CN105203875B - 基于频域扫描识别的合并单元额定延时测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于频域扫描识别的合并单元额定延时测量方法，利用合并单元的额定延时不变时，通过对合并单元施加周期远远超过合并单元额定延时最大可能值的输入信号，避免了出现合并单元额定延时超过信号整周期的现象；根据输入原始信号与合并单元输出信号傅里叶变换的相角差和频率之比求解合并单元延时，多组测试，求其平均值，既解决了间接法中无法辨识合并单元出现异常时其延时超过信号整周期的问题，其测量方法又较直接法更为简单，提高了合并单元额定延时测量的准确性和易于实现性，测量成本较低原理简单，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及智能变电站继电保护技术领域，具体涉及一种基于频域扫描识别的合并单元额定延时测量方法。
背景技术
在智能变电站中，合并单元是连接互感器与变电站二次设备之间的重要枢纽，承担着接收各路互感器采集电压、电流信号，并按照规定的协议生成采样值报文传输到二次设备的重要任务。合并单元的应用有利于实现数据共享，有效地解决了二次接线复杂的现象，简化了二次设备的硬件结构，在智能变电站的建设中有着不可或缺的作用。然而，随着数字量取代模拟量传输，会不可避免地引入信号的采集、传输、处理等环节的延时，进而影响继电保护装置对保护速动性的要求。为了保障电网系统的安全运行，使继电保护装置能够快速有效地切除故障，必须减小合并单元环节引入的延时，而这又以准确地测量出延时的大小为前提。
目前，现有的合并单元额定延时测量方法包括间接法和直接法，具体如下，
间接法是比较工频输入量通过合并单元后延时测试仪接收到采样值报文的相位与模拟输入量之间的相位差，将其换算为对应的时间延时来得到合并单元的额定延时，这种方法一方面包含了互感器一次传感单元及合并单元本身的相位传变特性，导致测量结果偏离合并单元的真实额定延时；更重要的是，该方法无法区分出合并单元异常时，其延时大于一个工频周期时的现象，为其工程应用埋下了安全隐患。
直接法则是对合并单元及延时测试仪外接同步脉冲，得到合并单元接收采样值及延时测试仪接收合并单元输出采样值报文的时刻，通过对比采样数据输入到合并单元与测试仪接收采样值报文的时间差来得到合并单元的额定延时。这种方法虽然具有较高的测量精度，但其对延时测试仪的对时精度及报文标注精度要求非常高，硬件实现较为复杂。
针对上述问题，如何提高合并单元额定延时测量的准确性、降低硬件实现的复杂度，以保障电网系统的安全运行，使继电保护装置能够快速有效地切除故障，是当前急需解决的问题。
发明内容
本发明所解决的技术问题是克服现有的合并单元额定延时测量方法存在的不足。本发明的基于频域扫描识别的合并单元额定延时测量方法，既解决了间接法中无法辨识合并单元出现异常时其延时超过信号整周期的问题，其测量方法又较直接法更为简单，提高了合并单元额定延时测量的准确性和易于实现性，测量成本较低，具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
基于频域扫描识别的合并单元额定延时测量方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤(1)，通过继电保护测试仪或信号发生装置，分别对合并单元、延时测试仪施加低频稳态信号，并设置低频稳态信号的初始频率值和能够达到的最大频率值；
步骤(2)，合并单元接收低频稳态信号，其内部的A/D采集装置对低频稳态信号进行模数转换，并生成采样值报文，发送到后级的延时测试仪；
步骤(3)，延时测试仪接收到低频稳态信号、采样值报文，低频稳态信号为原始信号，采样值报文为经过合并单元的延时信号，对原始信号、延时信号进行时域的数据保存；
步骤(4)，延时测试仪对原始信号、延时信号分别做傅里叶变化换，并提取各自的相位角；
步骤(5)，将原始信号通过傅里叶变化提取的相位角减去延时信号通过傅里叶变化提取的相位角，得到原始信号领先延时信号的相位差；
步骤(6)，依次增加步骤(1)的低频稳态信号的频率，重复步骤(2)-步骤(5)，得到各低频稳态信号对应的原始信号领先延时信号的相位差，直到低频稳态信号的频率大于最大频率值，执行步骤(7)；
步骤(7)，以低频稳态信号的各频率值为横坐标，各相位差为纵坐标作图，得到合并单元的相频特性曲线，对相频特性曲线求斜率平均，所得平均值为合并单元的额定延时。
前述的基于频域扫描识别的合并单元额定延时测量方法，其特征在于：步骤(1)通过继电保护测试仪或信号发生装置施加的低频稳态信号的起始频率为1Hz。
前述的基于频域扫描识别的合并单元额定延时测量方法，其特征在于：步骤(1)设置低频稳态信号能够达到的最大频率值为100Hz。
前述的基于频域扫描识别的合并单元额定延时测量方法，其特征在于：步骤(6)，依次增加步骤(1)的低频稳态信号的频率，扫描频率由1Hz起始，以1Hz为步长增加至100Hz，得到100个相位差值。
本发明的有益效果是：本发明的基于频域扫描识别的合并单元额定延时测量方法，利用合并单元的额定延时不变时，信号处理中时域延时对应频域线性相位的原理，实现了合并单元额定延时准确测量的工程方法，解决了常规测量方法中不能辨识额定延时超过信号整周期的现象，有效地提高工程应用中合并单元的额定延时测量的准确性和测试效率，既解决了间接法中无法辨识合并单元出现异常时其延时超过信号整周期的问题，其测量方法又较直接法更为简单，提高了合并单元额定延时测量的准确性和易于实现性，测量成本较低原理简单，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的基于频域扫描识别的合并单元额定延时测量方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
本发明的基于频域扫描识别的合并单元额定延时测量方法，利用合并单元的额定延时不变时，信号处理中时域延时对应频域线性相位的原理，实现了合并单元额定延时准确测量的工程方法，解决了常规测量方法中不能辨识额定延时超过信号整周期的现象，有效地提高工程应用中合并单元的额定延时测量的准确性和测试效率，既解决了间接法中无法辨识合并单元出现异常时其延时超过信号整周期的问题，其测量方法又较直接法更为简单，提高了合并单元额定延时测量的准确性和易于实现性，测量成本较低原理简单，如图1所示，包括以下步骤，
步骤(1)，通过继电保护测试仪或信号发生装置，分别对合并单元、延时测试仪施加低频稳态信号，并设置低频稳态信号的初始频率值和能够达到的最大频率值，起始频率可选为1Hz，能够达到的最大频率值可选为100Hz，这样低频稳态信号的初始周期为1s，低频稳态信号的周期远大于合并单元的额定延时可能值，避免合并单元故障时额定延时超出低频稳态信号，而合并单元的额定延时一般为2ms左右，即使在非正常的故障状态下，其延时最多达到几十毫秒，不可能达到秒级。这样，避免了出现额定延时超过信号整周期的现象，低频稳态信号经过合并单元后，信号的幅度发生改变，相位产生偏移(即时域的延迟)，因此，可以将合并单元看作一滤波器，其相频特性即决定了时域延时的大小，扫描信号的频率为1Hz-100Hz，幅度不限，以能够准确解析出报文信息为准；
步骤(2)，合并单元接收低频稳态信号，其内部的A/D采集装置对低频稳态信号进行模数转换，并生成采样值报文，发送到后级的延时测试仪；
步骤(3)，延时测试仪接收到低频稳态信号、采样值报文，低频稳态信号为原始信号，采样值报文为经过合并单元的延时信号，对原始信号、延时信号进行时域的数据保存；
步骤(4)，延时测试仪对原始信号、延时信号分别做傅里叶变化换，并提取各自的相位角；
步骤(5)，将原始信号通过傅里叶变化提取的相位角减去延时信号通过傅里叶变化提取的相位角，得到原始信号领先延时信号的相位差；
步骤(6)，依次增加步骤(1)的低频稳态信号的频率，重复步骤(2)-步骤(5)，得到各低频稳态信号对应的原始信号领先延时信号的相位差，直到低频稳态信号的频率大于最大频率值，执行步骤(7)，扫描频率以1Hz为起始，按1Hz步长增加至100Hz，得到100个相位差值，
步骤(7)，以低频稳态信号的各频率值为横坐标，各相位差为纵坐标作图，得到合并单元的相频特性曲线，对相频特性曲线求斜率平均，所得平均值为合并单元的额定延时，由于信号幅度大小对算法无影响，因此信号的幅度不限，以能够正确解析报文的为准。
综上所述，本发明的基于频域扫描识别的合并单元额定延时测量方法，低频稳态信号的周期远大于合并单元的额定延时可能值，避免合并单元故障时额定延时超出低频稳态信号，对两路信号做傅里叶变化换，利用两者傅里叶变化换的相角差与信号频率求解合并单元额定延时，并能够避免单个低频稳态信号的测量存在误差，通过扫描多个低频稳态信号求解合并单元相频特性曲线，对该曲线求解斜率得到额定延时的方法，测量原理可靠，实现方法简单，解决了常规测量方法中不能辨识额定延时超过信号整周期的现象，可以有效地提高工程应用中合并单元的额定延时测量的准确性和测试效率。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.基于频域扫描识别的合并单元额定延时测量方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤(1)，通过继电保护测试仪或信号发生装置，分别对合并单元、延时测试仪施加低频稳态信号，并设置低频稳态信号的初始频率值和能够达到的最大频率值；
步骤(2)，合并单元接收低频稳态信号，其内部的A/D采集装置对低频稳态信号进行模数转换，并生成采样值报文，发送到后级的延时测试仪；
步骤(3)，延时测试仪接收到低频稳态信号、采样值报文，低频稳态信号为原始信号，采样值报文为经过合并单元的延时信号，对原始信号、延时信号进行时域的数据保存；
步骤(4)，延时测试仪对原始信号、延时信号分别做傅里叶变化换，并提取各自的相位角；
步骤(5)，将原始信号通过傅里叶变化提取的相位角减去延时信号通过傅里叶变化提取的相位角，得到原始信号领先延时信号的相位差；
步骤(6)，依次增加步骤(1)的低频稳态信号的频率，重复步骤(2)-步骤(5)，得到各低频稳态信号对应的原始信号领先延时信号的相位差，直到低频稳态信号的频率大于最大频率值，执行步骤(7)；
步骤(7)，以低频稳态信号的各频率值为横坐标，各相位差为纵坐标作图，得到合并单元的相频特性曲线，对相频特性曲线求斜率平均，所得平均值为合并单元的额定延时，
所述步骤(6)，依次增加步骤(1)的低频稳态信号的频率，扫描频率由1Hz起始，以1Hz为步长增加至100Hz，得到100个相位差值。
2.根据权利要求1所述的基于频域扫描识别的合并单元额定延时测量方法，其特征在于：步骤(1)通过继电保护测试仪或信号发生装置施加的低频稳态信号的起始频率为1Hz。
3.根据权利要求1所述的基于频域扫描识别的合并单元额定延时测量方法，其特征在于：步骤(1)设置低频稳态信号能够达到的最大频率值为100Hz。
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