CN106199414B - 断路器保护特性测试过程中回路阻抗的自适应识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种断路器保护特性测试过程中回路阻抗的自适应识别方法，包括：采集断路器端口电压信号的电压互感器和采集断路器端口电流信号的电流互感器；输出电流到断路器的数控恒流源；控制数控恒流源输出电流大小的控制器；根据采集的电压信号和电流信号对断路器的回路接触电阻、电感参数进行识别运算，并将识别结果反馈给控制器的参数识别运算模块。通过上述方案可知，可以更高效、准确地对断路器保护特性进行测试，识别过程快速、高效，精度高，可实时在线实现，无需引导波，可以分别获得回路接触电阻、电感的数值大小。

Description

断路器保护特性测试过程中回路阻抗的自适应识别方法

技术领域

本发明涉及断路器的保护特性检测，尤其是一种应用于断路器保护特性测试过程中回路阻抗的自适应识别方法。

背景技术

断路器是配电网中重要的保护性设备，广泛应用于电力、石油、化工、建筑等国民经济的各个领域，其保护特性在维护电网稳定运行、确保人身和财产安全方面具有重大作用。国家标准GB14048.2-2001规定：“由制造厂负责保证断路器脱扣特性与断路器承受内热应力和电动应力的能力一致”。因而，断路器产品在出厂之前须经过严格的保护特性检验，以保证其保护特性的准确性与可靠性。

断路器的保护特性主要包括过载保护和短路保护两大类，其中过载保护主要是指电路承载了超过一定额度的过载电流时，断路器需要在规定的时间内进行分断操作，达到保护电路的目的。短路保护则是指回路发生短路时，断路器需要检测到回路中的大电流，并在短时间内脱扣，对回路提供保护。在对断路器进行过载和短路保护特性校验时，需向断路器提供精准电流，以验证断路器在相应大电流时是否能够准确分断。

一般的断路器包括动触头、静触头、导电杆、电磁脱扣器等部件。断路器动、静触头间存在接触电阻，此外，由于测试过程中电气夹具的存在，导体与导体接触时将引入额外的接触电阻，此部分接触电阻可以与断路器动、静触头的接触电阻一起等效为电阻R，另外，断路器结构中的电磁脱扣器主体为电磁线圈，可以等效为电感L。现有的做法是：向回路施加小电流引导波，通过引导波产生的电压、电流的幅值及相位差，对回路等效阻抗进行预估，在预估的基础上再输出所需要的大电流，并进行保护特性校验。该方法存在较大的不足，由于需要设置引导波，断路器的保护特性校验时间较长，检测效率低下。此外，由于是通过电压、电流幅值及相位差进行等效计算，该方法只能得到回路的等效阻抗，无法得到回路接触电阻R、等效电感L参数的具体数值，并且预估结果的误差较大。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种断路器保护特性测试过程中回路阻抗的自适应识别方法，对回路阻抗（接触电阻R、等效电感L）参数进行自适应在线识别，检测过程快速，并且无需设置引导波，可以大幅提高检测效率。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种断路器保护特性测试过程中回路阻抗的自适应识别方法，包括：

采集断路器端口电压信号的电压互感器和采集断路器端口电流信号的电流互感器；

输出电流到断路器的数控恒流源；

控制数控恒流源输出电流大小的控制器；

根据采集的电压信号和电流信号对断路器的回路接触电阻、电感参数进行识别运算，并将识别结果反馈给控制器的参数识别运算模块；

其中，所述的参数识别运算模块包括如下运算步骤：

断路器的传递函数方程为：

（1）

其中K为测量回路的增益，L和R为回路电感和电阻，方程（1）中b=K/L和a=R/L，将方程（1）写为时域内的方程，即：

（2）

设,,,则方程（2）可以表述成如下形式：

（3）

采用梯度法对参数方程（3）中的参数向量进行识别，设时刻t其识别结果为，则电流导数的预测值可以表示为：

（4）

结合方程（3）和（4），预测误差可以表示为：

（5）

采用一种带死区的权重函数对参数进行识别，定义如下的权重函数：

(6)

对于权重函数(6)，采用如下的考虑死区的参数演化方程：

(7)

式中为模型误差的上界，为演化因子，仅当识别误差超过阈值上界，对方程(7)中的参数求梯度，得到参数演化方程：

(8)

将方程(8)的绝对值和死区运算转化为三段线性函数，如下所示：

(9)。

通过上述方案可知，控制器输出控制指令到数控恒流源，数控恒流源输出指定电流到断路器进行保护特性测试，在断路器端口，通过电压互感器和电流互感器分别采集保护特性测试过程中的电压和电流信号，反馈给参数识别运算模块，参数识别运算模块根据采集的电压和电流信号，经过计算，对断路器接触电阻、电感等参数进行在线自适应识别，并将识别结果反馈给控制器，控制器通过识别的回路阻抗结果，调整控制参数，将参数输出给数控恒流源。因此可以更高效、准确地对断路器保护特性进行测试，识别过程快速、高效，精度高，可实时在线实现，无需引导波，可以分别获得回路接触电阻、电感的数值大小。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为回路阻抗自适应识别框图；

图2为保护特性测试等效电路图；

图3为参数识别结果示意图。

具体实施方式

如图1所示，断路器保护特性测试过程的部件包括控制器、数控恒流源、断路器、电压互感器、电流互感器，参数识别运算模块，控制器可以选择单片机、嵌入式芯片ARM或者DSP等，控制器输出控制指令到数控恒流源，数控恒流源输出指定电流到断路器进行保护特性测试，在断路器端口，通过电压互感器和电流互感器分别采集保护特性测试过程中的电压和电流信号，反馈给参数识别运算模块，参数识别运算模块根据采集的电压和电流信号，经过方法计算，对断路器接触电阻R、电感L参数进行在线自适应识别，并将识别结果反馈给控制器，控制器通过识别的回路阻抗结果，调整控制参数，将参数输出给数控恒流源。因此可以更高效、准确地对断路器保护特性进行测试。

如图2所示，为了表达参数识别运算模块的识别运算，可使用等效电路图进行计算，其传递函数可以用以下方程进行描述：

（1）

其中K为测量回路的增益，L和R为回路电感和电阻，方程（1）中待识别的参数为b=K/L和a=R/L。

将方程（1）写为时域内的方程，即：

（2）

设,,,则方程（2）可以表述成如下形式：

（3）

采用梯度法对参数方程（3）中的参数向量进行识别，设时刻t其识别结果为，则电流导数的预测值可以表示为：

（4）

结合方程（3）和（4），预测误差可以表示为：

（5）

在求解预测误差时需要对电流求导数，由于测量信号存在噪声，为加强参数识别过程的稳健性，采用一种带死区的稳健性权重函数对参数进行识别，定义如下的权重函数：

(6)

方程（6）采用如下的考虑死区的参数演化方程：

(7)

式中为模型误差的上界，为演化因子。仅当识别误差超过阈值上界，参数演化方程才进行梯度运算，从而避免由于模型误差和信号噪声给参数识别带来的干扰。

对方程（7）中的参数求梯度，得到参数演化方程：

(8)

将方程（8）的绝对值和死区运算转化为三段线性函数，可以避免在求解方程（8）时出现的绝对值运算，如下所示：

(9)

方程（3）、（4）、（5）、（9）一起，即构成了断路器保护特性测试过程中回路阻抗自适应识别的方法。

如图3所示，识别结果对自适应识别方法进行验证，其中左上角为控制电压信号，右上角为识别误差，左下角为接触电阻识别结果，右下角为电感识别结果，参数识别运算模块可以快速对参数进行识别，识别时间小于20毫秒（一个工频周波），参数识别误差基本收敛于零，识别精度高，接触电阻的预测值趋于真实值，电感的预测值趋于真实值，可以快速、有效地对断路器保护特性检测过程中的回路阻抗进行自适应在线识别，从而整体提高断路器校验过程的效率及其精度。

Claims (1)

1.一种断路器保护特性测试过程中回路阻抗的自适应识别方法，其特征在于，包括：

采集断路器端口电压信号的电压互感器和采集断路器端口电流信号的电流互感器；

输出电流到断路器的数控恒流源；

控制数控恒流源输出电流大小的控制器；

根据采集的电压信号和电流信号对断路器的回路接触电阻、电感参数进行识别运算，并将识别结果反馈给控制器的参数识别运算模块；

其中，所述的参数识别运算模块包括如下运算步骤：

断路器的传递函数方程为：

（1）

其中I为电流互感器采集的电流，U为电压互感器采集的电压，K为测量回路的增益，L和R为回路电感和电阻，方程（1）中b=K/L和a=R/L，将方程（1）写为时域内的方程，即：

（2）

设,,,则方程（2）可以表述成如下形式：

（3）

采用梯度法对参数方程（3）中的参数向量进行识别，设时刻t其识别结果为，则电流导数的预测值可以表示为：

（4）

结合方程（3）和（4），预测误差可以表示为：

（5）

采用一种带死区的权重函数对参数进行识别，定义如下的权重函数：

(6)

对于权重函数(6)，采用如下的考虑死区的参数演化方程：

(7)

式中为模型误差的上界，为演化因子，仅当识别误差超过阈值上界，对方程(7)中的参数求梯度，得到参数演化方程：

(8)

将方程(8)的绝对值和死区运算转化为三段线性函数，如下所示：

(9)。