CN108226836A - 一种故障指示器波形同步的校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及单相接地故障检测与定位技术领域，具体涉及一种故障指示器波形同步的校准方法。该校准方法包括以下步骤：一、计算故障指示器波形之间的时间误差；二、补偿故障指示器波形之间的时间误差。本发明所述的故障指示器波形同步的校准方法，有效解决了现有技术中存在的波形同步误差大的问题。本发明通过补偿故障指示器波形之间的固有时间误差，提高了波形同步的精度，进而提高了零序电流合成的精度，解决了单相接地故障检测和定位准确性低的难题。

Description

一种故障指示器波形同步的校准方法

技术领域

本发明涉及单相接地故障检测与定位技术领域，具体涉及一种故障指示器波形同步的校准方法。

背景技术

在小电流接地系统中，单相接地故障的检测与定位一直是保证配电网正常运行的技术难点。准确查找出单相接地故障的区段，可以避免对非故障区域的不必要倒闸操作，保持供电的连续性。

故障指示器由3个采集单元和1个汇集单元组成，采集单元和汇集单元之间通过微功率无线进行通信。目前，不少学者与机构已提出将单相接地时刻线路中故障指示器的零序电流波形数据上传至主站，通过主站比较零序电流波形的相似度来进行单相接地故障的定位，该方法将发生单相接地时刻的三相采集单元的电流波形上传至汇集单元，由汇集单元合成零序电流波形，三相采集单元波形的同步精度决定了零序电流的精度。因此，如何提高故障指示器波形同步精度，从而提高单相接地故障检测和定位的准确性已经成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种故障指示器波形同步的校准方法，该方法能够解决现有技术中波形同步误差大的缺陷。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种故障指示器波形同步的校准方法，该方法包括以下步骤：

(1)计算故障指示器波形之间的时间误差，具体包括以下步骤：

(11)校准软件向故障指示器汇集单元发送波形同步校准命令。

(12)故障指示器汇集单元向三相故障指示器采集单元发送无线同步命令。

(13)故障指示器汇集单元向三相故障指示器采集单元发送手动录波命令。

(14)故障指示器汇集单元召测三相故障指示器采集单元同一时刻连续12个周波的波形。

(15)计算故障指示器三相采集单元之间的时间误差，以第一相采集单元波形为基准，计算连续12周波第二相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差和第三相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差。

(16)设周波的采样频率为f，每周波的采样点数为m，相邻采样点之间的时间间隔为t_b；对连续12周波第二相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差求平均值，设为T2；对连续12周波第三相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差求平均值，设为T3。

(2)补偿故障指示器波形之间的时间误差，具体包括以下步骤：

(21)故障指示器汇集单元通过手动录波或故障录波获取三相采集单元同一起始时刻的(n+2)个点的波形数据，设每个点的数据值为X_k。

(22)根据连续12周波第二相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差平均值T2以及连续12周波第三相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差平均值T3，计算第二相和第三相采集单元波形数据。

进一步的，f的取值为4096Hz，m的取值为82点，t_b的取值为244.14μs。

进一步的，T2和T3的取值范围均为-244.14μs～244.14μs。

进一步的，n为82的整数倍，且n≥82。

进一步的，步骤(22)中所述的“根据连续12周波第二相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差平均值T2以及连续12周波第三相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差平均值T3，计算第二相和第三相采集单元波形数据”，具体包括以下步骤：

(S1)根据拉格朗日二次插值法，假设当前时刻t_k的采样值为X_k，前一时刻t_k-1的采样值为X_k-1，下一时刻t_k+1的采样值为X_k+1，采用以下公式求得补偿后时刻t的采样值Y_k(t)：

Y_k(t)＝X_k-1*l_k-1(t)+X_k*l_k(t)+X_k+1*l_k+1(t)

其中：

(S2)第二相采集单元的录波数据需要平移T2时间即可保持与第一相采集单元同步，根据连续12周波第二相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差平均值T2和相邻采样点的时间间隔t_b，计算得出第二相采集单元的拉格朗日二次插值法的系数l2_k-1、l2_k、l2_k+1如下：

(S3)第三相采集单元的录波数据需要平移T3时间即可保持与第一相采集单元同步，根据连续12周波第三相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差平均值T3和相邻采样点的时间间隔t_b，计算得出第三相采集单元的拉格朗日二次插值法的系数l3_k-1、l3_k、l3_k+1如下：

(S4)假设第二相采集单元录波数据为X2_k(0≤k≤n+1)，则采用以下公式求得补偿后的录波数据Y2_k(1≤k≤n)：

Y2_k＝X2_k-1*l2_k-1+X2_k*l2_k+X2_k+1*l2_k+1；

其中，X2_k为第二相采集单元第k个点的录波数据，X2_k-1为第二相采集单元第k-1个点的录波数据，X2_k+1为第二相采集单元第k+1个点的录波数据；

(S5)假设第三相采集单元录波数据为X3_k(0≤k≤n+1)，则采用以下公式求得补偿后的录波数据Y3_k(1≤k≤n)：

Y3_k＝X3_k-1*l3_k-1+X3_k*l3_k+X3_k+1*l3_k+1；

其中，X3_k为第三相采集单元第k个点的录波数据，X3_k-1为第三相采集单元第k-1个点的录波数据，X3_k+1为第三相采集单元第k+1个点的录波数据。

由以上技术方案可知，本发明所述的故障指示器波形同步的校准方法，有效解决了现有技术中存在的波形同步误差大的问题。本发明通过补偿故障指示器波形之间的固有时间误差，提高了波形同步的精度，进而提高了零序电流合成的精度，解决了单相接地故障检测和定位准确性低的难题。

具体实施方式

下面对本发明做进一步说明：

一种故障指示器波形同步的校准方法，该方法包括以下步骤：

(1)计算故障指示器波形之间的时间误差，具体包括以下步骤：

(11)校准软件向故障指示器汇集单元发送波形同步校准命令。

(12)故障指示器汇集单元向三相故障指示器采集单元发送无线同步命令。

(13)故障指示器汇集单元向三相故障指示器采集单元发送手动录波命令。

(14)故障指示器汇集单元召测三相故障指示器采集单元同一时刻连续12个周波波形。

(15)计算故障指示器三相采集单元之间的时间误差，以第一相采集单元波形为基准，计算连续12周波第二相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差和第三相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差。

(16)设周波的采样频率为f，每周波的采样点数为m，相邻采样点之间的时间间隔为t_b；对连续12周波第二相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差求平均值，设为T2；对连续12周波第三相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差求平均值，设为T3。

(2)补偿故障指示器波形之间的时间误差，具体包括以下步骤：

(21)故障指示器汇集单元通过手动录波或故障录波获取三相采集单元同一起始时刻的(n+2)个点的波形数据，设每个点的数据值为X_k。

(22)根据连续12周波第二相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差平均值T2以及连续12周波第三相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差平均值T3，计算第二相和第三相采集单元波形数据。

进一步的，f的取值为4096Hz，m的取值为82点，t_b的取值为244.14μs。

进一步的，T2和T3的取值范围均为-244.14μs～244.14μs。

进一步的，n为82的整数倍，且n≥82。

进一步的，步骤(22)中所述的“根据连续12周波第二相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差平均值T2以及连续12周波第三相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差平均值T3，计算第二相和第三相采集单元波形数据”，具体包括以下步骤：

(S1)根据拉格朗日二次插值法，假设当前时刻t_k的采样值为X_k，前一时刻t_k-1的采样值为X_k-1，下一时刻t_k+1的采样值为X_k+1，采用以下公式求得补偿后时刻t的采样值Y_k(t)：

Y_k(t)＝X_k-1*l_k-1(t)+X_k*l_k(t)+X_k+1*l_k+1(t)

其中：

(S2)第二相采集单元的录波数据需要平移T2时间即可保持与第一相采集单元同步，根据连续12周波第二相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差平均值T2和相邻采样点的时间间隔t_b，计算得出第二相采集单元的拉格朗日二次插值法的系数l2_k-1、l2_k、l2_k+1如下：

对于步骤(S1)中的拉格朗日二次插值法的系数l_k-1(t)、l_k(t)、l_k+1(t)，令式中的t＝t_k+T2，t_k+1＝t_k+t_b，即可得到l2_k-1、l2_k、l2_k+1。

(S3)第三相采集单元的录波数据需要平移T3时间即可保持与第一相采集单元同步，根据连续12周波第三相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差平均值T3和相邻采样点的时间间隔t_b，计算得出第三相采集单元的拉格朗日二次插值法的系数l3_k-1、l3_k、l3_k+1如下：

对于步骤(S1)中的拉格朗日二次插值法的系数l_k-1(t)、l_k(t)、l_k+1(t)，令式中的t＝t_k+T3，t_k+1＝t_k+t_b，即可得到l3_k-1、l3_k、l3_k+1。

(S4)假设第二相采集单元录波数据为X2_k(0≤k≤n+1)，则采用以下公式求得补偿后录波数据Y2_k(1≤k≤n)：

Y2_k＝X2_k-1*l2_k-1+X2_k*l2_k+X2_k+1*l2_k+1；

其中，X2_k为第二相采集单元第k个点的录波数据，X2_k-1为第二相采集单元第k-1个点的录波数据，X2_k+1为第二相采集单元第k+1个点的录波数据。

(S5)假设第三相采集单元录波数据为X3_k(0≤k≤n+1)，则采用以下公式求得补偿后录波数据Y3_k(1≤k≤n)：

Y3_k＝X3_k-1*l3_k-1+X3_k*l3_k+X3_k+1*l3_k+1；

其中，X3_k为第三相采集单元第k个点的录波数据，X3_k-1为第三相采集单元第k-1个点的录波数据，X3_k+1为第三相采集单元第k+1个点的录波数据。

本发明的工作原理为：

对于一组与实际波形相差时间T的波形数据，本发明运用拉格朗日二次插值法计算出平移时间T后的波形数据，从而达到波形校准的目的。本发明有效提高了单相接地故障检测和定位的准确性。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种故障指示器波形同步的校准方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)计算故障指示器波形之间的时间误差，具体包括以下步骤：

(11)校准软件向故障指示器汇集单元发送波形同步校准命令；

(12)故障指示器汇集单元向三相故障指示器采集单元发送无线同步命令；

(13)故障指示器汇集单元向三相故障指示器采集单元发送手动录波命令；

(14)故障指示器汇集单元召测三相故障指示器采集单元同一时刻连续12个周波的波形；

(15)计算故障指示器三相采集单元之间的时间误差，以第一相采集单元波形为基准，计算连续12周波第二相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差和第三相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差；

(16)设周波的采样频率为f，每周波的采样点数为m，相邻采样点之间的时间间隔为t_b；对连续12周波第二相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差求平均值，设为T2；对连续12周波第三相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差求平均值，设为T3；

(2)补偿故障指示器波形之间的时间误差，具体包括以下步骤：

(21)故障指示器汇集单元通过手动录波或故障录波获取三相采集单元同一起始时刻的(n+2)个点的波形数据，设每个点的数据值为X_k；

(22)根据连续12周波第二相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差平均值T2以及连续12周波第三相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差平均值T3，计算第二相和第三相采集单元波形数据。

2.根据权利要求1所述的一种故障指示器波形同步的校准方法，其特征在于：f的取值为4096Hz，m的取值为82点，t_b的取值为244.14μs。

3.根据权利要求1所述的一种故障指示器波形同步的校准方法，其特征在于：T2和T3的取值范围均为-244.14μs～244.14μs。

4.根据权利要求1所述的一种故障指示器波形同步的校准方法，其特征在于：n为82的整数倍，且n≥82。

5.根据权利要求1所述的一种故障指示器波形同步的校准方法，其特征在于：步骤(22)中所述的“根据连续12周波第二相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差平均值T2以及连续12周波第三相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差平均值T3，计算第二相和第三相采集单元波形数据”，具体包括以下步骤：

(S1)根据拉格朗日二次插值法，假设当前时刻t_k的采样值为X_k，前一时刻t_k-1的采样值为X_k-1，下一时刻t_k+1的采样值为X_k+1，采用以下公式求得补偿后时刻t的采样值Y_k(t)：

Y_k(t)＝X_k-1*l_k-1(t)+X_k*l_k(t)+X_k+1*l_k+1(t)

其中：

(S2)第二相采集单元的录波数据需要平移T2时间即可保持与第一相采集单元同步，根据连续12周波第二相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差平均值T2和相邻采样点的时间间隔t_b，计算得出第二相采集单元的拉格朗日二次插值法的系数l2_k-1、l2_k、l2_k+1如下：

(S3)第三相采集单元的录波数据需要平移T3时间即可保持与第一相采集单元同步，根据连续12周波第三相采集单元与第一相采集单元之间的时间误差平均值T3和相邻采样点的时间间隔t_b，计算得出第三相采集单元的拉格朗日二次插值法的系数l3_k-1、l3_k、l3_k+1如下：

(S4)假设第二相采集单元录波数据为X2_k(0≤k≤n+1)，则采用以下公式求得补偿后的录波数据Y2_k(1≤k≤n)：

Y2_k＝X2_k-1*l2_k-1+X2_k*l2_k+X2_k+1*l2_k+1；

其中，X2_k为第二相采集单元第k个点的录波数据，X2_k-1为第二相采集单元第k-1个点的录波数据，X2_k+1为第二相采集单元第k+1个点的录波数据；

(S5)假设第三相采集单元录波数据为X3_k(0≤k≤n+1)，则采用以下公式求得补偿后的录波数据Y3_k(1≤k≤n)：

Y3_k＝X3_k-1*l3_k-1+X3_k*l3_k+X3_k+1*l3_k+1；

其中，X3_k为第三相采集单元第k个点的录波数据，X3_k-1为第三相采集单元第k-1个点的录波数据，X3_k+1为第三相采集单元第k+1个点的录波数据。