CN104701806A - 一种继电保护中异常采样点的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种继电保护中异常采样点的处理方法，对保护装置在瞬态干扰下的采样波形进行分析，得出了瞬态干扰在保护装置中采样后的波形特征，根据波形特征识别异常采样点，包括采用保护装置中的连续3个采样点识别出瞬态干扰导致的异常采样点的步骤，以及根据异常采样点相邻前2个采样点进行线性外插值来校正异常采样点的采样值以消除瞬态干扰的步骤。对采样数据进行处理时，由于只需要对连续的三个采样点进行处理，因此其数据窗短、运算量小、实时性好、能有效去除瞬态干扰导致的异常采样点；经瞬态干扰的抗扰度试验验证，能够有效地消除瞬态干扰导致的异常采样点，能够避免保护装置误动作，提高了继电保护装置的可靠性。

Description

一种继电保护中异常采样点的处理方法

技术领域

本发明涉及继电保护装置中的数据处理方法，具体为一种继电保护中异常采样点的处理方法。

背景技术

电力系统在运行中可能发生各种故障和不正常运行状态，都可能引起电力系统事故，导致对用户的停止供电或少供电，甚至造成人身伤亡和电气设备的损坏。在电力系统中，一方面要采取各项积极措施消除或减少事故发生的可能性；另一方面要装设继电保护装置，通过预防事故或缩小事故范围来提高系统运行的可靠性，最大限度地保证向用户安全连续供电。继电保护装置是能反应电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置，它必须具备可靠性、选择性、速动性和灵敏性。目前，电力系统中广泛应用的继电保护装置是微机保护装置。

作为电力系统的重要组成部分，微机保护装置处于复杂的电磁环境中，会受到瞬态干扰、传导干扰和辐射干扰，其中瞬态干扰是指时间很短但幅度较大的电磁干扰，具体体现为短暂的高能脉冲，常见的瞬态干扰有三种：电快速脉冲瞬变、浪涌和静电放电。我国电力部门把抗瞬态干扰能力作为考察继电保护装置可靠性的一项重要指标；如果此项指标不合格，装置在现场运行中受到较强瞬态干扰时，会发生误动。国家标准给出了瞬态干扰的抗扰度要求和试验方法，其中GB/T 17626.5-2008对应浪涌(冲击)抗扰度试验，GB/T 17626.4-2008对应电快速瞬变脉冲群抗扰度试验，GB/T 17626.2-2006对应静电放电抗扰度试验；继电保护装置只有通过上述实验，才能应用于电力系统。

继电保护装置一般在硬件和软件两方面都采取抗干扰措施来保证装置的可靠性。硬件方面通常对端口采用隔离技术和能量吸收技术、采用屏蔽或增加滤波电路等；软件方面一般采用数字滤波、逻辑延时等方法识别或处理瞬态干扰导致的异常采样点，从而使保护装置能够可靠运行。常用的数字滤波如中值滤波、有限数字滤波FIR、无限数字滤波IIR等算法均存在着采用的数据窗长、算法复杂、运算量大、不能逐点处理异常采样点等缺点；而逻辑延时并未对采样点做处理，并且软件中的延时降低了微机保护装置的速动性，也不能保证其可靠性和选择性。因此，研究简单可靠、实时性好的异常采样点处理算法对于提高微机保护装置的可靠性具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种简单可靠，实时性好，方便快捷的继电保护中异常采样点的处理方法。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明一种继电保护中异常采样点的处理方法，对保护装置在瞬态干扰下的采样波形进行分析，得出了瞬态干扰在保护装置中采样后的波形特征，根据波形特征识别异常采样点，包括采用保护装置中的连续3个采样点识别出瞬态干扰导致的异常采样点的步骤，以及根据异常采样点相邻前2个采样点进行线性外插值来校正异常采样点的采样值以消除瞬态干扰的步骤。

优选的，具体步骤如下，

步骤1，对任意连续的三个采样点进行采样值的判断，根据公式(1)和(2)进行判断；

$\left\{\begin{array}{c}M2>M1\\ M2>M3\\ |M2-M1|>k\×\left|M1\right|\end{array}\right.---\left(1\right);$

$\left\{\begin{array}{c}M2<M1\\ M2<M3\\ |M2-M1|>k\&times;\left|M1\right|\end{array}\right.---\left(2\right);$

其中，M1、M2、M3为连续三个采样点的采样值，k为经验阈值；

如果两个公式条件均不满足，则中间点正常；

如果满足任意一个公式条件，则中间点异常，根据该中间点之前的两个点的采样值，利用公式(3)进行异常点的采样值替换，消除异常采样点；

M2＝2×M1-M0   (3)；

其中，M0为M1相邻前一次采样点的采样值；

步骤2，重复步骤1依次对采样点进行识别和消除，并将其输出用于继电器的实时保护，直到采样停止。

进一步，所述的连续采样点在每工频周期内采样点数不少于12个。

进一步，所述的经验阈值k的取值范围为0.1≤k＜1。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过对保护装置在瞬态干扰下的采样波形进行分析，得出了瞬态干扰在保护装置中采样后的波形特征，并针对该特征提出了一个识别并消除瞬态干扰导致的异常采样点的算法，将其应用于继电保护装置中。对采样数据进行处理时，由于只需要对连续的三个采样点进行处理，因此其数据窗短、运算量小、实时性好、能有效去除瞬态干扰导致的异常采样点；经瞬态干扰的抗扰度试验验证，能够有效地消除瞬态干扰导致的异常采样点，能够避免保护装置误动作，提高了继电保护装置的可靠性。

附图说明

图1是瞬态干扰在保护装置中的采样波形图；a为公式(1)所述的采样波形图，b为公式(2)所述的采样波形图。

图2是异常采样点处理前后的波形对比图；a为标准正弦波采样波形，b为含瞬态干扰的正弦波采样波形，c为异常采样点处理后的波形。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明通过对装置在瞬态干扰下的采样波形进行分析，根据瞬态干扰在保护装置中采样后的波形特征，提出了一种识别并修改瞬态干扰导致的异常采样点的处理方法，用于继电器保护中。其具体识别方法为：

采用继电保护装置在瞬态干扰下的相邻三个采样点的采样值之间满足以下关系：

(1)中间采样点采样值大于前后相邻两个采样点采样值，并且中间采样点与前一次采样点采样值之差的绝对值大于一定量值门槛。

(2)或者中间采样点采样值小于前后相邻两个采样点采样值，并且中间采样点与前一次采样点采样值之差的绝对值小于一定量值门槛。

则中间采样点为瞬态干扰导致的异常采样点，通过修改异常采样点的采样值以消除瞬态干扰，修改时，令瞬态干扰导致的异常采样点的采样值与相邻前2次采样点的线性外插值相等。若根据上述条件，判断出中间采样点不是异常采样点，则不对其作任何处理。

重复上述处理过程依次对采样点进行识别和消除，并将其输出用于继电器的实时保护，直到采样停止。具体的，如图1所示，其为瞬态干扰在微机保护装置中的采样波形图，该波形为装置在三级电快速瞬变脉冲群抗扰度试验标准——波形参数为试验电压6kV、放电的第一个峰值电流22.5A，或三级静电放电抗扰度试验标准——波形参数为电压峰值1kV、重复频率5kHz，或三级浪涌(冲击)抗扰度试验标准——波形参数为开路电压峰值2kV、短路电流峰值1kA下的采样波形，它记录下了装置在施加瞬态干扰时的连续三个采样点的采样值，采样间隔为312.5μs。其中，图1中的(a)为模拟量输入端口施加正向峰值的干扰，图1中的(b)为模拟量输入端口施加反向峰值的干扰。由图1可知，施加瞬态干扰的瞬间，保护装置的采样值很大但持续时间很短，反应在波形中连续三个采样点的特征为：中间点采样值很大而两边相邻点采样值相对较小；异常采样点与正常采样值的绝对差值大于一定量阈值。根据该特征可以对瞬态干扰进行准确识别，识别过程如下：

根据保护装置的连续三个采样点(每工频周波的采样点数应不少于12个)的采样值判断是否有瞬态干扰导致的异常采样点，判断条件如下：

$\left\{\begin{array}{c}M2>M1\\ M2>M3\\ |M2-M1|>k\&times;\left|M1\right|\end{array}\right.---\left(1\right)$

或 $\left\{\begin{array}{c}M2<M1\\ M2<M3\\ |M2-M1|>k\&times;\left|M1\right|\end{array}\right.---\left(2\right)$

式(1)和式(2)中，M1、M2、M3为连续三个采样点的采样值；前两个逻辑条件对应图1中的波形特征，式(1)对应图1中(a)的情况；式(2)对应图1中(b)的情况；第3个逻辑条件是根据M1、M2采样值的绝对差值是否满足M1采样值绝对值的比较阈值最终确定M2是否为异常采样点。式(1)和式(2)中，k均为正数，用来设定一个比较阈值，可根据不同保护装置的采样回路参数进行设定。根据经验，k的取值范围为0.1≤k<1，本发明在某种保护装置上经过测试验证，以参数k＝0.1为例进行说明。

如果连续3个采样点满足式(1)或式(2)，则中间点M2为瞬态干扰导致的异常采样点，在保护装置软件中，通过式(3)修改M2点的采样值，可达到消除瞬态干扰的目的。式(3)中，M0为M1相邻前一次采样点的采样值，通过线性外插值给出M2点的采样值。

M2＝2×M1-M0   (3)

重复上述过程对采样点进行逐点识别和处理，直到采样停止。

采样点异常的处理算法的实验效果详见图2，图2对比了该算法对采样点处理前后的波形，图2中每工频周期采样点数为64点。a中的Wave1为标准正弦波采样波形；b中的Wave2为含瞬态干扰的正弦波采样波形，正半周波和负半周波各有2个幅值很大的异常采样点；c中的Wave3为异常采样点处理后的波形，可以看出，Wave2中的异常采样点已被本发明提出的异常采样点处理算法消除掉了，且Wave3与Wave1中的波形十分接近。图2表明了采样点异常的处理算法能够正确识别出瞬态干扰导致的异常采样点，并能够修改其采样值为相邻前2次采样点的线性外插值，从而消除了异常采样点。

本发明提出的采样点异常处理算法与常用的数字滤波算法或逻辑延时相比，其数据窗短，仅为3个采样点，远小于常用数字滤波算法的窗长，其至少为32个点或64个点；算法简单，运算量小，只进行简单的逻辑比较和线性运算，避免了常用数字滤波算法的高阶运算和逻辑延时的复杂逻辑；实时性好，能逐点处理，对异常采样点的响应速度快；能有效去除瞬态干扰导致的异常采样点。该采样点异常处理算法已经做进保护装置中并经瞬态干扰抗扰度试验验证，能够有效地消除瞬态干扰导致的异常采样点，避免保护装置误动作，提高了继电保护装置的可靠性。

Claims (4)

1.一种继电保护中异常采样点的处理方法，其特征在于，对保护装置在瞬态干扰下的采样波形进行分析，得出了瞬态干扰在保护装置中采样后的波形特征，根据波形特征识别异常采样点，包括采用保护装置中的连续3个采样点识别出瞬态干扰导致的异常采样点的步骤，以及根据异常采样点相邻前2个采样点进行线性外插值来校正异常采样点的采样值以消除瞬态干扰的步骤。

2.根据权利要求1所述的一种继电保护中异常采样点的处理方法，其特征在于，具体步骤如下，

步骤1，对任意连续的三个采样点进行采样值的判断，根据公式(1)和(2)进行判断；

$\left\{\begin{array}{c}M2>M1\\ M2>M3\\ |M2-M1|>k\&times;\left|M1\right|\end{array}\right.---\left(1\right);$

$\left\{\begin{array}{c}M2<M1\\ M2<M3\\ |M2-M1|>k\&times;\left|M1\right|\end{array}\right.---\left(2\right);$

其中，M1、M2、M3为连续三个采样点的采样值，k为经验阈值；

如果两个公式条件均不满足，则中间点正常；

如果满足任意一个公式条件，则中间点异常，根据该中间点之前的两个点的采样值，利用公式(3)进行异常点的采样值替换，消除异常采样点；

M2＝2×M1-M0    (3)；

其中，M0为M1相邻前一次采样点的采样值；

步骤2，重复步骤1依次对采样点进行识别和消除，并将其输出用于继电器的实时保护，直到采样停止。

3.根据权利要求2所述的一种继电保护中异常采样点的处理方法，其特征在于，所述的连续采样点在每工频周期内采样点数不少于12个。

4.根据权利要求2所述的一种继电保护中异常采样点的处理方法，其特征在于，所述的经验阈值k的取值范围为0.1≤k＜1。