CN105137166A - 电力系统励磁涌流识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力系统励磁涌流识别方法，其包括以下步骤：对电压和电流进行高速数字采样，通过电压和电流数据的组合应用，以水平方向为磁场强度H轴、垂直方向为磁感应强度B轴重构出等效BH曲线，分别找出等效BH曲线的B、H轴方向的极大值、极小值，然后以新的中心D点为原点构建新的参考坐标系，新的参考坐标系中横轴、纵轴将BH曲线分割为四个象限，然后分别求出在新坐标系中第一、第三两个象限内的矩形面积S1、S3，据此计算出BH曲线的不对称系数k_asym，k_asym与励磁涌流识别阈值k_th进行比较识别是否为励磁涌流。本发明可提高继电保护装置动作的可靠性和正确率。

Description

电力系统励磁涌流识别方法

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，特别是涉及一种电力系统励磁涌流识别方法。

背景技术

在电力系统中，变压器、电抗器、电动机等感性设备得到大量使用，由于其内部硅钢片的饱和特性，导致其在不同电压相位合闸时出现励磁涌流。随着工业的发展，变压器等感性设备的容量越来越大，但随之而来的是运输成为瓶颈，在满足重量、体积、容量等多方因素的情况下，逐步进入了极限制造阶段，如变压器的设计为了降低重量及成本，选择使用高导磁的硅钢片，并且将额定电压对应的工作点选择在硅钢片磁滞回线的拐点附近，这直接导致合闸时的励磁涌流变大。而随着变压器容量不断增大，合闸瞬间的励磁涌流对电网的冲击越发明显，对电网的安全可靠运行形成严重冲击。随着直流输电的推广应用，单极运行时由于直流偏磁作用容易导致运行中的变压器出现励磁涌流，对于保护装置而言，励磁涌流与故障电流具有相似性，如何有效识别励磁涌流是目前持续研究的课题。

在电力系统中，目前普遍采用二次谐波含量以及波形对称度等方法来识别合闸瞬间的励磁涌流，但随着变压器容量的增大以及制造工艺的改进，目前变压器合闸瞬间差动误动情况屡见不鲜，并且在运行中，由于和应涌流的影响，线路保护中的电流保护功能未能正确识别励磁涌流，导致继电保护错误的判断为故障电流而误动作也时有发生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电力系统励磁涌流识别方法，其利用电压数据和电流数据，重构出等效BH曲线，根据该BH曲线的图形特征识别，能够准确识别励磁涌流，可以提高继电保护装置动作的可靠性和正确率。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种电力系统励磁涌流识别方法，其特征在于，其包括以下步骤：对电压和电流进行高速数字采样，通过电压和电流数据的组合应用，以水平方向为磁场强度H轴、垂直方向为磁感应强度B轴重构出等效BH曲线，分别找出等效BH曲线的B、H轴方向的极大值、极小值，然后以新的中心D点为原点构建新的参考坐标系，新的参考坐标系中横轴、纵轴将BH曲线分割为四个象限，然后分别求出在新坐标系中第一、第三两个象限内的矩形面积S1、S3，据此计算出BH曲线的不对称系数k_asym，k_asym与励磁涌流识别阈值k_th进行比较识别是否为励磁涌流。

优选地，所述等效BH曲线的A、C两点的坐标分别为A(H_max，B_max)、C(H_min，B_min)，D点坐标为D（0，(B_max+B_min)/2）。

优选地，所述述等效BH曲线的A、C两点在第一、第三两个象限内对应的矩形面积S1、S3以及BH曲线的不对称系数k_asym，可以通过如下公式计算得出：

S1=|H_max*(B_max–(B_max+B_min)/2)|；

S3=|H_min*(B_min–(B_max+B_min)/2)|；

k_asym=(|S1-S3|)/(S1+S3)；

计算得出的不对称系数k_asym与预先设置的励磁涌流识别阈值k_th进行比较，如果k_asym>k_th，则表明BH曲线存在不对称，电流识别为励磁涌流，如果k_asym≤k_th则识别为非励磁涌流。

优选地，所述励磁涌流识别阈值k_th取0.0～1.0。

本发明的积极进步效果在于：本发明利用电压数据和电流数据，重构出等效BH曲线，根据该BH曲线的图形特征识别，能够准确识别励磁涌流，可以提高继电保护装置动作的可靠性和正确率，保护电网设备的安全可靠运行，降低由于继电保护装置误动造成的经济损失。

附图说明

图1为电阻性负载时重构的BH曲线；

图2为电感性负载时重构的BH曲线；

图3为存在励磁涌流时重构的BH曲线；

图4为变压器过励磁时重构的BH曲线；

图5为BH曲线不对称系数的计算原理图；

图6为变压器空载合闸时励磁涌流录波数据及不对称系数曲线；

图7为线路运行中励磁涌流录波数据及不对称系数曲线；

图8为线路运行中励磁涌流录波数据重构的BH曲线；

图9为变压器空载合闸时励磁涌流录波数据及不对称系数曲线；

图10为变压器空载合闸时励磁涌流录波数据及不对称系数曲线；

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

本发明电力系统励磁涌流识别方法包括以下步骤：对电压和电流进行高速数字采样，通过电压和电流数据的组合应用，以水平方向为磁场强度H轴、垂直方向为磁感应强度B轴重构出等效BH曲线，分别找出等效BH曲线的B、H轴方向的极大值、极小值，然后以新的中心D点为原点构建新的参考坐标系，新的参考坐标系中横轴、纵轴将BH曲线分割为四个象限，然后分别求出在新坐标系中第一、第三两个象限内的矩形面积S1、S3，据此计算出BH曲线的不对称系数k_asym，k_asym与励磁涌流识别阈值k_th进行比较识别是否为励磁涌流。所述等效BH曲线的A、C两点的坐标分别为A(H_max，B_max)、C(H_min，B_min)，D点坐标为D（0，(B_max+B_min)/2）。

针对现场的工程录波数据以及仿真数据，通过电压和电流重构出BH曲线，图1、图2、图3、图4为不同状态下重构的BH曲线，经过对大量BH曲线图形归纳总结，发现存在如下特征：当正常运行以及出现故障时，根据负载性质和故障电流大小，重构的BH曲线可以为水平、垂直、倾斜的椭圆，或者为圆形，如图1、图2所示；当空载合闸或偏磁导致的励磁涌流，BH曲线图形偏向一侧，如图3所示；当由于电压升高导致的过励磁时，BH曲线呈现双向饱和特征，如图4所示。

虽然BH曲线的对称与否通过图形目视识别比较容易，但只有将其转换为量化的数据后微机型保护程序才能使用，由于微机保护硬件资源有限，此转换过程需要快速高效，结合铁磁学以及电感的工作特性，本发明采用图5所示BH曲线不对称系数的计算原理，具体步骤如下：

对电压和电流进行高速数字采样，将波动的电压和电流转换为表征其变化过程的采样数据序列，根据数据的采样率，截取本时刻之前一个完整周波的电压电流采样数据序列，当电网频率为50HZ时，也就是20ms的采样数据序列，对电压数据序列进行积分处理后得到的B_one_wave序列，将其作为磁感应强度B的变化，电流数据作为H_one_wave序列表现磁场强度H的变化，在二维平面上，将H_one_wave序列作为水平方向的磁场强度H轴的坐标数据，B_one_wave序列作为垂直方向的磁感应强度B轴的坐标数据，使用上述两组数据序列构造出图5所示的BH曲线。max函数可以找出指定数据序列中的最大值，min函数可以找出指定数据序列中的最小值，使用max、min分别找出本周波BH曲线的B、H轴方向的极大值、极小值，具体过程处理如下：

BH曲线椭圆的H轴方向极大值点H_max=max(H_one_wave)；

BH曲线椭圆的H轴方向极小值点H_min=min(H_one_wave)；

BH曲线椭圆的B轴方向极大值点B_max=max(B_one_wave)；

BH曲线椭圆的B轴方向极小值点B_min=min(B_one_wave)。

基于上述数据，图5中BH曲线的A、C两点的坐标分别为A(H_max，B_max)、C(H_min，B_min)，由于电力系统是交流模式，根据交流电的中心对称特性，重构出的BH曲线H轴方向等效中心始终为“0”，即D点坐标中X0=0，而B轴方向中心Y0=(YB_max+B_min)/2，故D点坐标为D（0，(B_max+B_min)/2），以D点为原点构建新的参考坐标系，其横轴、纵轴将BH曲线分割为四个象限，如图1、图2、图3、图4所示。然后分别求出新坐标系中A、C两点在第一、第三两个象限内对应的矩形面积S1、S3，S1、S3具体组成如图5中的阴影部分所示，据此计算出本BH曲线的不对称系数k_asym，计算过程如下：

S1=|H_max*(B_max–(B_max+B_min)/2)|……（1）

式（1）表示计算第一象限内对应的矩形面积S1

S3=|H_min*(B_min–(B_max+B_min)/2)|……（2）

式（2）表示计算第三象限内对应的矩形面积S3；

k_asym=(|S1-S3|)/(S1+S3)……（3）

式（3）表示计算不对称系数。

上述计算得出的不对称系数k_asym与预先设置的励磁涌流识别阈值k_th进行比较，如果k_asym>k_th，则表明BH曲线存在不对称，电流识别为励磁涌流，如果k_asym≤k_th则识别为非励磁涌流。励磁涌流识别阈值k_th可取0.0～1.0，本次取k_th=0.1。

重复上述步骤，对电压电流的采样数据序列逐点依次进行上述处理后，即可绘出图6、图7、图9、图10中所示的不对称系数曲线。图6、图9、图10为变压器空载合闸时励磁涌流录波数据及不对称系数曲线，其中图6为衰减较慢的励磁涌流，图9、图10为快速衰减的励磁涌流；图7为线路运行中出现励磁涌流时录波数据及不对称系数曲线，图8为本组数据重构的BH曲线；可以看出，励磁涌流都被准确的识别出来。

上述为单相电压电流的处理计算过程，三相系统中针对每相重复上述计算过程即可。

不对称系数k_asym将BH曲线的图形特征进行了数字量化，为继电保护装置提供了一种识别励磁涌流的数字判据，易于程序实现。本发明提供了电力系统励磁涌流识别方法识别的一个方法，不仅可以有效提高故障识别的灵敏度，保护电网设备的安全可靠运行，降低经济损失，同时提高了保护设备动作的正确性。

本说明书的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种电力系统励磁涌流识别方法，其特征在于，其包括以下步骤：对电压和电流进行高速数字采样，通过电压和电流数据的组合应用，以水平方向为磁场强度H轴、垂直方向为磁感应强度B轴重构出等效BH曲线，分别找出等效BH曲线的B、H轴方向的极大值、极小值，然后以新的中心D点为原点构建新的参考坐标系，新的参考坐标系中横轴、纵轴将BH曲线分割为四个象限，然后分别求出在新坐标系中第一、第三两个象限内的矩形面积S1、S3，据此计算出BH曲线的不对称系数k_asym，k_asym与励磁涌流识别阈值k_th进行比较识别是否为励磁涌流。

2.如权利要求1所述的电力系统励磁涌流识别方法，其特征在于，所述等效BH曲线的A、C两点的坐标分别为A(H_max，B_max)、C(H_min，B_min)，D点坐标为D（0，(B_max+B_min)/2）。

3.如权利要求2所述的电力系统励磁涌流识别方法，其特征在于，所述等效BH曲线的A、C两点在第一、第三两个象限内对应的矩形面积S1、S3以及BH曲线的不对称系数k_asym，可以通过如下公式计算得出：

S1=|H_max*(B_max–(B_max+B_min)/2)|；

S3=|H_min*(B_min–(B_max+B_min)/2)|；

k_asym=(|S1-S3|)/(S1+S3)；

计算得出的不对称系数k_asym与预先设置的励磁涌流识别阈值k_th进行比较，如果k_asym>k_th，则表明BH曲线存在不对称，电流识别为励磁涌流，如果k_asym≤k_th则识别为非励磁涌流。

4.如权利要求3所述的电力系统励磁涌流识别方法，其特征在于，所述励磁涌流识别阈值k_th取0.0～1.0。