專利名稱：基于波形系數(shù)方程識(shí)別智能變電站采樣值數(shù)據(jù)失效的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于繼電保護(hù)的基于波形系數(shù)方程識(shí)別智能變電站采樣值數(shù)據(jù)失效的方法，屬于繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著變電站自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，及IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系的頒布和推行，傳統(tǒng)的變電站逐漸向智能變電站過渡。非常規(guī)互感器作為智能變電站的基礎(chǔ)和重要的組成部分，其發(fā)展和應(yīng)用受到了廣泛的關(guān)注。另隨著有關(guān)非常規(guī)互感器的國際、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)相繼頒布，相關(guān)應(yīng)用研究和應(yīng)用已逐步展開。
非常規(guī)互感器具有結(jié)構(gòu)緊湊、絕緣性能優(yōu)越、抗電磁干擾、不飽和、易于數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，不但可降低變電站的綜合成本，更重要的是可大幅度提高系統(tǒng)內(nèi)保護(hù)裝置及計(jì)量裝置的動(dòng)作可靠性及精度，對保證電網(wǎng)安全及有效提高計(jì)量回路的整體精度有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
非常規(guī)互感器包括兩種基本類型一種為電子式電壓、電流互感器(EVT/ECT)，主要特點(diǎn)為需要向傳感頭提供電源，主要以羅柯夫斯基線圈為代表；一種為電光效應(yīng)的互感器(0VT/0CT)，主要指采用法拉第效應(yīng)光學(xué)測量原理的電流互感器和采用普克兒效應(yīng)的電壓互感器，其特點(diǎn)為無須向傳感頭提供電源；非常規(guī)互感器最大的特點(diǎn)為輸出為數(shù)字量信號(hào)或低電平的模擬量信號(hào)；目前IIOkV及以上電壓等級數(shù)字化變電站中主要采用非常規(guī)互感器的數(shù)字量輸出信號(hào)。
IlOkV及以上電壓等級數(shù)字化變電站中輸電線路間隔的電流、電壓二次回路接入方式如

圖1、圖2所示；系統(tǒng)一次電流由電子互感器采集器采樣后輸出電流的數(shù)字量信號(hào)， 經(jīng)IEC60044-8(FT3)協(xié)議以光纖通信的方式傳輸給合并單元(MU)，合并單元(MU)對本單元的電壓、電流數(shù)字量進(jìn)行重采樣后實(shí)現(xiàn)采樣同步，方式1為如圖1所示通過光纖以太網(wǎng)經(jīng)交換機(jī)以IEC61850-9-2協(xié)議傳輸至保護(hù)裝置的過程層網(wǎng)絡(luò)接口 ；方式2為如圖Ib所示經(jīng)光纖通道以IEC61850-9-2協(xié)議傳輸直接接至保護(hù)裝置過程層網(wǎng)絡(luò)接口，本間隔交換機(jī)與其它間隔交換機(jī)通過以太網(wǎng)口通訊構(gòu)成過程層總線，實(shí)現(xiàn)過程層采集信息的共享。
隨著非常規(guī)互感器逐步推廣應(yīng)用，在實(shí)際現(xiàn)場運(yùn)行中暴露了新產(chǎn)品市場初期的不穩(wěn)定性，現(xiàn)場發(fā)生了一些由于電子互感器異常而導(dǎo)致的智能變電站繼電保護(hù)單元誤動(dòng)作， 影響著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定安全。目前針對電子互感器異常防止繼電保護(hù)單元誤動(dòng)作的問題， 主要有兩個(gè)方面的措施，一是在電子互感器環(huán)節(jié)采用雙采集回路(即雙A/D回路)，二是在繼電保護(hù)本身增加保護(hù)動(dòng)作延時(shí)躲過電子互感器環(huán)異常數(shù)據(jù)段；采用雙采集回路時(shí)保護(hù)采取相應(yīng)的措施可以避免其中一個(gè)采集回路異常導(dǎo)致的保護(hù)誤動(dòng)作，但如兩路采集回路公共部分出現(xiàn)異?；蛞淮蝹鞲胁糠之惓r(shí)，保護(hù)將無法采取措施保證保護(hù)正常工作；對于繼電保護(hù)增加延時(shí)躲過異常數(shù)據(jù)段的方法，是以犧牲繼電保護(hù)的速動(dòng)性為代價(jià)的，由此而帶來的后果對電力系統(tǒng)安全本身是不利的。4發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于波形系數(shù)方程識(shí)別智能變電站采樣值數(shù)據(jù)失效的方法，以解決非常規(guī)互感器異常而導(dǎo)致的智能變電站繼電保護(hù)單元誤動(dòng)作的問題。
本發(fā)明的識(shí)別智能變電站采樣值數(shù)據(jù)失效的方法首先是保護(hù)的模型建立，通過模型建立選取對應(yīng)保護(hù)的波形系數(shù)方程，波形系數(shù)方程本身是識(shí)別瞬時(shí)保護(hù)用電流或電壓數(shù)據(jù)非工頻量的信息，這是因?yàn)榛ジ衅鳟惓?shù)據(jù)不具有工頻量特性的。波形系數(shù)方程是為求取電壓或電流波形數(shù)據(jù)異常過程的手段。
為了衡量電流或電壓波形發(fā)生異常(畸變)的過程，引入波形異常率的概念，其定義為電流或電壓波形中不包括基波在內(nèi)的所有各次諧波有效值平方和的平方根占該波形基波有效值的百分比，即
I1為基波有效值；In為η次諧波有效值；η = 2，3，…。
另為得到一個(gè)可以快速識(shí)別波形異常程度(即波形異常率)的方程，采用了基于瞬時(shí)采樣點(diǎn)的波形異常程度方程(即波形系數(shù)方程)。具體波形系數(shù)方程如下
該指標(biāo)可以反映任意時(shí)間長度的正弦波信號(hào)的異常程度。若信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)正弦波， 則波形系數(shù)為0 ；若信號(hào)含有較多非工頻信號(hào)，則波形系數(shù)就不為0，且波形非工頻含量越大，波形系數(shù)越大。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的基于波形系數(shù)方程識(shí)別智能變電站采樣值數(shù)據(jù)失效的方法包括以下步驟
(1)繼電保護(hù)裝置根據(jù)保護(hù)單元的不同，建立不同保護(hù)單元的數(shù)據(jù)模型；
(2)智能變電站非常規(guī)互感器輸出的數(shù)據(jù)，通過合并單元，經(jīng)過交換機(jī)以數(shù)字量接入繼電保護(hù)裝置，繼電保護(hù)裝置依據(jù)輸入非常規(guī)互感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，按不同保護(hù)單元的數(shù)據(jù)模型計(jì)算采樣值的波形系數(shù)；
(3)繼電保護(hù)裝置依據(jù)不同保護(hù)功能或模塊設(shè)計(jì)相對應(yīng)的波形系數(shù)方程，對形成的波形系數(shù)值的大小及波動(dòng)范圍進(jìn)行判斷，以決定繼電保護(hù)是否延時(shí)動(dòng)作或立即閉鎖。
進(jìn)一步的，所述步驟(1)中各保護(hù)單元的數(shù)據(jù)模型建立首先依據(jù)保護(hù)原理形成的動(dòng)作方程，并結(jié)合故障時(shí)電力系統(tǒng)特征形成。
進(jìn)一步的，所述步驟(1)中繼電保護(hù)保護(hù)單元的數(shù)據(jù)模型包括差動(dòng)保護(hù)數(shù)據(jù)模型、阻抗保護(hù)數(shù)據(jù)模型及方向保護(hù)模型，分別對應(yīng)輸電線路或元件差動(dòng)保護(hù)、距離保護(hù)、功率或故障分量方向保護(hù)。
進(jìn)一步的，所述差動(dòng)保護(hù)的數(shù)據(jù)模型按電力系統(tǒng)個(gè)元件發(fā)生故障時(shí)差動(dòng)電流的工頻量含量形成，不考慮系統(tǒng)中的非周期分量、高頻分量的情況，理想情況下差流波形中含非工頻量為零；所述阻抗保護(hù)與方向保護(hù)數(shù)據(jù)模型建立類似差動(dòng)保護(hù)，僅判別量為電力系統(tǒng)故障時(shí)保護(hù)獲取的電壓、電流量。
進(jìn)一步的，所述步驟O)中差動(dòng)保護(hù)數(shù)據(jù)模型是以差動(dòng)電流的工頻量含量的大小為基準(zhǔn)，R值大小代表了非工頻量的大小，波形系數(shù)方程為
權(quán)利要求
1.基于波形系數(shù)方程識(shí)別智能變電站采樣值數(shù)據(jù)失效的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)繼電保護(hù)裝置根據(jù)保護(hù)單元的不同，建立不同保護(hù)單元的數(shù)據(jù)模型；(2)智能變電站非常規(guī)互感器輸出的數(shù)據(jù)，通過合并單元，經(jīng)過交換機(jī)以數(shù)字量接入繼電保護(hù)裝置，繼電保護(hù)裝置依據(jù)輸入非常規(guī)互感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，按不同保護(hù)單元的數(shù)據(jù)模型計(jì)算采樣值的波形系數(shù)；(3)繼電保護(hù)裝置依據(jù)不同保護(hù)功能或模塊設(shè)計(jì)相對應(yīng)的波形系數(shù)方程，對形成的波形系數(shù)值的大小及波動(dòng)范圍進(jìn)行判斷，以決定繼電保護(hù)是否延時(shí)動(dòng)作或立即閉鎖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(1)中各保護(hù)單元的數(shù)據(jù)模型建立首先依據(jù)保護(hù)原理形成的動(dòng)作方程，并結(jié)合故障時(shí)電力系統(tǒng)特征形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述步驟(1)中繼電保護(hù)保護(hù)單元的數(shù)據(jù)模型包括差動(dòng)保護(hù)數(shù)據(jù)模型、阻抗保護(hù)數(shù)據(jù)模型及方向保護(hù)模型，分別對應(yīng)輸電線路或元件差動(dòng)保護(hù)、距離保護(hù)、功率或故障分量方向保護(hù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述差動(dòng)保護(hù)的數(shù)據(jù)模型按電力系統(tǒng)個(gè)元件發(fā)生故障時(shí)差動(dòng)電流的工頻量含量形成，不考慮系統(tǒng)中的非周期分量、高頻分量的情況，理想情況下差流波形中含非工頻量為零；所述阻抗保護(hù)與方向保護(hù)數(shù)據(jù)模型建立類似差動(dòng)保護(hù)，僅判別量為電力系統(tǒng)故障時(shí)保護(hù)獲取的電壓、電流量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述步驟O)中差動(dòng)保護(hù)數(shù)據(jù)模型是以差動(dòng)電流的工頻量含量的大小為基準(zhǔn)，R值大小代表了非工頻量的大小，波形系數(shù)方程為式中‘、ik、ik+1為差動(dòng)電流的瞬時(shí)采樣值;TS為保護(hù)裝置的采樣間隔；w = 2 π f0, f0 =50 ；N代表選取數(shù)據(jù)窗的長度，根據(jù)保護(hù)動(dòng)作速動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)選取，一般可選取半個(gè)工頻周期或一個(gè)工頻周期的采樣點(diǎn)數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述步驟O)中所述距離保護(hù)數(shù)據(jù)模型是以用于阻抗計(jì)算的電壓、電流的工頻量含量的大小為基準(zhǔn)，用于阻抗計(jì)算的電壓、電流的波形系數(shù)IVR1,式中Uh、uk, uk+1為用于阻抗計(jì)算電壓的瞬時(shí)采樣值；TS為保護(hù)裝置的采樣間隔；w = 2 π f0, f0 = 50 ；N代表選取數(shù)據(jù)窗的長度，可根據(jù)保護(hù)動(dòng)作速動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)選取，一般可選取半個(gè)工頻周期或一個(gè)工頻周期的采樣點(diǎn)數(shù)；Σ 4-ι+4+「2/ΧΣΙ4Ι式中ik_i、ik、ik+1為用于阻抗計(jì)算電流的瞬時(shí)采樣值；TS為保護(hù)裝置的采樣間隔；w = 2 π f0, f0 = 50 ；N代表選取數(shù)據(jù)窗的長度，可根據(jù)保護(hù)動(dòng)作速動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)選取，一般可選取半個(gè)工頻周期或一個(gè)工頻周期的采樣點(diǎn)數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述步驟O)中所述方向保護(hù)模型是以用于阻抗計(jì)算的電壓、電流的工頻量含量的大小為基準(zhǔn)，具體波形系數(shù)方程同距離保護(hù)的電壓、電流波形系數(shù)方程。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述步驟(3)差動(dòng)保護(hù)依據(jù)以差動(dòng)電流的工頻含量的大小為基準(zhǔn)波形系數(shù)方程，從波形系數(shù)方程計(jì)算的數(shù)值可判斷非工頻量含量的大小，如非工頻量數(shù)值超出系統(tǒng)本身含有的可判斷是互感器異常導(dǎo)致的，選取設(shè)定的閥值門檻立即閉鎖差動(dòng)保護(hù)；距離保護(hù)和方向保護(hù)選用同樣的方法進(jìn)行判別進(jìn)而閉鎖相應(yīng)的保護(hù)，由于距離保護(hù)和方向保護(hù)的判別需要電壓和電流兩個(gè)信息，故需要分別計(jì)算電流波形系數(shù)和電壓波形系數(shù)，由兩個(gè)系數(shù)數(shù)值的判別結(jié)果或門關(guān)系構(gòu)成閉鎖相應(yīng)保護(hù)的條件。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于波形系數(shù)方程識(shí)別智能變電站采樣值數(shù)據(jù)失效的方法，繼電保護(hù)裝置根據(jù)保護(hù)單元的不同，建立不同保護(hù)單元的數(shù)據(jù)模型，該數(shù)據(jù)模型包括差動(dòng)保護(hù)數(shù)據(jù)模型、阻抗保護(hù)數(shù)據(jù)模型及方向保護(hù)模型；智能變電站非常規(guī)互感器輸出的數(shù)據(jù)，通過合并單元，經(jīng)過交換機(jī)或不經(jīng)交換機(jī)直接以數(shù)字量接入繼電保護(hù)裝置，繼電保護(hù)裝置依據(jù)輸入非常規(guī)互感器的電壓、電流采樣值數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，按不同保護(hù)單元的數(shù)據(jù)模型計(jì)算采樣值的波形系數(shù)；繼電保護(hù)裝置對形成的波形系數(shù)值的大小及波動(dòng)范圍進(jìn)行判斷，以決定繼電保護(hù)是否閉鎖。
文檔編號(hào)H02H7/26GK102510051SQ20111035174
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者余高旺, 倪傳坤, 吳雙惠, 楊恢宏, 樊占峰, 王定國, 田盈, 雷振鋒 申請人:許昌許繼軟件技術(shù)有限公司, 許繼電氣股份有限公司, 許繼集團(tuán)有限公司