【正文】 當(dāng)在同一電壓上建立獨立的多級 AFCI 系統(tǒng)后，每個系統(tǒng)具備獨立的處理、關(guān)斷電弧的能力，處理單元應(yīng)具有良好的網(wǎng)絡(luò)能力，將處理信息發(fā)送給智能電網(wǎng)的中央管理系統(tǒng)，中央管理系統(tǒng)定義為一個大型的計算機(jī)處理系統(tǒng)，負(fù)責(zé)配電，測量，輸電，管理等諸多核心事宜，中央管理系統(tǒng)此時需要將各個多級AFCI 系統(tǒng)的信息進(jìn)行收集，收集內(nèi)容包括電弧的位置，強度，時間。根據(jù)斷路時間的需要，建議不應(yīng)超過五級，過于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，會導(dǎo)致誤碼率升 高，從而導(dǎo)致總處理單元的判定結(jié)果出現(xiàn)偏差，從而使之前的工作前功盡棄。 . . 第 5章 智能電網(wǎng)中多級 AFCI 應(yīng)用模型 智能電網(wǎng) AFCI 總架構(gòu)概念圖 鑒于上 章 的討論， 現(xiàn)在就可以給出在智能電網(wǎng)中的 AFCI 總架構(gòu)圖，在未來復(fù)雜的電力系統(tǒng)中，我們將采用相同電壓下多級 AFCI，如 220v 多級 AFCI,380v多級 AFCI 等，也就是說在在一個電壓在實現(xiàn)的多級 AFCI 連接，級數(shù)在二級到幾十級不等，可以根據(jù)實際情 況進(jìn)行調(diào)節(jié)，同一電壓下的所有 AFCI 可以自帶處理單元，也可以僅進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后將故障電弧數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇偺幚韱卧浑妷涸谥辉O(shè)置一個總處理單元，進(jìn)行對采集數(shù)據(jù)的分析，以及控制 AFCI 進(jìn)行正確的關(guān)斷，這將是一個多級 AFCI 的核心設(shè)備，它的計算能力會根據(jù) AFCI 級數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑鰷p，若其他的 AFCI 具有算法分析能力，亦可分擔(dān)總處理單元的分析工作。 所以在五級 AFCI 應(yīng)追求更優(yōu)秀的算法可以將指數(shù)算法轉(zhuǎn)換成其他可以接受的算法，以及更快速的處理器。首先可以確定的是，這些時間是不會改變的： UL 標(biāo)準(zhǔn)關(guān)斷上限為 ，斷路器物理關(guān)斷時間為 , 而處理時間 。同時分析并進(jìn)行保存。 2）其后，當(dāng)收到該 AFCI 確認(rèn)其為故障電弧時，總處理單元亦會收到來自其他 AFCI 的故障電弧報告，通過對這些信息的分析，判斷出電弧的具體位置，并發(fā)送給響應(yīng)的 AFCI，告知其關(guān)斷電弧。 3）故障電弧的波形：在發(fā)送完故障電弧信號后， AFCI 應(yīng)將發(fā)現(xiàn)電弧時的波形發(fā)送到總處理單元，總處理 單元會將這些電弧波形匯總、處理以及儲存。需要進(jìn)一步進(jìn)行檢測。所以，我們必須保證所有的 AFCI 是正常工作的，因此，筆者認(rèn)為，在平常情況下各個 AFCI 應(yīng)該定期的給主處理單元發(fā)生信息，以證明其在正常的監(jiān)控中，這個周期應(yīng)定義在 10 分鐘至一個小時的范圍內(nèi)，太長的時間容易遺漏 AFCI自身發(fā)生故障，而時間太短意味著信息過于頻繁而浪費網(wǎng)絡(luò)資源。但如果存在路由擴(kuò)展頭的話，目的地址可能是發(fā)送方路由表中下一個路由器接口。 源地址： 128 位，發(fā)送方主機(jī)地址。 跳段數(shù)限制： 8 位，類似于 IPv4 的 TTL（生命期）字段，用包在路由器之間的轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)來限定包的生命期。負(fù)載長度包括擴(kuò)展頭和上層 PDU， 16 位最多可表示 65535 字節(jié)負(fù)載長度。如果不要求路由器做特殊處理，則該字段值置為“ 0”。該字段用于某些對連接的服務(wù)質(zhì)量有特殊要求的通信，諸如音頻或視頻等實時數(shù)據(jù)傳輸。 版本號： 4 位， IP 協(xié)議版本號 通信類別： 8 位，指示 IPv6 數(shù)據(jù)流通信類別或優(yōu)先級。 對 信號通訊的要求以及選擇 隨著 IPv6 的技術(shù)的發(fā)展，它將原有的 IPv4 給與我們的 IP 地址增加的 2 的96 次方倍，使得一物一 IP 的想法得到的發(fā)展，可能在不久的將來我們的許多事物都會被附上一個 IP 地址，不僅可以是一臺電腦，一部手機(jī)等電子設(shè)備，還可能是一把鑰匙，一個錢包，甚至是一棵樹，一個人。 當(dāng)然在未來的智能電網(wǎng)建設(shè)中，電網(wǎng)需要建立各種高級的檢測體系，如智能電表，數(shù)字計量管理系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)都要求電網(wǎng)需要高度 的網(wǎng)絡(luò)化，也就是說，雙線系統(tǒng)的中的數(shù)據(jù)傳輸線不僅是傳輸 AFCI 的故障電弧信號，傳輸?shù)膬?nèi)容可以是多樣的，如電表的信息，各種其他故障的信息，以及各種綜合管理信息等等。 當(dāng)然單線的 AFCI 系統(tǒng)有很大的局限性， 首先，單線系統(tǒng)需要加裝一個信號的發(fā)射器，使 AFCI 可以在電力線上傳輸數(shù)據(jù)信號；其次，單線系統(tǒng)是不能與雙線系統(tǒng)通用的，也是就是說在單線系統(tǒng)中不能有雙線的多級 AFCI 存在，否則就會影響系統(tǒng)的整體工作性能，單線系統(tǒng)必須是在一個封閉的系統(tǒng)中完整的應(yīng)用。 當(dāng)然也有可能性使 AFCI 的判斷信號直接在電力的傳輸線上行走，也就是在電力傳輸線上完成電力和數(shù)據(jù)的單線傳輸，但這個方案需要在 AFCI 上加裝一個信號的發(fā)射裝置，這個發(fā)射裝置的電壓級應(yīng)與傳輸電壓保持在一個數(shù)量級上，在結(jié)構(gòu)上，中央處理單元將與最高級的 AFCI 結(jié)合，如圖 所示： . . 圖 雙線傳輸示意圖 在檢測 到故障電弧時，下級的 AFCI 將發(fā)射一個類電弧信號的脈沖，通信協(xié)議需要重新定義，意為此處發(fā)現(xiàn)故障電弧，是否關(guān)斷，請指示，最高級的 AFCI通 過其信號采集收集到所有的脈沖信號后 ，就可以通過上章中所示的方法進(jìn)行判定，在樹形結(jié)構(gòu)中理論上只需要關(guān)斷一個 AFCI 就可以達(dá)到保護(hù)電路的目的，所以只需要發(fā)射一個帶有該 AFCI 的識別碼的關(guān)斷信號脈沖，該 AFCI 通過采集信號就可以判斷出來，關(guān)斷自己。 單線與雙線結(jié)構(gòu)的可能性 在上文中提及，多級 AFCI 需要 將電力傳輸線及數(shù)據(jù)傳輸線分置，采用雙線的結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，所有的信號與控制命令都在數(shù)據(jù)傳輸線上進(jìn)行傳輸。 可以得出以下的結(jié)論， 多級 AFCI 應(yīng) 在不同的電壓級上分別的建立。 而僅從變電所角度來看，更多的防止電弧的工作會 交給銷弧線圈等物理元件來進(jìn)行，我們僅僅需要做到檢測到電弧， 然后報告給信息中心。 1 2 4 3 5 . . 不同電壓下的多級 AFCI 在全網(wǎng)中實現(xiàn)多級的 AFCI，就必須考慮到在不同的電壓環(huán)境下實現(xiàn)正確的故障電弧檢測，就我國考慮，在輸電的過程中存在著 220v， 380v， 10kv， 35kv，110kv， 220kv， 500kv 等諸多的輸電電壓等級，若要在智能電網(wǎng)中全面的應(yīng)用AFCI，勢必要考慮到在不同的電壓環(huán)境下 AFCI 是否會產(chǎn)生干擾。因此在設(shè)計算法的過程中，需要對關(guān)斷多個 AFCI 進(jìn)行優(yōu)化，保證此條線路被完全的關(guān)斷。在測算的時候，我們應(yīng)該盡量保證多點的測算，點越多意味著測算的越精確，但也意味著算法的越復(fù)雜。本文的算法都是基于樹形的輸電結(jié)構(gòu)，若要將上文的算法應(yīng)用 到網(wǎng)狀是有困難的，因為上文算法屬于一種追溯算法，一旦有了多個父類就無法找到對象，所以在沒有找到合適的算法時，本文只能提出自己的一些想法，以供參考： 首先我們可以想到的通過各 AFCI 接收到電弧信號的時間判斷出其到故障電弧點的距離， 當(dāng) 電網(wǎng)形成網(wǎng)狀時，就需要記錄下各個 AFCI 發(fā)生電弧的發(fā)生時間，由于各 AFCI 記錄下的發(fā)生時間各不相同，我們就可以通過信號的傳播速度計算出信號傳播的距離，通過多點的綜合的測距判斷出電弧的發(fā)生位置。 算法流程圖 ，如圖 所示 如下： . . 圖 三級 AFCI算法流程圖 同理我們可以給四級 AFCI 的構(gòu)建方法，以及以后多級 AFCI 的構(gòu)建方法，但是這個方法 只能應(yīng)用于樹形架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，也就是說一個父 AFCI 可以連接多個子AFCI，而子 AFCI 不能連接到多個父 AFCI，在這里就有一定的局限性，還有就是現(xiàn)在的討論基于的是相同電壓的條件。 若其他同父 AFCI 有的發(fā)現(xiàn)有的沒發(fā)現(xiàn)，則認(rèn)為這個情況是錯誤的，因重新初始化計算。這里還有一種特殊的情況，就是此一級 AFCI 并無其他的同父 AFCI，只有它和二級 AFCI 形成串聯(lián)，這種情況我們從實際安全角度上出發(fā)，因判定電弧沒有發(fā)生在一級，因向上查找。 這里我們列出了可能性的總表，其中 31 管轄 2 2 23， 21 管轄1 1 13， 22 管轄 1 1 16， 23 管轄 1 1 19，如表 所示 ： 表 三級 AFCI關(guān)斷可能性總表 關(guān)斷AFCI 31 21 11 12 13 22 14 15 16 23 17 18 19 31 y y y y y y y y y y y y y 21 y y y y y 11 y y y 12 y y y 13 y y y 22 y y y y y 14 y y y 15 y y y 16 y y y 23 y y y y y 17 y y y 18 y y y 19 y y y . . 表中可以找到與二級 AFCI 相同的規(guī)律，即： 1）在下級發(fā)生電弧時，只有當(dāng)前 AFCI 和它上級 AFCI 可以檢測到故障電弧信號 2）在上級發(fā)生電弧時，當(dāng)前上級 AFCI 和它所轄的所有 AFCI 都可以檢測到故障電弧信號 基于這兩點，我們可以得出以下一些結(jié)論： 1）不管何處發(fā)生了故障電弧，必有一個根節(jié)點檢測到 2）發(fā)生電弧時， 31 必然能檢測到 3）必然有 3 個 AFCI 可以檢測到，包括一個三級，一個兩級，一個一級。 三級發(fā)生故障電弧的三級 AFCI 系統(tǒng) 當(dāng)三級處發(fā)生故障電弧時，根 據(jù)上文對二級 AFCI 的討論，我們對可以推出的表達(dá)式： 因為 , 與 是相同的系統(tǒng)，所以就可以推出以下的結(jié)論 ，如表 所示： 表 三級上級 AFCI發(fā)生電弧關(guān)斷要求 電壓 電流 檢測可能性 正確關(guān)斷 Y Y Y N Y N . . Y N 三級以下 發(fā)生故障電弧的三級 AFCI 系統(tǒng) 當(dāng)三級以下發(fā)生電弧時，我們考慮到故障電弧可能發(fā)生在一級或是二級，在這里我們將下級看作一個系統(tǒng)進(jìn)行討論，避免的系統(tǒng)的復(fù)雜化，因為不管是一級或是二級發(fā)生故障電弧兩級內(nèi)的負(fù)載就都會發(fā)生變化，根據(jù)這個特性我們就可以參照二級模式給出等式： 在這里， , 不會受到影響 而 表達(dá)為 這樣我就可以得出在下三級以下發(fā)生電弧的結(jié)論 ，如表 所示 ： 表 三級下級 AFCI發(fā)生電弧關(guān)斷要求 電壓 電流 檢測可能性 正確關(guān)斷 Y N Y Y N N N N 至此，根據(jù)計算，我們可以發(fā)現(xiàn)，三級 AFCI 系統(tǒng)亦可以用兩級 AFCI 取代得出，這就說明三級 AFCI 結(jié)構(gòu)可以模仿二級系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行操作，其算法也與. . 兩級算法有相似之處。 多級 AFCI 模型 當(dāng)討論完兩級 AFCI 電路，我們就可以繼續(xù)向 多級的 AFCI 進(jìn)發(fā)，但是在此處，除了在兩級 AFCI 提出的約束條件之外，還需要添加一個重要的約束條件，就是必須要在 相同的電壓下此處的多級 AFCI 才能得以實現(xiàn)，在這個條件下，我們就可以進(jìn)行以下的討論： 基于 對兩級 AFCI 的討論， 可以采用上文的方法，在這里我們可以將兩級AFCI以下的電路看作一體，兩級 AFCI下電路的阻抗可以定義成 ,其中 2代表它的級數(shù)，而 n 代表它的個 數(shù)，它是一個根據(jù)用戶用電需求不斷變化的值，但是在一點時間內(nèi)， 可以把它看成是一個是時不變的系統(tǒng)，如圖 所示： 圖 三級 AFCI電路模型 可以看到 3 個兩級 AFCI 同時并聯(lián)在一個 AFCI 上，從而形成了一個三級 AFCI系統(tǒng)，在這里 可以按照上文的方法進(jìn)行討論 . . 正常工作的三級 AFCI 系統(tǒng) 在正常的三級 AFCI 中， 可以根據(jù)二級的思路得到以下一些等式 其中 是下級三個 AFCI產(chǎn)生的復(fù)合負(fù)載。 針對兩級的 AFCI電路，我們還是遵 循 UL1699在檢測出故障電弧后 斷故障電路的要求，現(xiàn)在市場上可以買到的斷路器一般的物理跳閘時間為 30ms或更短，而處理信號的時間根據(jù)算法的不同而有不同的響應(yīng)時間，這里我們?nèi)∫粋€比較的中間值 10ms 作為處理時間，這里的處理時間指的是，單個 AFCI 處理一次故障電弧信號所需要的時間。表三就顯示出當(dāng) AFCI1 下負(fù)載發(fā)生電弧各個 AFCI的工作情況。它的長短取決于各 AFCI 之間的協(xié)助，在信號等待時間之后， AFCI 可以決定是否關(guān)斷此電路。在檢測出電弧到斷電實際所需的時間。 兩級 AFCI時間分析 在以上假設(shè)的基礎(chǔ)上，我們定義以下時間參數(shù)： 1）關(guān)斷時間：使用 UL1699， AFCI 必須在一個指定的時間內(nèi)檢測出電路故障并關(guān)斷電路。} . . 當(dāng)然這種算法僅適用于兩級 AFCI，也僅適用于樹形結(jié)構(gòu)的 AFCI 網(wǎng)絡(luò)。 Case (AFCI0=y || AFCI1=n || AFCI2=n || AFCI3=n || AFCI4=y): open AFCI4。 Case (AFCI0=y || AFCI1=n || AFCI2=y || AFCI3=n || AFCI4=n): open AFCI2。 基于這種考慮，可以給出算法的概念 Switch{ Case (AFCI0=y ||