CN108957308B - 一种有载分接开关本体及切换参数离线测量方法及测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有载分接开关本体及切换参数离线测量方法及测量系统，该方法包括：采集并存储交流测试源的电压波形及交流负载的电流波形；将电压波形及电流波形进行dq坐标变换，输出直流分量；根据直流分量确定关键点的时刻信息；根据关键点的时刻信息的顺序，依次确定过渡时间、过渡波形、三相同期性及过渡电阻值。该系统包括采集存储模块、dq坐标变换模块、算法模块及计算模块。因此，本发明实施例提供的有载分接开关本体及切换参数离线测量方法及测量系统，在传统的交流测试法的基础上，通过算法识别出有载分接投切过渡切换过程各个阶段关键点并计算出过渡时间、过渡波形、三相同期和过渡电阻瞬时值，测量误差小，符合标准。

Description

一种有载分接开关本体及切换参数离线测量方法及测量系统

技术领域

本发明涉及有载分接开关参数测试技术领域，尤其涉及一种有载分接开关本体及切换参数离线测量方法及测量系统。

背景技术

对于有载分接开关(OLTC)的性能及参数测试，传统的方法都以直流测试为主导。但是该方法难以满足测试需求，存在差异性，无法真实反映设备状态。

目前，通过理论研究和试验分析得出的交流测试方法在一定程度上解决了传统的直流测试适用范围不广、数据精度不高的问题。如专利文件《变压器有载分接开关动作特性交流测试装置》提出用小波方法分析数据。专利文件《变压器有载分接开关动作特性交流测试装置》形成的三相对称交流电源。

然而，现有技术中的交流测试方法是根据过渡交流电流波形的变化情况，由于变压器空载激磁阻抗较大的原因，无法从切换过程中获取过渡时间、过渡波形、三相同期及过渡电阻瞬时值，使得测量误差大。

发明内容

本发明实施例提供了一种有载分接开关本体及切换参数离线测量方法及测量系统，解决了现有技术中有载分接开关本体及切换参数离线测量误差大的问题。

一方面，本发明实施例提供的有载分接开关本体及切换参数离线测量方法，包括：S1，采集并存储有载分接开关切换过程中交流测试源的电压波形及交流负载的电流波形；S2，分别将所述电压波形及所述电流波形进行dq坐标变换，输出所述交流测试源的等效d轴电压直流分量U_d和q轴电压直流分量U_q及所述交流负载的等效d轴直流分量I_d和q轴直流分量I_q；S3，根据所述交流负载的直流分量I_d及I_q确定所述有载分接开关切换过程中的所有关键点的时刻信息，所述关键点包括切换前稳态、第一过渡电阻旁路、第一过渡电阻接入的半桥接、桥接、第二过渡电阻接入的半桥接、第二过渡电阻旁路及切换后稳态；所述时刻信息包括切换前稳态工作时刻、进入第一过渡电阻旁路时刻、进入第一过渡电阻接入的半桥接时刻、进入桥接时刻、进入第二过渡电阻接入的半桥接时刻、进入第二过渡电阻旁路时刻及进入切换后稳态时刻；S4，根据所述关键点的所述时刻信息的顺序，确定过渡时间；S5，根据所述关键点的所述时刻信息的顺序、所述交流测试源的电压波形及所述交流负载的电流波形，确定过渡波形；S6，根据三相过渡过程中的所述关键点的所述时刻信息的顺序，确定三相同期性；S7，根据所述关键点的所述时刻信息的顺序、所述交流源电压的直流分量U_d、U_q、所述交流负载的直流分量I_d及I_q确定所述有载分接开关的过渡电阻值。

另一方面，本发明实施例提供的一种有载分接开关本体及切换参数离线测量系统，包括：采集存储模块，用于采集并存储有载分接开关切换过程中交流测试源的电压波形及交流负载的电流波形；dq坐标变换模块，用于分别将所述电压波形及所述电流波形进行dq坐标变换，得到所述交流源电压的等效d轴电压直流分量U_d和q轴电压直流分量U_q及所述交流负载的等效d轴直流分量I_d和q轴直流分量I_q；关键点识别模块，用于根据所述交流负载的直流分量I_d及I_q确定所述有载分接开关切换过程中的所有关键点的时刻信息，所述关键点包括切换前稳态、第一过渡电阻旁路、第一过渡电阻接入的半桥接、桥接、第二过渡电阻接入的半桥接、第二过渡电阻旁路及切换后稳态；所述时刻信息包括切换前稳态工作时刻、进入第一过渡电阻旁路时刻、进入第一过渡电阻接入的半桥接时刻、进入桥接时刻、进入第二过渡电阻接入的半桥接时刻、进入第二过渡电阻旁路时刻及进入切换后稳态时刻；过渡时间计算模块，用于根据所述关键点的所述时刻信息的顺序，确定过渡时间；过渡波形确定模块，用于根据所述关键点的所述时刻信息的顺序及所述交流源电压的电压波形及所述交流负载的电流波形，确定过渡波形；三相同期确定模块，用于根据所述关键点的所述时刻信息的顺序，确定三相同期性；计算过渡电阻值模块，用于根据三相过渡过程中的所述关键点的所述时刻信息的顺序、所述交流源电压的直流分量U_d、U_q，所述交流负载的直流分量I_d及I_q计算所述有载分接开关的过渡电阻值。

综上，本发明实施例提供的有载分接开关本体及切换参数离线测量方法及测量系统，是在传统的交流测试法的基础上，通过设计算法辨识识别出有载分接开关分接开关投切过程中各个阶段关键点并计算出过渡时间、过渡波形、三相同期和过渡电阻数瞬时值。与传统的交流测试法相比较，可以根据算法准确识别有载分接开关切换过程中各个关键点并计算出过渡时间、过渡波形、三相同期及过渡电阻数值，测量误差小，符合标准。

附图说明

图1为本发明实施例提供的OLTC本体及切换参数离线测量方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的分体式OLTC等效原理图；

图3为本发明实施例提供的分体式OLTC切换等效示意图；

图4为本发明实施例提供的OLTC切换的直流示波图；

图5为本发明实施例提供的OLTC切换开关动作时序；

图6为本发明实施例提供的交流测量法所得到的交流测试源波形和交流负载波形；

图7为本发明实施例提供的交流测试源经dq坐标变换得到的U_d和U_q直流分量波形；

图8为本发明实施例提供的交流负载经过dq坐标变换得到的I_d和I_q直流分量波形图；

图9为本发明实施例提供的交流负载经过dq坐标变换得到的I_d和I_q直流分量放大波形图；

图10为本发明实施例提供的OLTC本体及切换参数离线测量系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明中的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

下面通过图1至图10详细说明本发明实施例提供的一种有载分接开关本体及切换参数离线测量方法及测量系统。该方法可以包括：

S1，采集并存储OLTC切换过程中交流测试源的电压波形及交流负载的电流波形。

S2，分别将该电压波形及该电流波形进行dq坐标变换，输出该交流测试源的等效d轴电压直流分量U_d和q轴电压直流分量U_q及该交流负载的等效d轴直流分量I_d和q轴直流分量I_q。

S3，根据该交流负载的直流分量I_d及I_q确定该OLTC切换过程中的所有关键点的时刻信息，该关键点包括切换前稳态、第一过渡电阻旁路、第一过渡电阻接入的半桥接、桥接、第二过渡电阻接入的半桥接、第二过渡电阻旁路及切换后稳态；该时刻信息包括切换前稳态工作时刻、进入第一过渡电阻旁路时刻、进入第一过渡电阻接入的半桥接时刻、进入桥接时刻、进入第二过渡电阻接入的半桥接时刻、进入第二过渡电阻旁路时刻及进入切换后稳态时刻。

具体的，如图2所示为分体式OLTC等效原理图。T为OLTC切换开关部件，A、B、C、D为OLTC静止触头，其中A和D为OLTC直通触头，B和C为OLTC过渡触头，R_a和R_b为OLTC本体过渡电阻，L、N分别为变压器单相绕组首端和中性点末端，S1-S6分别为OLTC分接选择器静止触头，其中分接选择器任意相邻两静止触头之间为变压器绕组，电源AC为800V标准单相交流源。

图3为分体式OLTC切换等效示意图，图3中阶段a、b、c、d、e、f、g分别表示OLTC切换过程中的各个关键点，a为切换前稳态，b为第一过渡电阻旁路，c为第一过渡电阻接入的半桥接，d为桥接，e为第二过渡电阻接入的半桥接，f为第二过渡电阻旁路，g为切换后稳态。

图4为OLTC切换直流示波图，图中s0对应图3中a、b，s1对应图3中c，s2对应图3中d，s3对应图3中e、f，s4对应图3中g。

图5为OLTC切换时序图，K1、K2、K3、K4分别代表图2中切换开关T与A、B、C、D四个静止触头的连接状态，高电平为闭合状态，低电平为断开状态。a-g七个切换状态与图3相对应，时间由t0-t6标识OLTC一次完整的切换过程。

t0：OLTC稳态工作时刻；

t1：OLTC进入第一过渡电阻旁路时刻；

t2：OLTC进入第一过渡电阻接入的半桥接时刻；

t3：OLTC进入桥接时刻；

t4：OLTC进入第二过渡电阻接入的半桥接时刻；

t5：OLTC进入第二过渡电阻旁路时刻；

t6：OLTC进入切换后稳态时刻。

图6为本发明实施例提供的交流测量法所得到的交流测试源波形和交流负载波形。

如图7所示，为本发明实施例采用的交流测试电压经过dq坐标变换得到的U_d和U_q直流分量波形，U_d为800V直流电压信号。

图8为本发明实施例提供的交流负载经dq坐标变换得到的I_d和I_q直流分量波形。I_d为交流负载经过dq坐标变换后的直流电流，便于测量波动和跳变。

图9为本发明实施例提供的交流负载经过dq坐标变换得到的I_d直流分量放大波形。

实际实施过程中，采集并存储如图6所示的交流测试源和交流负载，其中，时间在t3＝79ms，OLTC进入桥接状态。然后通过dq坐标变换，将交流测试源和交流负载等效为直流分量。

对交流负载经过dq坐标变换得到d轴有功电流分量I_d和q轴无功电流分量I_q，两个电流分量分别与电阻和电感互相对应。同理，交流测试源经过dq坐标变换也得到d轴电压分量U_d和q轴电压分量U_q。

通过切换过程中关键点识别算法模块，可以对图3切换过程中c阶段、d阶段、e阶段、f阶段等关键点确定出来。

切换过程关键点识别算法的原理为：存储稳态工作阶段的交流负载对应的直流分量并作为样本数据，切换过程中，逐点对比前后采样电流数据的变化情况，当有切换发生时，采样负载电流的直流分量会有增大或减小的变化，从而确定切换过程中各关键点的时刻信息。

在确定了所有关键点及其对应的时刻信息后，该方法可以执行如下步骤：

S4，根据该关键点的该时刻信息的顺序，确定过渡时间。

S5，根据该关键点的该时刻信息的顺序、该交流测试源的电压波形及该交流负载的电流波形，确定过渡波形。

S6，根据三相过渡过程中该关键点的该时刻信息的顺序，确定三相同期性。

S7，根据该关键点的该时刻信息的顺序、该交流测试源的直流分量U_d、U_q、该交流负载的直流分量I_d及I_q确定该OLTC的过渡电阻值。

应理解，步骤4-步骤7的执行顺序可以根据实际需要调整，本发明实施例对此不做限制。

具体的，由图9可知，稳态工作点、第一过渡电阻接入的半桥接点和桥接点可以识别出来。然后依据切换过程中各关键点的时刻信息计算过渡时间。应理解，该过渡时间就是如图4所示的t0-t4之间的时间段，即第一过度电阻接入的半桥至第二过渡电阻旁路区间。

依据切换过程中各关键点的时刻信息和存储在存储模块中的数据计算过渡波形。依据切换过程中各三相过渡过程中关键点的时刻信息计算三相同期性。应理解，三相即是A、B、C三相。在实际中，每相的切换开关都应该同步动作，因为OLTC的动作是一体的。然而，由于实际中机械机构的误差等原因，三相触头不可能完全一致的同时动作，会有微小的时间差。因此，本实施例中，可以通过三相的过渡过程关键点出现的先后顺序，确定是否满足三相同期。

最后，依据切换过程中各关键点的时刻信息、dq坐标变换模块输出的测量院电压和负载交流电流对应的直流分量。通过一次切换过程的分析，找出可以求解过渡电阻的关键点，在图3中的a-c阶段或e、f阶段，利用欧姆定律，求解等效电路电阻的变化量，即为单侧过渡电阻数值。

从存储数据中取出对应的数值进行滤波处理，求出三分之一段采集时间的对应电流分量的平均值，再带入算法程序计算。过渡电阻R₁接入电路前后的算法计算公式如下：

整理：

进一步整理：

其中：

i_d0、i_q0和i_d1、i_q1分别代表接入过渡电阻前后回路电流的有功分量和无功分量；U_d和U_q分别为电压源有功和无功分量；X_m和R_m为变压器激磁电抗与电阻。通过算法得到过渡电阻与直流分量之间的函数关系。

R₁＝f(i_d0，i_q0，i_d1，i_q1，U_d，U_q)

为了验证本发明实施例提供的一种OLTC本体及切换参数离线测量方法，表1为在2组预设参数下，通过算法计算得到的OLTC切换过程中各关键点时刻及过渡电阻数值。预测参数设定条件为：交流测试源输出保持稳定，电压峰值800V，初相0°，频率为工频50Hz，OLTC切换开关动作时刻以开始动作时刻为基准值。

预设参数1：OLTC切换开关动作时刻为t＝[1 14 32 44 57 76 98]ms；OLTC过渡电阻数值R_a＝4Ω，R_b＝4Ω。

预设参数2：OLTC切换开关动作时刻为t＝[0 70 79 97 106 124 133]ms；OLTC过渡电阻数值R_a＝10Ω，R_b＝10Ω。

表1

	t<sub>0</sub>/ms	t<sub>1</sub>/ms	t<sub>2/</sub>ms	t<sub>3</sub>/ms	t<sub>4</sub>/ms	t<sub>5</sub>/ms	t<sub>6</sub>/ms	R<sub>a</sub>/Ω	R<sub>b</sub>/Ω
										预设参数1	0	14	32	44	57	76	98	4.000	4.000
预设参数1	0	70	79	97	106	124	133	9.999	10.000

图10为本发明实施例提供的有载分接开关本体及切换参数离线测量系统结构示意图，如图所示，该系统可以包括：

采集存储模块，用于将交流测量法所采用的交流测试源波形及OLTC负载交流电流波形数据采集并存储。

dq坐标变换模块，用于对采集到的电压波形及电流波形进行坐标变换。具体的，查询单元首先找到电压波形正向过零点，以此为基准，将电压、电流波形各自移相90°后将原波形和移相后的波形作为dq坐标变换的输入，转换单元通过dq坐标变换输出交流测试源的等效d轴电压直流分量U_d、q轴电压直流分量U_q、该交流负载的等效d轴直流分量I_d和q轴直流分量I_q。

关键点识别模块，通过设计算法对切换负载电流等效的直流量进行判定，识别出切换过程中各个关键点时间信息。具体包括切换前稳态时间、第一过渡电阻接入的半桥接时间、接桥时间、第二过渡电阻接入的半桥接时间及切换后稳态过程中各个关键点出现的准确时刻。具体的，可以通过比较单元，根据交流负载的直流分量I_d及I_q的前后时刻大小变化确定所述OLTC切换过程中的所有关键点的时刻信息。

过渡时间计算模块，用于根据切换过程中各个关键点出现的先后，找出对应时间点，确定过渡时间。

过渡波形计算模块，根据切换过程中各个关键点出现的先后，找出对应时间，结合存储模块中的数据，即交流测试源的电压波形及交流负载的电流波形，确定过渡波形。

三相同期性计算模块，用于根据切换过程中三相各关键点出现的先后，找出各相关键点对应时间，确定三相同期性。

OLTC过渡电阻计算模块，用于根据交流测试源和负载交流等效的直流分量与切换过程中各个关键点时刻，确定过渡电阻数值。

综上所述，本发明实施例提供的OLTC本体及切换参数离线测量方法及测量系统，是在传统的交流测试法的基础上，通过设计算法辨识识别出OLTC分接开关投切过渡切换过程各个阶段关键点并计算出过渡时间、过渡波形、三相同期和过渡电阻数瞬时值。与传统的交流测试法相比较，可以根据算法准确识别OLTC切换过程中各个关键点并计算出过渡时间、过渡波形、三相同期及过渡电阻数值，测量误差小，符合标准。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种有载分接开关本体及切换参数离线测量方法，其特征在于，包括：

S1，采集并存储有载分接开关切换过程中交流测试源的电压波形及交流负载的电流波形；

S2，分别将所述电压波形及所述电流波形进行dq坐标变换，输出所述交流测试源等效d轴的直流分量U_d、q轴的直流分量U_q、所述交流负载等效d轴的直流分量I_d及q轴的直流分量I_q；

S3，根据所述交流负载的直流分量I_d及I_q确定所述有载分接开关切换过程中的所有关键点的时刻信息，所述关键点包括切换前稳态、第一过渡电阻旁路、第一过渡电阻接入的半桥接、桥接、第二过渡电阻接入的半桥接、第二过渡电阻旁路及切换后稳态；所述时刻信息包括切换前稳态工作时刻、进入第一过渡电阻旁路时刻、进入第一过渡电阻接入的半桥接时刻、进入桥接时刻、进入第二过渡电阻接入的半桥接时刻、进入第二过渡电阻旁路时刻及进入切换后稳态时刻；

S4，根据所述关键点的所述时刻信息的顺序，确定过渡时间；

S5，根据所述关键点的所述时刻信息的顺序、所述交流测试源的电压波形及所述交流负载的电流波形，确定过渡波形；

S6，根据三相过渡过程中的所述关键点的时刻信息的顺序，确定三相同期性；

S7，根据所述关键点的所述时刻信息的顺序、所述交流测试源的直流分量U_d、U_q、所述交流负载的直流分量I_d及I_q计算所述有载分接开关的过渡电阻值。

2.根据权利要求1所述的有载分接开关本体及切换参数离线测量方法，其特征在于，所述根据所述交流负载的直流分量I_d及I_q确定所述有载分接开关切换过程中的所有关键点的时刻信息包括：

根据所述交流负载的直流分量I_d及I_q的前后时刻大小变化确定所述有载分接开关切换过程中的所有关键点的时刻信息。

3.根据权利要求1所述的有载分接开关本体及切换参数离线测量方法，其特征在于，所述分别将所述电压波形及所述电流波形经过dq坐标变换，输出所述交流测试源的等效d轴的直流分量U_d、q轴的直流分量U_q、所述交流负载的等效d轴直流分量I_d和q轴直流分量I_q包括：

S21，查询所述交流测试源的所述电压波形的正向过零点，并以所述正向过零点作为基准，分别将所述电压波形及所述电流波形移相90°；

S22，将所述电压波形、所述电流波形、移相后的所述电压波形及移相后的所述电流波形作为dq坐标变换的输入，通过dq坐标变换，输出所述交流测试源的等效d轴的直流分量U_d、q轴的直流分量U_q、所述交流负载的等效d轴的直流分量I_d和q轴的直流分量I_q。

4.一种有载分接开关本体及切换参数离线测量系统，其特征在于，包括：

采集存储模块，用于采集并存储有载分接开关切换过程中交流测试源的电压波形及交流负载的电流波形；

dq坐标变换模块，用于分别将所述电压波形及所述电流波形进行dq坐标变换，输出所述交流测试源的等效d轴的直流分量U_d、q轴的直流分量U_q、所述交流负载的等效d轴的直流分量I_d和q轴的直流分量I_q；

关键点识别模块，用于根据所述交流负载的直流分量I_d及I_q确定所述有载分接开关切换过程中的所有关键点的时刻信息，所述关键点包括切换前稳态、第一过渡电阻旁路、第一过渡电阻接入的半桥接、桥接、第二过渡电阻接入的半桥接、第二过渡电阻旁路及切换后稳态；所述时刻信息包括切换前稳态工作时刻、进入第一过渡电阻旁路时刻、进入第一过渡电阻接入的半桥接时刻、进入桥接时刻、进入第二过渡电阻接入的半桥接时刻、进入第二过渡电阻旁路时刻及进入切换后稳态时刻；

过渡时间计算模块，用于根据所述关键点的所述时刻信息的顺序，确定过渡时间；

过渡波形确定模块，用于根据所述关键点的所述时刻信息的顺序及所述交流测试源的电压波形及所述交流负载的电流波形，确定过渡波形；

三相同期性确定模块，用于根据三相过渡过程中的所述关键点的所述时刻信息的顺序，确定三相同期性；

计算过渡电阻值模块，用于根据所述关键点的所述时刻信息的顺序、所述交流测试源的直流分量U_d、U_q、所述交流负载的直流分量I_d及I_q计算所述有载分接开关的过渡电阻值。

5.根据权利要求4所述的有载分接开关本体及切换参数离线测量系统，其特征在于，所述关键点识别模块还包括：

比较单元，用于根据所述交流负载的直流分量I_d及I_q的前后时刻大小变化确定所述有载分接开关切换过程中的所有关键点的时刻信息。

6.根据权利要求4所述的有载分接开关本体及切换参数离线测量系统，其特征在于，所述dq坐标变换模块包括查询单元及转换单元，其中，

所述查询单元，用于查询所述交流测试源波形的正向过零点，并以所述正向过零点作为基准，分别将所述电压波形及所述电流波形移相90°；

所述转换单元，用于将所述电压波形、所述电流波形、移相后的所述电压波形及移相后的所述电流波形作为dq坐标变换的输入，通过dq坐标变换，输出所述交流测试源的等效d轴的直流分量U_d和q轴的直流分量U_q及所述交流负载的等效d轴的直流分量I_d和q轴的直流分量I_q。

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