技术摘要：
本发明提出一种三相四线制下采集三相和零序电流计算剩余电流方法，包括如下步骤：步骤1：四个电流互感器分别穿过A、B、C、N四相电缆，对电流互感器的输出使用AD模数转换芯片的8个通道进行AD信号同步采集，8个通道AD每两个一组，同时采集三相电流和零序电流模拟信号，把  全部
背景技术：
剩余电流是指低压配电线路中各相(含中性线)电流矢量和不为零的电流。从技术 角度分析有两种方法，图1和图3所示两种方法，有的现场使用图2所示方法。下边主要论述3 种方法优缺点。 实践证明，交流电在15～20毫安以下，电流瞬间通过人体，不会有危险，但时间长 些，人体会发热出汗，导致电阻下降，电流随之增大。若通过人体电流超过100毫安，会导致 死亡。所以为了保证人员电气安全，同时考虑到测量精度，一般使用剩余电流互感器方法采 集剩余电流(如图1所示)，剩余电流互感器规格范围10mA～3000mA不等，一般剩余电流采集 装置多应用于民用建筑，民用建筑的负荷电流一般不会特别大。并且此方式多配在建筑领 域配电柜终端，建筑主出线柜供电回路中很少配置剩余电流互感器。如图1所示，针对民用 建筑普遍使用剩余电流测量方法。 在工业领域大电流场合或者主出线柜供电回路，电流一般是上千安电流，一般低 压供电接线主要以三线四线配电系统为主。如图1所示方法，采用外接剩余电流互感器方法 测量剩余电流，在工业上使用此方法计算剩余电流会出现两个问题： 问题1：在工业场合为保证设备的正常运行，装设小电流规格剩余电流保护器虽然 起到了保护作用，但是工业现场使用电流比较大，用电情况复杂，有可能有轻微剩余电流， 但是并不影响设备正常使用，由于剩余电流保护装置太敏感，经常性的跳闸会影响设备的 正常运行，也会给工业生产工艺造成不小的经济损失。 问题2：剩余电流互感器采集回路额定电流相对较小，在工业动力回路动力电源， 或者主出线柜供电回路电源，功率比较大，也就是电流会比较大，电流在500A～6000A不等， 如果有接地故障发生时，其接地电流会非常大，有些电流甚至上千安，而一般的带剩余零序 电流保护功能的开关则无法承受(规格范围10mA～3000mA)，剩余电流互感器严重过载，出 现磁饱和现象，剩余电流要么测不准，要么不能耐受大电流冲击。所以目前市场上没有针对 较大电流回路剩余电流保护装置，大部分通过过载保护和短路保护装置间接实现剩余电流 保护功能。 由于以上2个缺点，工业供电或者大电流主出线柜供电回路中，也普遍使用零序电 流方法实现剩余电流保护功能，采集接线方式如图2所示：剩余电流保护的也可以通过零序 电流保护实现剩余电流保护(采集N相电流)，比如有些牵涉动力供电和民用供电两种相结 合的供电方式，大电流回路仍然采用三相四线模式。使用此方法虽然能实现剩余电流保护 功能，但是出现以下问题： 绝大多数现场使用环境中，完全平衡电流场合是很少的，出现不平衡电流，不平衡 电流通过中性线流回主回路，零序电流互感器计算结果是不平衡电流，因为保护设定零序 5 CN 111610358 A 说　明　书 2/7 页 电流值是固定设置，如果出现不平衡电流，并且不平衡电流大于设定电流值，也会动作，从 微机保护原理来看，不符合微机保护选择性，采用零序电流方法实现剩余电流保护是不可 靠保护方式。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明采用采集三相电流和零序电流计算剩余电流方法 计算剩余电流，能解决图1和图2所论述缺陷。因此，本发明提出一种适用三相四线电力布线 情况下，通过AD采集A  B  C  N四相电流互感器数据，通过FFT算法，矢量计算剩余电流的方 法。 一种三相四线制下采集三相和零序电流计算剩余电流方法，包括如下步骤： 步骤1：四个电流互感器分别穿过A、B、C、N四相电缆，对电流互感器的输出使用AD 模数转换芯片的8个通道进行AD信号同步采集，8个通道AD每两个一组，同时采集三相电流 和零序电流模拟信号，把模拟信号转化成数字信号； 步骤2：采集电流互感器输出的数据后经过AD转换，通过芯片内部DMA缓存内部RAM 中，每隔预定时间从缓存RAM提取缓存数据； 步骤3：抽取缓存数据，使用基-4FFT算法进行处理计算； 步骤4：计算出10In通道基波值和1In额定值电流通道基波值； 步骤5：对每个通道，把FFT计算结果转换成真实有效值，计算出对应的实部和虚部 转换值； 步骤6：进行矢量和计算，转换频域实部相加、虚部相加； 步骤7：最后计算出剩余电流值。 进一步的，所述步骤1具体包括： 使用STM32F407芯片内部12位双同步AD模数转换器，8个通道AD信号同步采集，8个 通道AD同时采集三相电流和零序电流模拟信号，把模拟信号转化成数字信号，每两个通道 为一组，分四组，分别采集三相电流和零序电流模拟信号。 进一步的，所述步骤2具体包括： 步骤2：STM32F407芯片内部集成12位AD模数转换器，采集电流互感器数据后经过 AD转换，通过芯片内部DMA缓存内部RAM中，每隔20ms从缓存RAM提取缓存数据，每周波采集 电流256个数据，组成8组256点数据缓存。 进一步的，所述步骤3具体包括： 对8个通道数据，做256点基-4FFT运算后，交流信号时域信号转化成频域信号，信 号被分解成不同频率的直流量的频域实部和虚部，取50hz频域实部和虚部数据；数据分解 后，使用以下代号表示。 4电流通道，10倍额定值采集通道，FFT计算后，抽取50hz频域的实部和虚部数据： Real_IA1、Imag_IA1、Real_IB1、Imag_IB1、 Real_IC1、Imag_IC1、Real_Io1、Imag_Io1。 4电流通道，1倍额定值采集通道，FFT计算后，抽取50hz频域的实部和虚部数据： Real_IA2、Imag_IA2、Real_IB2、Imag_IB2、 Real_IC2、Imag_IC2、Real_Io2、Imag_Io2。 6 CN 111610358 A 说　明　书 3/7 页 其中： Real_IA1、Imag_IA1：A相10倍通道通过FFT运算后，抽取50hz频域实部和虚部； Real_IB1、Imag_IB1：B相10倍通道通过FFT运算后，抽取50hz频域实部和虚部； Real_IC1、Imag_IC1：C相10倍通道通过FFT运算后，抽取50hz频域实部和虚部； Real_Io1、Imag_Io1：N相10倍通道通过FFT运算后，抽取50hz频域实部和虚部； Real_IA2、Imag_IA2：A相1倍通道通过FFT运算后，抽取50hz频域实部和虚部； Real_IB2、Imag_IB2：B相1倍通道通过FFT运算后，抽取50hz频域实部和虚部； Real_IC2、Imag_IC2：C相1倍通道通过FFT运算后，抽取50hz频域实部和虚部； Real_Io2、Imag_Io2：N相1倍通道通过FFT运算后，抽取50hz频域实部和虚部。 进一步的，所述步骤4具体包括： 分别利用公式2计算出10In通道基波值和1In额定值电流通道基波值。 计算出电流基波值： IA1、IB1、IC1、Io1、IA2、IB2、IC2、Io2为各相8路采集信号；其中，In是电流额定范 围值， IA1、IB1、IC1、Io1是10In额定电流基波电流值； IA2、IB2、IC2、Io2是1In额定电流基波电流值； Real是FFT计算后转换频域50hz电流实部，Imag是FFT计算后转换域50hz电流虚 部；Kx代表对应的8个通道AD转换数据转换实际值的转换系数。 进一步的，所述步骤5具体包括： 根据每个通道AD采集电阻差异，把FFT计算结果转换成真实有效值，每个通道值除 以相应通道转换系数K；具体的，判断Ix1电流值小于In，使用1倍通道采集数据，使用公式3 和4计算实部和虚部转换值；Ix1大于或者等于In，使用10倍通道采集数据，使用公式5和6计 算实部和虚部转换值。 Real_Ix_k＝Real_Ix2/Kx2                       (3) Imag_Ix_k＝Real_Ix2/Kx2                      (4) Real_Ix_k＝Real_Ix1/Kx1                       (5) Imag_Ix_k＝Real_Ix1/Kx1                      (6) Real_Ix1和Imag_Ix1代表10In额定值IA1、IB1、IC1、Io1通道FFT计算实部和虚部； Real_Ix2和Imag_Ix2代表1In额定值IA2、IB2、IC2、Io2通道FFT计算实部和虚部； Kx1代表10In额定值IA1、IB1、IC1、Io1  AD采集通道转换系数：KA1、KB1、KC1、Ko1； Kx2代表1In额定值IA2、IB2、IC2、Io2  AD采集通道转换系数，KA2、KB2、KC2、Ko2； Real_Ix_k根据各自通道系数后，转换电流实际值，实部转换值：Real_IA_k、Real_ IB_k、Real_IC_k、Real_Io_k； Imag_Ix_k根据各自通道系数后，转换电流实际值，虚部转换值：Imag_IA_k、Imag_ IB_k、Imag_IC_k、Imag_Io_k。 进一步的，所述步骤6具体包括： 使用公式7和公式8，矢量和计算，转换频域实部相加、虚部相加： Real_S＝Real_IA_k Real_IB_k Real_IC_k Real_Io_k        (7) 7 CN 111610358 A 说　明　书 4/7 页 Imag_S＝Imag_IA_k Imag_IB_k Imag_IC_k Imag_Io_k       (8) Real_S  Imag_S是四相电流FFT计算后实部和虚部和计算结果。 进一步的，所述步骤7具体包括： 最后通过公式9计算出剩余电流值Ircd。 有益效果： 本发明的一种三相四线制下采集三相电流和零序电流计算剩余电流方法，相对于 现有技术，具备如下优点： 考虑到配电系统使用过程中，有些短路场合接触电阻比较大，短路电流比较小，但 是这种现象是接地短路了，剩余电流较小，此种算法既要兼容较大剩余电流测量，又要兼容 小电流测量。本发明能实现电流额定值0.2％～1000％剩余电流测量范围。 本发明针对三相四线制采集三相电流 零序电流(穿N线)，本发明使用四相电流采 样，通过四相电流矢量和方法，计算出剩余电流，这样解决大电流系统剩余零序电流保护需 求，同时客户不需要采购剩余电流互感器，减少经济成本。 本发明通过多种软硬件配合使用，解决工业或者主出线供电回路大电流配电系统 下使用剩余零序电流保护装置。 附图说明 图1：剩余电流互感器测量剩余电流方法； 图2：零序电流实现剩余电流保护接线图； 图3：三相四线制下4个电流互感器矢量计算剩余电流接线方法； 图4：快速傅里叶变换(FFT)算法计算剩余电流算法。