CN100499305C - 变数据窗相量求取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速变数据窗相量求取方法，输电线电流差动保护采用相量传输可解决现有技术中传送采样值会浪费大量的数据通道资源的问题，然而传统相量求取方法数据窗较长，会影响电流差动保护的动作速度。包括计算机通过电流互感器对高压线路的电压和电流进行采样，并滤衰减分量；应用傅里叶级数算法求取采样值的部分和；计算相量；传送相量至输电线路的对侧。不仅可将高速采样的丰富信息合成相量传送到对侧，不会额外增加通信的负担，减轻了CPU计算量，而且数据窗较短，提高了电流差动保护的动作速度，适用于高压输电线路的差动保护。

Description

变数据窗相量求取方法

技术领域

本发明属于电学技术领域，尤其是一种变数据窗相量求取方法，在高压电网电流差动保护中求取电流和电压相量。

背景技术

随着高性能的32位DSP数字信号处理器在继电保护装置中的逐渐采用，实时数据采样处理能力可提高到每工频周期96点采样。然而目前提供给电流差动保护的通讯速率较低。如果传送采样值，将浪费大量的数据信息。而采用传送相量的办法，可将高速采样的丰富信息合成相量传送到对侧，又不会额外增加通讯的负担，同时也减轻了CPU计算量。然而传统的相量求取方法(如目前广为应用的半周傅氏算法，全周傅氏算法)数据窗较长，影响电流差动保护的动作速度。

半周傅氏算法(先经差分，滤除直流分量)：

i(k)＝i(k)-i(k-n)

$I_{\mathrm{real}}=\frac{4}{N}\underset{k=0}{\overset{N/2-1}{\mathrm{\Σ}}}\left[i\left(k\right)\cos \left(\frac{2\mathrm{k\π}}{N}\right)\right]$

$I_{\mathrm{imag}}=-\frac{4}{N}\underset{k=0}{\overset{N/2-1}{\mathrm{\Σ}}}\left[i\left(k\right)\sin \left(\frac{2\mathrm{k\π}}{N}\right)\right]$

全周傅氏算法(先经差分，滤除直流分量)：

i(k)＝i(k)-i(k-n)

$I_{\mathrm{real}}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left[i\left(k\right)\cos \left(\frac{2\mathrm{k\π}}{N}\right)\right]$

$I_{\mathrm{imag}}=-\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\left[i\left(k\right)\sin \left(\frac{2\mathrm{k\π}}{N}\right)\right]$

上述表达式中i(k)，i(k-n)为采样序列，I_real，I_imag分别为相量的实部和虚部。

傅氏算法的基本思想起源于傅里叶级数，原理简单，计算精度高，在微机保护中得到了广泛应用。但由于该算法的数据窗宽度较长，全周傅氏算法需要一个工频周期(20ms)数据窗，半周傅氏算法需要半个工频周期(10ms)数据窗，降低了保护动作速度。采用上述相量传送方法，当系统发生故障时，在故障后数据窗达到二分之一工频周期时才能计算相量，再加上数据传输时间，使差动保护动作速度不可能快。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种变数据窗相量求取方法，在保证可靠性的前提下有效地提高电流差动保护的动作速度。

为达到上述发明目的，本发明的技术方案是：变数据窗相量求取方法，包括以下步骤：

a.计算机通过电流互感器、电压互感器对高压线路的电压和电流进行采样，并滤衰减分量；

b.应用傅里叶级数算法，当发生过流故障后，从过流故障时刻起每隔四分之一工频周期分别求取对应时段内各采样值的部分和；

c.当发生过流故障后数据窗达到四分之一工频周期时首次对采样值的部分和进行相量计算，当发生过流故障后数据窗达到二分之一工频周期时第二次对采样值的部分和再进行相量计算，当发生过流故障后数据窗达四分之三工频周期时第三次对采样值的部分和再进行相量计算，当发生过流故障后数据窗达到一个工频周期后采用全周傅里叶滤波算法求取相量，分别得到对应相量值；

d.将上述相量值传送至高压输电线路的对侧。

上述所说的滤衰减分量是指应用滤波算法求得的第m个输出，它等于(第m个电流采样值-第m-6个电流采样值)*2.563，即：

out_m＝(i_m-i_m-6)*2.563

上述步骤b所说的傅里叶部分和的计算方法是：

${\mathrm{Real}}_p=\underset{k=\·24-24+1}{\overset{p\·24}{\mathrm{\Σ}}}\sin \left(\frac{2\·k\·\mathrm{\π}}{96}\right)\·{\mathrm{out}}_k$

${\mathrm{Imaginary}}_p=\underset{k=p\·24-24+1}{\overset{p\·24}{\mathrm{\Σ}}}\cos \left(\frac{2\·k\·\mathrm{\π}}{96}\right)\·{\mathrm{out}}_k$

其中，Real_p＝第p个部分和的实部，Imaginary_p＝第p个部分和的虚部，p＝1，2，3，4，out_k是指滤波分量。

上述步骤c所说的相量的计算方法是：

$\mathrm{Phasor}{\mathrm{Real}}_p=a_p\·\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Real}}_k+c_p\·\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Imaginary}}_k$

$\mathrm{Phasor}{\mathrm{Im\; aginary}}_p=b_p\·\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Real}}_k+d_p\·\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Imaginary}}_k$

p＝1，2，3，4

a₁＝6.451    b₁＝-4.279    c₁＝-4.279    d₁＝7.012

a₂＝2        b₂＝0         c₂＝0         d₂＝2

a₃＝1.376    b₃＝-0.295    c₃＝-0.295    d₃＝1.415

a₄＝1        b₄＝0         c4＝0         d₄＝1

Phasor Real p＝第p个相量值的实部，

Phasor Imaginary p＝第p个相量值的虚部。

上述步骤c进一步包括：当故障后数据窗达到四分之一工频周期时首次计算相量，当故障后数据窗达到二分之一工频周期第三次计算相量，当故障后数据窗达到一个工频周期后采用全周傅里叶滤波计算法求取相量；所说的最小数据窗为四分之一周波。

附图说明

图1为本发明的主流程图；

图2为本发明的解释傅氏部分和计算的电流波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

参阅图1本发明的主流程图，变数据窗相量求取方法，是应用采样值作

傅里叶级数算法的部分和，然后求取相量，根据变数据窗相量求取方法计算相量的最小数据窗为四分之一周波。此方法的实现步骤是：首先由计算机通过互感器对高压线路的电压和电流进行采样，并滤衰减分量，滤衰减分量是指应用滤波算法求得的第m个输出，它等于(第m个电流采样值-第m-6个电流采样值)*2.563，即：

out_m＝(i_m-i_m-6)·2.563

其中：out_m＝滤波算法的第m个输出，i_m＝第m个电流采样值。

然后应用傅里叶级数算法求取采样值的部分和，第p个傅氏部分和的实部为：

${\mathrm{Real}}_p=\underset{k=p\·24-24+1}{\overset{p\·24}{\mathrm{\Σ}}}\sin \left(\frac{2\·k\·\mathrm{\π}}{96}\right)\·{\mathrm{out}}_k$

第p个傅氏部分和的虚部为：

${\mathrm{Imaginary}}_p=\underset{k=p\·24-24+1}{\overset{p\·24}{\mathrm{\Σ}}}\cos \left(\frac{2\·k\·\mathrm{\π}}{96}\right)\·{\mathrm{out}}_k$

其中，p＝1，2，3，4。

当故障后数据窗达到四分之一工频周期时首次计算相量，当故障后数据窗达到二分之一工频周期时第二次计算相量，当故障后数据窗达到四分之三工频周期时第三次计算相量，当故障后数据窗达到一个工频周期后采用全周傅里叶滤波算法求取相量。本发明实施例中的最小数据窗为四分之一周波。

之后再计算相量，第p个相量的实部为：

$\mathrm{Phasor}{\mathrm{Real}}_p=a_p\·\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Real}}_k+c_p\·\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Imaginary}}_k$

第p个相量的虚部为：

$\mathrm{Phasor}{\mathrm{Im\; aginary}}_p=b_p\·\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Real}}_k+d_p\·\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Imaginary}}_k$

其中，p＝1，2，3，4

a₁＝6.451    b₁＝-4.279  c₁＝-4.279  d₁＝7.012

a₂＝2        b₂＝0       c₂＝0       d₂＝2

a₃＝1.376     b₃＝-0.295   c₃＝-0.295    d₃＝1.415

a₄＝1         b₄＝0        c₄＝0         d₄＝1

最后将计算完成的相量传送到高压输电线路的对侧。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1、一种变数据窗相量求取方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a.计算机通过电流互感器、电压互感器对高压线路的电压和电流进行采样，并滤衰减分量；

b.应用傅里叶级数算法，当发生过流故障后，从过流故障时刻起每隔四分之一工频周期分别求取对应时段内各采样值的部分和；

c.当发生过流故障后数据窗达到四分之一工频周期时首次对采样值的部分和进行相量计算，当发生过流故障后数据窗达到二分之一工频周期时第二次对采样值的部分和再进行相量计算，当发生过流故障后数据窗达四分之三工频周期时第三次对采样值的部分和再进行相量计算，当发生过流故障后数据窗达到一个工频周期后采用全周傅里叶滤波算法求取相量，分别得到对应相量值；

d.将上述相量值传送至高压输电线路的对侧。

2、根据权利要求1所述的变数据窗相量求取方法，其特征在于，步骤b所说的应用傅里叶级数算法求取采样值实部或虚部的部分和的计算方法是：

${\mathrm{Real}}_p=\underset{k=p\·24-24+1}{\overset{p\·24}{\mathrm{\Σ}}}\sin \left(\frac{2\·k\·\mathrm{\π}}{96}\right)\·{\mathrm{out}}_k$

${\mathrm{Imaginary}}_p=\underset{k=p\·24-24+1}{\overset{p\·24}{\mathrm{\Σ}}}\cos \left(\frac{2\·k\·\mathrm{\π}}{96}\right)\·{\mathrm{out}}_k$

其中：Real p＝第p个部分和的实部，Imaginary p＝第p个部分和的虚部，out_k为滤波分量，out_k＝(i_k-i_k-6)2.563，p＝1，2，3，4为数据窗代号。

3、根据权利要求1所述的变数据窗相量求取方法，其特征在于：步骤c所说的相量的计算方法是：

$\mathrm{Phasor}{\mathrm{Real}}_p=a_p\·\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Real}}_k+c_p\·\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Imaginary}}_k$

$\mathrm{Phasor}{\mathrm{Imaginary}}_p=b_p\·\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Real}}_k+d_p\·\underset{k=1}{\overset{p}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Imaginary}}_k$

p＝1，2，3，4

a₁＝6.451      b₁＝-4.279      c₁＝-4.279        d₁＝7.012

a₂＝2          b₂＝0           c₂＝0             d₂＝2

a₃＝1.376      b₃＝-0.295      c₃＝-0.295        d₃＝1.415

a₄＝1          b₄＝0           c₄＝0             d₄＝1

Phasor Real p＝第p个相量值的实部，

Phasor Imaginary p＝第p个相量值的虚部。

4、根据权利要求1所述的变数据窗相量求取方法，其特征在于：所说的最小数据窗为四分之一周波。

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