CN108152583B - 一种漏电电流基波和谐波分量分离方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种漏电电流基波和谐波分量分离方法，包括：S01、获得零序电流，并作为a相电流信号，再分别延时1/3和2/3个工频周期得到b相和c相电流信号；S02、将a、b、c相电流信号经过派克矩阵变换为相位互差90度的电流；S03、提取步骤S02中的电流的直流分量，得到漏电电流基波。本发明还公开了一种分离装置，包括：第一模块，用于获得零序电流并作为a相电流信号，再分别延时1/3和2/3个工频周期得到b相和c相电流信号；第二模块，用于将a、b、c相电流信号经过派克矩阵变换为相位互差90度的电流，以使漏电电流基波成为直流分量；第三模块，用于提取步骤S02中的电流的直流分量，得到漏电电流基波。本发明的方法及装置具有快速准确等优点。
Description
技术领域
本发明主要涉及电力系统技术领域，特指一种漏电电流基波和谐波分量分离方法及装置。
背景技术
随着我国智能电网的建设，居民和农村用电的智能配电台区也得到了很大的发展，目前配电台区都安装了智能总保或漏电保护器，通过这些智能设备可以实时对台区内的漏电电流进行监测和保护，大大提升了对漏电电流的监管工作。但是也引起了新的问题，若漏电点不能及时排查，供电可靠性不能保证。
漏电电流大小受线路绝缘状态、环境湿度和负荷大小等多种因素影响，这就造成了漏电点的隐蔽性和偶发性，使得有些漏电点难以查找。目前，主要的漏电检测方法主要有人工排查和单体设备排查两种排查方式。其中人工排查方式费时费力、排查依靠经验、常难发现问题；单体设备排查方式排查范围有限、逐一排查同样费时。而且现有的漏电排查方法难以发现偶发的、隐蔽的漏电点。例如由负荷变化、湿度变化引起的漏电点。农网中谐波畸变率高和负荷不平衡严重，使得零序谐波过大，造成漏电电流难以准确测量。
目前对于这一问题，有以下几种解决方法：
1、安装滤波器：此方法能够对零序谐波进行很好地抑制，但是会造成暂态漏电电流幅值的衰减，而且还会增加硬件成本；
2、傅立叶变换法：此方法实现漏电电流和谐波分离时，能够比较精确地提取出稳态的泄露电流分量的幅值，实现漏电电流的基波和谐波的有效分离，并且抗噪声干扰能力较强。但这种方法在准确提取漏电电流基波分量前，会根据采集到的一个电源周期的电流值进行计算，该方法主要适用于稳态量的分析，难以分析出物理量的暂态分量(比如大负荷启动引起的漏电电流分量)。
综上所述，现有的漏电检测中的漏电电流和谐波分离方法各有优缺点，在实际的应用中未能有效抑制漏电排查系统检测漏电电流时受零序谐波干扰的问题，因而，提出一种能够对零序谐波进行很好地抑制，同时又不会造成基波幅值衰减的漏电电流和谐波分离方法有着重大的理论意义和工程应用价值。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种快速准确的漏电电流基波和谐波分量分离方法及装置。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种漏电电流基波和谐波分量分离方法，包括以下步骤：
S01、获得配电线路的零序电流，并将零序电流作为a相电流信号，再将a相电流信号分别延时1/3和2/3个工频周期得到虚拟的b相电流信号和c相电流信号；
S02、将a、b、c相电流信号经过派克矩阵变换为相位互差90度的电流，以使漏电电流基波成为直流分量；
S03、提取步骤S02中的电流的直流分量，得到漏电电流基波。
优选地，在步骤S01中，检测iA、iB、iC、iN四个电流的总和作为配电线路的零序电流ide＝iA+iB+iC+iN；其中iA为流经A相线路的电流值，iB为流经B相线路的电流值，iC为流经C相线路的电流值，iN为流经中性线线路的电流值。
优选地，在步骤S01中，a、b、c相电流分别为：
其中假定
Im1为采集到的漏电电流测量值的基波幅值，Im3为采集到的漏电电流测量值的3次谐波幅值。
优选地，在步骤S02中，通过派克变换矩阵
得到
其中id为漏电电流经d-q变换后的d轴分量，iq为漏电电流经d-q变换后的q轴分量。
优选地，在步骤S03中，滤去电流分量中的谐波分量，从而得到电流的直流分量。
优选地，通过低通滤波器滤去谐波分量。
本发明还相应公开了一种漏电电流基波和谐波分量分离装置，包括：
第一模块，用于获得配电线路的零序电流，并将零序电流作为a相电流信号，再将a相电流信号分别延时1/3和2/3个工频周期得到虚拟的b相电流信号和c相电流信号；
第二模块，用于将a、b、c相电流信号经过派克矩阵变换为相位互差90度的电流，以使漏电电流基波成为直流分量；
第三模块，用于提取步骤S02中的电流的直流分量，得到漏电电流基波。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的漏电电流基波和谐波分量分离方法及装置，能够快速提取漏电电流中的基波分量，计算量小，避免由于电力系统中的谐波污染对漏电检测产生误差，提高数据的准确性；而且能够对零序谐波进行很好地抑制，同时又不会造成漏电电流幅值的衰减，克服了傅里叶分解方法难以快速准确检测暂态的漏电电流的缺点，解决了漏电排查系统检测漏电流时受零序谐波干扰的问题，同时不增加硬件成本。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为本发明中漏电电流发生电路图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
如图1和图2所示，本实施例的漏电电流基波和谐波分量分离方法，包括以下步骤：
S01、获得配电线路的零序电流，并将零序电流作为a相电流信号，再将a相电流信号分别延时1/3和2/3个工频周期得到虚拟的b相电流信号和c相电流信号；
S02、将a、b、c相电流信号经过派克矩阵变换为相位互差90度的电流，以使漏电电流基波成为直流分量；
S03、提取步骤S02中的电流的直流分量，得到漏电电流基波。
本发明的漏电电流基波和谐波分量分离方法，能够快速提取漏电电流中的基波分量，计算量小，避免由于电力系统中的谐波污染对漏电检测产生误差，提高数据的准确性；而且能够对零序谐波进行很好地抑制，同时又不会造成漏电电流幅值的衰减，克服了傅里叶分解方法难以快速准确检测暂态的漏电电流的缺点，解决了漏电排查系统检测漏电流时受零序谐波干扰的问题，同时不增加硬件成本。
下面结合附图1和图2对本发明的漏电电流基波和谐波分量分离方法做进一步描述：
如图2所示，图2中的Rl、Ll、Cl分别为线路在集总参数模型下的等效电阻、等效电感、以及线路对地电容。漏电排查系统是通过检测iA、iB、iC、iN四个电流的总和以此测量系统中漏电流的数值，即
ide＝iA+iB+iC+iN (1)
其中iA为流经A相线路的电流值，iB为流经B相线路的电流值，iC为流经C相线路的电流值，iN为流经中性线线路的电流值。
假设在电力系统A相发生漏电故障时，由于电源电压中含有三次谐波分量，则会导致每一相的电流中都会含有三次谐波分量，如式(2)所示，其中下标1表示基波分量，下标3表示3次谐波分量。
iA＝iA1+iA3 (2)
其中，iA1表示A相线路电流的基波分量，iA3表示A相线路电流的3次谐波分量。
则在未发生单相触电故障时，采集钳表所检测到的电流为
ide＝iA+iB+iC-ia-ib-ic＝iac+ibc+icc (3)
其中iac为A相线路通过对地电容的泄露电流值，ibc为B相线路通过对地电容的泄露电流值，icc为C相线路通过对地电容的泄露电流值；
尽管平衡系统中三次谐波分量是平衡的，但是由于其零序性质，导致三相电流之和不为零，因此，三次谐波的存在会导致采集钳表所检测到的电流不为零，可能引起误动作。
当系统中存在三次谐波分量的情况下发生单相触电故障时，此时漏电排查系统的漏电采集器所检测到的电流为：
ide＝3iac3+ile3+ile1 (4)
其中ile1为触电电流的基波分量，ile1为触电电流的3次谐波分量
由上式可知，非线性负荷会在线路对地电容上产生谐波电流，会影响漏电电流检测，不平衡情况影响更严重。
如图1所示，本实施例中，漏电电流和谐波分量分离方法的原理是：首先电流钳夹在A、B、C和N四根供电线上，得到iA、iB、iC、iN，并将iA、iB、iC、iN的总电流值ide作为a相，通过将ide分别延时1/3，2/3个工频周期分别得到虚拟的b相以及c相电流。假定：
其中，Im1为采集到的漏电电流测量值的基波幅值，Im3为采集到的漏电电流测量值的3次谐波幅值；
则此时的a、b、c相电流分别为：
通过恒功率派克变换矩阵
则得到
id为漏电电流经d-q变换后的d轴分量，iq为漏电电流经d-q变换后的q轴分量。
经过这样的处理后，之前的ide中漏电电流基波成为了直流分量，而三次谐波分量则成为了二次谐波。由于漏电电流在旋转坐标中为直流分量，因此，可以用窄带宽低通滤波器无衰减提取。其中只需要取一相电流就能有效滤去谐波影响，较传统方法能更快速提取漏电电流中的基波分量，计算量小，避免由于电力系统中的谐波污染对漏电检测产生误差；能够快速准确地提取漏电流中的基波分量，显著提高了漏电排查系统采集数据的准确性。
本发明还相应公开了一种漏电电流基波和谐波分量分离装置，包括：
第一模块，用于获得配电线路的零序电流，并将零序电流作为a相电流信号，再将a相电流信号分别延时1/3和2/3个工频周期得到虚拟的b相电流信号和c相电流信号；
第二模块，用于将a、b、c相电流信号经过派克矩阵变换为相位互差90度的电流，以使漏电电流基波成为直流分量；
第三模块，用于提取步骤S02中的电流的直流分量，得到漏电电流基波。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种漏电电流基波和谐波分量分离方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01、获得配电线路的零序电流，并将零序电流作为a相电流信号，再将a相电流信号分别延时1/3和2/3个工频周期得到虚拟的b相电流信号和c相电流信号；
S02、将a、b、c相电流信号经过派克矩阵变换为相位互差90度的电流，以使漏电电流基波成为直流分量；
S03、提取步骤S02中的电流的直流分量，得到漏电电流基波；
在步骤S01中，检测iA、iB、iC、iN四个电流的总和作为配电线路的零序电流ide＝iA+iB+iC+iN；其中iA为流经A相线路的电流值，iB为流经B相线路的电流值，iC为流经C相线路的电流值，iN为流经中性线线路的电流值；
在步骤S03中，滤去电流分量中的谐波分量，从而得到电流的直流分量。
2.根据权利要求1所述的漏电电流基波和谐波分量分离方法，其特征在于，在步骤S01中，a、b、c相电流分别为：
其中假定
Im1为采集到的漏电电流测量值的基波幅值，Im3为采集到的漏电电流测量值的3次谐波幅值。
3.根据权利要求2所述的漏电电流基波和谐波分量分离方法，其特征在于，在步骤S02中，通过派克变换矩阵
得到
其中id为漏电电流经d-q变换后的d轴分量，iq为漏电电流经d-q变换后的q轴分量。
4.根据权利要求1所述的漏电电流基波和谐波分量分离方法，其特征在于，通过低通滤波器滤去谐波分量。
5.一种漏电电流基波和谐波分量分离装置，其特征在于，包括：
第一模块，用于获得配电线路的零序电流，并将零序电流作为a相电流信号，再将a相电流信号分别延时1/3和2/3个工频周期得到虚拟的b相电流信号和c相电流信号；
第二模块，用于将a、b、c相电流信号经过派克矩阵变换为相位互差90度的电流，以使漏电电流基波成为直流分量；
第三模块，用于提取步骤S02中的电流的直流分量，得到漏电电流基波。
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