复杂条件下漏电识别及其保护的研究

随着电力电子技术的发展，非线性负荷不断增加，产生的剩余电流不是正弦波形，同时电网接地方式也影响漏电保护原理。适用于非线性负荷等复杂条件下漏电保护问题还未解决，因此本项目的研究具有重要的理论意义和应用价值。.本项目研究复杂波形下漏电电流识别新原理，构建漏电电流检测新模型；建立复杂波形下漏电处理的数学模型，进行交流分量、脉动和平滑直流分量的自动识别，适应电力负荷多变和电力电子设备增多情况下的漏电保护；研究中性点接地与不接地交直流电网中漏电电流（剩余电流）的变化特征，建立不同接地系统的漏电保护模型，准确识别不同接地系统的故障漏电；研究传感器在调制信号下磁场分布与变化特征,研究复杂工作条件下剩余电流传感器的平衡特性，设计与优化其结构，消除"假剩余电流"信号的产生；进行软件与硬件的设计，研究复杂波形下剩余电流信号处理与识别算法，研究在超宽电源电压范围下快速稳压技术，实现快速、准确、可靠的漏电保护。

随着智能电网发展和智能用电设备的增多，电网中的剩余电流波形越来越复杂。传统的剩余电流感测技术无法检测剩余电流中的直流分量，因此本项目开展复杂剩余电流的识别和保护技术的研究具有重要的理论意义和应用价值。主要研究成果如下：. (1) 提出了脉动直流剩余电流识别与保护模型，根据不同脉动波形特征进行脉动直流剩余电流分类，找出各类波形的平均值与有效值的关系，简化了软件设计方法；. (2) 提出复杂剩余电流的磁调制检测方法，分析了电流型和电压型磁调制式电流互感器的动态特性，推导出被测直流信号与磁芯中磁场的偶次谐波分量之间的简化数学模型；. (3) 提出了电压型磁调制式剩余电流互感器的激磁脉冲电压频率自适应控制方法，建立了电压型磁调制式剩余电流互感器的动态激磁电流变化过程分析模型，推导出激磁电流平均值与被测剩余电流的对应关系，分析了磁性材料的磁滞特性、互感器的匝数、激磁电压幅值、反转激磁电流等因素对互感器性能的影响； . (4) 提出全相位傅里叶变换（all phase FFT, apFFT）的复杂剩余电流识别模型，从频域中直接滤除激磁电流的高频分量，得到与剩余电流成正比的直流分量和低频分量，该方法有效地克服了非周期采样造成的频谱泄漏，提高了检测精度；. (5) 建立了电压型磁调制式剩余电流互感器的仿真模型，并进行了互感器输出特性测试，仿真和测试的结果一致，并验证了磁调制式剩余电流互感器可以检测非线性剩余电流，激磁脉冲电压频率在2000Hz时，基本能满足复杂剩余电流保护要求；. (6) 分析了中性点接地方式对故障设备（或线路）与非故障设备（或线路）间的剩余电流变化特征的影响，提出了小电流接地系统中漏电故障设备（或线路）的保护方法，提高剩余电流保护的可靠性；. (7) 在分析剩余电流互感器结构和工作原理的基础上，对影响剩余电流互感器的灵敏度、线性度和平衡特性的主要因素进行了分析，通过有限元数值仿真得到导线偏移度和磁芯螺旋角度与假剩余电流之间的关系，并提出了比例制动式剩余电流保护方法，有效地减少了负荷电流引起的剩余电流保护误动作；. (8) 进行了硬件与软件的设计，采用单片机研制出样机，实现了复杂剩余电流的检测与识别，并对样机进行了试验验证。实现了超宽电源电压范围下的快速稳压，在50V~450V的电源电压下稳压时间小于20ms。