CN104778348B

CN104778348B - 低压脱扣器的电压暂降动作特性建模方法

Info

Publication number: CN104778348B
Application number: CN201510134783.7A
Authority: CN
Inventors: 洪潮; 赵勇; 陈雁; 刘平; 欧阳森; 张勇军
Original assignee: Power Grid Technology Research Center of China Southern Power Grid Co Ltd; Research Institute of Southern Power Grid Co Ltd
Current assignee: Research Institute of Southern Power Grid Co Ltd
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2035-03-25
Also published as: CN104778348A

Abstract

本发明公开了一种低压脱扣器的电压暂降动作特性建模方法，包括如下步骤：构建试验平台并进行试验，记录低压脱扣器在不同暂降测试信号以一定频次作用下的动作次数；从低压脱扣器的动作情况中，统计出在不同暂降幅值和起始点相位下相应的不动作的最大持续时间t₁和动作的最小持续时间t₂作为试验数据；依据试验数据，在幅值‑持续时间平面上绘制低压脱扣器在不同起始点相位下的电压耐受曲线，找出分割点处的幅值相应的t₁和t₂作为模糊聚类的特征指标；对不同起始点相位下的电压耐受曲线进行聚类，针对同一类别的若干条电压耐受曲线，对其相应的若干组试验数据作算术平均处理；对处理后的数据进行拟合，得到低压脱扣器耐受曲线的数学模型。

Description

低压脱扣器的电压暂降动作特性建模方法

技术领域

本发明涉及低压脱扣器技术，更具体地说，涉及一种考虑模糊聚类特性的低压脱扣器电压暂降动作特性建模方法。

背景技术

低压脱扣器作为一种受电网在过压、欠压及失压情况下的保护设备，目前在电网中广泛使用。电压暂降问题逐渐突出，已成为影响用电设备正常运行的最严重的电能质量问题。电力系统曾出现由于高压短路故障导致电压暂降的发生，渗透影响造成低压配网出现大量低压脱扣器发生误跳闸的严重事件。同样地，在低压配网中的电压暂降也可能导致类似严重事件的发生。因此，对低压脱扣器电压暂降动作特性(敏感特性)进行建模研究，分析其在电压暂降作用下的动作情况，具有重要现实意义。当前，针对用电设备的电压暂降敏感特性，国内外都开展了大量试验研究，所研究设备主要集中在交流接触器、调速驱动装置、计算机、照明设备等，但关于低压脱扣器的电压暂降敏感特性的研究工作尚未开展。

而另一方面，关于低压脱扣器的动作特性，按照国标GB14048.1-2006(《低压开关设备和控制设备第1部分：总则》)相关规定，当外施电压下降至额定电压70％～35％时，与开关电器组合一起的低压脱扣器应动作，使电器断开；当外施电压低于额定电压35％时，低压脱扣器应防止电器闭合；当外施电压等于或高于额定电压85％时，低压脱扣器应保证电器闭合。但是，国标GB14048.1-2006只是笼统地给出了低压脱扣器的动作特性，无法明确地界定低压脱扣器在电压暂降作用下的动作情况。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种低压脱扣器的电压暂降动作特性建模方法，解决现有技术无法明确界定低压脱扣器在电压暂降作用下的动作情况的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种低压脱扣器的电压暂降动作特性建模方法，包括如下步骤：

(1)构建试验平台并进行试验，记录低压脱扣器在不同暂降测试信号以一定频次作用下的动作次数，其中测试信号包括暂降幅值、持续时间、起始点相位三个特征量；

(2)从低压脱扣器的动作情况中，统计出在不同暂降幅值和起始点相位下相应的不动作的最大持续时间t₁和动作的最小持续时间t₂作为试验数据；

(3)依据试验数据，在幅值-持续时间平面上绘制低压脱扣器在不同起始点相位下的电压耐受曲线，根据电压耐受曲线的形态，对其进行有限次分割，找出分割点处的幅值相应的最大持续时间t₁和最小持续时间t₂，作为模糊聚类的特征指标；

(4)采用模糊C均值聚类算法对电压耐受曲线群进行聚类，分析聚类结果，针对同一类别电压耐受曲线，对其相应的试验数据作加权平均处理；

(5)利用最小二乘法对处理后的数据进行拟合，得到不同起始点相位类别下低压脱扣器耐受曲线的数学模型，实现低压脱扣器电压暂降动作特性建模研究。

作为本发明的一种改进，所述试验平台包括用于产生暂降测试信号以提供给低压脱扣器的电压暂降发生仪、用于监测测试信号的示波器。

作为本发明的一种改进，在步骤(2)中：所述暂降幅值的变化范围是10％U_N～90％U_N，U_N是低压脱扣器额定工作电压，变化步长是5％U_N，暂降持续时间变化范围是10ms～1min，变化步长是5ms；暂降起始点相位变化范围是0～360，变化步长是15。

作为本发明的一种改进，在步骤(3)中：电压暂降的持续时间t<t₁时，低压脱扣器始终不动作；电压暂降的持续时间t>t₂时，低压脱扣器动作，且动作次数等于测试信号频次；t₁≤t≤t₂时，低压脱扣器动作次数小于测试信号频次，说明动作情况模糊不确定，有时动作，有时不动作。

与现有技术相比，本发明为低压脱扣器的设计、生产和测试过程提供了重要借鉴，有利于采取合理技术措施对低压脱扣器进行改进，提高低压脱扣器耐受电压暂降的能力，有效避免低压脱扣器误动作，从而最大程度减小电压暂降给用户带来的经济损失，具有较强的实用性和推广性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的结构及其有益技术效果进行详细说明。

图1为本发明低压脱扣器的电压暂降动作特性建模方法的流程图。

图2为本发明低压脱扣器的电压暂降动作特性试验平台原理接线图。

图3为低压脱扣器在相位为0°～90°时对应的电压耐受曲线(voltage tolerancecurve,VTC)。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

请参阅图1，本发明低压脱扣器的电压暂降动作特性建模方法包括以下步骤：

(1)深入分析国标GB/T17626.11-2008，构建试验平台。

国标GB/T17626.11-2008给出了若干种用电设备电压暂降抗扰度的试验布置样例，结合低压脱扣器实际运行中单相工作模式，本发明构建了低压脱扣器电压暂降动作特性试验平台。请参阅图2，试验平台是由电压暂降发生仪、低压脱扣器、开关、示波器等元件组成，其中电压暂降发生仪采用自行研发的大功率暂降信号发生装置，能够产生电压暂降测试信号，提供给低压脱扣器；示波器用于监测测试信号，确保自行研发的电压暂降发生仪产生的测试信号准确、可靠。

(2)对目前主流的低压脱扣器进行试验，观察并记录下低压脱扣器在暂降测试信号以一定频次作用下的动作次数。

国标GB/T17626.11-2008明确规定，“电压暂降是二维干扰，其等级由电压幅值和持续时间决定，在试验室模拟时，可用额定电压的偏离值和持续时间最低限度地表述电压暂降”；对于电压暂降相位，国标规定，“优先选择暂降发生在电压过零处(即电压暂降起始点相位为0°)，也可附加几个相位进行试验，每相优先选择45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°”。

因此，本发明用电压暂降幅值、持续时间、起始点相位(下称“相位”)等三个特征量表征暂降测试信号，其中幅值变化范围是10％～90％U_N(U_N是低压脱扣器额定工作电压)，变化步长是5％U_N，持续时间变化范围是10ms～1min，变化步长是5ms；相位变化范围是0°～360°，变化步长是15°。

本发明实施例选择市场上主流的某厂家生产的AC220V欠压脱扣器进行试验。

(3)从低压脱扣器的动作情况中，统计出在不同暂降幅值和相位下相应的不动作的最大持续时间t₁和动作的最小持续时间t₂，作为试验数据。

表1、2分别给出了该型号低压脱扣器试验数据。

表1电压暂降发生在前半周期(相位0°～165°)时该型号低压脱扣器试验数据

表2电压暂降发生在后半周期(相位180°～345°)时该型号低压脱扣器试验数据

注：该型号低压脱扣器在幅值大于50％时，无论持续时间多久，该型号低压脱扣器都不动作。

(4)依据试验数据，在幅值-持续时间平面上绘制低压脱扣器在不同相位下的电压耐受曲线(VTC)，根据VTC的形态对其进行有限次分割，找出分割点处的幅值相应的t₁和t₂，作为模糊聚类的特征指标。

根据试验数据，在幅值-持续时间平面上绘制该型号低压脱扣器电压耐受曲线。图3给出了低压脱扣器在相位为0°～90°时的VTC。可以看出：相位不同，VTC曲线不同；每个相位对应的VTC包含两部分，即上曲线和下曲线，上曲线的上方表示动作区域，即低压脱扣器确定动作，下曲线的下方表示不动作区域，即低压脱扣器始终不动作，上下曲线之间表示模糊区域，即低压脱扣器动作特性不确定，有时动作，有时不动作。

对各条VTC的形态进行分析，在上、下曲线的公共拐点处分别进行分割(如图3中的黑色短虚线和红色短实线所示)，选择分割处幅值为10％、20％、45％、50％时对应的t₁，幅值为10％、40％、50％时对应的t₂，为模糊聚类的特征指标。为叙述方便，记上述特征指标为t_1(10％)、t_1(20％)、t_1(45％)、t_1(50％)、t_2(10％)、t_2(40％)、t_2(50％)。

(5)采用模糊C-均值聚类算法，对不同相位下的VTC进行聚类分析，根据聚类结果，针对同一类别的若干条VTC，对其相应的若干组试验数据作算术平均处理。

以相位为0°～180°下的VTC为例，进行模糊聚类分析。表3给出了模糊聚类的特征指标数据，表中相位为0°～180°时对应的VTC曲线分别用编号1～13表示。

表3本发明实施例模糊聚类特征指标数据

表4给出了VTC群的聚类结果。

表4本发明实施例VTC群模糊聚类结果

分类数	VTC群分类结果
		2	{1,2,3}、{4,5,6,7,8,9,10,11,12,13}
3	{1,2,3}、{4,5,6}、{7,8,9,10,11,12,13}
		4	{1,2,3}、{4,5,6}、{7,8,9,10}、{11,12,13}
5	{1,2}、{3}、{4,5,6}、{7,8,9,10}、{11,12,13}
		6	{1,2}、{3}、{4,5,6}、{7,8,9,10}、{11,13}、{12}

本发明取13条VTC群的分类数为4，分别记为：I、II、III、IV类，对应的相位范围列出如表5所示。

表5本发明实施例选择的VTC群聚类类别及对应相位范围

聚类类别	I	II	III	IV
					相位范围	0°～30°	45°～75°	90°～135°	150°～180°

以I类别VTC群为例，对其相应的试验数据进行算术平均处理，结果见表6所示。

表6试验数据加权平均处理结果

U/％	50	45	40	35	30	25	20	15	10
										t₁/ms	48	28	26	24	23	22	19	13	10
t₂/ms	64	46	42	28	27	26	26	26	25

(6)利用最小二乘法对处理后数据进行拟合，近似得到不同相位类别下低压脱扣器耐受曲线的数学模型，实现低压脱扣器电压暂降动作特性建模研究。

根据表6中数据分布情况，选定函数类型，利用最小二乘法进行拟合，可得VTC数学表达式，进而形成该型号低压脱扣器动作特性模型，见表7所示。

表7该型号低压脱扣器动作特性

因此，电压暂降发生时，若已知其特征量(暂降幅值U₀、持续时间t、相位θ₀)，在表7中选择θ₀时所属相位类别，找到所对应的特性上下曲线数学表达式，将t₀代入表达式进行计算，得到U₁(t₀)和U₂(t₀)，并与U₀相比较，即可判断低压脱扣器在该电压暂降作用下的动作特性。

综上所述，本发明对低压脱扣器电压暂降作用下动作特性进行了试验，创新性地利用模糊聚类的方法处理大量试验数据，针对不同聚类类别试验数据，采用最小二乘法进行拟合，实现了建模研究。基于所建模型，可根据电压暂降特征量，判断低压脱扣器的动作特性，能够为用户在低压脱扣器选型及参数配置上提供理论依据，有效避免低压脱扣器误动作，从而最大程度减小电压暂降给用户带来的经济损失，具有较强的实用性和推广性。本发明采用试验方法测试低压脱扣器电压暂降作用下动作情况，为制造商在低压脱扣器的设计、生产和测试过程提供了重要借鉴，有利于制造商从更全面的角度考核低压脱扣器在电压暂降环境下的工作性能，采取合理技术措施进行改进，提高低压脱扣器耐受电压暂降的能力。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims

1.一种低压脱扣器的电压暂降动作特性建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的低压脱扣器的电压暂降动作特性建模方法，其特征在于，所述试验平台包括用于产生暂降测试信号以提供给低压脱扣器的电压暂降发生仪、用于监测测试信号的示波器。

3.根据权利要求1所述的低压脱扣器的电压暂降动作特性建模方法，其特征在于，在步骤(2)中：所述暂降幅值的变化范围是10％U_N～90％U_N，U_N是低压脱扣器额定工作电压，变化步长是5％U_N，暂降持续时间变化范围是10ms～1min，变化步长是5ms；暂降起始点相位变化范围是0～360，变化步长是15。

4.根据权利要求1所述的低压脱扣器的电压暂降动作特性建模方法，其特征在于，在步骤(3)中：电压暂降的持续时间t<t₁时，低压脱扣器始终不动作；电压暂降的持续时间t>t₂时，低压脱扣器动作，且动作次数等于测试信号频次；t₁≤t≤t₂时，低压脱扣器动作次数小于测试信号频次，说明动作情况模糊不确定，有时动作，有时不动作。