CN107656134B - 一种自适应滤除直流分量的故障电流检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自适应滤除直流分量的故障电流检测方法及装置，该方法和装置通过对采集的电流信号进行数字化处理，得到相应的电流数字信号后进行数字滤波处理，自适应的分离出故障电流中的电流直流分量，滤除其中的电流直流分量，提取出电流基频分量进行快速的故障电流检测，从而能够较好的保证故障电流检测精度，避免故障电流检测过程中电流直流分量产生冲击或振荡现象而造成检测误差较大、引起继电保护误动作等问题，广泛适用于数字继电保护装置中，以便于检测和清除发生在电力系统中的故障，很好的解决了现有技术中故障电流检测的误差较大、准确度较低、容易引起继电保护误动作的问题。

Description

一种自适应滤除直流分量的故障电流检测方法及装置

技术领域

本发明涉及故障电流检测技术领域，具体涉及一种自适应滤除直流分量的故障电流检测方法及装置。

背景技术

数字继电器电流检测装置中处理的故障电流信号包括直流分量，基频分量和谐波分量，其需要通过滤波算法来减少故障电流中直流分量和谐波分量的影响，从而更加精确地检测故障状况。不同的算法在精确度、响应时间和运算量上都有显著的差异，常规的离散傅里叶变换(DFT)能够减少谐波分量并且常用来获取基频分量，但其不能滤除直流分量且准确度较低。直流分量是非周期信号，如在获取基频分量时不加滤除将可能产生冲击或振荡现象，这对基频分量的获取造成很大的误差，从而导致电流检测装置获取电流不准确，进而引起继电保护误动作等严重后果。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种自适应滤除直流分量的故障电流检测方法及装置，其能够分离出故障电流中的电流直流分量，提取出电流基频分量进行快速的故障电流检测，解决现有技术中故障电流检测的误差较大、准确度较低、容易引起继电保护误动作的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种自适应滤除直流分量的故障电流检测方法，包括如下步骤：

采集电流信号；

将采集到的电流信号进行模数转换，得到电流数字信号；

对流数字信号进行数字滤波处理，提取出电流数字信号中的电流基频分量；

根据数字滤波模块提取到的电流基频分量进行故障电流检测处理，并输出检测结果。

上述自适应滤除直流分量的故障电流检测方法中，作为进一步优化，从电流数字信号中提取出电流基频分量的具体方式为：

获取电流数字信号中连续四个采样点的采样电流值I_A、I_B、I_C和I_D，电流数字信号中截至采样电流值I_A处的总采样点数n，以及电流数字信号中一个电流信号周期内的采样点数N，代入如下方程组进行求解得到电流基频分量A_ac和电流直流分量A_dc，然后提取出电流基频分量A_ac：

其中，π为圆周率；α为运算式缩写符，且Δt为电流数字信号的采样周期，即f表示所采集电流信号的电流频率；τ为电流直流分量的衰减时间常数；所述运算式缩写符α的值通过下式求得：

一种自适应滤除直流分量的故障电流检测装置，包括信号采集模块、模数转换模块、数字滤波模块和处理输出模块；

所述信号采集模块用于采集电流信号；

所述模数转换模块用于将采集到的电流信号进行模数转换，得到电流数字信号；

所述数字滤波模块用于对流数字信号进行数字滤波处理，提取出电流数字信号中的电流基频分量；

所述处理输出模块用于根据数字滤波模块提取到的电流基频分量进行故障电流检测处理，并输出检测结果。

上述自适应滤除直流分量的故障电流检测装置中，作为进一步优化，所述数字滤波模块从电流数字信号中提取出电流基频分量的具体方式为：

获取电流数字信号中连续四个采样点的采样电流值I_A、I_B、I_C和I_D，电流数字信号中截至采样电流值I_A处的总采样点数n，以及电流数字信号中一个电流信号周期内的采样点数N，代入如下方程组进行求解得到电流基频分量A_ac和电流直流分量A_dc，然后提取出电流基频分量A_ac：

其中，π为圆周率；α为运算式缩写符，且Δt为电流数字信号的采样周期，即f表示所采集电流信号的电流频率；τ为电流直流分量的衰减时间常数；所述运算式缩写符α的值通过下式求得：

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明自适应滤除直流分量的故障电流检测方法及装置，该方法和装置能够分离出故障电流中的电流直流分量，提取出电流基频分量进行快速的故障电流检测，广泛适用于数字继电保护装置中，以便于检测和清除发生在电力系统中的故障。

2、本发明自适应滤除直流分量的故障电流检测方法及装置，能够直接根据采集的电流信号自适应的滤除其中的电流直流分量，从而能够较好的保证故障电流检测精度，很好的解决了现有技术中故障电流检测的误差较大、准确度较低、容易引起继电保护误动作的问题。

附图说明

图1为本发明自适应滤除直流分量的故障电流检测方法的流程图。

图2为本发明自适应滤除直流分量的故障电流检测装置的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供了一种自适应滤除直流分量的故障电流检测方法，该方法的故障电流检测处理流程如图1所示，包括如下步骤：

采集电流信号；

将采集到的电流信号进行模数转换，得到电流数字信号；

对流数字信号进行数字滤波处理，提取出电流数字信号中的电流基频分量；

根据数字滤波模块提取到的电流基频分量进行故障电流检测处理，并输出检测结果。

其检测原理是，通过对采集的电流信号进行数字化处理，得到相应的电流数字信号后进行数字滤波处理，以提取出其中的电流基频分量，滤除电流直流分量，最后利用提取的电流基频分量进行故障电流检测处理，避免故障电流检测过程中电流直流分量产生冲击或振荡现象而造成检测误差较大、引起继电保护误动作等问题，达到保证故障电流检测精度的目的。

基于上述的故障电流检测方法，本发明提供了相应的自适应滤除直流分量的故障电流检测装置，其原理框图如图2所示，包括信号采集模块、模数转换模块、数字滤波模块和处理输出模块；其中，信号采集模块用于采集电流信号；模数转换模块用于将采集到的电流信号进行模数转换，得到电流数字信号；数字滤波模块用于对流数字信号进行数字滤波处理，提取出电流数字信号中的电流基频分量；处理输出模块用于根据数字滤波模块提取到的电流基频分量进行故障电流检测处理，并输出检测结果。

在本发明的故障电流检测方法和故障电流检测装置中，最主要的技术创新点在于，在对采集的电流信号进行数字化处理后通过数字滤波处理滤除电流直流分量，从而提取到电流基频分量用以进行故障电流检测。其中，数字滤波模块进行数字滤波处理的方式，对于最终的故障电流检测效率和精度都有着直接的影响。

因此，本发明进一步的对数字滤波处理中从电流数字信号中提取出电流基频分量的执行方式进行了优化。数字化处理后得到的电流数字信号中包含了电流直流分量和电流基频分量，从中获取连续四个采样点的采样电流值I_A、I_B、I_C和I_D，可表示为如下四个式子：

式中，π为圆周率，f表示所采集电流信号的电流频率，t为采样电流值I_A对应的电流信号时长，Δt为电流数字信号的采样周期，τ为电流直流分量的衰减时间常数，需要求解的量为电流基频分量A_ac和电流直流分量A_dc。如果电流数字信号在一个电流信号周期内的采样点数为N，那么而如果电流数字信号中截至采样电流值I_A处的总采样点数为n，则有t＝nΔt，因此有为了简化公式的书写，令一个运算式缩写符α来表示即令那么公式(1)可化简为：

利用三角公式变换，消去式(2)中的电流直流分量A_dc，得到如下表达式：

再消去式中的电流基频分量A_ac，可得：

为消去n，将式(6)和式(7)两边同时除以得到：

重新整理简化式(8)和式(9)，可得到如下关于运算式缩写符α的计算表达式：

由此，利用获取的四个采样点的采样电流值I_A、I_B、I_C和I_D以及电流数字信号中一个电流信号周期内的采样点数N，通过式(10)可求出运算式缩写符α的值，再结合电流数字信号中截至采样电流值I_A处的总采样点数n，代入式(2)，即可求解得到电流基频分量A_ac和电流直流分量A_dc，从而提取出电流基频分量A_ac。其中，电流数字信号中截至采样电流值I_A处的总采样点数n的值，可以通过从电流数字信号中加以统计而得到，也可以在计算得到运算式缩写符α的值之后代入上述的式(8)和式(9)进行求解而得到。

基于上述分析思路，本发明进一步的对数字滤波处理中从电流数字信号中提取出电流基频分量的优化执行方式如下：

获取电流数字信号中连续四个采样点的采样电流值I_A、I_B、I_C和I_D，电流数字信号中截至采样电流值I_A处的总采样点数n，以及电流数字信号中一个电流信号周期内的采样点数N，代入如下方程组进行求解得到电流基频分量A_ac和电流直流分量A_dc，然后提取出电流基频分量A_ac：

其中，π为圆周率；α为运算式缩写符，且Δt为电流数字信号的采样周期，即f表示所采集电流信号的电流频率；τ为电流直流分量的衰减时间常数；所述运算式缩写符α的值通过下式求得：

采用上述的提取方式，使得本发明自适应滤除直流分量的故障电流检测方法及装置能够直接根据采集的电流信号自适应的滤除其中的电流直流分量，提取出电流基频分量进行快速的故障电流检测，从而能够较好的保证故障电流检测精度。

经过大量的仿真验证和实验数据验证，本发明的自适应滤除直流分量的故障电流检测方法及装置能够快速检测并分离故障电流中的电流直流分量和电流基频分量，广泛适用于数字继电保护装置中，以便于检测和清除发生在电力系统中的故障。

综上所述，本发明的自适应滤除直流分量的故障电流检测方法及装置，通过对采集的电流信号进行数字化处理，得到相应的电流数字信号后进行数字滤波处理，自适应的分离出故障电流中的电流直流分量，滤除其中的电流直流分量，提取出电流基频分量进行快速的故障电流检测，从而能够较好的保证故障电流检测精度，避免故障电流检测过程中电流直流分量产生冲击或振荡现象而造成检测误差较大、引起继电保护误动作等问题，广泛适用于数字继电保护装置中，以便于检测和清除发生在电力系统中的故障，很好的解决了现有技术中故障电流检测的误差较大、准确度较低、容易引起继电保护误动作的问题。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种自适应滤除直流分量的故障电流检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

采集电流信号；

将采集到的电流信号进行模数转换，得到电流数字信号；

对流数字信号进行数字滤波处理，提取出电流数字信号中的电流基频分量；从电流数字信号中提取出电流基频分量的具体方式为：

获取电流数字信号中连续四个采样点的采样电流值I_A、I_B、I_C和I_D，电流数字信号中截至采样电流值I_A处的总采样点数n，以及电流数字信号中一个电流信号周期内的采样点数N，代入如下方程组进行求解得到电流基频分量A_ac和电流直流分量A_dc，然后提取出电流基频分量A_ac：

其中，π为圆周率；α为运算式缩写符，且Δt为电流数字信号的采样周期，即f表示所采集电流信号的电流频率；τ为电流直流分量的衰减时间常数；所述运算式缩写符α的值通过下式求得：

根据数字滤波模块提取到的电流基频分量进行故障电流检测处理，并输出检测结果。

2.一种自适应滤除直流分量的故障电流检测装置，其特征在于，包括信号采集模块、模数转换模块、数字滤波模块和处理输出模块；

所述信号采集模块用于采集电流信号；

所述模数转换模块用于将采集到的电流信号进行模数转换，得到电流数字信号；

所述数字滤波模块用于对流数字信号进行数字滤波处理，提取出电流数字信号中的电流基频分量；所述数字滤波模块从电流数字信号中提取出电流基频分量的具体方式为：

获取电流数字信号中连续四个采样点的采样电流值I_A、I_B、I_C和I_D，电流数字信号中截至采样电流值I_A处的总采样点数n，以及电流数字信号中一个电流信号周期内的采样点数N，代入如下方程组进行求解得到电流基频分量A_ac和电流直流分量A_dc，然后提取出电流基频分量A_ac：

其中，π为圆周率；α为运算式缩写符，且Δt为电流数字信号的采样周期，即f表示所采集电流信号的电流频率；τ为电流直流分量的衰减时间常数；所述运算式缩写符α的值通过下式求得：

所述处理输出模块用于根据数字滤波模块提取到的电流基频分量进行故障电流检测处理，并输出检测结果。