一种短路和大电流负载识别方法及装置与流程

本技术涉及低压交流供电保护，具体而言，涉及一种短路和大电流负载识别方法及装置。

背景技术：

1、照明驱动电源、整流桥后级大电容、变压器和电动机等负载在接通瞬间会产生很大的启动电流。真实短路也表现为瞬时电流快速超过阈值，因此，在低压交流供电保护场景中，短路电流与启动浪涌电流的瞬时峰值可能相互重叠。

2、现有技术通常以单一峰值、单次越限或固定延时进行判定，难以同时满足短路快速关断和大启动电流负载正常接入两方面的要求。

3、在上述判定方式下，提高电流阈值会增加短路放通能量；延长判定时间会加剧功率器件和线路应力；简单自动重试若不观察负载端电压是否建立，还可能在持续短路上反复送能。

4、也就是说，在现有技术中，存在着在短路电流与启动浪涌峰值可能重叠时，难以在限制每次送能时间的同时可靠区分短路状态与大电流启动状态的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术的目的在于提供一种基于受控试探导通与输出电压建立特征的短路和大电流负载识别方法及装置，以改善现有技术中存在的在短路电流与启动浪涌峰值可能重叠时，难以在限制每次送能时间的同时可靠区分短路状态与大电流启动状态的问题。

2、为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：

3、一种短路和大电流负载识别方法，应用于交流供电回路，所述交流供电回路设有受控功率开关、瞬时电流检测通道、负载端输出电压检测通道和交流相位检测通道，包括：

4、在所述受控功率开关导通期间监测瞬时电流，当瞬时电流达到限流条件时关断所述受控功率开关；

5、基于交流相位，在后续交流半周内安排多个相互分离的试探导通窗口；

6、在各试探导通窗口内开启所述受控功率开关，并获取该试探导通窗口内的瞬时电流越限状态和负载端输出电压建立状态，以形成当前试探轮次的电流命中序列和电压建立序列；

7、当所述电压建立序列不满足预设建立条件时，判定为短路或异常负载并保持关断；

8、当所述电压建立序列满足预设建立条件且所述电流命中序列表明仍存在瞬时电流越限时，判定负载处于大电流启动过程并在后续交流半周执行下一试探轮次；

9、当所述电压建立序列满足预设建立条件且当前试探轮次不存在瞬时电流越限时，判定大电流启动过程结束并恢复持续导通。

10、在本技术较佳的选择中，在上述短路和大电流负载识别方法中，在任一试探导通窗口开始前，先使瞬时电流硬件比较单元进入布防状态，再开启所述受控功率开关；在检测到瞬时电流越限时，由中断服务程序关断所述受控功率开关。

11、在本技术较佳的选择中，在上述短路和大电流负载识别方法中，在检测到瞬时电流越限时，先锁存瞬时电流采样值，并通过注入模数转换通道采集负载端输出电压，随后关断所述受控功率开关。

12、在本技术较佳的选择中，在上述短路和大电流负载识别方法中，所述预设建立条件包括：当前试探轮次完成预设数量的试探导通窗口，并且负载端输出电压高于输出电压阈值的有效采样点数量达到确认数量。

13、在本技术较佳的选择中，在上述短路和大电流负载识别方法中，采样无效、试探导通窗口错失或负载端输出电压不高于输出电压阈值中的任一种情况，均不计入满足预设建立条件的有效采样点。

14、在本技术较佳的选择中，在上述短路和大电流负载识别方法中，还包括：设置最大试探轮次数、最大累计导通时间和功率器件热量约束中的至少一种；达到相应上限而仍未判定大电流启动过程结束时，保持所述受控功率开关关断并进入锁定状态。

15、在本技术较佳的选择中，在上述短路和大电流负载识别方法中，在首次导通前，于所述受控功率开关关断状态校准所述瞬时电流检测通道的零点，并读取电能计量芯片获得输入电压；所述输入电压或所述交流相位不满足可信条件时，禁止导通。

16、在本技术较佳的选择中，在上述短路和大电流负载识别方法中，一个10ms交流半周中的所述多个试探导通窗口分别起始于过零后的2.0ms、3.5ms、5.0ms、6.5ms和8.0ms，各试探导通窗口的最大持续时间为650µs。

17、在本技术较佳的选择中，在上述短路和大电流负载识别方法中，所述输出电压阈值为10v至50v，所述确认数量为2至5个。

18、本技术还提供了一种短路和大电流负载识别装置，包括：电流监测模块，用于在受控功率开关导通期间监测瞬时电流，当瞬时电流达到限流条件时关断所述受控功率开关；窗口安排模块，用于基于交流相位，在后续交流半周内安排多个相互分离的试探导通窗口；序列形成模块，用于在各试探导通窗口内开启所述受控功率开关，并获取该试探导通窗口内的瞬时电流越限状态和负载端输出电压建立状态，以形成当前试探轮次的电流命中序列和电压建立序列；短路判定模块，用于当所述电压建立序列不满足预设建立条件时，判定为短路或异常负载并保持关断；启动判定模块，用于当所述电压建立序列满足预设建立条件且所述电流命中序列表明仍存在瞬时电流越限时，判定负载处于大电流启动过程并在后续交流半周执行下一试探轮次；恢复控制模块，用于当所述电压建立序列满足预设建立条件且当前试探轮次不存在瞬时电流越限时，判定大电流启动过程结束并恢复持续导通。

19、有益效果：

20、本技术提供的基于受控试探导通与输出电压建立特征的短路和大电流负载识别方法及装置，首先，在受控功率开关导通期间监测瞬时电流并在达到限流条件时关断受控功率开关，使每次送能的能量受到限制；其次，基于交流相位在后续交流半周内安排多个相互分离的试探导通窗口，将交流相位对齐的多个短试探导通窗口作为主动激励；然后，在各试探导通窗口内联合获取瞬时电流越限状态和负载端输出电压建立状态，形成电流命中序列和电压建立序列，多个试探导通窗口形成的序列反映负载阻抗和储能状态随相位及试探轮次的变化；最后，依据两个序列的联合特征区分短路或异常负载、大电流启动过程与启动完成。基于上述内容，由于负载端输出电压能否建立是与短路阻抗直接相关的特征，使得短路时电流迅速越限而负载端电压通常无法持续建立、大电流启动负载虽会越限但其输入电容、磁化状态或转速会随受控送能改变而负载端电压可建立并逐轮趋于稳定，如此，可以在不以峰值大小作为唯一分类依据的情况下区分两类状态，进而能够改善现有技术中短路与大电流启动负载难以区分的问题。

21、同时，由于每次试探均受瞬时电流硬件保护和最大窗口时间的双重约束，将每次送能限制在短窗口内，并由硬件保护随时中断，有助于降低持续短路情况下的放通能量；对能建立电压但仍越限的启动负载分轮送能，使其储能或磁化状态逐步建立，有助于兼顾限流和启动通过能力。

22、进一步地，以无效采样不计入有效采样点、最大试探轮次数、最大累计导通时间和功率器件热量约束处理不确定状态，达到相应上限而仍未判定大电流启动过程结束时保持关断并进入锁定状态，有助于防止在边界负载上无限试探，提升保护的安全性；试探窗口数量、相位、宽度、输出电压阈值和确认数量均可参数化设置，有助于将上述识别方式迁移到不同额定电流、不同相位窗口和不同固态开关结构。