專利名稱：使用離散小波變換的并聯(lián)電弧檢測(cè)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域是電氣系統(tǒng)，更具體地，電氣系統(tǒng)中用于并聯(lián)電弧檢測(cè)的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
住宅、商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用中的電氣系統(tǒng)通常包括用于從公用源接收電力的配電板 (panel board)。該電力通過(guò)該配電板被路由到一個(gè)或多個(gè)斷流器，諸如斷路器、解扣單元 以及其它，但是不限于此。 每個(gè)斷流器將電力分配到指定的支路，其中每個(gè)支路為一個(gè)或多個(gè)負(fù)載提供該電 力。如果在該支路中的某些電力狀況達(dá)到預(yù)定的設(shè)定點(diǎn)，則斷流器被配置為中斷到該特定 支路的電力。例如，斷路器用來(lái)保護(hù)電路由于過(guò)電流狀況(諸如過(guò)載狀況或比較高電平的 短路故障狀況)而導(dǎo)致的損害。 許多這樣的斷路器通過(guò)例如熱磁解扣機(jī)構(gòu)提供此保護(hù)。這樣的解扣機(jī)構(gòu)通常包括 雙金屬器件，其響應(yīng)于持續(xù)的過(guò)電流狀況的加熱效應(yīng)而偏轉(zhuǎn)以解開(kāi)解扣機(jī)構(gòu)，該解扣機(jī)構(gòu) 反過(guò)來(lái)又打開(kāi)該斷路器的可分離觸頭，以中斷該受保護(hù)電路中的電流。在相對(duì)高電平短路 故障狀況的情況下，產(chǎn)生磁場(chǎng)，引起斷路器中磁銜鐵的快速位移，該位移反過(guò)來(lái)又驅(qū)動(dòng)解扣 機(jī)構(gòu)的幾乎即時(shí)的啟動(dòng)。 另外，一些斷流器可以由于接地故障而中斷電力，并且通常被稱為接地故障斷流 器(GFCI)。當(dāng)由于漏泄電流或到地的電弧故障而引起在線路導(dǎo)線和中性導(dǎo)線之間流過(guò)不平 衡的電流時(shí)，接地故障狀況產(chǎn)生。 其它斷流器可以由于電弧故障而中斷電力，并且通常被稱為電弧故障斷流器 (AFCI)。 AFCI的典型示例包括電弧故障斷路器、支路/饋電線電弧故障斷路器、出口電路 電弧故障斷路器、電線電弧故障斷路器、用作支路/饋電線或出口電路AFCI的聯(lián)合電弧故 障斷路器；和便攜式電弧故障斷路器，但是不限于此。 電弧故障被定義為兩種主要類型，串聯(lián)電弧和并聯(lián)電弧。串聯(lián)電弧可以發(fā)生在例 如電流跨單個(gè)導(dǎo)體的空隙通過(guò)時(shí)。相反地，并聯(lián)電弧可以發(fā)生在電流通過(guò)不同電勢(shì)的兩個(gè) 導(dǎo)體之間時(shí)，例如電源導(dǎo)體和地之間時(shí)。并聯(lián)電弧可以引起超過(guò)電路中正常額定電流的電 流，但是其均方根電流值小于產(chǎn)生熱解扣所需的均方根電流值。另外，電弧電壓和線路阻抗 防止并聯(lián)電弧引起高到能觸發(fā)即時(shí)解扣功能的峰值電流電平。 不幸地，電弧故障可能由于種種原因不會(huì)使得傳統(tǒng)的斷路器解扣。隨著住房越來(lái)
越舊以及電線由于老化而退化，由于電弧引起發(fā)生火災(zāi)的潛在性逐漸增加。 因此，存在對(duì)于用于在AC電氣系統(tǒng)中檢測(cè)并聯(lián)電弧故障的斷流器和方法的需要，
其克服、減輕、和/或緩和現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的上述及其它缺點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種執(zhí)行并聯(lián)電弧故障斷流(AFCI)的設(shè)備。該設(shè)備包括電流感測(cè)裝置，位于該電氣電路中以感測(cè)電氣負(fù)載，該電流感測(cè)裝置被配置為產(chǎn)生表示 通過(guò)其的負(fù)載電流的輸出信號(hào)；和檢測(cè)單元，與該電流感測(cè)裝置信號(hào)通信，并被配置為接收 由該電流感測(cè)裝置產(chǎn)生的輸出信號(hào)，該檢測(cè)單元被配置并布置為基于該輸出信號(hào)輸出二次 信號(hào)；和微控制器，耦合到該檢測(cè)單元，響應(yīng)于計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，該可執(zhí)行指令在由該微 控制器執(zhí)行時(shí)，使得該微控制器接收該二次信號(hào)并經(jīng)由離散小波變換來(lái)分解該二次信號(hào)從 而獲得離散小波系數(shù)，并計(jì)算離散小波系數(shù)的和，比較該離散小波系數(shù)的和與預(yù)定閾值，當(dāng) 感測(cè)的負(fù)載電流高于預(yù)定閾值并且該離散小波系數(shù)的和共同表示解扣信號(hào)產(chǎn)生的預(yù)定閾 值條件滿足時(shí)，產(chǎn)生解扣信號(hào)。 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種執(zhí)行用于電路的電弧故障斷流(AFCI)的計(jì)算 機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法。該方法包括在與該電路電氣通信的電流感測(cè)裝置中感測(cè)負(fù)載電流；在與 該電流感測(cè)裝置信號(hào)通信的檢測(cè)單元處產(chǎn)生反映感測(cè)的負(fù)載電流的電流的二次信號(hào)；在耦 合到該檢測(cè)單元的微控制器中以預(yù)定頻率對(duì)該二次信號(hào)進(jìn)行采樣；確定該二次信號(hào)的幅 度；由該二次信號(hào)的分量計(jì)算離散小波系數(shù)；計(jì)算該離散小波系數(shù)的和；比較該離散小波 系數(shù)的和與預(yù)定閾值；基于該離散小波系數(shù)的和以及該二次信號(hào)的幅度來(lái)確定是否滿足閾 值標(biāo)準(zhǔn)；以及如果滿足的話，則發(fā)出解扣信號(hào)以中斷該電路的操作。 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種執(zhí)行用于電路的電弧故障斷流(AFCI)的計(jì)算 機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法。該方法包括使用離散小波變換，將在檢測(cè)單元中基于由檢測(cè)單元與之信號(hào) 通信的電流感測(cè)裝置感測(cè)的負(fù)載電流產(chǎn)生的二次信號(hào)的部分分別分解成詳細(xì)和近似的系 數(shù)；利用被確定為已被過(guò)零采樣的該二次信號(hào)的第一部分，計(jì)算該二次信號(hào)的正和/或負(fù) 半周期的離散波形系數(shù)的絕對(duì)值的和；比較該絕對(duì)值的和與第一預(yù)定閾值；或者如果感測(cè) 的負(fù)載的電流小于預(yù)選擇的幅度，則在預(yù)定系數(shù)閾值上對(duì)該絕對(duì)值的和求積分；比較該絕 對(duì)值的和的積分后的值與預(yù)定積分器值閾值；以及如果比較的結(jié)果表示第一和第二預(yù)定閾 值中相應(yīng)的一個(gè)被超過(guò)給定的時(shí)間段，則發(fā)出解扣信號(hào)以中斷該電路的操作。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種通過(guò)檢測(cè)并聯(lián)電弧操作斷流器的方法。該方法 包括感測(cè)負(fù)載電流并由此產(chǎn)生電流信號(hào)；對(duì)該電流信號(hào)進(jìn)行頻率濾波；確定濾波后的電 流信號(hào)的基頻；檢測(cè)該濾波后的信號(hào)的電壓和/或電流的過(guò)零；確定該濾波后的電流信號(hào) 的幅度；對(duì)該電流信號(hào)進(jìn)行濾波并將該濾波后的電流信號(hào)分解為預(yù)定電平級(jí)(level)以獲 得離散小波系數(shù)；在正負(fù)半周期期間對(duì)該濾波后的電流信號(hào)進(jìn)行采樣；計(jì)算在正負(fù)半周期 期間采樣的濾波后的電流信號(hào)的離散小波系數(shù)的絕對(duì)值；對(duì)在正和負(fù)半周期期間采樣的濾 波后的電流信號(hào)的離散小波系數(shù)的計(jì)算的絕對(duì)值進(jìn)行求和；比較在正負(fù)半周期期間采樣的 濾波后的電流信號(hào)的離散小波系數(shù)的絕對(duì)值的和與預(yù)定系數(shù)和閾值級(jí)(level);基于l)在 正和/或負(fù)半周期期間采樣的濾波后的電流信號(hào)的離散小波系數(shù)的絕對(duì)值的和與預(yù)定系 數(shù)和閾值級(jí)(level)的比較，以及2)該二次信號(hào)的幅度，確定是否已經(jīng)滿足并聯(lián)電弧檢測(cè) 的閾值標(biāo)準(zhǔn)；以及發(fā)出解扣信號(hào)以操作該斷流器。 以上發(fā)明內(nèi)容相當(dāng)寬泛地闡述了本發(fā)明的比較重要的特征，從而可以更好地理解 隨后的對(duì)其詳細(xì)描述，以及可以更好地理解對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的貢獻(xiàn)。當(dāng)然，存在以下要描述的以 及針對(duì)附加于此的權(quán)利要求書(shū)的主題的本發(fā)明的其它特征。 在這點(diǎn)上，在詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不會(huì)將它的應(yīng) 用局限于以下描述中闡述的或附圖中示出的組件的構(gòu)造和布置的細(xì)節(jié)。能夠以各種方式實(shí)
5踐并執(zhí)行這里描述的實(shí)施例。此外，應(yīng)當(dāng)理解，這里采用的措辭和術(shù)語(yǔ)僅僅是說(shuō)明性的，不 應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制性的。 本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)以下詳細(xì)描述、附圖和所附權(quán)利要求書(shū)，將理解并明白本公 開(kāi)的上述及其它特征和優(yōu)點(diǎn)。


現(xiàn)在簡(jiǎn)要地參考附圖，其中 圖1示出了并聯(lián)電弧故障的描述； 圖2示出了本發(fā)明的示范性實(shí)施例的硬件功能框圖； 圖3示出了本發(fā)明的示范性實(shí)施例的流程圖； 圖4示出了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的電弧故障斷流器的示意圖； 圖5示出了用于本發(fā)明的示范性實(shí)施例的離散小波變換分解過(guò)程； 圖6示出了本發(fā)明的另一個(gè)示范性實(shí)施例的離散小波系數(shù)樹(shù)，其中系數(shù)的數(shù)目可
以是先驗(yàn)確定的級(jí)別； 圖7是示出了離散小波系數(shù)計(jì)算算法的流程圖； 圖8示出了本發(fā)明的基于微控制器的電弧故障檢測(cè)器的實(shí)施例的示意圖； 圖9示出了用于檢測(cè)這里描述的并聯(lián)電弧的示范性方法； 圖10示出了過(guò)零檢測(cè)電路的示范性形式的示意圖。
具體實(shí)施例方式
這里描述的實(shí)施例提供并聯(lián)電弧故障中斷?？梢杂酶鞣N方式來(lái)定義電弧。在本發(fā) 明的背景下，并聯(lián)電弧是指正常非導(dǎo)電介質(zhì)(諸如空氣)的電擊穿，其產(chǎn)生發(fā)光放電(諸如 火花)，這是由流過(guò)該正常非導(dǎo)電介質(zhì)的電流引起的。并聯(lián)電弧發(fā)生在相對(duì)帶電的導(dǎo)體之 間，諸如電路和接地元件之間，并且可以以高電流尖峰和幾乎沒(méi)有或者沒(méi)有負(fù)載阻抗為特 征。提供該定義是為了理解而不意味著限制該發(fā)明；本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，電弧的其 它定義也適用。 參考附圖，特別是圖l，示出了典型并聯(lián)電弧故障的描寫(xiě)。如圖1所示，并聯(lián)電弧2 可以發(fā)生在兩個(gè)相對(duì)帶電的導(dǎo)體3、4(諸如通常被發(fā)現(xiàn)跨相對(duì)大的阻抗1)之間或電路和接 地元件之間。并聯(lián)電弧可以以高電流尖峰和幾乎沒(méi)有或沒(méi)有負(fù)載阻抗為特征。
這里描述的示范性實(shí)施例針對(duì)諸如圖1所示的類型的并聯(lián)電弧故障的檢測(cè)和中 斷。此外，本發(fā)明的實(shí)施例使用檢測(cè)策略來(lái)檢測(cè)并聯(lián)電弧故障。本發(fā)明規(guī)定電弧故障模式 識(shí)別來(lái)將并聯(lián)電弧故障電流和其它非電弧瞬變負(fù)載電流(諸如由例如調(diào)光器、鉆頭、熒光 燈等引起的瞬變現(xiàn)象)區(qū)分開(kāi)。 并聯(lián)電弧在接近于交流電流波形的過(guò)零點(diǎn)時(shí)熄滅。由于電弧被熄滅，因此基本上 沒(méi)有電流。另外，介電擊穿發(fā)生在并聯(lián)空隙處，并且發(fā)生電弧電流的再觸發(fā)，通過(guò)該再觸發(fā)， 電弧電流再一次開(kāi)始流動(dòng)。在越過(guò)電流波形的過(guò)零點(diǎn)時(shí)重復(fù)該再觸發(fā)現(xiàn)象。 一般地，該再 觸發(fā)現(xiàn)象被認(rèn)為是由于導(dǎo)電介質(zhì)的介電擊穿引起電流被再次引發(fā)而導(dǎo)致的電流波形的再 次引發(fā)。在再觸發(fā)的情況下，導(dǎo)電介質(zhì)是并聯(lián)空隙。 圖2示出了本發(fā)明的并聯(lián)電弧故障檢測(cè)的示范性實(shí)施例的硬件功能框圖300。交流(AC)信號(hào)301被輸入到濾波器302。濾波后的信號(hào)303被輸出到模_數(shù)轉(zhuǎn)換器304。數(shù) 字輸出305然后被微控制器306處理。存儲(chǔ)器308 (例如只讀存儲(chǔ)器(ROM))將各數(shù)據(jù)和程 序307提供給微控制器306。微控制器306計(jì)算輸入信號(hào)301是否包括并聯(lián)電弧故障信號(hào)。 表示通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)301的分析確定存在并聯(lián)電弧故障的微控制器輸出309可以被提供給 存儲(chǔ)器310(諸如可以由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員確定的可重寫(xiě)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)裝置)用于存儲(chǔ)和 以后使用?？商鎿Q地，如虛線所示，輸出309可以被提供給AFCI 410，如下所述。
在圖4中，顯示了根據(jù)本公開(kāi)的電弧故障斷流器(AFCI)的示范性實(shí)施例，且一般 由參考標(biāo)記410表示。AFCI 410包括微控制器306，其上具有并聯(lián)電弧故障檢測(cè)程序414。
有利地，在本發(fā)明的示范性實(shí)施例中，程序414運(yùn)用離散小波變換方法來(lái)進(jìn)行并 聯(lián)電弧檢測(cè)。程序414確定一個(gè)或多個(gè)信號(hào)特征，其被認(rèn)為是關(guān)注頻率。程序414然后處 理該一個(gè)或多個(gè)信號(hào)特征以計(jì)算多個(gè)離散小波變換。 AFCI 410的示范性實(shí)施例被配置為將負(fù)載416放置為與跨接分支電路422的中性 導(dǎo)線418和線路導(dǎo)線420電氣通信。AFCI 410經(jīng)由程序414被配置為在檢測(cè)到并聯(lián)電弧故 障后有選擇地打開(kāi)跨接線路導(dǎo)線420的可分離觸頭424。用這樣的方式，AFCI 410被適配 為檢測(cè)分支電路422中的并聯(lián)電弧并中斷到分支電路的電力。 觸頭424由解扣機(jī)構(gòu)426按照已知的方式打開(kāi)。例如，觸頭424可以由本領(lǐng)域中 已知的裝有彈簧的解扣機(jī)構(gòu)(未示出)打開(kāi)。 除被程序414啟動(dòng)之外，解扣機(jī)構(gòu)426還可以被具有與線路導(dǎo)線420串聯(lián)連接的 雙金屬器件430的傳統(tǒng)熱磁過(guò)電流裝置428起動(dòng)。例如，在向雙金屬器件施加過(guò)電流時(shí)，雙 金屬器件430可以按照已知的方式彎曲，導(dǎo)致解扣機(jī)構(gòu)426的啟動(dòng)。另外，雙金屬器件430 可以包括磁起動(dòng)的銜鐵432，其可以在雙金屬器件兩端短路時(shí)啟動(dòng)解扣機(jī)構(gòu)426。
在一些示范性實(shí)施例中，AFCI 410可以包括傳統(tǒng)的串聯(lián)電弧檢測(cè)器432。串聯(lián)電 弧檢測(cè)器432被配置為在檢測(cè)到線路導(dǎo)線420兩端的串聯(lián)電弧時(shí)啟動(dòng)解扣機(jī)構(gòu)426。因而， 本公開(kāi)的程序414可以與現(xiàn)有的AFCI串聯(lián)電弧檢測(cè)并行工作或者與現(xiàn)有的AFCI檢測(cè)分 開(kāi)。 用這樣的方式，AFCI 410的示范性實(shí)施例組合提供過(guò)電流和短路保護(hù)的過(guò)電流裝 置428、提供串聯(lián)電弧故障檢測(cè)的串聯(lián)電弧故障檢測(cè)器432、和本發(fā)明的示范性實(shí)施例中提 供并聯(lián)電弧故障檢測(cè)的程序414。 圖4也對(duì)應(yīng)于圖3的過(guò)程350，其示出了用于檢測(cè)并聯(lián)電弧的方法的示范性實(shí)施 例。除非另有說(shuō)明，該方法步驟可以按照任何適當(dāng)?shù)拇涡驁?zhí)行，和/或兩個(gè)或多個(gè)步驟可以 并行執(zhí)行。在352感測(cè)電流。在354對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，例如以除去噪聲。在356將信號(hào)從 模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字。在358，微控制器使用離散小波變換數(shù)學(xué)處理該信號(hào)并計(jì)算離散小波系 數(shù)。在350，如果基本上檢測(cè)并聯(lián)電弧故障的所有條件都滿足，則微控制器在352的輸入信 號(hào)中用信號(hào)通知并聯(lián)電弧故障的存在。存儲(chǔ)器(例如只讀存儲(chǔ)器(ROM))與微控制器關(guān)于 例如小波濾波器、閾值和檢測(cè)條件交互。 離散小波變換?；氐綀D2的示范性實(shí)施例，微控制器306運(yùn)行程序314，其使用數(shù) 字信號(hào)輸出305和離散小波變換(DWT)計(jì)算離散波形系數(shù)，例如圖5所示。存儲(chǔ)器308將 包括小波濾波器、預(yù)定閾值和檢測(cè)條件的各數(shù)據(jù)和程序307提供給微控制器306。微控制器 306使用離散小波系數(shù)確定輸入信號(hào)301是否包括并聯(lián)電弧故障信號(hào)。
7
小波是將給定信號(hào)分成各種頻率分量并利用匹配它的尺度(scale)的分辨率來(lái) 分析每個(gè)頻率分量的數(shù)學(xué)函數(shù)。小波變換是用小波對(duì)信號(hào)的表示。每個(gè)DWT是有限長(zhǎng)度的 短波，其在它的存在時(shí)間段內(nèi)積分為零。在離散小波變換的情況下，小波是被稱為母小波的 快速衰減震蕩波形。小波變換與傳統(tǒng)的傅立葉變換(FT)和快速傅里葉變換(FFT)相比具 有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈兛梢员硎揪哂胁贿B續(xù)性和銳利尖峰的信號(hào)，并可以準(zhǔn)確地解構(gòu)和重建有 限的、非周期和/或非固定信號(hào)并提供該母小波和電流信號(hào)之間的相關(guān)性的度量。
本質(zhì)上，離散小波變換運(yùn)用數(shù)字濾波器以及足夠的時(shí)間分辨率，來(lái)分析數(shù)字信號(hào) 305的各種頻率分量。當(dāng)對(duì)信號(hào)使用DWT時(shí)，該信號(hào)通過(guò)一系列高通濾波器以分析高頻率， 并通過(guò)一系列低通濾波器以分析低頻率。 在示范性實(shí)施例中，為了以lOKHz對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣以檢測(cè)并聯(lián)電弧，該信號(hào)通過(guò) 具有900Hz的截止頻率的一極低通濾波器和具有150Hz的截止頻率的一極高通濾波器。
當(dāng)DWT用在信號(hào)上時(shí)，執(zhí)行兩個(gè)操作以計(jì)算DWT系數(shù)；這些操作是二次采樣和濾 波。濾波改變信號(hào)的分辨率，而包括上采樣和下采樣的二次采樣則改變信號(hào)響應(yīng)的尺度。
離散小波系數(shù)計(jì)算。在本發(fā)明的本實(shí)施例的示例中，離散小波系數(shù)計(jì)算從離散時(shí) 間信號(hào)x[n]開(kāi)始，也即在圖2所示的本發(fā)明的示范性實(shí)施例中輸入到微控制器306的數(shù)字 信號(hào)305。首先執(zhí)行離散小波系數(shù)計(jì)算以提供信號(hào)x[n]的分解。 關(guān)于離散小波系數(shù)，存在兩組濾波系數(shù)。這里濾波器通常用濾波器[]的形式表 示，即，索引n的濾波器h為h[n]，其中n = 1，2，3，4， . . . ， n+l。用于分解的濾波器系數(shù)用 Hi—D和Lo—D表示，離散小波變換計(jì)算的分解函數(shù)使用與圖7的流程圖所示相同的巻積和這 里描述的方程式(1) 、 (2) 、 (3)和(4)。 濾波。首先，計(jì)算系數(shù)包括將該信號(hào)通過(guò)具有脈沖響應(yīng)h[n]半帶低通數(shù)字濾波 器。這在數(shù)學(xué)上可以用公式(1)表示。低通<formula>formula see original document page 8</formula>
第二，該信號(hào)也通過(guò)具有脈沖響應(yīng)g[n]的半帶高通數(shù)字濾波器，并且在數(shù)學(xué)上用 公式(2)表示。 高通<formula>formula see original document page 8</formula>
縮放。在公式(1)和(2)的過(guò)濾處理之后，信號(hào)分辨率減半而尺度保持不變。將 尺度減半的過(guò)程例如由公式(3)和(4)表示，如下 分辨率<formula>formula see original document page 8</formula>以及 分辨率<formula>formula see original document page 8</formula>) 濾波器輸出yhigl^P ylOT分別是高通和低通濾波器的結(jié)果，并且作為公式(3)和(4) 的結(jié)果，二次采樣分辨率改變。 公式(3)和(4)的結(jié)果包括1)由于僅僅半數(shù)的樣本保持在該信號(hào)中，因此時(shí)間 分辨率減半；和2)由于該信號(hào)僅僅保持了頻帶的一半，因此頻率分辨率加倍，并且頻率不 確定性減半。
公式(3)和(4)的計(jì)算被稱為DWT分解過(guò)程，可以被執(zhí)行一次迭代，或者該計(jì)算可
以被重復(fù)"n"級(jí)，如圖5所示，以獲得期望的時(shí)間分辨率和期望的頻率分辨率。級(jí)別"n"可
以由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員考慮諸如期望的時(shí)間和頻率分辨率之類的因素來(lái)確定。 諸如輸入到微控制器306 (圖2)的數(shù)字信號(hào)305 (圖2)的采樣信號(hào)的示范性分解
在信號(hào)幅度中使用母小波10 Debauchies。下面將進(jìn)一步論述母小波，以及圖6示出了用于
分解計(jì)算的一般小波系數(shù)樹(shù)。 母小波。在論述母小波之前應(yīng)當(dāng)指出，母小波是被稱為Daubechies小波的一組小 波的一部分。Debauchies小波是定義離散小波變換(DWT)的正交小波族，并且其特征是作 為離散小波變換(DWT)的對(duì)象的給定信號(hào)的消失矩的最大數(shù)目。母小波可以由本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員考慮如下因素來(lái)選擇，諸如1)信號(hào)的形狀(即，正弦)；2)有關(guān)的頻率范圍；和3) 從預(yù)捕獲的波形中獲得的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也可以研究母小波的消失點(diǎn)(或 消失矩)以獲得母小波的信號(hào)測(cè)量。 在示范性實(shí)施例中，上面的因素1)到3)的研究和母小波中消失點(diǎn)或消失矩的數(shù) 目顯示理想母小波是Daubechies 10。 此小波系數(shù)樹(shù)對(duì)應(yīng)于上面說(shuō)明的10KHz的示范性采樣頻率。應(yīng)當(dāng)理解，信號(hào)分解 頻帶取決于采樣頻率。最后"n"級(jí)或最后的系數(shù)cAn和cDn —般是針對(duì)離散小波變換過(guò)程 所關(guān)注的系數(shù)，如圖6所示。 系數(shù)cAn和cDn用在以下說(shuō)明的示范性信號(hào)分解中。本領(lǐng)域技術(shù)普通人員能夠確 定適當(dāng)?shù)?n"級(jí)系數(shù)，以計(jì)算如圖6所示的一般小波系數(shù)樹(shù)，具有在602先驗(yàn)(priori)確 定的最后或"n"級(jí)。 上述討論的濾波器g [n]和h [n]是正交鏡像濾波器(QMF濾波器)h []和g []，以及 該鏡像公式用來(lái)獲得離散小波系數(shù)正交鏡像濾波器(QMF)并且用下列方式關(guān)聯(lián)
QMF關(guān)系g[L-n-l] = (_l)n. h[n] (5) DWT計(jì)算的細(xì)節(jié)這里，參考圖7，在操作410到417中采用離散小波算法。如圖 所示，采樣的信號(hào)開(kāi)始時(shí)被定義為具有Outerlndex、 SumCD和Innerlndex的信號(hào)，其中 Outerlndex是指巻積信號(hào)(convoluted signal)的索引，SumCD是詳細(xì)系數(shù)的和的絕對(duì)值， I皿erlndex是使用中的濾波器的索引，每個(gè)被設(shè)置為零(操作410)。 首先，確定Outerlndex是否小于巻積信號(hào)的長(zhǎng)度(判決411)。如果Outerlndex 不小于巻積信號(hào)的長(zhǎng)度，則SumCD的值回到零(操作413)。相反地，如果Outerlndex小于 巻積信號(hào)的長(zhǎng)度，則作為各個(gè)詳細(xì)系數(shù)的CD的值被設(shè)置為零并且Jumplndex的值被設(shè)置為 巻積信號(hào)的值乘以二 (操作414)。 然后，確定Innerlndex是否小于濾波器的長(zhǎng)度(判決415)。如果Innerlndex 小于濾波器的長(zhǎng)度，則CD的值被設(shè)置為CD的值加上該信號(hào)的值(操作416)。這里，信號(hào) 值是Innerlndex的值乘以濾波器的值然后加上Jumplndex的值。重復(fù)此過(guò)程直到確定 Innerlndex不小于濾波器的長(zhǎng)度(判決415)。此時(shí)，CD的值被設(shè)置為CD的絕對(duì)值，并且 SumCD的值被設(shè)置為SumCD的絕對(duì)值加上CD的值(操作417)。 參考圖8，提供一種執(zhí)行并聯(lián)電弧故障斷流(AFCI)的設(shè)備1。圖8的設(shè)備1包括 電流傳感器10，其包括電阻元件10 (諸如雙金屬器件)，其被配置為感測(cè)由其產(chǎn)生電流信號(hào) 的負(fù)載。
電流傳感器10雙金屬器件可以由在室溫下具有6m0hm(毫歐姆)(在15A時(shí))或 3mOhm(在20A時(shí))的特性電阻的電阻材料形成。盡管本發(fā)明的實(shí)施例被公開(kāi)為具有雙金 屬器件作為電阻元件的一個(gè)例子，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的范圍不因此限制，并且還涵蓋適 合于這里公開(kāi)的目的的其它電阻元件，諸如黃銅、青銅、銅合金、鋼、不銹鋼、因科內(nèi)爾鋼和/ 或碳鋼合金。此外，該電流傳感器還可以選擇性地包括均方根(RMS)電流測(cè)量單元、峰-峰 (P-P)電流測(cè)量單元、霍耳效應(yīng)電流傳感器、電流互感器、或任何其它適當(dāng)?shù)脑O(shè)備。
可選地，從電流傳感器10輸出的信號(hào)可以在信號(hào)線55上被傳遞給有源低通濾波 器20。此外，例如可以由微控制器306提供的測(cè)試信號(hào)90也可以被提供給求和有源低通濾 波器20。在一個(gè)實(shí)施例中，RMS測(cè)量包括有源低通濾波器20，該單元以10kHz采樣率工作 并且從電流信號(hào)中過(guò)濾除那些具有大約6kHz-60Hz的頻率的子信號(hào)以外的所有子信號(hào)。在 其它實(shí)施例中，來(lái)自電流傳感器10的輸出信號(hào)可以在并聯(lián)電弧信號(hào)線44上被傳遞給并聯(lián) 電弧檢測(cè)單元302。 來(lái)自求和濾波器20的信號(hào)輸出被傳遞給并聯(lián)電弧信號(hào)線44和RMS電流信號(hào)線 55。并聯(lián)電弧檢測(cè)單元302位于信號(hào)線44上，以及電流測(cè)量單元50位于信號(hào)線55上。并 聯(lián)電弧檢測(cè)單元302被配置為將第一信號(hào)經(jīng)由并聯(lián)電弧信號(hào)通路49輸出到微控制器306 以用于檢測(cè)電流信號(hào)中的并聯(lián)電弧的濾波器。電流測(cè)量單元50被配置為將第二信號(hào)輸出 到微控制器306以用于執(zhí)行例如RMS電流測(cè)量和電弧檢測(cè)采樣計(jì)時(shí)。在其它實(shí)施例中，電 流測(cè)量單元50可選地包括均方根電流測(cè)量單元、p-p電流測(cè)量單元、霍耳效應(yīng)電流傳感器 或任何其它適當(dāng)?shù)脑O(shè)備。 在其它實(shí)施例中，來(lái)自電流傳感器10的輸出信號(hào)可以在并聯(lián)電弧信號(hào)線44上被 直接傳遞到并聯(lián)電弧檢測(cè)單元302?？蛇x地，測(cè)試信號(hào)90也可以被直接提供給并聯(lián)電弧檢 測(cè)單元302。在一個(gè)實(shí)施例中，并聯(lián)電弧檢測(cè)單元302以10kHz的采樣率工作并且從電流信 號(hào)中過(guò)濾除那些具有大約150-900Hz的頻率的子信號(hào)以外的所有子信號(hào)。為此，并聯(lián)電弧 檢測(cè)單元302包括低通濾波器41和高通濾波器42。 在一個(gè)實(shí)施例中，微控制器306被配置為處理從電流測(cè)量單元50接收到的第二信 號(hào)以確定電流幅度的指示。更準(zhǔn)確地說(shuō)，處理從電流測(cè)量單元50接收到的第二信號(hào)以識(shí)別 是否有高于或低于預(yù)定的數(shù)值范圍的樣本。在一個(gè)實(shí)施例中，微控制器306以大約lOKHz 的速率對(duì)從電流測(cè)量單元50接收到的第二信號(hào)進(jìn)行采樣并計(jì)算平方和均根。例如，應(yīng)當(dāng)理 解，在除去直流偏壓之后，采取每個(gè)讀出的平方和根并使用具有0計(jì)數(shù)和4060計(jì)數(shù)的飽和 電平(level)的微控制器306中的12位模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，如果從測(cè)量0安的電流測(cè)量 單元50接收到的電流信號(hào)讀出2048計(jì)數(shù)，則小于36的RMS電流計(jì)數(shù)(即，相對(duì)接近于0的 ADC飽和電平)因而被理解為表示相對(duì)大的負(fù)電流，并且高于4060的RMS電流計(jì)數(shù)(S卩，相 對(duì)接近于4096的ADC飽和電平)因而被理解為表示大的正電流。 在其它實(shí)施例中，并聯(lián)電弧檢測(cè)設(shè)備可以另外合并各種其它故障檢測(cè)方法和設(shè)備 或與各種其它故障檢測(cè)方法和設(shè)備結(jié)合，例如包括例如與微控制器306信號(hào)通信的高通濾 波器31的串聯(lián)電弧故障檢測(cè)單元30。 設(shè)備1還包括耦合到中性線12的過(guò)零檢測(cè)電路88，將指示電壓過(guò)零點(diǎn)的信號(hào)提供 給微控制器306。如圖8所示，過(guò)零檢測(cè)電路88從為微控制器306供電的AC電壓獲取電源 并耦合到中性線。這樣的過(guò)零檢測(cè)電路88是已知的并且能夠是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解的各種結(jié)構(gòu)。也將理解，設(shè)備1可以可替換地被配置為以本領(lǐng)域中公知的各種方式來(lái)將過(guò) 零的指示提供給微控制器306，包括例如電流過(guò)零檢測(cè)電路。 微控制器306被配置為分解從并聯(lián)電弧檢測(cè)單元302接收到的第一信號(hào)。根據(jù)本
發(fā)明的實(shí)施例，該分解經(jīng)由離散小波變換(DWT)來(lái)完成，諸如母小波，其從外部計(jì)算并至少
部分從包含在從電流測(cè)量單元50接收到的第二信號(hào)內(nèi)的信息中獲得。 因而，當(dāng)微控制器306將DWT應(yīng)用于并聯(lián)電弧檢測(cè)操作時(shí)，微控制器306可以通過(guò)
識(shí)別可能與該電弧有關(guān)的圖案或特征、選擇給出與該圖案或特征的緊密的相關(guān)性的預(yù)定母
小波、選擇提供優(yōu)化的信噪比的用于分析電弧的頻率范圍、選擇該波形的一部分作為聚焦
區(qū)域、以及選擇對(duì)應(yīng)于該波形的所選部分的所需窗口尺寸來(lái)操作。 分解的結(jié)果是離散小波系數(shù)的計(jì)算，其本身被微控制器306用于確定并聯(lián)電弧的 存在以及解扣信號(hào)的發(fā)出。也就是說(shuō)，微控制器306優(yōu)選地被配置為，當(dāng)積分的離散小波系 數(shù)表示用于解扣信號(hào)產(chǎn)生的一個(gè)或多個(gè)閾值條件滿足時(shí)產(chǎn)生解扣信號(hào)。這里，閾值條件是 指表示并聯(lián)電弧發(fā)生的信號(hào)度量。 微控制器306被配置為如前所述計(jì)算DWT系數(shù)并且計(jì)算DWT系數(shù)的絕對(duì)值的和 (SumCD)。 SumCD值被認(rèn)為是被測(cè)信號(hào)的電弧內(nèi)容的相關(guān)指示。微控制器306還被配置為比 較計(jì)算的SumCD值與被稱為系數(shù)閾值(CT)的預(yù)定值。CT提供SumCD的基線噪聲級(jí)的相關(guān) 指示。微控制器306優(yōu)選地包括積分器函數(shù)，其值根據(jù)SumCD和CT值之間的差以預(yù)定速率 增加或減小。優(yōu)選地，如果半周期SumCD小于CT，則積分器值將按照它的當(dāng)前值的預(yù)定的百 分比遞減，例如，積分器值=(積分器值)-(積分器值/32)。如果半周期SumCD值大于CT 值，則從SumCD值減去CT值然后加上積分器值。在隨后的半周期中重復(fù)該比較和積分。如 果確定積分器值大于預(yù)定的積分器閾值(IT)值，則確定存在并聯(lián)電弧狀況。
應(yīng)當(dāng)理解，可以通過(guò)任意數(shù)目的方式來(lái)確定CT值，諸如通過(guò)根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(諸如 標(biāo)準(zhǔn)UL 1699)進(jìn)行并聯(lián)電弧測(cè)試，并與已知的高涌入電流負(fù)載(諸如壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)負(fù)載) 上進(jìn)行的測(cè)試相比較。 仍然參考圖8，該設(shè)備還可以包括耦合到微控制器306的環(huán)境溫度傳感器60。環(huán) 境溫度傳感器60測(cè)量至少電阻元件10的環(huán)境溫度并將測(cè)量結(jié)果輸出到微控制器306。微 控制器306然后確定在上述計(jì)算中是否補(bǔ)償電阻元件10的任何溫度改變。
此外，該裝置還可以包括測(cè)試開(kāi)關(guān)70，例如推進(jìn)式開(kāi)關(guān)。該推進(jìn)式測(cè)試開(kāi)關(guān)70通 過(guò)并聯(lián)電弧測(cè)試線72耦合到微控制器306，并允許操作者根據(jù)本地和非本地規(guī)則在安裝時(shí) 測(cè)試該設(shè)備。正如以上的討論，在其它實(shí)施例中，并聯(lián)電弧檢測(cè)設(shè)備也可以合并各種其它故 障檢測(cè)方法和設(shè)備或與各種其它故障檢測(cè)方法和設(shè)備結(jié)合。例如，測(cè)試開(kāi)關(guān)70可以另外包 括與微控制器306信號(hào)通信的串聯(lián)電弧測(cè)試線71。 現(xiàn)在參考圖9，描述一種執(zhí)行并聯(lián)電弧故障斷流(AFCI)的方法。其中的算法優(yōu)選 地將連續(xù)運(yùn)行直到檢測(cè)到并聯(lián)電弧。如圖9所示，在初始化該算法(操作100)后，發(fā)生對(duì)負(fù) 載電流的數(shù)據(jù)的一個(gè)電力周期的感測(cè)，并通過(guò)過(guò)零檢測(cè)電路88確定是否檢測(cè)到正過(guò)零(判 決200、201)。 優(yōu)選地使用例如濾波器302 (圖2)來(lái)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行濾波以除去不想要的成分。從 濾波器302(圖2)輸出的信號(hào)用于在操作206、207處計(jì)算離散小波系數(shù)。該離散小波系數(shù) 計(jì)算從離散時(shí)間信號(hào)x[n]開(kāi)始，在圖3所示的本發(fā)明的示范性實(shí)施例中，其也被稱為輸入到微控制器3oe (圖2)的數(shù)字信號(hào);305 (圖2)。 再次參考圖9，應(yīng)當(dāng)理解，數(shù)據(jù)的一個(gè)電力周期可以可替換地被認(rèn)為包括正的半周 期和負(fù)的半周期。對(duì)于正的半周期和負(fù)的半周期，優(yōu)選地分開(kāi)計(jì)算離散小波系數(shù)計(jì)算。
如果檢測(cè)到正的過(guò)零，則對(duì)于正的半周期樣本的并聯(lián)電弧通道49的采樣開(kāi)始(操 作202)。 一旦確定完成正的半周期采樣(判決204)，則對(duì)于正的半周期計(jì)算離散小波變換 系數(shù)，并且計(jì)算絕對(duì)系數(shù)的和(操作206)。 如果沒(méi)有檢測(cè)到正的過(guò)零點(diǎn)(判決200)，則確定是否通過(guò)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路88檢測(cè) 到負(fù)的過(guò)零點(diǎn)(判決201)。如果檢測(cè)到負(fù)的過(guò)零點(diǎn)，則對(duì)于負(fù)的半周期樣本的并聯(lián)電弧通 道49(圖8)的采樣開(kāi)始(操作203)。 一旦確定完成負(fù)的半周期采樣(判決205)，則對(duì)于 負(fù)的半周期計(jì)算離散小波變換系數(shù)，并且計(jì)算絕對(duì)系數(shù)的和(操作207)。
再次參考圖9，分析對(duì)于正負(fù)半周期兩者計(jì)算的離散波形系數(shù)值，以確定對(duì)于任一 半周期的離散波形系數(shù)的和是否大于預(yù)定的系數(shù)閾值(判決212)。如果是的話，則利用預(yù) 定范圍之外(即，超過(guò)或低于)的計(jì)數(shù)來(lái)確定在當(dāng)前半周期中是否存在足夠數(shù)目的采樣的 RMS信號(hào)的點(diǎn)(判決215)。例如，如果存在4個(gè)或更多的采樣的RMS信號(hào)足夠高或低(相 對(duì)于預(yù)定范圍)的點(diǎn)，則該采樣的RMS信號(hào)被認(rèn)為處于飽和。如果是這樣的話，則在預(yù)定的 系數(shù)閾值上對(duì)該系數(shù)的和求積分(操作216)。 如果確定對(duì)于任一半周期的離散波形系數(shù)的和小于預(yù)定的系數(shù)閾值(操作212)， 則該積分器減小預(yù)定量(操作214)。 最后，參考圖9，基于過(guò)零和非過(guò)零的離散小波系數(shù)來(lái)確定所有閾值標(biāo)準(zhǔn)是否已經(jīng) 滿足(操作217)。如果確定閾值標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)滿足，則發(fā)出解扣信號(hào)(操作222)。這里，閾值 標(biāo)準(zhǔn)滿足的確定是通過(guò)比較積分器值與預(yù)定的積分器閾值并且確定積分器值是否超過(guò)預(yù) 定的積分器閾值來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 本發(fā)明的實(shí)施例可以以計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程的形式和用于實(shí)踐那些過(guò)程的設(shè)備來(lái) 實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明也可以實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式，該產(chǎn)品具有包含在有形介質(zhì)中收錄的 指令的計(jì)算機(jī)程序代碼，該有形介質(zhì)諸如軟盤(pán)、CD-ROM、硬盤(pán)、USB(通用串行總線)驅(qū)動(dòng)器、 或任何其它計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，諸如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、或可擦 可編程序只讀存儲(chǔ)器(EPROM)，其中，當(dāng)計(jì)算機(jī)程序代碼被載入并且由計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)，該計(jì) 算機(jī)變?yōu)橛糜趯?shí)踐本發(fā)明的設(shè)備。本發(fā)明也可以實(shí)現(xiàn)為計(jì)算機(jī)程序代碼的形式，例如無(wú)論 存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)中、被計(jì)算機(jī)載入和/或執(zhí)行、或通過(guò)一些傳輸介質(zhì)傳輸，諸如通過(guò)電線或 電纜、通過(guò)光纖、或經(jīng)由電磁輻射，其中當(dāng)計(jì)算機(jī)程序代碼被計(jì)算機(jī)載入和執(zhí)行時(shí)，該計(jì)算 機(jī)變?yōu)橛糜趯?shí)踐本發(fā)明的設(shè)備。當(dāng)在通用微控制器上實(shí)現(xiàn)時(shí)，該計(jì)算機(jī)程序代碼段配置該 微控制器以建立具體的邏輯電路。該可執(zhí)行指令的技術(shù)效果是接收二次信號(hào)并將二次信號(hào)分 解成第一和第二系數(shù)，以及當(dāng)感測(cè)的負(fù)載電流的幅度大于預(yù)定閾值并且離散小波系數(shù)的和共 同表示用于解扣信號(hào)產(chǎn)生的預(yù)定閾值條件滿足時(shí)，產(chǎn)生解扣信號(hào)用于中斷電氣電路的操作。
雖然已經(jīng)參考示范性實(shí)施例描述了本公開(kāi)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不脫 離該公開(kāi)的范圍的情況下，可以做出各種改變，并且等效物可以被其元件代替。此外，在不 脫離本公開(kāi)的實(shí)質(zhì)范圍的情況下，可以做出許多修改來(lái)使特定情形或材料適應(yīng)本公開(kāi)的教 導(dǎo)。因此，本公開(kāi)不意欲限于作為預(yù)期執(zhí)行此公開(kāi)的最佳模式而公開(kāi)的特定示范性實(shí)施例， 而是本公開(kāi)將包括落入所附權(quán)利要求書(shū)的范圍的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
一種用于在電氣電路中中斷電流的設(shè)備，該設(shè)備包括電流感測(cè)裝置(10)，位于該電氣電路中以感測(cè)電氣負(fù)載，該電流感測(cè)裝置(10)被配置為產(chǎn)生表示通過(guò)其的負(fù)載電流的輸出信號(hào)；檢測(cè)單元(302)，與該電流感測(cè)裝置(10)信號(hào)通信，并被配置為接收由該電流感測(cè)裝置(10)產(chǎn)生的輸出信號(hào)，該檢測(cè)單元(302)被配置并布置為基于該輸出信號(hào)輸出二次信號(hào)；和微控制器(306)，耦合到該檢測(cè)單元(302)，響應(yīng)于計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，該可執(zhí)行指令在由該微控制器(306)執(zhí)行時(shí)，使得該微控制器(306)接收該二次信號(hào)并經(jīng)由離散小波變換來(lái)分解該二次信號(hào)從而獲得離散小波系數(shù)，并計(jì)算離散小波系數(shù)的和，比較該離散小波系數(shù)的和與預(yù)定閾值，當(dāng)感測(cè)的負(fù)載電流高于預(yù)定閾值并且該離散小波系數(shù)的和共同表示解扣信號(hào)產(chǎn)生的預(yù)定閾值條件滿足時(shí)，產(chǎn)生解扣信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，還包括電流測(cè)量單元(50)，被配置為向微控制器(306)輸出測(cè)量信號(hào)，該測(cè)量信號(hào)與該輸出 信號(hào)的計(jì)時(shí)有關(guān)并且被該微控制器(306)用于確定是否滿足閾值條件。
3. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括檢測(cè)電路，被配置為與該微控制器信號(hào)通信，其 中該檢測(cè)電路(88)還被配置且布置為檢測(cè)該輸出信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)情況以及指示該微控制器 (306)隨后分解該二次信號(hào)。
4. 如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中該微控制器(306)還響應(yīng)于計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，當(dāng)該 計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令被該微控制器(306)執(zhí)行時(shí)，使得該微控制器(306)分解分別用于正負(fù) 半周期的二次信號(hào)。
5. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中該微控制器(306)還包括積分器，其中對(duì)該離散小波 系數(shù)的和在預(yù)定的系數(shù)閾值上求積分，以及其中當(dāng)所感測(cè)的負(fù)載電流高于預(yù)定閾值并且積 分器的值高于預(yù)定閾值條件時(shí)，所述微控制器(306)發(fā)出解扣信號(hào)用于中斷電氣電路的操 作。
6. —種執(zhí)行用于電路的電弧故障斷流(AFCI)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，該方法包括 在與該電路電通信的電流感測(cè)裝置處感測(cè)負(fù)載電流；在與該電流感測(cè)裝置信號(hào)通信的檢測(cè)單元中產(chǎn)生反映感測(cè)的負(fù)載電流的電流的二次 信號(hào)；在耦合到該檢測(cè)單元的微控制器處以預(yù)定頻率對(duì)該二次信號(hào)進(jìn)行采樣； 確定該二次信號(hào)的幅度； 由該二次信號(hào)的分量計(jì)算離散小波系數(shù)； 計(jì)算該離散小波系數(shù)的和； 比較該離散小波系數(shù)的和與預(yù)定閾值；基于該離散小波系數(shù)的和以及該二次信號(hào)的幅度來(lái)確定是否滿足閾值標(biāo)準(zhǔn)；以及如果 滿足的話，則發(fā)出解扣信號(hào)以中斷該電路的操作。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，還包括當(dāng)該二次信號(hào)指示正或負(fù)的過(guò)零點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)對(duì)該二次信號(hào)的采樣；以及 分解該二次信號(hào)分別用于該正負(fù)半周期。
8. 如權(quán)利要求6所述的方法，還包括將該離散小波系數(shù)的和在預(yù)定的系數(shù)閾值上求積分，以確定積分器值； 以預(yù)定速率減小該積分器值；以及其中所述確定是否已經(jīng)滿足閾值標(biāo)準(zhǔn)還包括比較該積分器值與預(yù)定的積分器值閾值。
9. 一種執(zhí)行用于電路的電弧故障斷流(AFCI)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，該方法包括 使用離散小波變換，將在檢測(cè)單元處基于由檢測(cè)單元與之信號(hào)通信的電流感測(cè)裝置感測(cè)的負(fù)載電流產(chǎn)生的二次信號(hào)的部分分別分解成詳細(xì)和近似的系數(shù)；利用被確定為已被過(guò)零采樣的該二次信號(hào)的第一部分，計(jì)算針對(duì)該二次信號(hào)的正和/或負(fù)半周期的離散波形系數(shù)的絕對(duì)值的和；比較該絕對(duì)值的和與第一預(yù)定閾值，或者如果感測(cè)的負(fù)載的電流小于預(yù)選擇的幅度，則在預(yù)定系數(shù)閾值上對(duì)該絕對(duì)值的和求積分；比較對(duì)該絕對(duì)值的和求積分的值與預(yù)定積分器值閾值；以及如果比較的結(jié)果表示第一和第二預(yù)定閾值中相應(yīng)的一個(gè)被超過(guò)給定的時(shí)間段，則發(fā)出 解扣信號(hào)以中斷該電路的操作。
10. —種通過(guò)檢測(cè)并聯(lián)電弧操作斷流器的方法，該方法包括 感測(cè)負(fù)載電流并由此產(chǎn)生電流信號(hào)； 對(duì)該電流信號(hào)進(jìn)行頻率濾波； 確定濾波后的電流信號(hào)的基頻； 檢測(cè)該濾波后的信號(hào)的電壓和/或電流的過(guò)零； 確定該濾波后的電流信號(hào)的幅度；對(duì)該電流信號(hào)進(jìn)行濾波并將該濾波后的電流信號(hào)分解為預(yù)定電平以獲得離散小波系數(shù)；在正負(fù)半周期期間對(duì)該濾波后的電流信號(hào)進(jìn)行采樣；計(jì)算在正負(fù)半周期期間采樣的濾波后的電流信號(hào)的離散小波系數(shù)的絕對(duì)值； 對(duì)在正負(fù)半周期期間采樣的濾波后的電流信號(hào)的離散小波系數(shù)的計(jì)算的絕對(duì)值進(jìn)行 求和；比較在正和/或負(fù)半周期期間采樣的濾波后的電流信號(hào)的離散小波系數(shù)的絕對(duì)值的 和與預(yù)定系數(shù)和閾值電平；基于1)在正和/或負(fù)半周期期間采樣的濾波后的電流信號(hào)的離散小波系數(shù)的絕對(duì)值 的和與預(yù)定系數(shù)和閾值電平的比較，以及2)該二次信號(hào)的幅度，確定并聯(lián)電弧檢測(cè)的閾值 標(biāo)準(zhǔn)是否已經(jīng)滿足；以及發(fā)出解扣信號(hào)以操作該斷流器。
全文摘要
使用離散小波變換的并聯(lián)電弧檢測(cè)。執(zhí)行并聯(lián)電弧故障斷流的裝置，包括電流感測(cè)裝置，位于該電氣電路中以感測(cè)電氣負(fù)載，被配置為產(chǎn)生表示流過(guò)其的負(fù)載電流的輸出信號(hào)；檢測(cè)單元，與該電流感測(cè)裝置信號(hào)通信，并被配置為接收由該電流感測(cè)裝置產(chǎn)生的輸出信號(hào)，被配置并布置為基于該輸出信號(hào)輸出二次信號(hào)；和微控制器，耦合到該檢測(cè)單元，響應(yīng)于計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令，該指令在由該微控制器執(zhí)行時(shí)，使得該微控制器接收并經(jīng)由離散小波變換來(lái)分解該二次信號(hào)從而獲得離散小波系數(shù)，并計(jì)算離散小波系數(shù)的和，比較該離散小波系數(shù)的和與預(yù)定閾值，當(dāng)感測(cè)的負(fù)載電流大于預(yù)定閾值并且該離散小波系數(shù)的和共同表示解扣信號(hào)產(chǎn)生的預(yù)定閾值條件滿足時(shí)，產(chǎn)生解扣信號(hào)。
文檔編號(hào)G01R19/165GK101771261SQ200910262530
公開(kāi)日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日
發(fā)明者J·K·霍克, K·V·格里戈瑞安, S·J·霍爾, S·常加利 申請(qǐng)人:通用電氣公司