CN104465233A - 一种兼顾低压脱扣器电压暂降特性的配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种兼顾低压脱扣器电压暂降特性的配置方法，包含以下步骤：建立适合于低压脱扣器的电压暂降特性实验方案；对不同型号的低压脱扣器进行实验，获取有效实验数据；基于实验数据，绘制不同型号低压脱扣器的电压耐受曲线；对电压耐受曲线进行近似矩形化处理，得到电压暂降特性数学模型；利用模糊聚类方法对电压暂降特性数学模型进行聚类；以用户侧设备电压暂降的耐受能力为依据，结合聚类结果，筛选出适合的低压脱扣器类型，形成配置方法。本发明的方法，能够保证电压暂降事件发生时，用户侧设备电压暂降耐受能力范围之内，低压脱扣器能够避免误跳闸，从而保障了用户供电可靠性，减少了平均停电时间，具有较强的实用性和推广性。

Description

一种兼顾低压脱扣器电压暂降特性的配置方法

技术领域

本发明涉及低压脱扣器保护领域，特别涉及一种兼顾低压脱扣器电压暂降特性的配置方法。

背景技术

低压脱扣器由于具备欠压、失压等保护功能，目前在配电网中大量广泛应用。而近年来，电压暂降已成为供电部门和电力用户最为关注的电能质量问题。电压暂降事件发生时，在用户侧设备耐受电压暂降的能力范围内，低压脱扣器的合理科学配置能够避免误跳闸，有效地减少用户平均停电时间，极大程度地保障了供电可靠率。因此，研究低压脱扣器的配置方法，对于保证用户安全连续用电、构筑用户满意电力系统等，具有重要的现实意义和推广价值。

低压脱扣器在实际使用过程中如何配置目前尚无相关的参考标准以及有效的方法，设计人员和用户目前只能依靠主观经验进行配置。采用这样的方法存在明显的缺陷：没有研究低压脱扣器电压暂降特性，甚至没有考虑用户侧设备耐受电压暂降的能力，电压暂降事件发生时，极有可能存在由于低压脱扣器误跳闸导致用户侧突然断电从而引起巨大负荷损失的风险。

因此有必要设计一种低压脱扣器的新的配置方法来满足人们的需求。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种兼顾低压脱扣器电压暂降特性的配置方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种兼顾低压脱扣器电压暂降特性的配置方法，包含以下顺序的步骤：

S1.依据国标GB/T17626.11-2008，建立适合于低压脱扣器的电压暂降特性实验方案；

S2.针对当前广泛使用的不同型号的低压脱扣器进行实验，获取有效实验数据；

S3.基于实验数据，绘制不同型号低压脱扣器的电压耐受曲线，用于表征其电压暂降特性；

S4.对电压耐受曲线进行近似矩形化处理，得到电压暂降特性数学模型；

S5.根据不同型号的低压脱扣器电压暂降特性数学模型，利用模糊聚类方法对其进行聚类；

S6.以用户侧设备电压暂降的耐受能力(耐受时间、幅值)为依据，结合聚类结果，筛选出适合的低压脱扣器类型，形成配置方法。

步骤S1中，所述的实验方案包括实验平台、实验步骤：

所述实验平台包括电压暂降发生装置、电能质量监测装置、低压脱扣器、开关，其中电压暂降发生装置为大功率暂降信号发生装置，采用了电力电子技术，能够产生电压暂降测试信号；电能质量监测装置采用日置HIOKI 3196，对自行研制的电压暂降发生装置所产生的测试信号进行监测，确保其准确、可靠；

所述实验步骤具体如下：

(1)调节电压暂降发生装置，使其输出的电压幅值为低压脱扣器额定工作电压U_e，待低压脱扣器稳定工作后，再开始调节其输出的电压暂降幅值和持续时间；

(2)电压暂降幅值U以5％U_e为步长，调节范围为10％～90％U_e，从小到大进行调节；

(3)针对每个电压暂降幅值U，电压暂降持续时间T以2ms为步长，调节范围为10ms～1min，由小到大进行调节；

(4)由电压暂降幅值U、电压暂降持续时间T组成的测试信号重复一定的频次提供给低压脱扣器，观察并记录下低压脱扣器在该测试信号作用下对应的动作次数。

步骤S3中，所述的电压暂降特性是指低压脱扣器在电压暂降作用下存在三个不同区域，即：动作区域、不动作区域和模糊区域，其中动作区域表示低压脱扣器动作次数等于测试信号频次，即确定发生动作；不动作区域表示低压脱扣器动作次数为零，即不会发生动作；模糊区域表示低压脱扣器动作次数介于零与测试信号频次之间，即动作情况不确定。

步骤S4中，所述的电压暂降特性模型是指用U_min、U_max、T_min、T_max四个物理量近似定量地描述低压脱扣器动作区域、不动作区域和模糊区域，即：动作区域为U<U_min且T>T_max；不动作区域为U>U_max或T<T_min；模糊区域介于两者之间；其中U_min和U_max分别为低压脱扣器耐受电压暂降幅值的最小值和最大值，T_min和T_max分别为低压脱扣器耐受电压暂降持续时间的最小值和最大值。

步骤S5中，所述的模糊聚类方法，具体步骤如下：

(1)选取用于表征低压脱扣器电压暂降作用下不动作区域的U_max和T_min作为特征指标；

(2)输入待分析各型号低压脱扣器的特征指标，构造原始数据矩阵A；

(3)对矩阵A进行标准化处理，得到模糊矩阵R₀，利用欧氏距离法，构建矩阵R₀的模糊相似矩阵R；

(4)建立模糊等价矩阵R^*，将模糊等价矩阵R^*转换为与其等价的λ截矩阵，形成动态聚类图，实现对待分析低压脱扣器的聚类分析。

所述的模糊聚类方法实现的效果是将电压暂降发生时不跳闸特性(即不动作区域)类似的低压脱扣器划分为一类。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本发明克服了设计人员和用户只能依靠主观经验进行低压脱扣器的配置而缺乏相关理论指导的缺陷，所提供的配置方法以用户侧设备的电压暂降耐受能力为依据，又兼顾到低压脱扣器电压暂降特性，电压暂降事件发生时，在用户侧设备电压暂降耐受能力范围之内，低压脱扣器能够有效避免误跳闸，从而保证用户侧供电可靠性，具有较强的实用性和推广性。

(2)本发明利用模糊聚类方法，将不动作区域类似的低压脱扣器聚为一类，将目前市场上类型众多的低压脱扣器归集为有限个类别(一般类别数量为个位数)，因此，设计人员和用户可根据用户侧设备电压暂降耐受能力，快速有效地筛选出合适的类别进行配置。

附图说明

图1为本发明所述的一种兼顾低压脱扣器电压暂降特性的配置方法的流程图；

图2为图1所述方法的实验平台的原理电路接线图；

图3为本发明实施例的T1型低压脱扣器的电压暂降耐受曲线；

图4为本发明实施例的低压脱扣器的动态聚类图；

图5为本发明实施例的用户侧某种设备的电压耐受曲线。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，一种兼顾低压脱扣器电压暂降特性的配置方法，包括以下步骤：

(1)依据国标GB/T17626.11-2008，建立适合于低压脱扣器的电压暂降特性实验方案，包括实验步骤、实验平台；

如图2，实验平台包括依次相连的电压暂降发生装置、电能质量监测装置、低压脱扣器、开关，其中电压暂降发生装置为自行设计的大功率暂降信号发生装置，能够产生电压暂降测试信号；低压脱扣器在实际运行中是单相工作模式，实验过程中并联在电压暂降发生装置两端，取单相测试信号；电能质量监测装置采用日置HIOKI 3196，对自行设计的电压暂降发生装置所产生的测试信号进行监测，确保其准确、可靠；图2中A、B、C、N为电压暂降发生装置的接口，电压暂降发生装置的另一侧接三相市电(AC220V)，K为开关；

所述实验步骤具体如下：

a、调节电压暂降发生装置，使其输出的电压幅值为低压脱扣器额定工作电压U_e，待低压脱扣器稳定工作后，再开始调节其输出的电压暂降幅值和持续时间；

b、电压暂降幅值U以5％U_e为步长，调节范围为10％～90％U_e，从小到大进行调节；

c、针对每个电压暂降幅值U，电压暂降持续时间T以2ms为步长，调节范围为10ms～1min，由小到大进行调节；

d、由电压暂降幅值U、电压暂降持续时间T组成的测试信号重复一定的频次(本实施例取为10)提供给低压脱扣器，观察并记录下低压脱扣器在该测试信号作用下对应的动作次数；

(2)针对当前广泛使用的不同型号的低压脱扣器进行实验，获取有效实验数据；

本发明实施例选择某地区广泛应用的具有欠压、失压保护功能的十二种型号低压脱扣器进行实验，其基本信息如表1所示：

表1 所用低压脱扣器基本信息

型号	额定工作电压	生产制造商	型号	额定工作电压	生产制造商
						T1	AC220V	江苏国星	T7	AC220V	浙江阿尔斯通
T2	AC380V	江苏国星	T8	AC220V	上海磊跃
						T3	AC220V	浙江正泰	T9	AC220V	杭州之江
T4	AC380V	浙江正泰	T10	AC220V	ABB

T5	AC220V	江苏凯帆	T11	AC220V	施耐德
						T6	AC380V	江苏凯帆	T12	AC220V	西门子

注：上述低压脱扣器均为瞬时型，必要时可增加延时模块，成为延时型。

对上述十二种型号的低压脱扣器进行实验，下面以T₁型低压脱扣器为例，给出其实验数据，如表2-1和表2-2所示：

表2-1 T₁型低压脱扣器实验数据

表2-2 T₁型低压脱扣器实验数据

注：T1型低压脱扣器在幅值为10％～50％时，在持续时间小于18ms时动作次数恒为零，即确定不动作；在持续时间大于62ms时动作次数恒为10，即确定发生动作。当幅值大于50％时，无论持续时间多少，都不动作。

(3)基于实验数据，绘制不同型号低压脱扣器的电压耐受曲线，用于表征其电压暂降特性；

本发明以T₁型低压脱扣器实验数据为例(如表2-1和表2-2所示)，绘制其电压耐受曲线，如图3所示，由图3可以看到：T₁型低压脱扣器在电压暂降作用下存在动作区域、不动作区域和模糊区域(图中阴影区域)，其他型号低压脱扣器也存在同样结论；

(4)对电压耐受曲线进行近似矩形化处理，得到电压暂降特性数学模型；

如图3中虚线所示，对电压耐受曲线进行近似矩形化处理，可得：U_max＝U_min＝50％，T_min＝20ms，T_max＝42ms，相应的T₁型低压脱扣器近似的电压暂降特性模型为：动作区域为U<50％且T>42ms；不动作区域为U>50％或T<20ms；模糊区域为U<50％且20ms<T<42ms；

表3给出了T₁～T₁₂型低压脱扣器对应的U_min、U_max、T_min、T_max，由此可以得到其他型号低压脱扣器的电压暂降敏感特性模型；

表3 各型号低压脱扣器对应的U_min、U_max、T_min、T_max

编号

型号

Umin

Umax

Tmin

Tmax

编号

型号

Umin

Umax

Tmin

Tmax

1

T1

50％

50％

20ms

42ms

7

T7

35％

35％

202ms

252ms

2

T2

50％

50％

32ms

40ms

8

T8

40％

40％

186ms

272ms

3

T3

50％

50％

30ms

36ms

9

T9

45％

45％

112ms

162ms

4

T4

50％

50％

35ms

44ms

10

T10

50％

50％

22ms

40ms

5

T5

50％

50％

78ms

152ms

11

T11

55％

55％

18ms

24ms

6

T6

50％

50％

86ms

166ms

12

T12

55％

55％

12ms

26ms

(5)根据不同型号的低压脱扣器电压暂降特性数学模型，利用模糊聚类方法对其进行聚类；

所述的模糊聚类方法，具体步骤如下：

A、选取用于表征低压脱扣器电压暂降作用下不动作区域的U_max和T_min作为特征指标；

B、输入待分析各型号低压脱扣器的特征指标，构造原始数据矩阵A；

C、对矩阵A进行标准化处理，得到模糊矩阵R₀，利用欧氏距离法，构建矩阵R₀的模糊相似矩阵R；

D、建立模糊等价矩阵R^*，将模糊等价矩阵R^*转换为与其等价的λ截矩阵，形成动态聚类图，实现对待分析低压脱扣器的聚类分析。

图4给出动态聚类图。由图4可知，当λ＝0.9979时，12个型号的低压脱扣器可以分为7类，分别记为I、II、III、IV、V、VI、VII类，为了分析方便，将聚类结果列出如表4所示。

表4本发明实施例的聚类结果

(6)以用户侧设备电压暂降的耐受能力(耐受时间、幅值)为依据，结合聚类结果，筛选出适合的低压脱扣器类型，形成配置方法。

图5给出了该地区用户侧某种设备的电压耐受曲线；由图5可知：当U>63％或T<40ms时设备正常运行；当U<46％且T>205ms时，设备会出现故障；模糊区域介于两者之间。结合表4、3进行分析，可知：

A、若在该用户侧配置I型低压脱扣器，发生电压暂降事件时，在设备正常运行区域内，低压脱扣器跳闸动作概率较小，从而保证了用户侧供电可靠，在设备可能出现故障(例如：设备烧毁)运行时(处于模糊区域或故障区域)，低压脱扣器确定会动作跳闸，从而及时切除故障；

B、若在用户侧配置II、III型低压脱扣器，发生电压暂降时，在设备正常运行区域内，低压脱扣器极有可能会动作跳闸，引起用户侧不必要的断电从而导致巨大经济损失；

C、若在用户侧配置IV～VII型低压脱扣器，或者在I～VII型低压脱扣器配置延时模块(目前延时模块可设置的延时时间通常在0.5s以上)，发生电压暂降时，在设备出现故障时，低压脱扣器拒动作(此时仍处于不动作区域)而无法切除故障，导致设备受到损坏。

基于上述分析可知，根据用户侧设备电压暂降耐受能力，选择I型低压脱扣器在该用户侧进行配置。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种兼顾低压脱扣器电压暂降特性的配置方法，其特征在于，包含以下顺序的步骤：

S1.依据国标GB/T17626.11-2008，建立适合于低压脱扣器的电压暂降特性实验方案；

S2.针对当前广泛使用的不同型号的低压脱扣器进行实验，获取有效实验数据；

S3.基于实验数据，绘制不同型号低压脱扣器的电压耐受曲线，用于表征其电压暂降特性；

S4.对电压耐受曲线进行近似矩形化处理，得到电压暂降特性数学模型；

S5.根据不同型号的低压脱扣器电压暂降特性数学模型，利用模糊聚类方法对其进行聚类；

S6.以用户侧设备电压暂降的耐受能力为依据，结合聚类结果，筛选出适合的低压脱扣器类型，形成配置方法。

2.根据权利要求1所述的兼顾低压脱扣器电压暂降特性的配置方法，其特征在于，步骤S1中，所述的实验方案包括实验平台、实验步骤：

所述实验平台包括依次连接的电压暂降发生装置、电能质量监测装置、低压脱扣器、开关；

所述实验步骤具体如下：

(1)调节电压暂降发生装置，使其输出的电压幅值为低压脱扣器额定工作电压U_e，待低压脱扣器稳定工作后，再开始调节其输出的电压暂降幅值和持续时间；

(2)电压暂降幅值U以5％U_e为步长，调节范围为10％～90％U_e，从小到大进行调节；

(3)针对每个电压暂降幅值U，电压暂降持续时间T以2ms为步长，调节范围为10ms～1min，由小到大进行调节；

(4)由电压暂降幅值U、电压暂降持续时间T组成的测试信号重复一定的频次提供给低压脱扣器，观察并记录下低压脱扣器在该测试信号作用下对应的动作次数。

3.根据权利要求1所述的兼顾低压脱扣器电压暂降特性的配置方法，其特征在于，步骤S3中，所述的电压暂降特性是指低压脱扣器在电压暂降作用下存在三个不同区域，即：动作区域、不动作区域和模糊区域，其中动作区域表示低压脱扣器动作次数等于测试信号频次，即确定发生动作；不动作区域表示低压脱扣器动作次数为零，即不会发生动作；模糊区域表示低压脱扣器动作次数介于零与测试信号频次之间，即动作情况不确定。

4.根据权利要求1所述的兼顾低压脱扣器电压暂降特性的配置方法，其特征在于，步骤S4中，所述的电压暂降特性模型是指用U_min、U_max、T_min、T_max四个物理量近似定量地描述低压脱扣器动作区域、不动作区域和模糊区域，即：动作区域为U<U_min且T>T_max；不动作区域为U>U_max或T<T_min；模糊区域介于两者之间；其中U_min和U_max分别为低压脱扣器耐受电压暂降幅值的最小值和最大值，T_min和T_max分别为低压脱扣器耐受电压暂降持续时间的最小值和最大值。

5.根据权利要求1所述的兼顾低压脱扣器电压暂降特性的配置方法，其特征在于，步骤S5中，所述的模糊聚类方法，具体步骤如下：

(1)选取用于表征低压脱扣器电压暂降作用下不动作区域的U_max和T_min作为特征指标；

(2)输入待分析各型号低压脱扣器的特征指标，构造原始数据矩阵A；

(3)对矩阵A进行标准化处理，得到模糊矩阵R₀，利用欧氏距离法，构建矩阵R₀的模糊相似矩阵R；

(4)建立模糊等价矩阵R^*，将模糊等价矩阵R^*转换为与其等价的λ截矩阵，形成动态聚类图，实现对待分析低压脱扣器的聚类分析。