CN107942278B - 一种计算电流互感器暂态传变特性的简易方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种计算电流互感器暂态传变特性的简易方法及装置，本发明利用电流互感器的基本电气参数，以简易的数值计算方法计算任意一次电流作用下电流互感器的暂态响应，可计算出电流互感器的饱和时刻以及全过程的励磁电流、二次电流数值，运算简单，易于实现，不必依赖专业的电磁暂态计算软件，只需利用通用的计算工具或者电子表格编制简单的计算流程即可实现，准确度可满足在工程应用需求。

Description

一种计算电流互感器暂态传变特性的简易方法及装置

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，涉及一种计算电流互感器暂态传变特性的简易方法及装置。

背景技术

随着电力建设的快速推进，电网逐渐发展成为规模大、结构复杂、运行方式灵活的复杂电网。电网中暂态过程更加复杂多样，对继电保护所使用的电流互感器的暂态性能形成更大考验。现场事故分析表明，暂态过程中电流互感器饱和导致继电保护误动、拒动的事件时有发生。因此，计算电网复杂暂态过程中电流互感器的传变特性对于提高继电保护动作正确率、保障电网安全稳定运行具有十分重要的现实意义。

目前常用于电流互感器暂态传变特性的计算方法有电磁暂态仿真、解析计算两种方法。前者需要专业的电磁暂态仿真计算软件，且该类计算软件中电流互感器模型所需的部分参数不易获取，较难在工程实际中得到有效应用。后者一般基于电流互感器等效电路的解析计算，这种方法有两个难点：一是只适用于互感器铁芯磁化曲线的线性段，在磁化曲线的非线性段，由于磁导率及与磁导率相关的励磁电感不是常数，且其表达式非常复杂，难以进行解析计算；二是要求互感器的一次电流表达式必须能作解析计算，对于变压器涌流、直流偏磁、交直流相互作用等复杂的一次电流，较难甚至无法用解析法作计算。

因此，需要提供一种易于实现且能适用于工程应用的计算方法，以解决电流互感器暂态传变特性计算的技术需求。

发明内容

本发明实施例提供了一种计算电流互感器暂态传变特性的简易方法及装置，解决了电流互感器暂态传变特性计算的技术需求。

本发明实施例提供了计算电流互感器暂态传变特性的简易方法，包括：

S1：获取到包含固定时间步长的一次电流离散值序列，设置k＝0、初始时间t＝0、励磁电流初值和一次电流初始值，将初始时间增加一次电流序列的固定时间步长作为当前时刻；

S2：令k＝k+1，在一次电流序列中获取到与当前时刻对应的一次电流值，根据上一时刻的一次电流值计算当前时刻的励磁电流，根据当前时刻的一次电流值和当前时刻的励磁电流计算当前时刻的二次电流；

S3：判断在当前时刻的励磁电流作用下电流互感器的铁芯是否趋向饱和，若是，则将当前时刻作为饱和时刻，再执行S4，若不是，则执行S4；

S4：判断k是否不小于一次电流序列的长度，若小于，将当前时刻增加固定时间步长作为新的当前时刻，再重新执行S2，若不小于，则输出第一次得到的饱和时刻、励磁电流序列和二次电流序列。

优选地，步骤S1之前还包括：

S0：获取到电流互感器的准确限值系数、励磁特性曲线和额定变比，通过预置第一公式根据准确限值系数进行计算得到准确限值励磁电流；

其中，预置第一公式为：

式中，k_al为电流互感器的准确限值系数；I_sn为电流互感器的额定二次电流；R_s为电流互感器二次回路阻抗，其数值为电流互感器二次线圈电阻和二次负载电阻的总和；ω_n为电流互感器的额定工作频率；L_e.uns为电流互感器的不饱和励磁电感。

优选地，判断在当前时刻的励磁电流作用下电流互感器的铁芯是否趋向饱和具体为：

判断当前时刻的励磁电流的绝对值是否不小于准确限值励磁电流。

优选地，步骤S2具体包括：

令k＝k+1，在一次电流序列中获取到与当前时刻对应的一次电流值，通过预置第二公式根据上一时刻的一次电流值进行计算得到励磁电流的变化量，并根据上一时刻的励磁电流和励磁电流的变化量进行计算得到当前时刻的励磁电流，根据当前时刻的一次电流值和当前时刻的励磁电流进行计算得到当前时刻的二次电流，通过预置第三公式计算当前时刻的励磁电流作用下的励磁电感；

其中，预置第二公式为：

式中，i_p.k-1为上一时刻的一次电流；i_e.k-1为上一时刻的励磁电流；L_e.k-1为上一时刻的励磁电流作用下的励磁电感；K_r为电流互感器的额定变比；dt为固定时间步长；

预置第三公式为：

式中，U_C为励磁特性曲线上与当前时刻的励磁电流i_e.k对应的励磁电压。

优选地，本发明实施例还提供了一种计算电流互感器暂态传变特性的简易装置，包括：

设置单元，用于获取到包含固定时间步长的一次电流离散值序列，设置k＝0、初始时间t＝0、励磁电流初值和一次电流初始值，将初始时间增加一次电流序列的固定时间步长作为当前时刻；

计算单元，用于令k＝k+1，在一次电流序列中获取到与当前时刻对应的一次电流值，根据上一时刻的一次电流值计算当前时刻的励磁电流，根据当前时刻的一次电流值和当前时刻的励磁电流计算当前时刻的二次电流；

第一判断单元，用于判断在当前时刻的励磁电流作用下电流互感器的铁芯是否趋向饱和，若是，则将当前时刻作为饱和时刻，再触发第二判断单元，若不是，则触发第二判断单元；

第二判断单元，用于判断k是否不小于一次电流序列的长度，若小于，将当前时刻增加固定时间步长作为新的当前时刻，再重新触发计算单元，若不小于，则输出第一次得到的饱和时刻、励磁电流序列和二次电流序列。

优选地,本发明实施例提供的一种计算电流互感器暂态传变特性的简易装置还包括：

获取单元，用于获取到电流互感器的准确限值系数、励磁特性曲线和额定变比，通过预置第一公式根据准确限值系数进行计算得到准确限值励磁电流；

其中，预置第一公式为：

式中，k_al为电流互感器的准确限值系数；I_sn为电流互感器的额定二次电流；R_s为电流互感器二次回路阻抗，其数值为电流互感器二次线圈电阻和二次负载电阻的总和；ω_n为电流互感器的额定工作频率；L_e.uns为电流互感器的不饱和励磁电感。

优选地，第一判断单元还用于判断当前时刻的励磁电流的绝对值是否不小于准确限值励磁电流，若是，则将当前时刻作为饱和时刻，再触发第二判断单元，若不是，则触发第二判断单元。

优选地，计算单元还用于令k＝k+1，通过预置第二公式根据上一时刻的一次电流值进行计算得到励磁电流的变化量，并根据上一时刻的励磁电流和励磁电流的变化量进行计算得到当前时刻的励磁电流，根据当前时刻的一次电流值和当前时刻的励磁电流进行计算得到当前时刻的二次电流，通过预置第三公式计算当前时刻的励磁电流作用下的励磁电感；

其中，预置第二公式为：

式中，i_p.k-1为上一时刻的一次电流；i_e.k-1为上一时刻的励磁电流；L_e.k-1为上一时刻的励磁电流作用下的励磁电感；K_r为电流互感器的额定变比；dt为固定时间步长；

预置第三公式为：

式中，U_C为励磁特性曲线上与当前时刻的励磁电流i_e.k对应的励磁电压。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供了一种计算电流互感器暂态传变特性的简易方法及装置，本发明利用电流互感器的基本电气参数，以简易的数值计算方法计算任意一次电流作用下电流互感器的暂态响应，可计算出电流互感器的饱和时刻以及全过程的励磁电流、二次电流数值，运算简单，易于实现，不必依赖专业的电磁暂态计算软件，只需利用通用的计算工具或者电子表格编制简单的计算流程即可实现，准确度可满足在工程应用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的一种计算电流互感器暂态传变特性的简易方法的一个实施例的流程示意图；

图2为本发明提供的一种计算电流互感器暂态传变特性的简易装置的一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种计算电流互感器暂态传变特性的简易方法及装置，解决了电流互感器暂态传变特性计算的技术需求。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供的一种计算电流互感器暂态传变特性的简易方法的一个实施例，包括：

101、获取到电流互感器的准确限值系数、励磁特性曲线和额定变比，通过预置第一公式根据准确限值系数进行计算得到准确限值励磁电流；

在本实施例中，根据电流互感器的准确限值系数k_al，计算准确限值电流对应的励磁电流峰值，记作准确限值励磁电流i_e.al。

其中，预置第一公式为：

式中，k_al为电流互感器的准确限值系数；I_sn为电流互感器的额定二次电流；R_s为电流互感器二次回路阻抗，其数值为电流互感器二次线圈电阻和二次负载电阻的总和；ω_n为电流互感器的额定工作频率；L_e.uns为电流互感器的不饱和励磁电感。

102、获取到包含固定时间步长的一次电流离散值序列，设置k＝0、初始时间t＝0、励磁电流初值和一次电流初始值，将初始时间增加一次电流序列的固定时间步长作为当前时刻；

在本实施例中，读取固定时间步长的一次电流离散值序列i_p，i_p＝(i_p.1,i_p.2,…i_p.n-1,i_p.n)，n为离散值序列总长度，离散值的时间步长记作dt。

设定k＝0，t＝0，设置t＝0时刻的一次电流初值i_p.0，励磁电流初值i_e.0，励磁电感初值L_e.0。需要说明的是，t＝0时刻的初始状态为：i_p的初始值i_p.0＝0，i_e的初始值i_e.0＝0，L_e的初始值L_e.0＝L_e.uns。设置完成后，t增加dt，并令t为当前时刻。

103、令k＝k+1，在一次电流序列中获取到与当前时刻对应的一次电流值，通过预置第二公式根据上一时刻的一次电流值进行计算得到励磁电流的变化量，并根据上一时刻的励磁电流和励磁电流的变化量进行计算得到当前时刻的励磁电流，根据当前时刻的一次电流值和当前时刻的励磁电流进行计算得到当前时刻的二次电流，通过预置第三公式计算当前时刻的励磁电流作用下的励磁电感；

k递增1，计算上一时刻一次电流i_p.k-1作用下的励磁电流变化量di_e.k，得到当前时刻的励磁电流i_e.k＝i_e.k-1+di_e.k；读取当前时刻的一次电流i_p.k，计算得到当前时刻的二次电流i_s.k＝i_p.k/K_r-i_e.k；计算当前时刻的励磁电流i_e.k作用下的当前励磁电感L_e.k。

其中，预置第二公式为：

式中，i_p.k-1为上一时刻的一次电流；i_e.k-1为上一时刻的励磁电流；L_e.k-1为上一时刻的励磁电流作用下的励磁电感；K_r为电流互感器的额定变比；dt为固定时间步长；

预置第三公式为：

式中，U_C为励磁特性曲线上与当前时刻的励磁电流i_e.k对应的励磁电压，其中，励磁特性曲线上的励磁电流值必须是峰值。

104、判断当前时刻的励磁电流的绝对值是否不小于准确限值励磁电流，若是，则将当前时刻作为饱和时刻，再执行105，若不是，则执行105；

判断当前时刻的励磁电流的绝对值是否不小于准确限值励磁电流，即|i_e.k|≥i_e.al，若是，则将当前时刻作为饱和时刻，再执行105，若不是，则执行105。需要说明的是，该判断条件为首次满足时，则将首次满足的对应时刻作为首次饱和时间。

105、判断k是否不小于一次电流序列的长度，若小于，将当前时刻增加固定时间步长作为新的当前时刻，再重新执行103，若不小于，则输出第一次得到的饱和时刻、励磁电流序列和二次电流序列。

如果k≥n，则导出铁芯第一次出现首次饱和的时间，导出励磁电流离散值序列i_e＝(i_e.1,i_e.2,…,i_e.n-1,i_e.n)和二次电流离散值序列i_s＝(i_s.1,i_s.2,…,i_s.n-1,i_s.n)，计算结束，否则，令t增加dt并将t作为新的当前时刻，转回步骤103。需要说明的是，每次执行步骤103中得到励磁电流都将放入励磁电流序列中，同理二次电流，不再赘述。

请参阅图2，本发明实施例还提供了一种计算电流互感器暂态传变特性的简易装置，包括：

获取单元201，用于获取到电流互感器的准确限值系数、励磁特性曲线和额定变比，通过预置第一公式根据准确限值系数进行计算得到准确限值励磁电流；

其中，预置第一公式为：

式中，k_al为电流互感器的准确限值系数；I_sn为电流互感器的额定二次电流；R_s为电流互感器二次回路阻抗，其数值为电流互感器二次线圈电阻和二次负载电阻的总和；ω_n为电流互感器的额定工作频率；L_e.uns为电流互感器的不饱和励磁电感；

设置单元202，用于获取到包含固定时间步长的一次电流离散值序列，设置k＝0、初始时间t＝0、励磁电流初值和一次电流初始值，将初始时间增加一次电流序列的固定时间步长作为当前时刻；

计算单元203，用于令k＝k+1，在一次电流序列中获取到与当前时刻对应的一次电流值，根据上一时刻的一次电流值计算当前时刻的励磁电流，根据当前时刻的一次电流值和当前时刻的励磁电流计算当前时刻的二次电流；

第一判断单元204，用于判断在当前时刻的励磁电流作用下电流互感器的铁芯是否趋向饱和，若是，则将当前时刻作为饱和时刻，再触发第二判断单元205，若不是，则触发第二判断单元205；

第二判断单元205，用于判断k是否不小于一次电流序列的长度，若小于，将当前时刻增加固定时间步长作为新的当前时刻，再重新触发计算单元203，若不小于，则输出第一次得到的饱和时刻、励磁电流序列和二次电流序列。

在本实施例中，第一判断单元204还用于判断当前时刻的励磁电流的绝对值是否不小于准确限值励磁电流，若是，则将当前时刻作为饱和时刻，再触发第二判断单元205，若不是，则触发第二判断单元205。

在本实施例中，计算单元还用于令k＝k+1，通过预置第二公式根据上一时刻的一次电流值进行计算得到励磁电流的变化量，并根据上一时刻的励磁电流和励磁电流的变化量进行计算得到当前时刻的励磁电流，根据当前时刻的一次电流值和当前时刻的励磁电流进行计算得到当前时刻的二次电流，通过预置第三公式计算当前时刻的励磁电流作用下的励磁电感；

其中，预置第二公式为：

式中，i_p.k-1为上一时刻的一次电流；i_e.k-1为上一时刻的励磁电流；L_e.k-1为上一时刻的励磁电流作用下的励磁电感；K_r为电流互感器的额定变比；dt为固定时间步长；

预置第三公式为：

式中，U_C为励磁特性曲线上与当前时刻的励磁电流i_e.k对应的励磁电压。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种计算电流互感器暂态传变特性的简易方法，其特征在于，包括：

S1：获取到包含固定时间步长的一次电流离散值序列，设置k＝0、初始时间t＝0、励磁电流初值和一次电流初始值，将初始时间增加一次电流序列的固定时间步长作为当前时刻；

S2：令k＝k+1，在一次电流序列中获取到与当前时刻对应的一次电流值，通过预置第二公式根据上一时刻的一次电流值和上一时刻的励磁电流值计算上一时刻至当前时刻的励磁电流变化量，并根据所述上一时刻的励磁电流值和所述励磁电流变化量计算当前时刻的励磁电流，根据当前时刻的一次电流值和当前时刻的励磁电流计算当前时刻的二次电流，所述预置第二公式为：

式中，i_p.k-1为上一时刻的一次电流；i_e.k-1为上一时刻的励磁电流；L_e.k-1为上一时刻的励磁电流作用下的励磁电感；K_r为电流互感器的额定变比，R_s为电流互感器二次回路阻抗；dt为固定时间步长；

S3：判断在当前时刻的励磁电流作用下电流互感器的铁芯是否趋向饱和，若是，则将当前时刻作为饱和时刻，再执行S4，若不是，则执行S4；

S4：判断k是否不小于一次电流序列的长度，若小于，将当前时刻增加固定时间步长作为新的当前时刻，再重新执行S2，若不小于，则输出第一次得到的饱和时刻、励磁电流序列和二次电流序列。

2.根据权利要求1所述的计算电流互感器暂态传变特性的简易方法，其特征在于，步骤S1之前还包括：

S0：获取到电流互感器的准确限值系数、励磁特性曲线和额定变比，通过预置第一公式根据准确限值系数进行计算得到准确限值励磁电流；

其中，预置第一公式为：

式中，k_al为电流互感器的准确限值系数；I_sn为电流互感器的额定二次电流；R_s为电流互感器二次回路阻抗，其数值为电流互感器二次线圈电阻和二次负载电阻的总和；ω_n为电流互感器的额定工作频率；L_e.uns为电流互感器的不饱和励磁电感。

3.根据权利要求2所述的计算电流互感器暂态传变特性的简易方法，其特征在于，判断在当前时刻的励磁电流作用下电流互感器的铁芯是否趋向饱和具体为：

判断当前时刻的励磁电流的绝对值是否不小于准确限值励磁电流。

4.根据权利要求2所述的计算电流互感器暂态传变特性的简易方法，其特征在于，步骤S2还包括：

通过预置第三公式计算当前时刻的励磁电流作用下的励磁电感；

其中，预置第三公式为：

式中，U_C为励磁特性曲线上与当前时刻的励磁电流i_e.k对应的励磁电压。

5.一种计算电流互感器暂态传变特性的简易装置，其特征在于，包括：

设置单元，用于获取到包含固定时间步长的一次电流离散值序列，设置k＝0、初始时间t＝0、励磁电流初值和一次电流初始值，将初始时间增加一次电流序列的固定时间步长作为当前时刻；

计算单元，用于令k＝k+1，在一次电流序列中获取到与当前时刻对应的一次电流值，通过预置第二公式根据上一时刻的一次电流值和上一时刻的励磁电流值计算上一时刻至当前时刻的励磁电流变化量，并根据所述上一时刻的励磁电流值和所述励磁电流变化量计算当前时刻的励磁电流，根据当前时刻的一次电流值和当前时刻的励磁电流计算当前时刻的二次电流，所述预置第二公式为：

式中，i_p.k-1为上一时刻的一次电流；i_e.k-1为上一时刻的励磁电流；L_e.k-1为上一时刻的励磁电流作用下的励磁电感；K_r为电流互感器的额定变比，R_s为电流互感器二次回路阻抗；dt为固定时间步长；

第一判断单元，用于判断在当前时刻的励磁电流作用下电流互感器的铁芯是否趋向饱和，若是，则将当前时刻作为饱和时刻，再触发第二判断单元，若不是，则触发第二判断单元；

第二判断单元，用于判断k是否不小于一次电流序列的长度，若小于，将当前时刻增加固定时间步长作为新的当前时刻，再重新触发计算单元，若不小于，则输出第一次得到的饱和时刻、励磁电流序列和二次电流序列。

6.根据权利要求5所述的计算电流互感器暂态传变特性的简易装置，其特征在于，还包括：

获取单元，用于获取到电流互感器的准确限值系数、励磁特性曲线和额定变比，通过预置第一公式根据准确限值系数进行计算得到准确限值励磁电流；

其中，预置第一公式为：

式中，k_al为电流互感器的准确限值系数；I_sn为电流互感器的额定二次电流；R_s为电流互感器二次回路阻抗，其数值为电流互感器二次线圈电阻和二次负载电阻的总和；ω_n为电流互感器的额定工作频率；L_e.uns为电流互感器的不饱和励磁电感。

7.根据权利要求6所述的计算电流互感器暂态传变特性的简易装置，其特征在于，第一判断单元还用于判断当前时刻的励磁电流的绝对值是否不小于准确限值励磁电流，若是，则将当前时刻作为饱和时刻，再触发第二判断单元，若不是，则触发第二判断单元。

8.根据权利要求6所述的计算电流互感器暂态传变特性的简易装置，其特征在于，计算单元还用于通过预置第三公式计算当前时刻的励磁电流作用下的励磁电感；

其中，预置第三公式为：

式中，U_C为励磁特性曲线上与当前时刻的励磁电流i_e.k对应的励磁电压。

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