CN105785306A - 一种电压互感器在线群校准方法及装置 - Google Patents

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CN105785306A CN201510128762.4A CN201510128762A CN105785306A CN 105785306 A CN105785306 A CN 105785306A CN 201510128762 A CN201510128762 A CN 201510128762A CN 105785306 A CN105785306 A CN 105785306A
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Abstract

本发明提供了一种电压互感器在线群校准方法及装置,所述方法包括步骤1:采集电压互感器的输出数据;步骤2:计算电压互感器的误差测量数据;步骤3:修正误差测量数据;步骤4:判定误差测量数据的异常值;所述装置包括A/D转换电路、合并单元和数据处理单元;A/D转换电路与电压互感器连接,数据处理单元的一个输入端通过数据采集单元与合并单元连接,另一个输入端通过同步信号采集单元与同步时钟单元连接;同步时钟单元与合并单元连接;数据采集单元的数目为1。与现有技术相比,本发明提供的一种电压互感器在线群校准方法及装置,实现了在不添加标准器的前提下,在短时间内完成全站互感器误差在线校准的工作。

Description

-种电压互感器在线群校准方法及装置
技术领域
[0001] 本发明设及一种电压互感器校准方法,具体设及一种电压互感器在线群校准方法 及装置。
背景技术
[0002] 电力系统一次设备状态检修可W降低运行成本、减少设备故障率,是电网发展的 必然趋势。互感器数量庞大,进行离线误差检测不仅工作量庞大,且不能获得在运互感器真 实误差数据。1998年开始,美国及西欧几家大型电气公司开始进行变电站在线校准及状态 维修系统的商品化工作。2007年,意大利在两座420kV站开展了在线校准电压互感器和电 流互感器的尝试。2012年中国电力科学研究院与湖北公司合作完成电压互感器和电流互感 器关口计量于在线校准技术研究,实现了对110kV/220kV变电站内电压互感器和电流互感 器的比值差和相位差W及互感器二次负荷、二次压降在不停电的情况下进行测试。然而,目 前互感器在线校准技术都是W准确度级别比被检互感器高两个或一个等级的互感器作为 标准器,采用数据比较的方式对互感器进行误差校准。高准确度标准器的投切技术一直是 互感器在线误差校准技术的难点,向在运变电站中带电投切新的设备会引起电网波动,严 重时会损坏变电站中在运的设备,危机电网安全运行。
[0003] 因此,需要提供一种互感器带电群校准技术,实现同时对多路信号进行处理的能 力,实现了在不添加标准器的前提下,在短时间内完成全站互感器误差校准的工作。开展互 感器在线群校准技术,实现多台同一准确度等级的互感器之间进行数据对比,采用统计学 方法对测量的数据进行分析,在不需要标准互感器的前提下,完成互感器误差的判断。充分 发挥计量算法的优势,从根本上改变目前对互感器的校准方式,促进计量检测工作从传统 方式向优化决策方向转变。
发明内容
[0004] 为了满足现有技术的需要,本发明提供了一种电压互感器在线群校准方法,所述 方法包括:
[0005] 步骤1 :同步采集n台电压互感器的输出数据,n至少为3 ;
[0006] 步骤2 :计算电压互感器的误差测量数据;
[0007] 步骤3 :修正所述误差测量数据;
[0008] 步骤4 :判定所述误差测量数据的异常值。
[0009] 优选的,所述步骤2中计算电压互感器的误差测量数据包括:
[0010] 步骤2-1 :对所述输出数据进行高通滤波和数字积分;
[0011] 步骤2-2 :对积分后的所述输出数据进行离散卷积运算;
[0012] 步骤2-3 :提取所述输出数据的基频分量;
[0013] 步骤2-4 :依据所述基频分量计算电压互感器的测量误差;
[0014] 步骤2-5 :判定所述测量误差是否满足重复性,若满足则执行步骤3,若不满足则 返回步骤I或者停止校准;
[0015] 优选的,所述步骤3中修正所述误差测量数据包括:
[0016] 步骤3-1 :对所述电压互感器进行交接试验,获取电压互感器的满载误差曲线或 者轻载误差曲线;
[0017] 步骤3-2 :依据所述满载误差曲线分别计算每台电压互感器在满负荷Qi下的比差 值Xi和相位差A 1,依据所述步骤2得到的误差测量数据计算每台电压互感器在实际负荷Qz 下的比差值Xz和相位差A 2;所述比值差为电压互感器的阻性负荷与感性负荷的比值;
[0018] 步骤3-3 :设定电压互感器的校准负荷Qs,采用插值法将所述校准负荷插值到所 述满负荷Qi和实际负荷Q 2中,计算每台电压互感器在同一个校准负荷Q 3下的误差值e ;
[0019] 优选的,所述步骤3-2中将所述比差值Xi和相位差A1替换为依据所述轻载误差曲 线计算到的每台电压互感器在轻负荷〇4下的比差值X 4和相位差A 4;
[0020] 优选的,所述步骤4将步骤3中得到的每台电压互感器在校准负荷Qs下的误差值 e按照由小到大的顺序排列,采用狄克逊准则算法判定所有误差值e中的异常值,从而确定 与所述异常值相应的电压互感器为输出异常的电压互感器,W进一步校准检测;
[0021] 为满足现有技术的需要,本发明还提供了一种电压互感器在线群校准装置,所述 装置包括A/D转换电路、合并单元和数据处理单元;
[0022] 所述A/D转换电路与电压互感器连接,A/D转换的数目为n,n至少为3 ;
[0023] 所述合并单元分别连接m个A/D转换电路,接收m台电压互感器的输出信号,m至 少为1 ;所述合并单元的数目3
Figure CN105785306AD00051
[0024] 所述数据处理单元的一个输入端通过数据采集单元与合并单元连接,另一个输入 端通过同步信号采集单元与同步时钟单元连接;所述同步时钟单元与合并单元连接;所述 数据采集单元的数目为1。
[00巧]7优选的,所述A/D转换电路通过光纤与合并单元连接,W及所述合并单元也通过 光纤分别与数据处理单元和同步时钟单元连接;
[0026] 变电站的监测平台控制所述A/D转换电路对电压互感器的输出数据进行同步转 换并发送到合并单兀;
[0027] 优选的,所述A/D转换电路与电压互感器之间连接有数据采集板,所述数据采集 板为基于EP2C8T144忍片的FPGA电路板;
[0028] 优选的,所述数据处理单元包括误差计算模块、误差修正模块和误差异常判定模 块;
[0029] 所述误差计算模块,对每台电压互感器的输出数据依次进行高通滤波、数字积分 和离散卷积运算,并提取离散后输出数据的基频分量,依据该基频分量计算所述电压互感 器的测量误差;若所述测量误差满足重复性,则将其发送到所述误差修正模块;
[0030] 所述误差修正模块,计算每台电压互感器在满负荷Qi下的比差值X 1和相位差A 1, 在实际负荷〇2下的比差值X 2和相位差A 2, W及在轻负荷〇4下的比差值X 4和相位差A 4;义 用插值法确定每台电压互感器在同一校准负荷下的误差值6,并将所述误差值e发送到 误差异常判定模块;
[0031] 所述误差异常判定模块,将所述误差值e按照由小到大的顺序排列,采用狄克逊 准则算法确定所述误差测量数据的异常值,则与该异常值对应的电压互感器为输出异常的 电压互感器。
[0032] 与最接近的现有技术相比,本发明的优异效果是:
[0033] 1、本发明技术方案中,采用变电站内的全网监测平台和光纤网络技术,硬件部分 采用FPGA电路,软件部分基于UbVIEW语言采用C语言进行二次开发,实现同一时刻对变 电站内所有电压互感器的输出误差进行采集和数据处理;
[0034] 2、本发明技术方法中,采用统计学算法W C语言的方式嵌套在UbVIEW中,依据不 同的置信水平对采集数据进行异常值剔除,每次只能剔除一个异常值,从而确定需要校准 的电压互感器;
[0035] 3、本发明技术方案中,在变电站的控制柜中引出电压互感器的二次端子,不需要 添加新的检测设备,不改变变电站的运行方式,不影响电网的正常运行;
[0036] 4、本发明技术方案中,由于没有标准表的引入,为了保证每台被检电压互感器的 误差数据实在相同条件下采集的,在进行数据处理前,根据每台被检电压互感器的实际二 次符合对测量到的误差数据进行修正,利用修正后的数据进行数据分析;
[0037] 5、本发明提供的一种电压互感器在线群校准方法即装置,充分发挥狄克逊算法的 优势,促进电压互感器的计量检测工作从离线方式向在线优化决策方向转变。
附图说明
[0038] 下面结合附图对本发明进一步说明。
[0039] 图1 :本发明实施例中一种电压互感器在线群校准方法流程图;
[0040] 图2 :本发明实施例中一种电压互感器在线群校准装置结构图。
具体实施方式
[0041] 下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
[0042] -、本发明提供的一种电压互感器在线群校准方法,采用多次测量手段,首先对数 据的重复性进行判定,对重复性符合要求的电压互感器采用狄克逊准则进行数据异常值进 行判定,其中在进行误差测试之前,需要对每台被检电压互感器的二次负荷进行实际测量, 根据实际负荷情况对误差测量数据进行修正,修正后的数值作为被检电压互感器的误差数 据参与分析。所述方法的具体步骤为:
[0043] (一)采集电压互感器的输出数据
[0044] 同步采集n台电压互感器的输出数据,n至少为3。
[0045] 本实施例中同步采集30台电压互感器的输出数据。
[0046] (二)计算电压互感器的误差测量数据
[0047] 具体步骤为:
[0048] 1、对输出数据依次进行高通滤波和数字积分。
[0049] 2、对积分后的输出数据进行离散卷积运算。
[0050] 本实施例中采用四阶矩形卷积窗离散方法对积分后的数据进行离散运算。
[0051] 3、提取输出数据的基频分量。
[0052] 4、依据基频分量计算电压互感器的测量误差;
[0053] 5、判定所述测量误差是否满足重复性,若满足则执行步骤=,若不满足则返回步 骤一或者停止校准。
[0054] ( S )修正误差测量数据 [00巧]具体步骤为:
[0056] 1、对电压互感器进行交接试验,获取电压互感器的满载误差曲线或者轻载误差曲 线。
[0057] 2、依据满载误差曲线分别计算每台电压互感器在满负荷Qi下的比差值Xi和相位 差Al,依据所述步骤2得到的误差测量数据计算每台电压互感器在实际负荷Qz下的比差值 Xz和相位差As;比值差为电压互感器的阻性负荷与感性负荷的比值。
[0058] 3、设定电压互感器的校准负荷Qs,采用插值法将校准负荷插值到上述满负荷Q 1 和实际负荷〇2中,计算每台电压互感器在同一个校准负荷Q 3下的误差值6,从而使得所有 的电压互感器的二次负荷均在统一标准下进行对比。
[0059] (四)判定误差测量数据的异常值
[0060] 采用狄克逊准则算法判定误差测量数据的异常值,则与该异常值对应的电压互感 器为异常互感器。具体步骤为:
[006。 1、将修正后的误差数据按照由小到大的顺序排列,即Xi,而,•••,X。,其中X。为
Figure CN105785306AD00071
最大值,Xi为最小值。按被检电压互感器台数n统计丫 1,和丫 1,'的值:;
[0062] ①:在 n = 3-7 时;
[0063] ②:在 n = 8-10 时
[0064] ③:在 n = 11-13 日
[0065] ④:在 n = 14-30 日
[0066] W上丫 1。,丫 1。' ;•••,•••; 丫22, 丫 22' 的分别简化写成丫 Ij和丫 i.j'。
[0067] 2、设D(a,n)为狄克逊检验的临界值,判定异常值的狄克逊准则为:
[006引①:当丫 1 j> 丫 1 /,丫。〉D (a, n),则 Xn为异常值;当丫。< 丫。',丫。〉D (a, n),则 Xi为 异常值。
[0069] ②杏则没有异常值。
[0070] 狄克逊检验临界值如表1所示。D (曰,n)中a = 1-P,P表示置信概率,a表示显著 水平。
[0071] 表 1
[0072]
Figure CN105785306AD00081
[0073]
Figure CN105785306AD00091
[0074] 采用狄克逊准则进行数据分析时可W多次剔除异常值,但每次只能剔除一个异常 值,并重新排序计算统计量丫 1,或丫 1,',然后再进行下一个异常值的判断。对电压互感器 误差异常值的判断是在规定的置信水平下完成的,因此,当选择的置信水平不一样时,对数 据的判断结果可能会不一样。对于被剔除的电压互感器应进行进一步的误差校准测试,W 准确评估其运行状态,比如进行在线有标准器的误差校准,或者进行离线误差校准。
[00巧]二、基于上述电压互感器在线群校准方法,本发明还提供了电压互感器在线群校 准装置,如图2所示,包括A/D转换电路、合并单元和数据处理单元。
[007引 (一)A/D转换电路
[0077] 1、A/D转换电路与电压互感器连接,A/D转换的数目为n,n至少为3,本实施例中 电压互感器的数目为30,则A/D转换电路的数目也为30。
[007引 A/D转换电路通过光纤与合并单元连接,变电站的监测平台控制所有A/D转换电 路对电压互感器的输出数据进行同步转换并发送到合并单元。
[0079] 2、A/D转换电路与电压互感器之间连接有数据采集板,数据采集板为基于 EP2C8T144忍片的FPGA电路板。
[0080] 本实施例中A/D转换电路采用采用18位逐次逼近型8通道AD转换器实现同步采 样,该AD忍片内置模拟输入巧位保护、二阶抗混滤波器和跟踪保持放大器,自带的滤波性 能可W简化外围电路的设计。该忍片可W处理+IOV和±5V双极性输入信号,8通道的最 高吞吐速率均能达到200kSPS,故延时时间可W忽略不计,输入巧位保护电路的耐受电压为 ±16. 5V,输入阻抗为IMQ,5V DC电源供电。
[0081] 若W 30台电压互感器配置作为参考,实现30路信号同步采集处理,需要选择运算 速度较快的处理器,目前16位甚至32位的单片机在使用快速傅里叶变换来分析在线电压 互感器误差数据时,大多数都是12M的主频下进行的,运种方法进行的运算需要耗时0. 2秒 左右,如果采用其他复杂的算法花费时间会更长,因此在实时性要求很高的在线监测系统 中,使用单片机作为数字信号处理单元是不现实的。DSP采用哈佛结构和多总线结构,另外 配有专用的硬件乘法器和累加器使得它的数据处理能力大大增强,但由于它的硬件电路较 复杂,由功耗较高的有源设备构成,且由于硬件结构的局限性不能并行执行程序,受采样频 率等因素影响,能够处理的频率范围有限。
[0082] FPGA作为专用集成电路领域中的一种半定制电路,可W通过硬件描述语言完成电 路设计,简化工作量。因此,本实施例中数据采集板采用EP2C8T144作为主忍片的FPGA完 成,该忍片电源供电与选择的AD忍片相同,简化了数据处理的电源设计部分。EP2C8T144有 USB-B电源插口方便连接电脑,独立I/O个数=20X4-GND-GND-5V-3. 3V = 76个,其中有 3路时钟信号为输入口,另有4路时钟采用独立结构引出,实际可用I/O为73个,一块数据 采集板最多可W连接9块AD忍片。理论上,4块AD转化器和I块采集板就可W完成30台 电压互感器的在线群校准工作,但根据变电站实际建设情况,一台电压互感器配置一个A/D 转换电路和一块数据采集板,一台合并单元接收6台采集板数据。
[008引(二)合并单元
[0084] 合并单元分别连接m个A/D转换电路,接收m台电压互感器的输出信号,m至少为 1;合并单元的数目为
Figure CN105785306AD00101
的计算结果向上取整。本实施例中m = 6,则需 要合并单元的数目为5。
[0085] 合并单元通过光纤分别与数据处理单元和同步时钟单元连接。
[0086] ( S )数据处理单元
[0087] 1、数据处理单元的一个输入端通过数据采集单元与合并单元连接,另一个输入端 通过同步信号采集单元与同步时钟单元连接。
[0088] 同步时钟单元与合并单元连接,同步时钟单元向合并单元、数据处理单元提供同 步信号,保证每台电压互感器的输出数据的同步性。
[0089] 数据采集单元,将合并单元传输的数据发送到数据处理单元,数据采集单元的数 目为1。
[0090] 2、数据处理单元包括误差计算模块、误差修正模块和误差异常判定模块。
[0091] (1)误差计算模块
[0092] 对每台电压互感器的输出数据依次进行高通滤波、数字积分和离散卷积运算,并 提取离散后输出数据的基频分量,依次该基频分量计算所述电压互感器的测量误差;若测 量误差满足重复性,则将其发送到所述误差修正模块;若测量误差不满足重复性,则重新启 动A/D转换电路与电压互感器之间的数据采集板,更新电压互感器的输出数据,或者手动 停止校准工作。
[0093] (2)误差修正模块,计算每台电压互感器在满负荷Qi下的比差值X 1和相位差A 1, 在实际负荷〇2下的比差值X 2和相位差A 2, W及在轻负荷〇4下的比差值X 4和相位差A 4;义 用插值法确定每台电压互感器在同一校准负荷下的误差值6,并将误差值e发送到误差 异常判定模块。
[0094] (3)误差异常判定模块,将误差值e按照由小到大的顺序排列,采用狄克逊准则算 法确定所述误差测量数据的异常值,则与该异常值对应的电压互感器为异常互感器。
[0095] 3、本实施例中数据采集单元的软件部分采用UbVIEW语言编写,其中狄克逊准则 算法部分采用C语言嵌套的方式对UbVIEW进行二次开发。
[0096] 如图1所示,建立通信后采用四阶矩形卷积窗函数对数据进行处理,之后根据实 测二次负荷将测量误差修正到同一负荷下在进行数据分析。其中,修正方法采用插值法进 行,拟定误差值与二次负荷成正相关线性关系,通过电压互感器交接试验得到的满载或轻 载误差绘制误差范围曲线,再根据实际负荷对测量误差进行修正。其中,
[0097] 插值法:按照检定规程进行误差试验时在满负荷和轻负荷进行校准,但实际情况 时当时的负荷可能既不是满负荷也不是轻负荷,因此采用插值法对测量得到的误差进行负 荷修正,W确定该误差是否可靠。
[009引例如:PT巧接试验满载负荷Qi时,根据功率因数计算阻性负荷及感性负荷的比值 差为Xi,相位差为Al;实际负荷为Q 2时,根据功率因数计算阻性负荷及感性负荷的比值差为 X2,相位差为As;系统W校准负荷为Q 3时的误差作为比较误差,那么:
[0099]
Figure CN105785306AD00111
(-1)
[0100] (2)
[0101] (35
[0102] 依据插值算法。将式(1)和式(2)代入式(3),得到负荷为Qs时被检电压互感器 的误差值e。由于在线群校准系统中没有标准器,所W被检电压互感器的外部运行环境要尽 可能一致,所W二次负荷需要在统一标准下进行比对。
[0103] 最后应当说明的是:所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实 施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得 的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。

Claims (9)

1. 一种电压互感器在线群校准方法,其特征在于,所述方法包括: 步骤1 :同步采集η台电压互感器的输出数据,η至少为3 ; 步骤2 :计算电压互感器的误差测量数据; 步骤3 :修正所述误差测量数据; 步骤4 :判定所述误差测量数据的异常值。
2. 如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤2中计算电压互感器的误差测量数 据包括: 步骤2-1 :对所述输出数据进行高通滤波和数字积分; 步骤2-2 :对积分后的所述输出数据进行离散卷积运算; 步骤2-3 :提取所述输出数据的基频分量; 步骤2-4 :依据所述基频分量计算电压互感器的测量误差; 步骤2-5 :判定所述测量误差是否满足重复性,若满足则执行步骤3,若不满足则返回 步骤1或者停止校准。
3. 如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤3中修正所述误差测量数据包括: 步骤3-1 :对所述电压互感器进行交接试验,获取电压互感器的满载误差曲线或者轻 载误差曲线; 步骤3-2 :依据所述满载误差曲线分别计算每台电压互感器在满负荷化下的比差值X i 和相位差4,依据所述步骤2得到的误差测量数据计算每台电压互感器在实际负荷Q2下的 比差值&和相位差A 2;所述比值差为电压互感器的阻性负荷与感性负荷的比值; 步骤3-3 :设定电压互感器的校准负荷Q3,采用插值法将所述校准负荷Q3插值到所述满 负荷仏和实际负荷Q 2中,计算每台电压互感器在同一个校准负荷Q 3下的误差值e。
4. 如权利要求3所述的方法,其特征在于,所述步骤3-2中将所述比差值X 相位差 4替换为依据所述轻载误差曲线计算到的每台电压互感器在轻负荷Q 4下的比差值X 4和相 位差A4。
5. 如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤4将步骤3中得到的每台电压互感 器在校准负荷Q3下的误差值e按照由小到大的顺序排列,采用狄克逊准则算法判定所有误 差值e中的异常值,从而确定与所述异常值相应的电压互感器为输出异常的电压互感器, 以进一步校准检测。
6. -种电压互感器在线群校准装置,其特征在于,所述装置包括A/D转换电路、合并单 元和数据处理单元; 所述A/D转换电路与电压互感器连接,A/D转换的数目为η,η至少为3 ; 所述合并单元分别连接m个A/D转换电路,接收m台电压互感器的输出信号,m至少为 1 ;所述合并单元的数目为Μ ; 所述数据处理单元的一个输入端通过数据采集单元与合并单元连接,另一个输入端通 过同步信号采集单元与同步时钟单元连接;所述同步时钟单元与合并单元连接;所述数据 采集单元的数目为1。
7. 如权利要求6所述的装置,其特征在于,所述A/D转换电路通过光纤与合并单元连 接,以及所述合并单元也通过光纤分别与数据处理单元和同步时钟单元连接; 变电站的监测平台控制所述A/D转换电路对电压互感器的输出数据进行同步转换并 发送到合并单元。
8. 如权利要求6所述的装置,其特征在于,所述A/D转换电路与电压互感器之间连接有 数据采集板,所述数据采集板为基于EP2C8T144芯片的FPGA电路板。
9. 如权利要求6所述的装置,其特征在于,所述数据处理单元包括误差计算模块、误差 修正模块和误差异常判定模块; 所述误差计算模块,对每台电压互感器的输出数据依次进行高通滤波、数字积分和离 散卷积运算,并提取离散后输出数据的基频分量,依据该基频分量计算所述电压互感器的 测量误差;若所述测量误差满足重复性,则将其发送到所述误差修正模块; 所述误差修正模块,计算每台电压互感器在满负荷仏下的比差值X i和相位差A i,在实 际负荷Q2下的比差值X 2和相位差A 2,以及在轻负荷下的比差值X 4和相位差A 4;米用插 值法确定每台电压互感器在同一校准负荷Q3下的误差值e,并将所述误差值e发送到误差 异常判定模块; 所述误差异常判定模块,将所述误差值e按照由小到大的顺序排列,采用狄克逊准则 算法确定所述误差测量数据的异常值,则与该异常值对应的电压互感器为输出异常的电压 互感器。
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