本發(fā)明涉及一種計算Y/Δ接線變壓器三角形側(cè)繞組環(huán)流的方法，屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
變壓器差動保護(hù)的核心問題是如何鑒別勵磁涌流和變壓器內(nèi)部故障差流。等效瞬時電感法是一種常用的勵磁涌流判別方法，根據(jù)高壓側(cè)電壓、電流以及差流，可以求得瞬時電感值。當(dāng)瞬時電感值為一個較大常數(shù)時，說明是正常電流；當(dāng)電感值為呈現(xiàn)大小交替變換時，說明是勵磁涌流；當(dāng)電感值為一個較小常數(shù)時，說明是故障電流。等效瞬時電感法應(yīng)用的前提是準(zhǔn)確獲取差流，但對于220kV及以下電壓等級的Y/Δ接線變壓器，由于采用三相一體式結(jié)構(gòu)，Δ側(cè)繞組不能配置電流互感器(CT)，因而無法直接獲取繞組電流。在計算差流時，只能通過相位補(bǔ)償來避免產(chǎn)生不平衡電流。目前常用的補(bǔ)償方式有Y→Δ和Δ→Y兩種，但無論采用何種補(bǔ)償方式，由于Δ側(cè)繞組環(huán)流的影響，都不能準(zhǔn)確計算等效瞬時電感值，使得基于此的勵磁涌流判據(jù)失效，不能準(zhǔn)確區(qū)分空載合閘和主變故障兩種狀態(tài)，增加了差動保護(hù)誤動幾率。雖然，當(dāng)前也有不少研究成果提出了計算Δ側(cè)繞組環(huán)流的方法，如公開號為101105517A的專利公開了一種Y/Δ變壓器三角形繞組中環(huán)流的計算方法和裝置，根據(jù)變壓器回路方程，給出Y/Δ接線變壓器環(huán)流計算的方法，但上述計算方法需要知道變壓器參數(shù)，然而現(xiàn)實中變壓器和系統(tǒng)的參數(shù)難以獲取，而且在運行在也會出現(xiàn)變化，限制了該方法的推廣。公開號為101788595A的專利公開一種電力變壓器的角側(cè)環(huán)流計算方法，具體是一種基于數(shù)值積分求得變壓器參數(shù)、再進(jìn)一步求取環(huán)流的方法，在處理過程中用到了Δ側(cè)電壓，但電壓互感器一般裝設(shè)在母線上，在變壓器空投時是無法獲取Δ側(cè)電壓數(shù)值的。文獻(xiàn)“夏石偉，鄭濤.Y，d接線變壓器三角形側(cè)繞組中環(huán)流求取方法[J].電力系統(tǒng)自動化，2008,32(24):60-64”，根據(jù)零序電流和環(huán)流的比例關(guān)系，通過求取比例系數(shù)來得到環(huán)流，但需要控制斷路器合閘角以保證其中一相磁通不飽和，現(xiàn)場應(yīng)用困難。因此到目前為止，仍缺少一種既快速準(zhǔn)確、又符合現(xiàn)場應(yīng)用實際的Δ側(cè)環(huán)流計算方法，進(jìn)而限制了變壓器差動保護(hù)動作準(zhǔn)確率的進(jìn)一步提高。有鑒于此，本發(fā)明人對此進(jìn)行研究，專門開發(fā)出一種Y/Δ接線變壓器Δ側(cè)環(huán)流計算方法，本案由此產(chǎn)生。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種既能快速準(zhǔn)確計算出環(huán)流、又符合現(xiàn)場應(yīng)用實際的Y/Δ接線變壓器Δ側(cè)環(huán)流計算方法，可以解決環(huán)流計算的難題，給變壓器差動保護(hù)準(zhǔn)確動作提供依據(jù)。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是：一種Y/Δ接線變壓器Δ側(cè)環(huán)流計算方法，包括如下步驟：步驟1：采集Y/Δ接線變壓器Y側(cè)三相電流，并根據(jù)公式(1)計算得到零序電流I0：I0＝(IA+IB+Ic)/3(1)式中，IA，IB和IC分別為Y側(cè)三相電流；步驟2：選取1/4工頻周期作為數(shù)據(jù)窗長度，根據(jù)公式(2)(3)(4)分別計算得到上述三相電流與零序電流的相關(guān)系數(shù)ρA、ρB、ρC：式中，m為起始點；步驟3：選取上述三相電流與零序電流的相關(guān)系數(shù)ρA、ρB、ρC為-1的區(qū)域為磁通非飽和區(qū)，判斷上述相關(guān)系數(shù)是否小于-0.99，若是則說明該數(shù)據(jù)窗內(nèi)，相電流和零序電流成比例，該區(qū)域為磁通非飽和區(qū)，記錄該段數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)窗往后移一個單位；否則直接移數(shù)據(jù)窗，進(jìn)行下一次計算；步驟4：存儲并記錄上述有效數(shù)據(jù)長度；步驟5：比較上述有效數(shù)據(jù)長度，選取磁通非飽和區(qū)最長的那一相計算，因為有效數(shù)據(jù)越多，計算結(jié)果的誤差越??；步驟6：根據(jù)公式(5)計算得到環(huán)流和零序電流的比例系數(shù)，假設(shè)選取的相別是A相，有效數(shù)據(jù)的起始序號為p，數(shù)據(jù)長度為x，計算式為：步驟7：根據(jù)公式(6)計算得到Y(jié)/Δ接線變壓器Δ側(cè)的環(huán)流，記變壓器變比為n，則環(huán)流IP計算公式為：Ip＝-k·I0·n。(6)上述Y/Δ接線變壓器三角形側(cè)繞組環(huán)流計算方法，適用于變壓器空載合閘時，在參數(shù)未知、合閘角隨即條件下的Δ側(cè)環(huán)流求取，依此可以準(zhǔn)確計算出差流，并判斷勵磁涌流。已有的研究成果表明，Y側(cè)零序電流和Δ側(cè)繞組環(huán)流成比例，本發(fā)明的核心就在于該比例系數(shù)的求取。勵磁涌流形成的機(jī)理是磁通交替進(jìn)入飽和區(qū)和非飽和區(qū)，在非飽和區(qū)，Y側(cè)相電流和經(jīng)變比折算后的環(huán)流相等，因而也和零序電流成比例。利用波形相關(guān)度理論，分別求取Y側(cè)三相電流與零序電流的相關(guān)系數(shù)，相關(guān)系數(shù)為-1區(qū)域說明兩者成比例，且比例系數(shù)為負(fù)，以此區(qū)分磁通非飽和區(qū)域。利用這段區(qū)域內(nèi)的電流求出比例系數(shù)，進(jìn)而可由Y側(cè)零序電流求得Δ側(cè)環(huán)流。本發(fā)明的有益效果在于：首先，在計算過程中只用到了Y側(cè)的電流，未用到變壓器和系統(tǒng)參數(shù)，在參數(shù)發(fā)生漂移時仍能準(zhǔn)確計算參數(shù)；其次是不需要控制合閘角，就能獲得足夠長度的磁通非飽和區(qū)，符合現(xiàn)場倒閘操作條件，有利于本發(fā)明所述計算方法的推廣；最后是本發(fā)明所用到的數(shù)據(jù)長度不超過一個工頻周期，所以動作時間也不超過一個工頻周期，符合差動保護(hù)快速動作要求。以下結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。附圖說明圖1是本實施例Y/Δ接線變壓器Δ側(cè)環(huán)流計算方法的流程圖；圖2是本實施例磁通求解中cos(ωt+α)的取值區(qū)間；圖3是本實施例Matlab中建立的三相變壓器仿真模型；圖4是本實施例在剩磁隨機(jī)情況下的空載合閘仿真結(jié)果，三相電流與經(jīng)過變比折算后的環(huán)流；圖5是對附圖4中的三相電流和零序電流的相關(guān)系數(shù)計算；圖6是本實施例剩磁隨機(jī)情況下的計算環(huán)流和實際環(huán)流比較；圖7是本實施例高剩磁情況下的三相電流和零序電流的相關(guān)系數(shù)；圖8是本實施例高剩磁情況下的計算環(huán)流和實際環(huán)流比較；圖9是本實施例A相匝間故障時各相電流和零序電流的相關(guān)系數(shù)；圖10是本實施例A相匝間故障時計算環(huán)流和實際環(huán)流比較。具體實施方式一種Y/Δ接線變壓器Δ側(cè)環(huán)流計算方法，如圖1所示，包括如下步驟：步驟1：采集Y/Δ接線變壓器Y側(cè)三相電流并計算零序電流，空載合閘時，Y側(cè)(高壓側(cè))的電流可以通過裝設(shè)在每一相的電流互感器獲取，分別記為IA，IB和IC，零序電流為：I0＝(IA+IB+Ic)/3；(1)步驟2：選取1/4工頻周期作為數(shù)據(jù)窗長度，分別計算上述三相電流與零序電流的相關(guān)系數(shù)，在本實施例中，設(shè)采樣頻率是2.5kHz，一個工頻周期采樣50個點，取12個點作為數(shù)據(jù)窗口，設(shè)起始點的為m，則相關(guān)系數(shù)ρA、ρB、ρC的計算表達(dá)式分別是：步驟3：選取上述三相電流與零序電流的相關(guān)系數(shù)ρA、ρB、ρC為-1的區(qū)域為磁通非飽和區(qū)，判斷相關(guān)系數(shù)是否小于-0.99，若是則說明該數(shù)據(jù)窗內(nèi)，相電流和零序電流成比例，該區(qū)域為磁通非飽和區(qū)，記錄該段數(shù)據(jù)并把數(shù)據(jù)窗往后移一個單位；否則直接移數(shù)據(jù)窗，進(jìn)行下一次計算。在磁通非飽和區(qū)內(nèi)，經(jīng)過變比折算，相電流和環(huán)流是相等的。由于環(huán)流和零序電流并不是嚴(yán)格的比例關(guān)系，同時考慮到數(shù)據(jù)采集誤差，使得三相電流和零序電流的相關(guān)系數(shù)達(dá)不到-1，所以取小于-0.99作為兩者相關(guān)的判據(jù)；步驟4：存儲并記錄上述有效數(shù)據(jù)長度，由于磁通非飽和區(qū)和飽和區(qū)交替出現(xiàn)，從數(shù)據(jù)窗進(jìn)入非飽和區(qū)直至離開非飽和區(qū)，這段區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)應(yīng)該都有效，之后進(jìn)入飽和區(qū)，應(yīng)連續(xù)出現(xiàn)非有效數(shù)據(jù)，本步驟就是記錄各相的有效數(shù)據(jù)以及相應(yīng)長度；步驟5：比較上述有效數(shù)據(jù)長度，由于只要有一相數(shù)據(jù)有效，就可以計算出比例系數(shù)，因此優(yōu)選非飽和區(qū)最長的那一相計算，因為有效數(shù)據(jù)越多，計算結(jié)果的誤差越小；步驟6：根據(jù)公式(5)計算得到環(huán)流和零序電流的比例系數(shù)，為了避免電流過零附近因為分母過小而導(dǎo)致比例系數(shù)計算偏差過大，比例系數(shù)k求取的分子分母都取絕對值和，假設(shè)選取的相別是A相，有效數(shù)據(jù)的起始序號為p，數(shù)據(jù)長度為x，計算式為：步驟7：根據(jù)公式(6)計算得到Y(jié)/Δ接線變壓器Δ側(cè)的環(huán)流，記變壓器變比為n，則環(huán)流IP計算公式為：Ip＝-k·I0·n。(6)上述步驟(3)和(4)中，在任意合閘角條件下，取1/4工頻周期作為窗口長度，是可以保證至少有一相電流在該長度內(nèi)和零序電流的相關(guān)系數(shù)為-1，該區(qū)域就是磁通非飽和區(qū)。證明過程如下：若電源電壓為umsin(ωt+α)，不考慮電阻影響，則磁通可表示為：Φ＝-Φmcos(ωt+α)+Φmcosα+Φs(1)Φm為額定磁通幅值，Φs為剩磁，當(dāng)磁通大小不超過幅值Φm時，磁通位于非飽和區(qū)，滿足方程：-Φm≤Φ≤Φm(2)把式(1)代入(2)并記β＝Φs/Φm(-1≤β≤1)，可以得到：-1+β+cosα≤cos(ωt+α)≤1+β+cosα記上式中cos(ωt+α)的上下限為m和n，而余弦值本身的取值區(qū)間是[-1,1]，所以cos(ωt+α)的取值為[m,n]和[-1,1]的交集，如附圖1陰影部分所示。由于三相合閘角互差120°，設(shè)A相合閘角為α，則B、C相合閘角為α±120。α取遍0～360°，分析這三個余弦值的絕對值，發(fā)現(xiàn)最小值總是不超過1/2，即：min{|cosα|,|cos(α+120)|,|cos(α-120)|}≤1/2不妨設(shè)|cosα|≤1/2，由于|β|≤1，所以有：|β+cosα|≤|β|+|cosα|≤3/2當(dāng)β+cosα≥0時，結(jié)合上式可得：n＝-1+β+cosα≤1/2因而cos(ωt+α)的取值區(qū)間應(yīng)包含[1/2,1]，即：1/2≤cos(ωt+α)≤1上式ωt的解區(qū)間長度為2/3π，為1/3工頻周期。當(dāng)β+cosα<0時，應(yīng)有β+cosα≥-3/2，所以上限m＝1+β+cosα≥-1/2，因而下式成立：-1≤cos(ωt+α)≤-1/2ωt的解區(qū)間長度同樣為2/3π，所以磁通非飽和區(qū)間的長度至少為1/3工頻周期。在極個別情況下，剩磁可能超過最大額定磁通，導(dǎo)致非飽和區(qū)長度減少。因而取1/4工頻周期作為窗口長度，是可以保證至少有一相的磁通非飽和區(qū)長度大于該數(shù)據(jù)窗口。上述Y/Δ接線變壓器三角形側(cè)繞組環(huán)流求取方法，適用于變壓器空載合閘時，在參數(shù)未知、合閘角隨即條件下的Δ側(cè)環(huán)流求取，依此可以準(zhǔn)確計算出差流，并判斷勵磁涌流。本發(fā)明的有益效果在于，首先在計算過程中只用到了Y側(cè)的電流，未用到變壓器和系統(tǒng)參數(shù)，在參數(shù)發(fā)生漂移時仍能準(zhǔn)確計算參數(shù)；其次是不需要控制合閘角，就能獲得足夠長度的磁通非飽和區(qū)，符合現(xiàn)場倒閘操作條件，有利于本發(fā)明的推廣；最后是本發(fā)明所用到的數(shù)據(jù)長度不超過一個工頻周期，所以動作時間也不超過一個工頻周期，符合差動保護(hù)快速動作要求。利用Matlab的Simulink模塊建立如附圖3所示的仿真模型，以驗證本發(fā)明提出的Y/Δ接線變壓器Δ側(cè)環(huán)流計算方法。Y，d11接線變壓器采用三相一體式結(jié)構(gòu)，電壓等級為110kV/35kV，容量為250MVA。Y側(cè)繞組電阻和電感標(biāo)幺值分別是0.002和0.08，Δ側(cè)繞組電阻和電感標(biāo)幺值分別是0.002和0.08，鐵芯飽和特性為[00；0.01541.2；11.2613]，仿真頻率采用2.5kHz。進(jìn)行空載合閘試驗，合閘初相角和剩磁隨機(jī)產(chǎn)生，得到三相電流和環(huán)流如附圖4所示，分別計算各相電流和零序電流的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果如附圖5所示。共計算了兩個工頻周期的數(shù)據(jù)，相關(guān)系數(shù)分布一致，所以取一個周期的數(shù)據(jù)即可完成計算。選取附圖5中虛線框所示區(qū)域，根據(jù)步驟6所示公式(5)計算比例系數(shù)，并和實際環(huán)流相比較，如附圖6所示，兩者基本吻合。在100％剩磁情況下再次進(jìn)行空載合閘試驗，并計算各相電流和零序電流的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果如附圖7所示。取虛線框內(nèi)的數(shù)據(jù)計算比例系數(shù)，進(jìn)而求得環(huán)流。再與實際環(huán)流相比較，如附圖8所示，兩者十分吻合。當(dāng)變壓器空載合閘于匝間故障時，故障相零序電流和環(huán)流的比例關(guān)系將不成立，但非故障相的比例關(guān)系依然成立，仍可以依此計算環(huán)流。設(shè)A相發(fā)生5％匝間故障，把仿真得到的各相電流和零序電流分別計算相關(guān)系數(shù)，結(jié)果如附圖9所示。由圖9可知，B相和C相均存在較大區(qū)域數(shù)據(jù)，和零序電流成比例。這是因為匝間故障時，非故障相因為二次負(fù)載阻抗變小，所以磁通更不容易飽和，因而存在更多的有效數(shù)據(jù)可以用于計算環(huán)流。所以當(dāng)三相都不存在有效數(shù)據(jù)時，說明變壓器發(fā)生了兩相甚至三相短路，這也可以作為保護(hù)動作跳閘的一個判據(jù)。針對本次故障，取B相電流10～40號數(shù)據(jù)點以及對應(yīng)的零序電流計算比例系數(shù)，并根據(jù)算得的系數(shù)求得環(huán)流，和實際環(huán)流相比較，如附圖10所示。上述實施例和圖式并非限定本發(fā)明的產(chǎn)品形態(tài)和式樣，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對其所做的適當(dāng)變化或修飾，皆應(yīng)視為不脫離本發(fā)明的專利范疇。