一种基于RSM预测模型的断路器控制方法及系统

摘要

本发明公开一种基于RSM预测模型的断路器控制方法及系统，所述方法包括：分析并确定影响断路器热量累积/消散的因素，并获取影响因素的历史数据及对应的热量累积/消散的历史估算数据；通过响应曲面法构建RSM预测模型，通过RSM预测模型拟合影响因素的历史数据与热量累积/消散的历史估算数据之间的对应关系；将断路器不同时刻的影响因素实时数据输入RSM预测模型，分别得到不同时刻热量累积/消散的估计值；根据不同时刻热量累积/消散的估计值绘制实时热量累积/消散曲线；根据实时热量累积/消散曲线进行断路器分合控制。本发明在不增加硬件电路、无需复杂软件算法的前提下即可实现断路器热量累积/消散的模拟和断电时间的计算，简单实用。

说明书

技术领域

本发明属于断路器控制技术领域，具体涉及一种基于RSM预测模型的断路器控制方法及系统。

背景技术

断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置断路器。可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件。为防止断路器或电动机承受反复或周期性过载，出现烧毁的现象，一般要求继电保护电器具有较好的过流合闸再脱扣能力，即脱扣后短时间合闸时再过流能在较短时间内再脱扣的能力。继电保护需要跟踪并记录过载电流的热效应，当周期性过载热效应积累达到预定水平时，断路器或电动机跳闸。

现有技术一般是通过增加硬件电路的方式进行闭环调整，增加了硬件开销，且过载电流的热效应的跟踪记录都存在一定的滞后性。在芯片生产等工厂生产加工的过程中，突然停电或者停电时间过长可能造成半成品损坏或芯片报废，因此在保护电路的同时还需要合理控制断电时间。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种基于RSM预测模型的断路器控制方法及系统、设备、存储介质，用于解决断路器过载电流热效应的跟踪记录过度依赖硬件电路的问题，可应用于芯片加工生产等领域。

本发明第一方面，公开一种基于RSM预测模型的断路器控制方法，所述方法包括：

分析并确定影响断路器热量累积/消散的因素，并获取影响因素的历史数据及对应的热量累积/消散的历史估算数据；

通过响应曲面法构建RSM预测模型，通过RSM预测模型拟合影响因素的历史数据与热量累积/消散的历史估算数据之间的对应关系；

将断路器不同时刻的影响因素实时数据输入RSM预测模型，分别得到不同时刻热量累积/消散的估计值；

根据不同时刻热量累积/消散的估计值绘制实时热量累积/消散曲线；

根据实时热量累积/消散曲线进行断路器分合控制。

优选的，所述断路器热量累积/消散的影响因素包括：

断路器环境温度、断路器累计分合次数、过载电流、持续时间，所述持续时间以一个热量累积/消散周期内电流首次超过设定电流阈值的时刻为零时。

优选的，所述RSM预测模型为：

其中，

优选的，根据实时热量累积/消散曲线进行断路器分合控制具体包括：

分别设置热量累积阈值

优选的，所述计算最佳的分合闸时间具体包括：

基于实时热量累积曲线、实时热量消散曲线的曲线变化率构建分闸时刻、合闸时刻与热量累积阈值

以断电时间最短且分合闸总次数最少为优化目标建立分合闸时间优化模型；

求解分合闸时间优化模型的最小值，得到最佳的分闸时刻、合闸时刻。

优选的，所述约束关系的表达式为：

其中，

优选的，所述分合闸时间优化模型的表达式为：

其中，

本发明第二方面，公开一种基于RSM预测模型的断路器控制系统，所述系统包括：

数据获取模块：分析并确定影响断路器热量累积/消散的因素，并获取影响因素的历史数据及对应的热量累积/消散的历史估算数据；

模型构建模块：通过响应曲面法构建RSM预测模型，通过RSM预测模型拟合影响因素的历史数据与热量累积/消散的历史估算数据之间的对应关系；

实时预测模块：将断路器不同时刻的影响因素实时数据输入RSM预测模型，分别得到不同时刻热量累积/消散的估计值；根据不同时刻热量累积/消散的估计值绘制实时热量累积/消散曲线；

分合控制模块：根据实时热量累积/消散曲线进行断路器分合控制。

本发明第三方面，公开一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；

其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以实现如本发明第一方面所述的方法。

本发明第四方面，公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机实现如本发明第一方面所述的方法。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

1）分析确定了影响断路器热量累积/消散的因素，除了考虑过载电流大小、持续时间等影响断路器热量累积/消散的直接影响因素，还考虑了工作环境温度改变、因使用时间增加的老化等潜在的间接影响因素，使其更接近于实际的断路器热量累积/消散过程，热量累积/消散的计算更准确。

2）本发明通过响应曲面法构建RSM预测模型，通过RSM预测模型拟合影响热量累积/消散的影响因素的历史数据与热量累积/消散的历史估算数据之间的对应关系，可分别得到当前断路器在不同时刻热量累积/消散的估计值，从而得到实时热量累积/消散曲线。本发明充分挖掘历史大数据中影响因素与热量累积/消散数据之间的关系，在不增加硬件电路、无需复杂软件算法的前提下即可实现断路器热量累积/消散的模拟，简单实用。

3）本发明基于实时热量累积曲线、实时热量消散曲线的曲线变化率构建分闸时刻、合闸时刻与热量累积阈值

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的断路器控制方法流程示意图；

图2为本发明计算最佳的分闸时刻、合闸时刻的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明公开一种基于RSM预测模型的断路器控制方法，所述方法包括：

S1、分析并确定影响断路器热量累积/消散的因素，并获取影响因素的历史数据及对应的热量累积/消散的历史估算数据。

断路器的实时过载电流、持续时间是影响断路器热量累积/消散的直接因素，而随着断路器工作环境改变、使用时间增加，断路器热量累积/消散过程也可能发生变化，因此，所述断路器热量累积/消散的影响因素包括：断路器工作的环境温度、断路器累计分合次数、过载电流、持续时间，还可以进一步包括三相功率、断路器拓扑结构、断路器动作时间等，其中工作的环境温度不同，断路器热量累积或消散的速率可能不同，断路器累计分合次数过多会造成断路器老化，也可能对断路器热量累积或消散产生影响。本实施例以断路器环境温度、断路器累计分合次数、过载电流、持续时间等影响较大的因素为例进行断路器控制。所述持续时间以一个热量累积/消散周期内电流首次超过设定电流阈值的时刻为零时，即从电流首次超过设定电流阈值的时刻开始计时。

S2、通过响应曲面法（

所述RSM预测模型为：

其中，

S3、将断路器不同时刻的影响因素实时数据输入RSM预测模型，分别得到不同时刻热量累积/消散的估计值。

S4、根据不同时刻热量累积/消散的估计值绘制实时热量累积/消散曲线；

具体的，在一个热量累积/消散周期内，以持续时间为横坐标，以不同时刻对应的热量累积或消散的估计值为纵坐标，实时绘制热量累积曲线和实时热量消散曲线。

本发明通过响应曲面法构建RSM预测模型，通过RSM预测模型拟合影响热量累积/消散的影响因素的历史数据与热量累积/消散的历史估算数据之间的对应关系，可分别得到当前断路器在不同时刻热量累积/消散的估计值，从而得到实时热量累积/消散曲线。本发明通过充分挖掘历史大数据中影响因素与热量累积/消散数据之间的关系，在不增加硬件电路、无需复杂软件算法的前提下即可实现断路器热量累积/消散的模拟，简单实用。

S5、根据实时热量累积/消散曲线进行断路器分合控制，具体包括：

S51、分别设置热量累积阈值

S52、根据热量累积阈值

步骤S52进一步包括如下分步骤：

S521、基于实时热量累积曲线、实时热量消散曲线的曲线变化率构建分闸时刻、合闸时刻与热量累积阈值

所述约束关系的表达式为：

其中，

由于热量累积阈值

S522、以断电时间最短且分合闸总次数最少为优化目标建立分合闸时间优化模型；所述分合闸时间优化模型的表达式为：

其中，

S523、求解分合闸时间优化模型的最小值，得到最佳的分闸时间、合闸时间。

上述分合闸时间优化模型

S53、根据最佳的分闸时刻、合闸时刻进行断路器分合控制。

常规的断路器热记忆保护方法是设置热量累积阈值或热量消散阈值，这些阈值都是经验阈值，且一经设定很少更改，然而随着断路器工作环境变化、老化磨损等原因，其热量累积或热量消散过程会发生变化，原有的经验阈值往往效果不佳。

因此，本发明在热量累积阈值、热量消散阈值的基础上，结合实时热量累积曲线、实时热量消散曲线的曲线变化率对分闸时刻、合闸时刻进行微调，使其在保护用电器安全的基础上断电时间最短，更加符合实际需求。

与上述方法实施例相对应，本发明还提出一种基于RSM预测模型的断路器控制系统，所述系统包括：

数据获取模块：分析并确定影响断路器热量累积/消散的因素，并获取影响因素的历史数据及对应的热量累积/消散的历史估算数据；

模型构建模块：通过响应曲面法构建RSM预测模型，通过RSM预测模型拟合影响因素的历史数据与热量累积/消散的历史估算数据之间的对应关系；

实时预测模块：将断路器不同时刻的影响因素实时数据输入RSM预测模型，分别得到不同时刻热量累积/消散的估计值；根据不同时刻热量累积/消散的估计值绘制实时热量累积/消散曲线；

分合控制模块：根据实时热量累积/消散曲线进行断路器分合控制。

本发明还公开一种电子设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；其中，所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以实现本发明前述的方法。

本发明还公开一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机实现本发明实施例所述方法的全部或部分步骤。所述存储介质包括：U盘、移动硬盘、只议存储器ROM、随机存取存储器RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。