中低压开关柜中主导电回路的温升计算方法及装置与流程

1.本发明主要涉及电气设备领域，尤其涉及一种中低压开关柜中主导电回路的温升计算方法及装置。


背景技术：

2.中低压开关柜是供用电系统的关键设备，对供电的安全可靠运营至关重要。通过在特定位置安装温度传感器，使用相应的温升分析模型对温度数据进行整合，可以实现对中低压开关柜的内部主导电回路的状态监控和评估。由于主导电回路是完全绝缘的，温度传感器能够选择的位置非常有限，并且也无法保证所有的温度传感器与导电回路直接接触，因此温度传感器测量的数据并不能准确反映主导电回路的状态。
3.当前，基于温升的主导电回路的状态分析评估方法主要包括三种。第一种是三相温差比较法，该方法比较相同位置不同相之间的温度差，将温度差与一阈值相比较，阈值是通过大量的温升实现得到的，如果温度差小于阈值，表明主导电回路状态正常，如果温度差大于阈值，则表明主导电回路处于异常状态。第二种方法是数据分析法，该方法通过训练大量的温升数据获得数据模型，可以使用神经网络，svm，决策树等方法来进行训练，然后使用数据模型去判断主导电回路的状态。第三种方法是3d热网络仿真法，该方法基于有限元分析建立开关柜的热网络模型，并通过数值仿真来分析温升。第一种和第二种方法是基于实验室的温升测试数据，这些测试数据使用的是在三相电流平衡模式的环境下得到的，第三种方法通常适用于线下仿真环境，计算分析需要花费大量的时间，不适用于在线的开关柜温升检测和分析。
4.随着分布式可再生能源的普及，中低压开关柜运行工况变得愈加复杂，三相负载电流的不平衡模式也越来越常见，现有的分析评估方法都是基于三相平衡模式的，无法适用于三相不平衡模式下主导电回路的状态监测。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提供一种中低压开关柜中的温升计算方法及装置，以计算中低压开光柜中主导电回路在三相不平衡模式下的温升。
6.为实现上述目的，本发明提出了一种中低压开关柜中主导电回路的温升计算方法，所述计算方法包括：获取所述主导电回路的三相负载电流，所述三相负载电流为三相不平衡电流；对所述三相负载电流进行相序分解，得到正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流，所述正序成分电流和负序成分电流为三相平衡交流电流，所述零序成分电流为直流电流；分别计算所述正序成分电流、所述负序成分电流和所述零序成分电流引起的主导电回路的温升，叠加所述正序成分电流、所述负序成分电流和所述零序成分电流引起的主导电回路的温升，计算出所述主导电回路的总温升。为此，通过对不平衡的三相负载电流进行相序分解，得到正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流，正序成分电流和负序成分电流为三相平衡交流电流，零序成分电流为直流电流，可以将三相不平衡电流的温升计算
转换为三相平衡电流和直流电流分别产生的温升的叠加，实现了对三相不平衡电流的温升的计算。
7.可选地，对所述三相负载电流进行相序分解，得到正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流包括：分别计算所述正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流的相位角和幅值，其中所述正序成分电流中a相电流的相位角设置为0。为此，可以实现将三相不平衡电流分解为三相平衡电流和直流电流。
8.可选地，计算所述正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流的幅值包括：分别计算三相负载电流中ab相、bc相和ca相之间的线电流，根据所述线电流计算所述正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流的幅值。为此，可以实现正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流的幅值的计算。
9.可选地，分别计算所述正序成分电流、所述负序成分电流和所述零序成分电流引起的主导电回路的温升包括：分别建立所述正序成分电流、所述负序成分电流和所述零序成分电流对应的主导电回路的等效热路，根据所述等效热路计算各位置处所述正序成分电流、所述负序成分电流和所述零序成分电流引起的主导电回路的温升。为此，可以实现由电流相温度升高的计算。
10.可选地，根据所述等效电路计算各位置处所述正序成分电流、所述负序成分电流和所述零序成分电流引起的主导电回路的温升包括：
[0011][0012]
其中，t1表示正序成分电流产生的温升，f1，f2，f0表示基于等效参数的热分析模型，i1表示正序成分电流，p
1heat
表示正序电流产生的热损耗，r
i，cont
表示位置i处的接触热阻，r
i，cvt
表示位置i处的对流热阻，r
i，cdt
表示位置i处的导电热阻，t2表示负序成分电流产生的温升，i2表示负序成分电流，p
2heat
表示负序电流产生的热损耗，t0表示零序成分电流产生的温升，i0表示零序电流，p0heat表示直流电流在回路中产生的热损耗，r0i，cont表示位置i处的接触热阻，r0i，cvt表示位置i处的对流热阻，r0i，cdt表示位置i处的导电热阻。为此，提供了电流相温度升高的计算方式。
[0013]
本发明还提出了一种中低压开关柜中主导电回路的的温升计算装置，所述计算装置包括：获取模块，获取所述主导电回路的三相负载电流，所述三相负载电流为三相不平衡电流；分解模块，对所述三相负载电流进行相序分解，得到正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流，所述正序成分电流和负序成分电流为三相平衡交流电流，所述零序成分电流为直流电流；计算模块，分别计算所述正序成分电流、所述负序成分电流和所述零序成分电流引起的主导电回路的温升，叠加所述正序成分电流、所述负序成分电流和所述零序成分电流引起的主导电回路的温升，计算出所述主导电回路的总温升。
[0014]
可选地，对所述三相负载电流进行相序分解，得到正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流包括：分别计算所述正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流的相位角和幅值，其中所述正序成分电流中a相电流的相位角设置为0。
[0015]
可选地，计算所述正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流的幅值包括：分别计算三相负载电流中ab相、bc相和ca相之间的线电流，根据所述线电流计算所述正序成分
电流、负序成分电流和零序成分电流的幅值。
[0016]
可选地，分别计算所述正序成分电流、所述负序成分电流和所述零序成分电流引起的主导电回路的温升包括：分别建立所述正序成分电流、所述负序成分电流和所述零序成分电流对应的主导电回路的等效热路，根据所述等效热路计算各位置处所述正序成分电流、所述负序成分电流和所述零序成分电流引起的主导电回路的温升。
[0017]
可选地，根据所述等效电路计算各位置处所述正序成分电流、所述负序成分电流和所述零序成分电流引起的主导电回路的温升包括：
[0018][0019]
其中，t1表示正序成分电流产生的温升，f1，f2，f0表示基于等效参数的热分析模型，i1表示正序成分电流，p
1heat
表示正序电流产生的热损耗，r
i，cont
表示位置i处的接触热阻，r
i，cvt
表示位置i处的对流热阻，r
i，cdt
表示位置i处的导电热阻，t2表示负序成分电流产生的温升，i2表示负序成分电流，p
2heat
表示负序电流产生的热损耗，t0表示零序成分电流产生的温升，i0表示零序电流，p
0heat
表示直流电流在回路中产生的热损耗，r
0i，cont
表示位置i处的接触热阻，r
0i，cvt
表示位置i处的对流热阻，r
0i，cdt
表示位置i处的导电热阻。
[0020]
本发明还提出了一种中低压开关柜，所述中低压开关柜包括如上所述的计算装置。
[0021]
本发明还提出了一种电子设备，包括处理器、存储器和存储在所述存储器中的指令，其中所述指令被所述处理器执行时实现如上所述的方法。
[0022]
本发明还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令在被运行时执行如上所述的方法。
附图说明
[0023]
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
[0024]
图1是根据本发明的一实施例的一种中低压开关柜中主导电回路的温升计算方法的流程图；
[0025]
图2是根据本发明的一实施例的一三相负载电流的示意图；
[0026]
图3a-3c是根据本发明的一实施例的三相负载电流进行相序分解后的示意图；
[0027]
图4是根据本发明的一实施例的a相负载电流的等效电路的示意图；
[0028]
图5是根据本发明的一实施例的一种中低压开关柜中主导电回路的温升计算装置的示意图；
[0029]
图6是根据本发明的一实施例的电子设备的示意图。
[0030]
附图标记说明
[0031]
100 计算方法
[0032]
110-130 步骤
[0033]
500 计算装置
[0034]
510 获取模块
[0035]
520 分解模块
[0036]
530 计算模块
[0037]
600 电子设备
[0038]
610 处理器
[0039]
620 存储器
具体实施方式
[0040]
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
[0041]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0042]
如本技术和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
[0043]
本发明提出了一种中低压开关柜中主导电回路的温升计算方法，为了简化说明，本发明的实施例中的温升指的是温度升高(temperature rise)，图1是根据本发明的一实施例的一种中低压开关柜中主导电回路的温升计算方法100的流程图，如图1所示，计算方法100包括：
[0044]
步骤110，获取主导电回路的三相负载电流，三相负载电流为三相不平衡电流。
[0045]
中低压开关柜包括主导电回路，可以在主导电回路上设置电流测量装置，以获取主导电回路的三相负载电流，该三相负载电流是不平衡电流。
[0046]
步骤120，对三相负载电流进行相序分解，得到正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流，正序成分电流和负序成分电流为三相平衡交流电流，零序成分电流为直流电流。
[0047]
三相负载电流通过相序分解可以得到正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流，其中正序成分电流和负序成分电流为三相平衡交流电流，即三相电流是平衡的，零序成分电流为直流电流，即大小和方向是不变的。
[0048]
图2是根据本发明的一实施例的一三相负载电流的示意图，图3a-3c是根据本发明的一实施例的三相负载电流进行相序分解后的示意图，如图2所示，三相负载电流i包括ia，ib，ic三相，经过相序分解后，得到如图3a所示的正序成分电流i1，正序成分电流i1包括i
a1
，i
b1
，i
c1
三相，如图3b所示的负序成分电流i2，负序成分电流i2包括i
a2
，i
b2
，i
c2
三相，如图3c所示的零序成分电流i0，零序成分电流i0包括i
a0
，i
b0
，i
c0
三个分量。正序成分电流i1、负序成分电流i2、零序成分电流i0经过矢量加和运算后可以得到三相负载电流i，即i
a1
、i
a2
、i
a0
经过矢量加和后可以得到三相负载电流i的a相，i
b1
、i
b2
、i
b0
经过矢量加和后可以得到三相负载电流i的b相，i
c1
、i
c2
、i
c0
经过矢量加和后可以得到三相负载电流i的c相。
[0049]
在一些实施例中，对三相负载电流进行相序分解，得到正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流包括：分别计算正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流的相位角和幅值，其中设置正序成分电流中a相电流的相位角为0。如图3a所示，正序成分电流i1的i
a1
的相位角为0，负序成分电流i2的i
a2
的相位角为θ1，零序成分电流i0的i
a0
的相位角为θ2。
[0050]
在一些实施例中，计算正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流的幅值包括：分别计算三相负载电流中ab相、bc相和ca相之间的线电流，根据线电流计算正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流的幅值。
[0051]
作为非限制性的示例，可以通过以下公式(1)-(6)计算正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流的幅值。
[0052][0053][0054][0055]
其中，i
ab
为ab相之间的线电流，i
bc
为bc相之间的线电流，i
ca
为ca相之间的线电流，ia为三相负载电流的a相电流，ib为三相负载电流的b相电流，ic为三相负载电流的c相电流，通过公式(1)-(3)，可以计算三相负载电流的线电流i
ab
,i
bc
,i ca
。
[0056][0057][0058]
通过公式(4)-(5)，可以计算出中间量a和b。
[0059][0060]
其中，i1为正序成分电流的幅值，i2为负序成分电流的幅值，i0为零序成分电流的幅值。
[0061]
步骤130，分别计算正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流引起的主导电回路的温升，叠加正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流引起的主导电回路的温升，计算出主导电回路的总温升。
[0062]
正序成分电流和负序成分电流为三相平衡交流电流，零序成分电流为直流电流，通过将三相不平衡电流的温升计算转换为三相平衡电流和直流电流的温升的叠加，实现了对三相不平衡电流运行模式下的中低压开关归的主导电回路的温升的计算。对于正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流，可以通过建立等效热参数模型，以各成分的电流作为输入，获得正序成分电流的温升t1、负序成分电流的温升t2和零序成分电流的温升t0，基于叠加原理，加和正序成分电流的温升t1、负序成分电流的温升t2和零序成分电流的温升t0即为主导电回路的总温升t，公式如下：
[0063]
t＝t1 t2 t0#(7)
[0064]
其中，t为主导电回路的总温升，t1为正序成分电流的温升，t2为负序成分电流的温升，t0为零序成分电流的温升。
[0065]
在一些实施例中，分别计算正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流引起的主导电回路的温升包括：分别建立正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流对应的主导电回路的等效热路，根据等效热路计算各位置处正序成分电流、负序成分电流和零序成
分电流引起的主导电回路的温升。图4是根据本发明的一实施例的a相负载电流对应的导电回路的等效热路的示意图，b相和c相与该等效热路相同，通过该等效热路，可以分别计算出各位置处由正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流引起的主导电回路的温升。如图4所示，等效热路包括多个测温点位，分别为传感器1-a所处的位置1，传感器2-a所处的位置2，传感器3-a所处的位置3，传感器4-a所处的位置4，传感器5-a所处的位置5等，各传感器所处位置的温度计算值即为该位置的温升，以位置1为例，位置1周围包括正序电流i1产生的热损耗p
heata1(ia)
，正序电流i1产生的接触热损耗p
a1,contact heat(ia)
，以及一些散热相关的热参数如导电热阻r
a1,cdt
，接触热阻r
a1,cont
，对流热阻r
a1,cvt
，热容c
a1
，通过对该等效热路进行热路分析，建立等效参数的热分析模型，即可获得位置1处的温升。
[0066]
在一些实施例中，根据等效电路计算各位置处正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流引起的主导电回路的温升包括：
[0067][0068]
其中，t1表示正序成分电流产生的温升，f1，f2，f0表示基于等效参数的热分析模型，i1表示正序成分电流，p
1heat
表示正序电流产生的热损耗，r
i，cont
表示位置i处的接触热阻，r
i，cvt
表示位置i处的对流热阻，r
i，cdt
表示位置i处的导电热阻，t2表示负序成分电流产生的温升，i2表示负序成分电流，p
2heat
表示负序电流产生的热损耗，t0表示零序成分电流产生的温升，i0表示零序电流，p
0heat
表示直流电流在回路中产生的热损耗，r
0i，cont
表示位置i处的接触热阻，r
0i，cvt
表示位置i处的对流热阻，r
0i，cdt
表示位置i处的导电热阻。
[0069]
本发明的实施例提供了一种中低压开关柜的主导电回路的温升计算方法，通过对不平衡的三相负载电流进行相序分解，得到正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流，正序成分电流和负序成分电流为三相平衡交流电流，零序成分电流为直流电流，可以将三相不平衡电流的温升计算转换为三相平衡电流和直流电流分别产生的温升的叠加，实现了对三相不平衡电流的温升的计算。
[0070]
本发明还提出一种中低压开关柜中主导电回路的的温升计算装置，图5是根据本发明的一实施例的一种中低压开关柜中主导电回路的温升计算装置500的示意图，如图5所示，计算装置500包括：
[0071]
获取模块510，获取主导电回路的三相负载电流，三相负载电流为三相不平衡电流。
[0072]
分解模块520，对三相负载电流进行相序分解，得到正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流，正序成分电流和负序成分电流为三相平衡交流电流，零序成分电流为直流电流。
[0073]
计算模块530，分别计算正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流引起的主导电回路的温升，叠加正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流的温升引起的主导电回路的温升，计算出主导电回路的总温升。
[0074]
在一些实施例中，对三相负载电流进行相序分解，得到正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流包括：分别计算正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流的相位角和幅值，其中正序成分电流中a相电流的相位角设置为0。
[0075]
在一些实施例中，计算正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流的幅值包括：分别计算三相负载电流中ab相、bc相和ca相之间的线电流，根据线电流计算正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流的幅值。
[0076]
在一些实施例中，分别计算正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流引起的主导电回路的温升包括：分别建立正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流对应的主导电回路的等效热路，根据等效热路计算各位置处正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流引起的主导电回路的温升。
[0077]
在一些实施例中，根据等效电路计算各位置处正序成分电流、负序成分电流和零序成分电流引起的主导电回路的温升包括：
[0078][0079]
其中，t1表示正序成分电流产生的温升，f1，f2，f0表示基于等效参数的热分析模型，i1表示正序成分电流，p
1heat
表示正序电流产生的热损耗，r
i，cont
表示位置i处的接触热阻，r
i，cvt
表示位置i处的对流热阻，r
i，cdt
表示位置i处的导电热阻，t2表示负序成分电流产生的温升，i2表示负序成分电流，p
2heat
表示负序电流产生的热损耗，t0表示零序成分电流产生的温升，i0表示零序电流，p
0heat
表示直流电流在回路中产生的热损耗，r
0i，cont
表示位置i处的接触热阻，r
0i，cvt
表示位置i处的对流热阻，r
0i，cdt
表示位置i处的导电热阻。
[0080]
本发明还提出了一种中低压开关柜，该中低压开关柜包括如上所述的计算装置500。
[0081]
本发明还提出一种电子设备600。图6是根据本发明的一实施例的一种电子设备600的示意图。如图6所示，电子设备600包括处理器610和存储器620，存储器620存储中存储有指令，其中指令被处理器610执行时实现如上文所述的方法100。
[0082]
本发明还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，计算机指令在被运行时执行如上文所述的方法100。
[0083]
本发明的方法和装置的一些方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。处理器可以是一个或多个专用集成电路(asic)、数字信号处理器(dsp)、数字信号处理器件(dapd)、可编程逻辑器件(plc)、现场可编程门阵列(fpga)、处理器、控制器、微控制器、微处理器或者其组合。此外，本发明的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。例如，计算机可读介质可包括，但不限于，磁性存储设备(例如，硬盘、软盘、磁带
……
)、光盘(例如，压缩盘(cd)、数字多功能盘(dvd)
……
)、智能卡以及闪存设备(例如，卡、棒、键驱动器
……
)。
[0084]
在此使用了流程图用来说明根据本技术的实施例的方法所执行的操作。应当理解的是，前面的操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
[0085]
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说
明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0086]
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。