直流剩余电流检测方法、装置和存储介质

技术领域

本申请涉及电流检测技术领域，特别是涉及一种直流剩余电流检测方法、装置和存储介质。

背景技术

随着电力技术的不断发展，人们发现剩余电流是造成电力火灾和人身触电事故的一大原因，为了保证电力电路的正常运行，实时监控剩余电流成为了保护电力电路的重要环节。

传统技术中，剩余电流检测技术大多数为交流剩余电流检测技术，通过交流剩余电流检测技术，实现了对交流电路的交流剩余电流检测。

然而，由于与交流电路电连接的直流系统正常运行时，直流系统电力电子器件产生的“交流干扰”现象对直流剩余电流检测造成干扰，因此，目前的交流剩余电流检测技术不适用于直流系统的直流剩余电流的检测。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够应用于直流剩余交流电检测的直流剩余电流检测方法、装置和存储介质。

本发明提供一种直流剩余电流检测方法，其包括：

检测第t时刻的互感器的电流值；其中，t≥1；

当t＝1时，则记第1时刻的互感器的电流值为第1时刻的直流剩余电流实际值；

当t＞1时，则记第t时刻的互感器的电流值为第t时刻的待滤波电流，根据预设的卡尔曼滤波处理规则，对第t时刻的待滤波电流进行滤波处理，以获得第t时刻的直流剩余电流实际值。

在其中一个实施方式中，所述预设的卡尔曼滤波处理规则包括以下步骤：

获取第t时刻的直流剩余电流估计值；

获取第t时刻的卡尔曼增益系数；

根据第t时刻的直流剩余电流估计值、卡尔曼增益系数及待滤波电流，计算获得第t时刻的实际直流剩余电流。

在其中一个实施方式中，所述获取第t时刻的直流剩余电流估计值的步骤包括：

根据第t-1时刻的直流剩余电流实际值，计算获得第t时刻的直流剩余电流估计值；

所述获取第t时刻的卡尔曼增益系数的步骤包括：

根据第t-1时刻的实际误差协方差，计算获得第t时刻的误差协方差估计值；

根据第t时刻的误差协方差估计值，计算获得第t时刻的卡尔曼增益系数。

在其中一个实施方式中，所述预设的卡尔曼滤波处理规则包括以下步骤：

根据第t时刻的误差协方差估计值，计算获得第t时刻的实际误差协方差。

在其中一个实施方式中，根据预设的直流剩余电流估计值计算公式X

根据预设的预估误差协方差计算公式P

根据预设的增益计算公式K

根据预设的实际直流剩余电流计算公式Xkf

根据预设的实际误差协方差计算公式P

在其中一个实施方式中，所述检测第t时刻的互感器的电流值的步骤包括：

生成脉冲调制信号；

对所述脉冲调制信号进行滤波处理，获得特征方波信号；

根据所述特征方波信号生成激磁电压，将所述激磁电压输入互感器，以激励所述互感器处于磁饱和状态或磁不饱和状态；其中，所述互感器用于感应待测直流导线的电流值；

当所述互感器处于磁饱和状态，则通过所述互感器感应待测直流导线当前的电流值；

采集所述互感器当前所感应的电流值，并记为第t时刻的互感器的电流值。

在其中一个实施方式中，所述互感器包括可穿设于待测直流导线的环形磁芯以及绕制于所述环形磁芯的线圈；

所述将所述激磁电压输入互感器，以激励所述互感器处于磁饱和状态或磁不饱和状态的步骤包括：

将所述激磁电压输入至所述线圈，以激励所述环形磁芯处于磁饱和状态或磁不饱和状态；

所述当所述互感器处于磁饱和状态，则通过所述互感器感应待测直流导线当前的电流值的步骤包括：

当所述环形磁芯处于磁饱和状态，则通过所述线圈感应所述待测直流导线当前的电流值。

本发明提供一种直流剩余电流检测装置，其包括：

采样模块，用于检测第t时刻的互感器的电流值，其中，t≥1；以及，

可编程控制模块，所述可编程控制模块包括卡尔曼滤波器，所述可编程控制模块用于当t＝1时，则记第1时刻的互感器的电流值为第1时刻的直流剩余电流实际值，还用于当t＞1时，则记第t时刻的互感器的电流值为第t时刻的待滤波电流，并利用所述卡尔曼滤波器根据预设的卡尔曼滤波处理规则，对第t时刻的待滤波电流进行滤波处理，以获得第t时刻的直流剩余电流实际值。

本发明提供一种直流剩余电流检测装置，其包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序；所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明所述的直流剩余电流检测方法的步骤。

本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明所述的直流剩余电流检测方法的步骤。

上述直流剩余电流检测方法、装置和存储介质，上述方法通过根据预设的卡尔曼滤波处理规则，对第t时刻的待滤波电流进行滤波处理，以获得第t时刻的直流剩余电流实际值的步骤，避免了直流系统正常运行由电力电子器件产生的“交流干扰”现象对直流剩余电流检测的影响，使得上述方法能够对直流系统的直流剩余电流进行有效、快速、准确的检测。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例中直流剩余电流检测方法的流程示意图；

图2为图1中步骤22的其中一个实施例的流程示意图；

图3为图1中步骤26的其中一个实施例的流程示意图；

图4为图1中步骤262的其中一个实施例的流程示意图；

图5为本发明一个实施例中提供的直流剩余电流检测装置图；

图6为本发明一个实施例中提供的互感器结构图；

图7为本发明的直流剩余电流检测方法的滤波效果与传统滑动均值滤波效果对比图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种直流剩余电流检测方法，该方法应用于图6所示的直流剩余电流检测装置中；下面同时结合图1、5-6所示，对直流剩余电流检测方法展开描述，具体包括以下步骤：

步骤22，检测第t时刻的互感器的电流值，其中，t≥1；

具体的，利用互感器100感应待测直流导线1的电流值，通过采样模块4对互感器所感应产生的电流进行采样，并记为第t时刻的互感器的电流值。

步骤24，当t＝1时，则记第1时刻的互感器100的电流值为第1时刻的直流剩余电流实际值。

其中，在第1时刻时，由于互感器100刚开始对待测直流导线进行检测，此时无需进行滤波处理，因此，在步骤24中，直接将第1时刻的互感器100的电流值作为第1时刻的直流剩余电流实际值，并记为Xkf

步骤26，当t＞1时，则记第t时刻的互感器的电流值为第t时刻的待滤波电流，根据预设的卡尔曼滤波处理规则，对第t时刻的待滤波电流进行滤波处理，以获得第t时刻的直流剩余电流实际值。

其中，t为大于1的正整数，在步骤26中，为了保证各个时刻的直流剩余电流实际值的准确性，从第2时刻开始，需要对互感器100从第2时刻之后所感应的电流值进行滤波处理，在此，将采样模块4在第t时刻采样到的互感器100的电流值，记为第t时刻的待滤波电流Z

更具体的，需要根据卡尔曼滤波处理规则，对当前时刻的带滤波电流和上一时刻的直流剩余电流实际值进行计算，方能获得当前时刻的直流剩余电流实际值，比如，根据卡尔曼滤波处理规则，对第1时刻的直流剩余电流实际值Xkf

上述直流剩余电流检测方法中，通过根据预设的卡尔曼滤波处理规则，对第t时刻的待滤波电流进行滤波处理，以获得第t时刻的直流剩余电流实际值的步骤，有效地避免了直流系统正常运行由电力电子器件产生的“交流干扰”现象对直流剩余电流检测的影响，避免发生误动，使得上述方法能够对直流系统的直流剩余电流进行有效、快速、准确的检测。

在一个实施例中，如图2、5-6所示，步骤22具体包括以下子步骤：

步骤220，生成脉冲调制信号。

其中，脉冲调制信号为PWM信号(Pulse width modulation，即脉冲宽度调制)，该脉冲调制信号的频率f可以根据实际使用的情况进行具体的设置，比如，在一个实施方式中，脉冲调制信号的频率f为10kHz～20kHz。

具体的，在步骤220中，通过可编程控制模块6生成脉冲调制信号，可编程控制模块6通过其PWM端口将脉冲调制信号传输至脉冲发生器5。

步骤222，对脉冲调制信号进行滤波处理，获得特征方波信号。

其中，特征方波信号的频率与脉冲调制信号相匹配，且特征方波信号的幅值为5V。

具体的，脉冲发生器5将脉冲调制信号滤波处理后，获得特征方波信号。

步骤224，根据特征方波信号生成激磁电压，将激磁电压输入互感器，以激励互感器100处于磁饱和状态或磁不饱和状态。

其中，互感器100包括可穿设于待测直流导线1的环形磁芯2以及绕制于环形磁芯2的线圈3，线圈3包括与脉冲发生器5电连接的抽头A以及与可编程控制模块6电连接的抽头B。

具体的，脉冲发生器5将特征方波信号转化为激磁电压，并通过抽头A输入至线圈3中，以激励环形磁芯2处于磁饱和状态或磁不饱和状态。

步骤226，当互感器处于磁饱和状态，则通过互感器感应待测直流导线当前的电流值。

具体的，在步骤226中，即，当环形磁芯2处于磁饱和状态，则通过线圈3感应待测直流导线当前的电流值。

步骤228，采集互感器当前所感应的电流值，并记为第t时刻的互感器的电流值。

具体的，通过采样模块4采集互感器100当前所感应的电流值，将采样模块4采集的电流值输入至可编程控制模块6中，并记为第t时刻的互感器100的电流值。

在一个实施例中，如图3所示，步骤26中，预设的卡尔曼滤波处理规则包括以下步骤：

步骤261，获取第t时刻的直流剩余电流估计值。

其中，根据第t-1时刻的直流剩余电流实际值，计算获得第t时刻的直流剩余电流估计值。

具体的，根据预设的直流剩余电流估计值计算公式X

式中，2≤t，X

比如，当t＝2时，则第2时刻的X

步骤262，获取第t时刻的卡尔曼增益系数；

具体的，包括：

步骤262a，根据第t-1时刻的实际误差协方差，计算获得第t时刻的误差协方差估计值。

具体的，根据预设的预估误差协方差计算公式P

式中，P

比如，当t＝2时，则第2时刻的P

步骤262b，根据第t时刻的误差协方差估计值，计算获得第t时刻的卡尔曼增益系数。

具体的，根据预设的增益计算公式K

式中，K

比如，当t＝2时，则第2时刻的K

步骤263，根据第t时刻的直流剩余电流估计值、卡尔曼增益系数及待滤波电流，计算获得第t时刻的实际直流剩余电流。

具体的，根据预设的实际直流剩余电流计算公式Xkf

式中，Xkf

步骤264，根据第t时刻的误差协方差估计值，计算获得第t时刻的实际误差协方差。

具体的，根据预设的实际误差协方差计算公式P

式中，I为单位矩阵，P

比如，当t＝2时，则第2时刻的P

应该理解的是，虽然图1-4的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-4中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，同时参阅图5-6所示，提供了一种直流剩余电流检测装置200，包括：互感器100、采样模块4、脉冲发生器5以及可编程控制模块6，其中：

互感器100，用于感应待测直流导线当前的电流值；请参阅图5所示，互感器100包括可穿设于待测直流导线1的环形磁芯2以及绕制于环形磁芯2的线圈3，线圈3包括与脉冲发生器5电连接的抽头A以及与可编程控制模块6电连接的抽头B。

脉冲发生器5，用于对脉冲调制信号进行滤波处理，获得特征方波信号；还用于根据特征方波信号生成激磁电压，通过抽头A将激磁电压输入互感器100的线圈3，以激励互感器100的环形磁芯2处于磁饱和状态或磁不饱和状态。

采集模块4，其具体为采样电阻，用于采集互感器100当前所感应的电流值，并将采集到的电流值输入通过ADC端口输入至可编程控制模块6中。

可编程控制模块6，用于生成脉冲调制信号；当互感器100处于磁饱和状态时，还用于判断互感器100是否处于磁饱和状态，若是，则通过互感器100感应待测直流导线1当前的电流值。

可编程控制模块6，可编程控制模块6包括卡尔曼滤波器(图未示)，可编程控制模块6用于当t＝1时，则记第1时刻的互感器100的电流值为第1时刻的直流剩余电流实际值，还用于当t＞1时，则记第t时刻的互感器100的电流值为第t时刻的待滤波电流，并利用卡尔曼滤波器根据预设的卡尔曼滤波处理规则，对第t时刻的待滤波电流进行滤波处理，以获得第t时刻的直流剩余电流实际值。

关于直流剩余电流检测装置的具体限定可以参见上文中对于直流剩余电流检测方法的限定，在此不再赘述。上述直流剩余电流检测装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

本发明提供一种直流剩余电流检测装置，其包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序；所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明所述的直流剩余电流检测方法的步骤。

本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明所述的直流剩余电流检测方法的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。

以上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发明专利范围的限制。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。