CN104485646A - 一种用于快速相量保护的采样值异常闭锁方法及快速相量保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于快速相量保护的采样值异常闭锁方法。该方法先对所输入的电气量进行等间隔采样，获取采样值序列。本发明在利用相量保护判断是否有故障的同时，还根据采样值序列，采用全周傅里叶算法计算输入电气量的三个有效值结果，以此判断采样值序列是否有异常；若判定为有故障且采样值正常，则开放快速保护动作出口；若采样值异常则闭锁保护动作出口。本发明判据无需整定，动作阈值自适应，可有效避免单纯依靠采样值序列突变特征的方法在采样值异常与真正故障之间的误判问题；判别准确度和可靠性高，实时性较好。

Description

一种用于快速相量保护的采样值异常闭锁方法及快速相量保护装置

技术领域

本发明属于电力系统继电保护领域，具体涉及一种用于快速相量保护的采样值异常闭锁方法及应用该方法的快速相量保护装置。

背景技术

电力系统继电保护原理利用数字化手段实现时，可以采用两种方式：一种是直接利用瞬时值，也就是采样值，进行逻辑判断，以确定保护装置是否应该动作，称为采样值形式的数字化保护或采样值保护；另一种方式是首先利用采样值提取出电流、电压相量，也就是有效值和相位，然后再与预设的整定值进行比较，以确定故障是否位于保护区内，称为相量形式的数字化保护或相量保护。

数字化保护需要利用模拟/数字转换技术，将连续变化的电压、电流模拟量进行采样、量化，也就是数字化。在模拟量采集、模拟量数字化和采样值传输的每一个环节都可能由于硬件故障、电磁干扰等原因造成数字化保护接收到的采样值出现异常。采样值保护一般采取连续多次比较，动作逻辑达到一定次数后保护才出口的方法，因此受个别采样值异常的影响相对较小。而相量保护采用固定数据窗长提取相量的有效值和相位，采样值异常将一直影响整个数据窗内的相量保护动作行为，直到异常采样值不再包含在数据窗内为止。而快速相量保护要求动作速度快，也无法采用延时的方法躲过采样值异常的影响，因此快速相量保护必须采取更有效措施，应对采样值异常的影响，防止保护误动。

目前用于数字化保护的采样值异常识别和闭锁技术主要采用基于采样值序列突变特征的通用方法，识别原理为正常时采样值序列相邻采样点之间的突变量会严格处于某一区间内；而发生采样值异常时，相邻采样点之间的突变量会超过该合理区间。这一类方法包括双A/D冗余比较法，小波变换突变点检测法，三阶样条插值比较法，采样值与幅值比较法，采样序列差分值越限法及电气量波形连续可导法等。

然而这类基于采样值序列的识别方法由于其研究的出发点为通用方法，并不针对某一类数字化保护应用，因此存在阈值整定难以精确化，计算量大，数据窗较长等缺陷，而且仅能检测出特征明显的异常情况，甚至出现难以区分采样值异常与真正发生严重故障的情况。特别是目前没有针对快速相量保护的采样值异常识别和闭锁方法，难以提高采样值异常时的快速相量保护的动作可靠性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种用于快速相量保护的采样值异常闭锁方法。该方法以相量保护广泛采用的全周傅里叶算法为基础，对相同数据窗内的采样值序列，计算得到三个不同的全周傅里叶结果，比较计算结果间的差异大小，从而判断采样值是否存在异常，并作为快速相量保护动作出口的闭锁条件。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于快速相量保护的采样值异常闭锁方法，先在一个基波周期T内对所输入的电气量进行N次等间隔采样，得到采样值序列{x(k)| _{k =1, 2, …, N} } ，对采样值序列进行运算，计算出输入电气量的有效值X，并与预定的保护定值X _set  进行比较判断是否有故障；还根据采样值序列，采用全周傅里叶算法计算输入电气量的有效值，根据三个有效值计算结果判断采样值序列是否有异常；若判定为有故障且采样值正常，则开放快速保护动作出口；若采样值异常则闭锁保护动作出口。对于反映电流量的相量保护，输入电气量为电流量；对于反映电压量的相量保护，输入电气量为电压量。

通常的相量保护是将输入电气量的有效值X与保护定值X _set 比较，根据比较结果判断是否有故障，一旦判定为有故障即进行跳闸动作，但采样值异常也会导致有效值不符合保护定值的限定，因此可能会导致误判，实际并无故障。为防止因采样值异常导致的误动作，本发明在相量保护的同时，还对采样值异常进行识别判断，相量保护判断为有故障时，只有在采样值正常的情况下，才认定为是真正故障，才开放快速相量保护动作出口，允许保护动作；一旦发现采样值异常，不管相量保护的判断结果如何，直接闭锁保护动作出口，不允许任何保护动作。这样可充分避免因采样值异常导致的保护误动作。对于有效值的计算，常见的方法有均方根算法、半周积分算法、全周傅里叶算法和半周傅里叶算法等。保护定值X _set 的具体整定方法可依据现行国家标准和行业标准的方法进行计算，例如对于线路的过电流保护，保护定值X _set 应能反应被保护线路末端发生故障时出现的最小短路电流。

采样值异常识别的具体步骤为：

（1）根据采样值序列{x(k)| _{k =1, 2, …, N} } ，采用全周傅里叶算法计算输入电气量的有效值，根据使用的采样值不同，得到三个有效值计算结果X _Whole 、X _Odd  、X _Even ，计算公式为：

                     （1）

                      （2）

                        （3）

其中X _R.Whole 、X _V.Whole 为第1个有效值X _Whole 的实部和虚部，其计算使用了采样值序列中全部N个采样值，公式（1）中下标j即采样值序列中的k；X _R.Odd 、X _V.Odd 为第2个有效值X _Odd 的实部和虚部，其计算使用了采样值序列中序号为奇数的N/2个采样值，公式（2）中下标2j-1相当于采样值序列的k，在该公式中k只取奇数；X _R.Even 、X _V.Even 为第3个有效值X _Even 的实部和虚部，其计算使用了采样值序列中序号为偶数的N/2个采样值，公式（3）中下标2j相当于采样值序列的k，在该公式中k只取偶数；

（2）判断三个有效值计算结果是否同时满足以下条件：

其中X _Max =max{X _Whole ，X _Odd ，X _Even } ，K为比例系数 ，0<K<1，优选为0.1；若同时满足，则判断为采样值正常，反之，采样值异常。

快速相量保护可采用过量保护或欠量保护，采用过量保护时，有效值X大于等于保护定值X _set 时，判定为有故障。采用欠量保护时，有效值X小于等于保护定值X _set 时，判定为有故障。

本发明提供了一种快速相量保护装置，该装置应用上述采样值异常闭锁方法。

本发明的有益效果：

1、可以反映包括硬件损坏、电磁干扰、传输丢帧等不同原因导致的采样值数据异常情况，可以在一定程度上反映电流互感器饱和对相量保护的影响。

2、判据无需整定，动作阈值自适应，可有效避免单纯依靠采样值序列突变特征的方法在采样值异常与真正故障之间的误判问题；

3、判别准确度和可靠性高于依靠采样值序列突变特征的方法，并且与快速相量保护的数据窗长度一致，实时性较好。

附图说明

图1是本发明所述采样值异常闭锁方法的逻辑图；

图2是本发明三个有效值计算所采用的采样点示意图；

图3是本发明实施例的逻辑图。

具体实施方式

下面以电流速断保护为例（相量保护采用过量保护，如图3），说明用于快速相量保护的采样值异常闭锁方法的具体实施过程：

（1）快速相量保护装置在一个基波周期T内对所接入的电流量进行24次等间隔采样，得到采样值序列{i(k)| _{k =1, 2, …, 24}}。

（2）电流速断的相量保护通过均方根运算对采样值序列计算得到输入电流量的有效值I，并与预先设定的保护定值I _set 进行比较，当其大于等于保护定值时，判断为系统故障；否则，判断为系统无故障。

（3）同时，根据采样值序列{i(k)| _{k =1, 2, …, 24}}，采用全周傅里叶算法计算出输入电流量的有效值，依据直接使用的采样值不同，形成以下三个有效值计算结果：

                           （4）

                   （5）

                    （6）

其中，I _R.Whole 、I _V.Whole 、I _Whole 分别为电流量的第1个有效值计算结果的实部、虚部和有效值；I _R.Odd 、I _V.Odd 、I _Odd 分别为电流量的第2个有效值计算结果的实部、虚部和有效值；I _R.Even 、I _V.Even 、I _Even 分别为电流量的第3个有效值计算结果的实部、虚部和有效值。

从公式(4)～公式(6)可以看出，第1个计算结果使用了采样值序列{i(k)| _{k =1, 2, …, 24}}中全部24个采样值；第2个计算结果使用了采样值序列{i(k)| _{k =1, 2, …, 24}}中序号为奇数的12个采样值，即取k =1, 3, 5, …, 23；第3个计算结果使用了采样值序列{i(k)| _{k =1, 2, …, 24}}中序号为偶数的12个采样值，即取k =2, 4, 6, …, 24。步骤（1）和步骤（3）进行的有效值计算中的有效值都是同一概念，是正弦电气量的固有参数。数字保护中通过对正弦电气量采样后得到的离散采样值，进行一定计算可以间接得到输入电气量的有效值，而计算方法可以有多种，步骤（1）中可以采用任何一种方法得到，在此选用了均方根计算，步骤（3）中采用了全周傅里叶算法。显然如果所有计算方法都是精确的，其得到的有效值将是一致的，都是输入正弦电气量的真实参数。有效值I和有效值I _Whole 都是针对全部有效值计算得来，一般无干扰的情况下，两个值应该是相等的。但实际情况，不会完全无干扰，因此两个值会略有不同。在采样值异常识别判断中，除使用全部采样值计算外，还单独针对序号为偶数或奇数的采样值进行计算求得两个有效值结果，在下面步骤中，利用三个有效值结果来判断采样值正常与否。

（4）取三个有效值计算结果中的最大值，即I _Max =max{I _Whole ，I _Odd ，I _Even }，判断三个有效值计算结果是否满足以下条件：

当三个条件同时满足时，判断为采样值正常，任一条件不满足，判断为采样值异常。

（5）当步骤（2）满足有效值I大于等于保护定值I _set 且步骤（4）中三个条件均满足时，即判断为采样值正常，确定是系统有故障，开放电流速断的快速相量保护动作出口，允许跳闸动作。如果虽然满足了有效值I大于等于保护定值I _set ，但步骤（4）中三个条件有任意一个不满足，被认为采样值异常，即闭锁保护动作出口。也就是说，只要判断为采样值异常，不管相量保护判断是否有故障，都将电流速断快速相量保护闭锁。 这是因为，这时的采样值已不正常，用它来计算的有效值也就不准确，再进行快速相量保护也就没意义。

Claims (5)

1.一种用于快速相量保护的采样值异常闭锁方法，先在一个基波周期T内对所输入的电气量进行N次等间隔采样，得到采样值序列{x(k)| _{k =1, 2, …, N} } ，对采样值序列进行运算，计算出输入电气量的有效值X，并与预定的保护定值X _set  进行比较判断是否有故障；其特征在于：还根据采样值序列，采用全周傅里叶算法计算输入电气量的有效值，根据三个有效值计算结果判断采样值序列是否有异常；若判定为有故障且采样值正常，则开放快速保护动作出口；若采样值异常则闭锁保护动作出口。

2.根据权利要求1所述的用于快速相量保护的采样值异常闭锁方法，其特征在于：采样值异常识别的具体步骤为：

根据采样值序列{x(k)| _{k =1, 2, …, N} } ，采用全周傅里叶算法计算输入电气量的有效值，根据使用的采样值不同，得到三个有效值计算结果X _Whole  、X _Odd  、X _Even ，计算公式为：

                     （1）

                      （2）

                        （3）

其中X _R.Whole 、X _V.Whole 为第1个有效值X _Whole 的实部和虚部，其计算使用了采样值序列中全部N个采样值；X _R.Odd 、X _V.Odd 为第2个有效值X _Odd 的实部和虚部，其计算使用了采样值序列中序号为奇数的N/2个采样值；X _R.Even 、X _V.Even 为第3个有效值X _Even 的实部和虚部，其计算使用了采样值序列中序号为偶数的N/2个采样值；

（2）判断三个有效值计算结果是否同时满足以下条件：

其中X _Max =max{X _Whole ，X _Odd ，X _Even } ，K为比例系数 ，0<K<1 ；若同时满足，则判断为采样值正常，反之，采样值异常。

3.根据权利要求1所述的用于快速相量保护的采样值异常闭锁方法，其特征在于：快速相量保护采用过量保护，有效值X大于等于保护定值X _set 时，判定为有故障。

4.根据权利要求1所述的用于快速相量保护的采样值异常闭锁方法，其特征在于：快速相量保护采用欠量保护，有效值X小于等于保护定值X _set 时，判定为有故障。

5.一种快速相量保护装置，其特征在于：应用权1-4所述的采样值异常闭锁方法。