CN109117601A - 一种针对对数电弧模型仿真数据误差修正的数据处理方法 - Google Patents

一种针对对数电弧模型仿真数据误差修正的数据处理方法 Download PDF

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Abstract

一种针对对数电弧模型仿真数据误差修正的数据处理方法，获取一个周期的对数电弧模型仿真数据序列P(V,I)，以电弧电压Vmax及‑Vmax为数据分界点，将P(V,I)划分为两个1/2周期数据序列，通过选取合适的修正参量，建立修正方程：L:Varc＝f(Iarc)→V'arc＝f(I'arc)，得到新的数据序列P'(V',I')；修正后数据P'(V',I')具有和真实的录波数据V‑I曲线更为接近的外特性，为后续弧光接地故障的研究提供数据支撑；本发明旨在解决对数电弧模型uarc＝sgn(iarc)UTln(|iarc|/IS+1)的仿真波形不能表征实测电弧V‑I相角差的问题，修正后的数据具备和实际电弧更为接近的外特性，提高了对数电弧模型的仿真数据精度。

Description

一种针对对数电弧模型仿真数据误差修正的数据处理方法
技术领域
本发明涉及电力系统保护和控制技术领域，特别涉及一种针对对数电弧模型仿真数据误差修正的数据处理方法。
技术背景
高压输电线路具有通道长、覆盖广的特点，易受山火、雷击以及绝缘子闪络的影响而发生单相弧光高阻接地故障。此类故障的故障特征量往往低于保护整定值，导致保护装置动作延迟甚至拒动，现场故障数据记录较少。
为了获取弧光高阻接地故障的实验数据，美国电科院、加拿大魁北克水电研究中心、武汉大学以及重庆大学等均建立了山火条件下线路击穿实验平台，研究了输电线路在不同接地介质条件下的绝缘击穿特性。但上述研究缺乏对故障支路过渡电阻尤其是电弧电阻的动态特性分析，且试验成本较高，难以频繁使用。因此，搭建弧光高阻接地故障仿真模型，获取更为真实的故障仿真数据仍具有普遍适用性，是研究此类问题的关键。
弧光高阻接地故障的故障支路可看作是电弧电阻和接地介质电阻的串联组合。考虑到现场实际故障工况复杂，难以估计接地介质的非线性程度以及其所包含感性分量的大小，研究此问题时更多关注的是电弧电阻动态建模问题。ABB等公司提出利用方波表示电弧电压，但该方法忽略了电弧本身极具研究价值的动态特征，和实际电弧差异较大。基于能量平衡原理的Cassie和Mayr电弧模型多用于分析密闭空间内的断路器燃弧特性，受自身建模机理限制，该类模型并不适用于描述开放空间内输电线路电弧接地故障。
申请人前期基于空气放电的物理本质，构建了描述电弧燃弧V、I关系的对数电弧模型，该模型的建立给输电线路弧光接地故障保护及测距的研究带来了新的思路。但是，实际电弧燃烧时，受电弧电阻热效应影响，导致电弧电阻的最小值来临时刻滞后于电弧电压降低到最小是的时刻，进一步导致电弧电流在过零点处和电弧电压存在一定的相位差。而对数电弧模型所表征的电弧电阻为非线性纯电阻，这和现场实际录波计算得出的故障点电压及电弧电流之间存在相角差的结论并不相符。因此，对数电弧模型仿真结果不能准确表征弧光接地故障检测最为关注的电弧伏安特性外特征。
发明内容
为了修正电弧对数模型仿真所得电弧燃弧V-I波形不能表征实际燃弧V-I相角差的问题，本发明的目的提出了一种针对对数电弧模型仿真数据误差修正的数据处理方法，该方法通过提出具备区间峰值性、凹凸可变性的形变函数，构建了可用于数据扩展的形变矩阵，利用形变矩阵对电弧对数模型仿真数据P(V,I)进行修正处理，得到新的电弧燃弧数据序列P'(V',I')，修正后的数据具备和实际电弧更为接近的外特性，提高了对数电弧模型的仿真数据精度。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种针对对数电弧模型仿真数据误差修正的数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)、针对对数电弧模型，获取实时燃弧数据序列P(V(k),I(k))(k＝1,2…m)，以电弧电压Vmax及-Vmax为分界点，将P(V,I)划分为两个1/2周期数据序列P1(V,I)及P2(V,I)；
步骤(2)、构建修正矩阵并计算，其中：gij(t)＝1+τij·f(t)，其中i,j＝1,2，其中：式中：[i1,i4]为修正区间，i1＝-imax，i4＝imax；[i2,i3]为峰值区间，i2＝-0.9imax，i3＝0.9imax，其中imax是燃弧数据序列P(V(k),I(k))中的电弧电流峰值；m、n为光滑因子，取值范围在0.7至0.9之间；τij(i,j＝1,2)初始值取值τij＝0.1(i,j＝1,2)，取值范围在0.005至1之间，τij取值不同时，所得到的修正后的电弧电压数值不同，可表征不同故障工况下的燃弧数据；
步骤(3)、分别以数据序列P1(V,I)及P2(V,I)为修正对象，利用数据修正公式P1'(V,I)＝G·[P1(V,I)-o]+o及P2'(V,I)＝G·[P2(V,I)-o']+o'进行数据修正，获得更为精确的电弧燃弧数据P'(V,I)；o与o'依次为第二及第四象限数据点且关于原点中心对称，o1与o2的取值范围为：0＜o1＜10，-10000＜o2＜0，当其取值不同时，所得到的修正后的电弧电压数值不同，可表征不同故障工况下的燃弧数据。
本发明的特点及效果：
本发明基于现有和实测电弧燃弧特性最为接近的对数电弧模型的仿真数据，通过构建修正矩阵，对仿真数据进行误差修正，解决了对数电弧模型仿真结果不能表征实测电弧V-I相角差的问题，使其具备和真实燃弧更为接近的外特性。本算法可以用于输电线路弧光接地故障仿真数据扩展，通过设定不同的形变参量，可以表征不同故障工况下的电弧燃弧数据，灵活度高，无成本消耗。
附图说明
图1为输电线路弧光接地故障示意图。
图2为利用本发明所提算法对原始仿真数据修正后的电弧燃弧V-I波形。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细叙述。
仿真某35kV输电线路弧光接地故障，其中接地电阻RF＝80Ω，系统参数如表1所示，线路参数如表2所示，电弧对数模型中IS＝0.05A，UT＝5kV。
本发明提出的对数电弧模型仿真数据优化算法，结合附图及实施例详细说明如下：
一种针对对数电弧模型仿真数据误差修正的数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)、针对对数电弧模型，获取实时单周期燃弧数据序列P(V(k),I(k))(k＝1,2…m)，以电弧电压Vmax及-Vmax为分界点，将P(V,I)划分为两个1/2周期数据序列P1(V,I)及P2(V,I)。其中，P1(V,I)参见表3，P2(V,I)参见表4。
步骤(2)、构建修正矩阵并计算，其中：gij(t)＝1+τij·f(t)，其中i,j＝1,2，其中：式中：[i1,i4]为修正区间，i1＝-imax，i4＝imax；[i2,i3]为峰值区间，i2＝-0.9imax，i3＝0.9imax，所涉及的各参量整定值：m＝0.7，n＝0.7；τ11＝-0.1,τ12＝0.0001,τ21＝0.05,τ22＝0.005；o＝(10,-50),o'＝(-10,50)。
步骤(3)、以数据序列P1(V,I)及P2(V,I)为修正对象，利用数据修正公式P1'(V,I)＝G·[P1(V,I)-o]+o及P2'(V,I)＝G·[P2(V,I)-o']+o'进行数据修正，获得更为精确的电弧燃弧数据P1'(V,I)及P2'(V,I)分别对应表5及表6。将此算法应用于对数电弧模型仿真数据，得到修正后的归一化电弧V-I曲线如附图2。表1电网M和N的参数
表2线路参数
表3数据序列P1(V,I)
表4数据序列P2(V,I)
电压 电流 电压 电流 电压 电流 电压 电流
V(kV) I(kA) V(kV) I(kA) V(kV) I(kA) V(kV) I(kA)
12.61195 0.01375 9.454252 0.00675 -2.42754 -0.00075 -11.3863 -0.0105
12.69487 0.014 8.958797 0.006 -2.42754 -0.00075 -11.697 -0.01125
12.61195 0.01375 8.408793 0.00525 -3.56883 -0.00125 -11.697 -0.01125
12.61195 0.01375 8.005348 0.00475 -4.05465 -0.0015 -11.9895 -0.012
12.61195 0.01375 7.56647 0.00425 -4.05465 -0.0015 -12.0833 -0.01225
12.61195 0.01375 6.552913 0.00325 -4.90415 -0.002 -12.3546 -0.013
12.52763 0.0135 6.263815 0.003 -5.28026 -0.00225 -12.2658 -0.01275
12.3546 0.013 5.630056 0.0025 -6.26381 -0.003 -12.4419 -0.01325
12.26579 0.01275 4.497418 0.00175 -6.55291 -0.00325 -12.5276 -0.0135
12.26579 0.01275 3.030679 0.001 -7.08533 -0.00375 -12.6119 -0.01375
12.17537 0.0125 3.030679 0.001 -7.56647 -0.00425 -12.6119 -0.01375
11.7964 0.0115 1.741533 0.0005 -8.21114 -0.005 -12.6119 -0.01375
11.7964 0.0115 1.741533 0.0005 -8.40879 -0.00525 -12.6949 -0.014
11.59557 0.011 0 0 -8.7821 -0.00575 -12.7764 -0.01425
11.49205 0.01075 0 0 -9.29449 -0.0065 -12.6949 -0.014
11.16796 0.01 -1.74153 -0.0005 -9.60906 -0.007 -12.6949 -0.014
10.93961 0.0095 -1.74153 -0.0005 -9.75922 -0.00725 -12.7764 -0.01425
10.70033 0.009 0 0 -10.1844 -0.008 -12.6949 -0.014
10.57625 0.00875 -1.74153 -0.0005 -10.5763 -0.00875 -12.6949 -0.014
10.18441 0.008 -0.94621 -0.00025 -10.8214 -0.00925 -12.7764 -0.01425
9.759224 0.00725 -1.74153 -0.0005 -11.0551 -0.00975
表5数据序列P1'(V,I)
表6数据序列P2'(V,I)
电压 电流 电压 电流 电压 电流 电压 电流
V(kV) I(kA) V(kV) I(kA) V(kV) I(kA) V(kV) I(kA)
12.61292 0.013638 9.452513 0.005751 -2.48936 -0.00241 -11.4439 -0.01135
12.69487 0.014 8.954825 0.004973 -2.48936 -0.00241 -11.7471 -0.01196
12.61292 0.013638 8.402179 0.004198 -3.63613 -0.00297 -11.7471 -0.01196
12.61292 0.013638 7.996722 0.003682 -4.1242 -0.00324 -12.0308 -0.01256
12.61292 0.013638 7.555608 0.003166 -4.1242 -0.00324 -12.1213 -0.01276
12.61292 0.013638 6.536785 0.002129 -4.97744 -0.00376 -12.3816 -0.01335
12.52926 0.013308 6.246173 0.001867 -5.35512 -0.00402 -12.2967 -0.01315
12.35721 0.012678 5.609095 0.001341 -6.34229 -0.00476 -12.4647 -0.01354
12.26877 0.012372 4.470549 0.000539 -6.6323 -0.00501 -12.546 -0.01373
12.26877 0.012372 2.996248 -0.00029 -7.16612 -0.00549 -12.6254 -0.01391
12.17867 0.01207 2.996248 -0.00029 -7.64817 -0.00595 -12.6254 -0.01391
11.80042 0.010898 1.700543 -0.00087 -8.29335 -0.00664 -12.6254 -0.01391
11.80042 0.010898 1.700543 -0.00087 -8.49096 -0.00687 -12.7027 -0.01409
11.59966 0.010329 -0.04975 -0.0015 -8.86386 -0.00732 -12.7764 -0.01425
11.49611 0.010047 -0.04975 -0.0015 -9.37489 -0.00798 -12.7027 -0.01409
11.1717 0.009215 -1.79998 -0.00212 -9.68805 -0.00842 -12.7027 -0.01409
10.94294 0.008668 -1.79998 -0.00212 -9.83735 -0.00863 -12.7764 -0.01425
10.70309 0.008128 -0.04975 -0.0015 -10.2594 -0.00927 -12.7027 -0.01409
10.57867 0.00786 -1.79998 -0.00212 -10.6471 -0.00991 -12.7027 -0.01409
10.18556 0.007062 -1.0007 -0.00182 -10.889 -0.01032 -12.7764 -0.01425
9.758762 0.006273 -1.79998 -0.00212 -11.1191 -0.01074

Claims (1)

1.一种针对对数电弧模型仿真数据误差修正的数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)、针对对数电弧模型，获取实时燃弧数据序列P(V(k),I(k))(k＝1,2…m)，以电弧电压Vmax及-Vmax为分界点，将P(V,I)划分为两个1/2周期数据序列及
步骤(2)、构建修正矩阵并计算，其中：gij(t)＝1+τij·f(t)，其中i,j＝1,2，其中：式中：[i1,i4]为修正区间，i1＝-imax，i4＝imax；[i2,i3]为峰值区间，i2＝-0.9imax，i3＝0.9imax，其中imax是燃弧数据序列P(V(k),I(k))中的电弧电流峰值；m、n为光滑因子，取值范围在0.7至0.9之间；τij(i,j＝1,2)初始值取值τij＝0.1(i,j＝1,2)，取值范围在0.005至1之间，τij取值不同时，所得到的修正后的电弧电压数值不同，可表征不同故障工况下的燃弧数据；
步骤(3)、分别以数据序列及为修正对象，利用数据修正公式P1'(V,I)＝G·[P1(V,I)-o]+o及P2'(V,I)＝G·[P2(V,I)-o']+o'进行数据修正，获得更为精确的电弧燃弧数据P'(V,I)；o与o'依次为第二及第四象限数据点且关于原点中心对称，o1与o2的取值范围为：0＜o1＜10，-10000＜o2＜0，当其取值不同时，所得到的修正后的电弧电压数值不同，可表征不同故障工况下的燃弧数据。
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