一种基于电流波形相邻采样点比值的识别拖尾电流的方法

文档序号:10510561阅读:346来源:国知局
一种基于电流波形相邻采样点比值的识别拖尾电流的方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于分析电流波形相邻采样点比值大小的识别拖尾电流的方法,计算电流波形相邻采样点的电流比值,若其比值连续落在设定区间内的时间超过设定的延时时间,则判定此时的电流为拖尾电流。由于故障电流相邻两采样点的比值大小仅在波形峰值处(波峰和波谷)的很小区间内满足和拖尾电流相类似的特点,因此,该方法能够在较短的时间内对拖尾电流做出正确判断。对于现在的微机保护装置,其采样周期很短,采样精度高且计算精度高,采用本发明的方法,可以做到用1/4个周波的时间正确识别出拖尾电流,大大提高了拖尾电流的识别速度。
【专利说明】
一种基于电流波形相邻采样点比值的识别拖尾电流的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种基于电流波形相邻采样点比值的识别拖尾电流的方法,属于电力 系统自动化技术领域。
【背景技术】
[0002] 当电力系统发生故障,故障元件保护检测到故障后动作出口跳闸,断路器跳开,切 除故障,CT 一次侧断开,一次绕组电流变为0。但对于大多数CT而言,这时的CT二次侧绕组电 流却不能立即变为0。当CT 一次侧电流在非零时断开,CT中的铁芯磁通不能突变。此时储存 在二次绕组中的能量将逐渐释放,在CT二次回路中将形成一个呈指数衰减的电流,即所谓 的拖尾电流。该放电回路是典型的一阶RL电路,计算得到的拖尾电流为:i(t) = IQXeT(tA), 其中:Ιο为CT一次侧断开时二次侧初始电流,τ为CT二次侧时间常数。即使CT一次侧在电流 为零时断开,由于励磁电流的存在使得CT 一、二次侧存在角差,二次侧在断开瞬间的电流也 同样不为〇,依然会产生拖尾现象,电流互感器的等效模型如图1所示。对于"P级"互感器,二 次时间常数较大,拖尾电流衰减较慢,通常要经过十几个周波才能衰减为〇,这将延长如过 流保护等保护元件的返回时间,如果以过流保护动作信号作为启失灵开入,误启失灵的概 率将大大增加,易导致失灵保护误动。此外,拖尾电流的存在也会导致差动保护误动。拖尾 电流既不是直流信号,也不是线性变化的信号,而是呈指数衰减的信号,对于微机保护而 言,所采用的采样滤波方法都不能完全地将该电流滤除,导致拖尾电流对微机保护的不利 影响始终存在。因此必须要对拖尾电流进行有效识别,降低拖尾电流对保护的不利影响,提 高保护装置动作的正确性和可靠性。目前对拖尾电流的识别方法研究较少,多集中于对波 形过零点的识别来区分拖尾电流和故障电流,但是,故障电流中较大的偏置电流有可能会 造成故障电流波形在1个周波内的过零点消失,从而导致采用波形过零点识别的方法失效。

【发明内容】

[0003] 本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷,提供一种基于电流波形相邻 采样点比值的识别拖尾电流的方法,基于分析电流波形上相邻采样点的比值大小,快速识 别拖尾电流,一旦识别出拖尾电流,立即闭锁相关保护功能,大大提高了相关保护的可靠 性。
[0004] 为解决上述技术问题,本发明提供一种基于电流波形相邻采样点比值的识别拖尾 电流的方法,包括以下步骤:
[0005] 1)确定符合拖尾电流波形特征的相邻两采样点的比值P,并对求得的P值做容错处 理,得到容错区间;
[0006] 2)确定识别拖尾电流逻辑的时间门槛;
[0007] 3)计算当前电流的真有效值Irms,当判断Irms大于给定电流门滥1 3时,进入步骤4) 的拖尾电流识别逻辑;否则,不进行拖尾电流识别;
[0008] 4)读取三相电流的某一相的当前点采样值Ik,并判断该相的上一电流采样值Ik-i 是否为0,若为0,将该采样点做容错处理,保证分母不为零,且不误判,然后转入步骤(5);若 不为〇,则不做任何处理,转入步骤(5);
[0009] 5)计算Ik/Ik-i的值Qk,并判断该值是否满足落在容错区间(ΙαΧΡ,ΒΧΡ)内;如果 该值落在容错区间内且上一点计算的比值Qh不落在区间内,如式(8),启动延时计算;如果 该点不落在区间内,如式(9),复归延时计算;如果当前计算的比值Qk和上一点计算的比值 Qk-i均落在区间内,如式(10),则进行时间累加;
[0010] (ki XP<QkANDQk<k2 XP)AND(Qk-i < ki XPORQk-i > k2 XP) (8)
[0011] Qk<kiXP0RQk>k2XP (9)
[0012] (ki X P < QkANDQk <k2XP)AND(kiXP< Qk-iANDQk-i < k2 X P) (10);
[0013]其中,1^和1?分别代表容错区间的上下边界系数;
[0014] 6)判断步骤5)的时间累加是否到时间门槛Td;若是,则确定该电流为拖尾电流,置 拖尾电流识别标志为1,否则将该标志清〇;
[0015] 7)保存当前采样值,如式(11);
[0016] Ik-i = Ik (11);
[0017] 8)按照步骤3)至步骤7)对其余两相电流进行拖尾电流的判断,并按照判断结果分 别给出相应的拖尾电流识别标志。
[0018] 前述的步骤1)中,P值的求解过程如下:
[0019] 拖尾电流的计算公式如下:
[0020] i(t) = I〇Xe-(tA) (1)
[0021] 其中:i(t)为拖尾电流,Ιο为CT一次侧断开时二次侧初始电流,τ为CT二次侧时间 常数,
[0022] 将公式(1)所表示的拖尾电流,进行离散化处理,分别取第k点和第k-Ι点的值,并 计算第k点和第k-Ι点的比值,如公式(2)所示:
[0024] 其中:I(kTs)表示第k点拖尾电流,I((k_l)Ts)表示第k-Ι点拖尾电流,1为微机保 护装置采样周期。
[0025]前述的步骤1)中,对?值做容错处理,得到容错区间为仏1乂?,1?乂?),其中汰1和1? 分别代表容错区间的上下边界系数,h取值范围为(0,l),k2取值范围为
[0026] 前述的步骤2)中,根据步骤1)中的容错区间(1^\?,1?\?),估计故障电流波形和 拖尾电流具有相似性的采样点数,设故障电流波峰处存在N!个点,在波谷处存在他个点,取 两者中较大的值,作为采样数据N,然后对采样数据N增加m点的余量,并将采样数据转化为 时间门槛T d:
[0027] Td=(N+m-l) XTs (5)
[0028] 其中,Ts为微机保护装置采样周期。
[0029]前述的步骤4)中,容错处理是指将该采样值做加上一个极小值△处理,确保处于 除数位置的采样值不为零,且该容错处理不会导致步骤5)出现误判,如式(7):
[0030] Ik-i = Ik-i+A (7)。
[0031] 前述的步骤1)中,确定相邻两采样点的比值,不代表这两个采样点必须连续,采用 不连续的两个采样点的比值同样适用。
[0032] 本发明所达到的有益效果:
[0033] 本发明方法通过分析拖尾电流波形和故障电流波形上相邻两个采样点比值大小 的变化规律,总结形成正确区分故障电流和拖尾电流的判据,由于故障电流相邻两采样点 的比值大小仅在波形峰值处(波峰和波谷)的很小区间内满足和拖尾电流相类似的特点,其 余区间内故障电流和拖尾电流的相邻两采样点的比值差别较大,因此,该方法能够在较短 的时间内对拖尾电流做出正确判断。鉴于现有微机保护高采样率、高采样精度和高计算精 度等特点,本发明方法仅用1/4周波时间可达到对拖尾电流的正确识别。
【附图说明】
[0034]图1是电流互感器模型;
[0035]图2是故障电流和拖尾电流波形图;
[0036]图3为本发明方法流程图。
[0037] 图1中,N1和N2代表一、二次绕组匝数,I'jPZ'p代表折算到二次侧的一次电流和阻 抗,UPZS代表二次电流和二次绕组阻抗,和代表励磁电流和励磁阻抗,Zd代表负荷阻 抗。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明 的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0039] 如图2所示,通过对拖尾电流和故障电流的波形分析可知,拖尾电流呈现指数函数 变化的特点,而故障电流呈正弦函数变化的特点。通过这两种函数离散化后相邻两个点的 进一步分析可知,对于拖尾电流,其波形上连续两个点之间的比值是一个小于1但很接近1 的恒定常数,记为P,该常数值仅由CT二次回路时间常数和采样周期常数唯一确定,和采样 值、采样点号无关;对于故障电流,其波形上连续两个点之间的比值不是一个恒定的常数, 记为Qk,它随米样点号的改变而改变。通过对P和Qk的分析可知,随着米样点号的改变,Qk中 仅有几个值是在P附近的区间。因此通过对采样波形连续两点比值的特点分析可知,故障电 流波形仅在很小的区间内和拖尾电流有相似性,在大部分区间,故障电流和拖尾电流差异 性较大,即通过采样波形连续两点比值的变化特征可以正确区分故障电流和拖尾电流。
[0040] 基于以上分析,本发明通过以下技术方案实现对拖尾电流的正确识别:
[0041] 如图3所示,本发明基于电流波形相邻采样点比值的识别拖尾电流的方法,包括以 下步骤:
[0042] (1)确定符合拖尾电流波形特征的相邻两采样点的比值P,并对求得的P值做容错 处理。
[0043] P值的求解过程如下:
[0044] 拖尾电流的计算公式如下:
[0045] i(t) = I〇Xe-(tA) (1)
[0046] 其中:i(t)为拖尾电流,Ιο为CT一次侧断开时二次侧初始电流,τ为CT二次侧时间 常数。
[0047]将公式(1)所表示的拖尾电流,进行离散化处理,分别取第k点和第k_l点的值,并 计算第k点和第k-Ι点的比值,如公式(2)所示。
[0049] 其中:I (kTs)表示第k点拖尾电流,I ((k-1 )TS)表示第k-Ι点拖尾电流,τ为CT二次侧 时间常数,Ts为微机保护装置采样周期。
[0050] 由上式(2)可知,τ和Ts都是常数,因此,该比值P是一个和采样值以及采样序号无 关的常数。电力系统中常用电磁式互感器中,"P级"互感器的二次时间常数为几秒以上, "TPY级"互感器时间常数也要在数百毫秒到一两秒,暂态特性较好的"TPZ级"互感器的二次 时间常数也有60毫秒之多。而现在微机保护,采样周期T s可以做到百微秒级,因此Ts/t很接 近〇,计算得到的值P将是一个小于1且非常接近于1的正数。通过对式(3)分析可知,正 弦函数只会在波形的峰值处(波峰和波谷)出现短时间的连续两个采样点比值与P值接近的 情况。考虑到故障电流中衰减偏置电流的影响,波峰和波谷处存在的与P值接近采样点数会 不同,设在波峰处存在他个点,在波谷处存在犯个点,本发明方法实施时,采样数据N两者中 较大的值,如式(4)。为提高判断的可靠性,对采样数据N增加m点的余量,并将采样点转化为 时间门槛Td,如式(5)所示,其中T s为采样周期。
[0052] N=max(Ni,N2) (4)
[0053] Td=(N+m-l) XTs (5)
[0054] T为电流周期,对于50Hz系统,T值为0.02s。Ts为采样周期,对于微机保护通常为数 百微秒。
[0055] 考虑微机保护的采样精度和计算精度,对P值做容错处理,容错区间为(h X P,k2 X P),即落在该区间内的点都认为是符合范围的点。其中,k#Pk2分别代表容错区间的上下边 界系数。ki取值范围为(0,l),k 2取值范围为(1,〇〇)。
[0056] 在本步骤中,以相邻连续的两个采样点第k点和第k-Ι点为例进行分析,计算第k点 和第k-Ι点的比值,但在本发明方法中不代表这两个采样点必须连续,本发明方法也适用于 采用不连续的两个采样点的比值。
[0057] (2)确定识别拖尾电流逻辑的时间门槛。
[0058] 根据步骤(1)中的区间(ΙαΧΡΛζΧΡ),估计故障电流波形和拖尾电流具有相似性 的采样点数,并根据式(5)计算出识别拖尾电流逻辑的时间门槛Td。
[0059] (3)计算当前电流的真有效值Irms,当判断Irms大于给定电流门滥Is时,进入步骤 (4)的拖尾电流识别逻辑;否则,不进行拖尾电流识别。
[0060] (4)读取三相电流的某一相的当前点采样值Ik,并判断该相的上一电流采样值Ik-l· 是否为〇,若为〇,将该采样点做容错处理,保证分母不为零,且不误判,然后转入步骤(5);若 不为〇,则不做任何处理,转入步骤(5)。
[0061] 容错处理是指将该采样值做加上一个极小值△处理,确保处于除数位置的采样值 不为零,且该容错处理不会导致步骤(5)出现误判,如式(7):
[0062] Ik-i = Ik-i+A (7)。
[0063] (5)计算Ik/Iw的值Qk,并判断该值是否满足落在区间(luXP,k 2XP)内;如果该值 落在区间内且上一点计算的比值Qk-i不落在区间内,如式(8),启动延时计算;如果该点不落 在区间内,如式(9),复归延时计算。如果当前计算的比值Qk和上一点计算的比值Qk-i均落在 区间内,如式(10 ),则进行时间累加;
[0064] (ki XP<QkANDQk<k2 XP)AND(Qk-i < ki XPORQk-i > k2 XP) (8)
[0065] Qk<kiXP0RQk>k2XP (9)
[0066] (ki XP<QkANDQk<k2XP)AND(kiXP<Qk-iANDQk-i<k2XP) (10)。
[0067] (6)判断步骤(5)的时间累加是否到时间门槛Td。若是,则确定该电流为拖尾电流, 置拖尾电流识别标志为1,否则将该标志清0。
[0068] (7)保存当前采样值,如式(11);
[0069] Ik-i = Ik (11)
[0070] (8)按照步骤(3)至步骤(7)对其余两相电流进行拖尾电流的判断,并按照判断结 果分别给出相应的拖尾电流识别标志,用以对保护元件进行分相闭锁。
[0071] 本发明基于分析电流波形上连续两个采样点的比值大小,快速可靠的识别拖尾电 流,判据简单且可靠。对于现在的微机保护装置,其采样周期很短,采样精度高且计算精度 高,系数1^和1?均很接近1,判据中的判断区间窄。因此采用本发明的方法,可以做到用1/4个 周波的时间正确识别出拖尾电流,提高了拖尾电流的识别速度,一旦识别出拖尾电流,立即 闭锁相关的保护功能,大大的提升保护装置的动作的可靠性和正确性。
[0072] 以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人 员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形 也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种基于电流波形相邻采样点比值的识别拖尾电流的方法,其特征在于,包括以下 步骤: 1) 确定符合拖尾电流波形特征的相邻两采样点的比值P,并对求得的P值做容错处理, 得到容错区间; 2) 确定识别拖尾电流逻辑的时间门槛; 3 )计算当前电流的真有效值Irms,当判断Irms大于给定电流门滥Is时,进入步骤4 )的拖尾 电流识别逻辑;否则,不进行拖尾电流识别; 4) 读取三相电流的某一相的当前点采样值Ik,并判断该相的上一电流采样值IW是否为 〇,若为〇,将该采样点做容错处理,保证分母不为零,且不误判,然后转入步骤(5);若不为0, 则不做任何处理,转入步骤(5); 5) 计算WIh的值Qk,并判断该值是否满足落在容错区间(luXP,k2XP)内;如果该值落 在容错区间内且上一点计算的比值Qk-i不落在区间内,如式(8),启动延时计算;如果该点不 落在区间内,如式(9 ),复归延时计算;如果当前计算的比值Qk和上一点计算的比值Qk-1均落 在区间内,如式(10 ),则进行时间累加; (ki XP<QkANDQk<k2 XP)AND(Qk-i < ki XPORQk-i > k2 XP) (8) Qk<kiXPORQk>k2XP (9) (ki X P < QkANDQk < k2 X P) AND (ki X P < Qk-lANDQk-1 < k2 X P) (10); 其中,kdPks*别代表容错区间的上下边界系数; 6) 判断步骤5)的时间累加是否到时间门槛Td;若是,则确定该电流为拖尾电流,置拖尾 电流识别标志为1,否则将该标志清0; 7) 保存当前采样值,如式(11); Ik-i = Ik (11); 8) 按照步骤3)至步骤7)对其余两相电流进行拖尾电流的判断,并按照判断结果分别给 出相应的拖尾电流识别标志。2. 根据权利要求1所述的一种基于电流波形相邻采样点比值的识别拖尾电流的方法, 其特征在于,所述步骤1)中,P值的求解过程如下: 拖尾电流的计算公式如下: i(t) = I〇Xe-(tA) (1) 其中:i(t)为拖尾电流,Ιο为CT一次侧断开时二次侧初始电流,τ为CT二次侧时间常数, 将公式(1)所表示的拖尾电流,进行离散化处理,分别取第k点和第k-Ι点的值,并计算 第让点和第k-Ι点的比值,如公式⑵所示:(2) 只r τ : 1/ ,1、、^ i )TS)表不弟k-Ι点拖尾电流,Ts为微机保护装 置采样周期。3. 根据权利要求1所述的一种基于电流波形相邻采样点比值的识别拖尾电流的方法, 其特征在于,所述步骤1)中,对?值做容错处理,得到容错区间为仏 1\?,1?\?),其中汰1和 k2分别代表容错区间的上下边界系数,h取值范围为(0,l),k2取值范围为(1,~)。4. 根据权利要求3所述的一种基于电流波形相邻采样点比值的识别拖尾电流的方法, 其特征在于,所述步骤2)中,根据步骤1)中的容错区间(luXP,k2XP),估计故障电流波形和 拖尾电流具有相似性的采样点数,设故障电流波峰处存在N!个点,在波谷处存在他个点,取 两者中较大的值,作为采样数据N,然后对采样数据N增加 m点的余量,并将采样数据转化为 时间门槛Td: Td=(N+m-l)XTs (5) 其中,Ts为微机保护装置采样周期。5. 根据权利要求1所述的一种基于电流波形相邻采样点比值的识别拖尾电流的方法, 其特征在于,所述步骤4)中,容错处理是指将该采样值做加上一个极小值△处理,确保处于 除数位置的采样值不为零,且该容错处理不会导致步骤5)出现误判,如式(7): Ik-i = Ik-l+A (7)〇6. 根据权利要求1所述的一种基于电流波形相邻采样点比值的识别拖尾电流的方法, 其特征在于,所述步骤1)中,确定相邻两采样点的比值,不代表这两个采样点必须连续,采 用不连续的两个采样点的比值同样适用。
【文档编号】G01R19/00GK105866511SQ201610368599
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】万洛飞, 李志坚, 潘书燕, 郑玉平, 汤大海, 宋斌, 吴崇昊, 陈永明, 江源, 赵瑞辰, 王中浪, 余姿雨, 李静
【申请人】国电南瑞科技股份有限公司, 国电南瑞南京控制系统有限公司, 国网江苏省电力公司镇江供电公司
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