專利名稱：一種短路故障電流模型及基于此模型的電流零點預測算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力高壓開關(guān)領(lǐng)域，涉及一種短路故障電流模型及基于此模型的電流零點預測算法。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)運行過程中，時常會發(fā)生故障，如短路故障。當這類故障發(fā)生時，線路上的斷路器需要立即分斷電路以保護連接在系統(tǒng)上的其它設(shè)備。高壓交流斷路器開斷過程中會產(chǎn)生電弧，當電流過零且觸頭開距足夠時，電弧熄滅。在電流開斷過程中，斷路器的開觸頭承受很高的電弧熱壓力和絕緣強度壓力，為了保證短路故障電流的成功開斷，要求觸頭在電流過零點前有一個最小的開距。這個開距對應電流在電流零點成功開斷前的最小燃弧時間。而過長的燃弧時間會給滅弧室注入大量熱量，使觸頭燒蝕嚴重，減少斷路器的壽命，因此預計短路故障電流的行為并在系統(tǒng)響應時間內(nèi)快速預測電流零點，選擇最佳燃弧時間開斷電流，實現(xiàn)短路故障電流的選相開斷 (controlled faultinterruption，CFI)具有重要意義。短路故障電流選相開斷(CFI)比穩(wěn)態(tài)電力系統(tǒng)中的負載相控投切困難。這是由短路故障電流的暫態(tài)特性決定的，表現(xiàn)為非周期性，而它使電流零點難以預測。

圖1描述了短路故障的開斷過程，在一般的非選相分斷過程中(non-CFI)，短路故障在、時刻發(fā)生，保護系統(tǒng)經(jīng)過一段響應時間tPTOT后(繼電保護系統(tǒng)完成故障檢測和處理需要的時間)，在、時刻發(fā)出分閘命令，經(jīng)過斷路器的固有分閘時間t。B ^pen后觸頭分離，再經(jīng)過一段燃弧時間tAKC DIKECT后在電流零點處熄弧，完成開斷過程。選相開斷(CFI)的過程則是在短路故障發(fā)生后，找到一個目標電流零點T，在特定的時刻、給出斷路器分閘命令， 使得斷路器觸頭在t3時刻分離后，經(jīng)過最佳燃弧時間tTAKeETAK，在目標電流零點處熄弧，完成開斷過程?？梢娨瓿蛇x相開斷的任務(wù)，首先要預測目標電流零點。在近年來的短路故障電流選相開斷(CFI)方案中，通常用于預測電流的故障電流模型如下，I (t) = X1 · sin ω t+X2 · cos ω t+X3 · exp (_t/ τ ) (1)其中t為時間，ω為電源角頻率，τ為電路時間常數(shù)，I(t)為電流，X1J2J3為三個待定參數(shù)。P艦i/提出了“安全點算法”預測短路電流過零點(Poltl A，F(xiàn)rOhlich K. A newalgorithm enabling controlled short circuit interruption[J]. IEEE Trans. Power Delivery, July2003, Vol. 18(3) :802-808.)。該算法定義了三類安全點，針對不同的故障類型，使用不同的安全點替代過零點作為選相開斷的目標相位，并因此提出了一種快速識別短路故障類型的算法。但是，由于所用的電流模型過于簡單，將直流衰減分量作為常數(shù)處理，算法的精度不高。文獻(Thomas R. An adaptive self-checkingalgorithm for control led fault interruption. International Conference on Power SystemsTransients, Montreal, Canada, June 19-23,2005, No. IPST05-011)提出了基于自適應神經(jīng)元的短路電流參數(shù)提取算法；并使用加權(quán)遞歸最小均方根算法辨識短路電流參數(shù)。以上算法都是將短路故障電流的非周期分量做泰勒級數(shù)展開，在短路故障發(fā)生后，根據(jù)采樣的電流和電壓值，使用某種算法來求取各未知量。各算法都有共同的困難之處，即對指數(shù)函數(shù)的處理，在系統(tǒng)回路的時間常數(shù)很小的時候，難以收斂到真值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種更通用的短路故障電流模型，并基于此模型對短路故障電流零點實現(xiàn)快速預測。本發(fā)明的技術(shù)方案是在本發(fā)明中，提出如下電流模型I (t) = A · I (t_Ts)+B · sincot+C · coscot (2)式中，t為時間，Ts為采樣間隔周期，ω為電源角頻率，I(t)為當前時刻的電流， I (t-Ts)為上一時刻的電流，A、B、C為三個待定參數(shù)。對于穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，A、B、C的值是不變的。以下是基于此模型的電流零點預測算法。若已知電流采樣點I (t)、I (t+Ts)、I (t+2Ts) ...I (T+nTs)，由式(2)可得
權(quán)利要求
1.一種短路故障電流模型，用于實現(xiàn)短路故障電流的選相開斷(CFI)，其特征在于，電流表達式為I (t) = A · I (t-Ts) +B · sin ω t+C · cos ω t式中，t為時間，Ts為采樣間隔周期，ω為電源角頻率，I(t)為當前時刻的電流， I (t-Ts)為上一時刻的電流，A、B、C為三個待定參數(shù)。
2.基于權(quán)利要求1所述模型的電流零點預測算法，其特征在于，使用漸消記憶遞推最小二乘法來求得A、B、C的值，得出電流表達式，從而預測電流零點；若已知采樣點I (t)、 I (t+Ts)、I (t+2Ts)... I (t+nTs)，則有Γ I(t + Ts) Γ I{t) sin6>(/+ Ts.) cos0(t + Ts) I(t + 2TS) I(t + Ts) sina(t + 2T,) cosa(t + 2Ts)‘ = ‘ ι χ 5I' * *I· ■ ·■ · ·■ · *ιy(t + nTs) \_I(t + (n-V)Ts) sinm(t + nTs) cosiy(i + D」L」如果用[Y]表示左側(cè)的電流采樣值矩陣，用[H]表示上式右側(cè)的系數(shù)矩陣，用[X]表示待定參數(shù)組成的矩陣，y(k+l) = I(t+Ts)，h(k+1)為[H]新增的項，改進后的參數(shù)估計向量為x(k+i)，p(k) = [tfGOHGOr1，[K]為一個中間矩陣，則'X(k + 1) = X(^) + K(k + l)[y(k + 1)-h(k + 1)X(^)]< K(k + 1) = P⑷/zT (k + l)[h(k + 1)P_T (眾 +1) + A2 ]"'￥(k + 1) =兒-2 [P(^) - P(k)hT (k + l)[h(k + l)Y(k)hT (^: + 1) + A2 Γ1 h(k + 1)P(^)]令P = λ2，P即為遺忘因子，選擇0.95彡P(guān)彡1。
全文摘要
本發(fā)明提出一種短路故障電流模型及基于此模型進行短路故障電流零點預測算法，實現(xiàn)短路故障電流的選相開斷(CFI)。模型的表達式為I(t)＝A·I(t-TS)+B·sinωt+C·cosωt，其中的待定參數(shù)A、B、C用漸消記憶遞推最小二乘法得到，并用它來計算估計的電流表達式，從而預測短路故障電流零點，實現(xiàn)短路故障電流選相分斷(CFI)控制。本發(fā)明能夠快速準確地預測電流過零點，理論上沒有截斷誤差，且參數(shù)計算只需要電流數(shù)據(jù)，易于擴展到復雜的三相電力系統(tǒng)中。采用本發(fā)明的算法能夠滿足CFI算法精度的要求，并能協(xié)同繼電保護裝置完成對系統(tǒng)的短路故障保護。
文檔編號G01R19/175GK102495962SQ201110400209
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者萬慧明, 廖敏夫, 段雄英, 鄒積巖, 黃智慧 申請人:大連理工大學