。