CN109444538B - 等时间旋转相量缓存中获取等相位记忆相量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种等时间旋转相量缓存中获取等相位记忆相量的方法，初始化数据获取相关数据和变量、通过采样中断进行采样、计算等时间旋转相量实虚部并缓存、获取当前系统频率f、T时间内相量旋转角度、判断装置上电后采样点、递推滑动窗口计算记忆时间内旋转角度累加和、计算补偿相量、计算等相位记忆相量。本发明算法简单明了，计算步骤少，程序负载均衡；获得比较精确的等相位相量，既保证了后备保护的可靠性，同时又间接保证了光差保护的可靠性；减少资源浪费；解决了35kV光纤差动保护频率偏移测试中过流保护方向判断错误的问题；解决了110kV光纤差动保护频率偏移测试中工频变化量距离保护误动现象。

Description

等时间旋转相量缓存中获取等相位记忆相量的方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种等时间旋转相量缓存中获取等相位记忆相量的方法。

背景技术

随着继电保护技术的深入发展，微机继电保护技术越来越成熟，相量计算在继电保护领域应用广泛，相量的计算方法和使用方法则直接影响到保护逻辑的可靠性。在光差距离等保护设备暂态故障中，我们通常会使用到与当前相量等相位的记忆相量参与方向、选相的判断，而如何获取正确的等相位记忆相量，对保护逻辑至关重要。

在光纤差动保护设备中，为保证光差相量数据能够可靠同步对齐，模拟量采集采用等时间采样，相量计算采用旋转相量计算，而此时相量的缓存为等时间对齐的缓存；在这样的相量缓存中获取的记忆相量是按照时间间隔获取的，当模拟量出现频率偏移时，获取的记忆相量相位是有偏移的，不能直接应用到保护逻辑中。110kV及以上电压等级的光纤差动保护中，配有距离保护做后备，在工频变化量距离保护中，我们利用补偿电压突变作为保护判据，若记忆电压相位不正确，会导致补偿电压突变幅值不正确，从而造成装置拒动或误动。在35kV的光纤差动保护设备中，配有三段式过流保护做后备，需要用到90°接线的方向算法，暂态故障段会用到记忆电压与当前故障电流进行方向判断，如果记忆电压相位不正确，容易导致方向误判，最终造成保护拒动或误动。

发明内容

为解决上述技术问题，获取精准的等相位记忆相量，本发明在光差保护设备中，每个采样中断使用尽可能少的步骤从等时间旋转相量缓存中获取与当前相量等相位记忆相量，既保证后备保护逻辑暂态段的可靠性，又保证光差用的等时间旋转相量缓存不变。本发明采用实时频率实时计算等时间间隔的旋转角度，并通过固定时间滑动窗进行旋转角度累加，从而计算补偿相量，再与等时间记忆电压进行相量乘法实现相位补偿。本发明所采用的技术方案如下：

等时间旋转相量缓存中获取等相位记忆相量的方法，包括以下步骤：

步骤1、初始化数据，获取相关数据和变量，包括：等时间旋转相量缓存时间间隔T，20ms采样点数N，等时间旋转相量缓存长度n*N，相量实、虚部缓存数组Vecter[n*N]，缓存指针Ptr，旋转角度缓存数组Ang[n*N]，需要获取记忆数据的长度m*N、其中n>m；

步骤2、通过采样中断进行采样；

步骤3、计算等时间旋转相量实部Re和虚部Im并缓存到Vecter[Ptr]；

步骤4、获取继电保护装置测量的电力系统中距离当前时间最近的系统频率f；

步骤5、计算T时间内相量旋转角度：Ang[Ptr]＝T*360*f/1000；

上述步骤中，采用实时频率实时计算等时间间隔的旋转角度，该步骤充分利用了测频算法，每个中断都进行旋转角度计算，提高旋转角度和计算的精度，相较于仅使用当前周波的频率去计算多个周波旋转角度和的方法精度更高。

步骤6、判断继电保护装置上电后采样点数是否大于m*N，若否、将当前采样点旋转角度累加到旋转角度累加和δ、即：δ＝δ+Ang[Ptr]，指针加1并容错、即：Ptr＝(Ptr+1)％(n*N)，并转步骤2；若是、转下一步；

步骤7、递推滑动窗口计算记忆时间内旋转角度累加和，将当前采样点旋转角度累加到δ、同时减去m*N采样点前一点的旋转角度，即：δ＝δ+Ang[Ptr]-Ang[Ptr-m*N]；

上述步骤中，采用滑动窗计算旋转角度和，在每个中断中，将当前中断计算出的旋转角度进行累加，使用滑动窗截取固定时间长度的累加和作为最终旋转角度和δ，该步骤使用滑动窗计算旋转角度和可以降低程序负载并使负载更均衡。每个采样点最多需要两步运算即可算出多个周波采样数据的旋转角度和，相较于单个中断中累加所有记忆点角度的方法运算效率更高，并降低资源浪费、减少冗余。

步骤8、计算补偿相量，用复变数表示为：

从数组Vecter[n*N]中获取m*N个采样点前相量的实部Re和虚部Im，等时间记忆相量用复变数表示：

指针加1并容错：Ptr＝(Ptr+1)％(n*N)；

步骤9、计算等相位记忆相量

并转步骤2。

上述步骤中，采用相量乘法进行相位补偿，首先根据旋转角度累加和δ计算补偿相量

获取等时间旋转相量缓存中的记忆相量

计算等相位记忆相量

使用相量乘法进行相位补偿，合理利用了原有的等时间相量缓存，并且没有对该缓存进行改动，既保证光差数据的可靠，又能获取正确的记忆相量。以等时间旋转相量为主要数据源，从该数据源中获取等相位记忆相量；相较于常见的以等相位相量为主要缓存源，根据等相位相量计算时间对齐的同步相量的方法步骤更简单，数据更可靠，程序负载更小。

优选地，步骤1所述的初始化数据，获取相关数据和变量的方法具体包括以下步骤：

1.1、定义等时间旋转相量缓存的时间间隔T，计算20ms采样点数N，即N＝20/T；

1.2、定义等时间旋转相量缓存长度n*N，相量实、虚部缓存数组Vecter[n*N]，缓存指针Ptr，n为额定频率下相量缓存的周期个数，n*N为需要缓存相量的个数；

1.3、定义旋转角度缓存数组Ang[n*N]，与相量实、虚部缓存数组Vecter[n*N]共用缓存指针Ptr；

1.4、定义需要获取记忆数据的长度m*N、其中n>m，m为需要获取的记忆相量距当前时间的周期个数，m*N为需要获取的记忆相量距当前时间的缓存个数。

优选地，步骤2所述的通过采样中断进行采样的具体方法是：

通过AD芯片将模拟量转化成数字量使用，通过嵌入式芯片的中断机制，每隔一定时间T可靠获取数字量并存储。

优选地，步骤3所述的计算等时间旋转相量实部Re和虚部Im并缓存到Vecter[Ptr]的具体方法是：

将采集到的每个通道的数字量通过傅立叶变换计算出相量的实部Re和虚部Im，每个采样中断都要进行一次计算，所计算出的相量必须是等时间旋转相量，将实部Re和虚部Im存储至Vecter[Ptr]。

本发明的有益效果：

1)等相位记忆相量获取的常见方法是提供等相位记忆相量缓存，这种方法通常会用到采样插值、调频等算法，步骤十分复杂；而本发明算法简单明了，计算步骤少，程序负载均衡；

2)间接保证了光差保护的可靠性，在光差保护中，矢量差动所需要的相量必须是同步对齐的，若采用常见的等相位记忆相量缓存，会导致差动保护运算量增大；采用调频方法则会降低光纤通道的稳定性；本发明在没有破坏原有的等时间旋转相量缓存和采样间隔的条件下，获得比较精确的等相位相量，既保证了后备保护的可靠性，同时又间接保证了光差保护的可靠性；

3)减少资源浪费，记忆电压仅在暂态故障中使用，使用的范围较小，如果使用插值后的数据计算等相位相量缓存，则每个采样点需要缓存的相量个数等都不确定，造成了一些资源的浪费；而通过本发明获取等相位的记忆电压，充分利用了等时间相量的缓存，减少了资源的浪费；

4)解决了35kV光纤差动保护频率偏移测试中过流保护方向判断错误的问题；

5)解决了110kV光纤差动保护频率偏移测试中工频变化量距离保护误动现象。

附图说明

图1是本发明的逻辑流程框图。

具体实施方式

下面结合附图，具体说明本发明的实施方式。如图1所示，是本发明的逻辑流程框图。等时间旋转相量缓存中获取等相位记忆相量的方法，包括以下步骤：

步骤1、初始化数据，获取相关数据和变量。具体包括以下步骤：

1.1、定义等时间旋转相量缓存的时间间隔T，计算20ms采样点数N，我国电力系统交流电的额定频率为50Hz，额定频率下周期为20ms，额定频率下一个周期的采样点数为N，模拟量转化为数字量的采样时间间隔为T，即N＝20/T。

1.2、定义等时间旋转相量缓存长度n*N，相量实虚部缓存数组Vecter[n*N]，缓存指针Ptr。在微机继电保护中每个采样点都要计算工频相量并进行存储，n为额定频率下相量缓存的周期个数，n*N为额定频率下需要缓存相量的个数。

1.3、定义旋转角度缓存数组Ang[n*N]，与相量缓存共用缓存指针Ptr；

1.4、定义需要获取记忆数据的长度m*N(n>m)。m为需要获取的记忆相量距当前时间的周期个数，m*N为需要获取的记忆相量距当前时间的缓存个数。

步骤2、通过采样中断进行采样；

在微机继电保护应用中，我们需要通过AD芯片将模拟量转化成数字量使用，通过嵌入式芯片的中断机制，每隔一定时间T可靠获取数字量并存储。

步骤3、计算等时间旋转相量实部Re和虚部Im并缓存到Vecter[Ptr]；

将采集到的每个通道的数字量通过傅里叶变换计算出相量的实部Re和虚部Im，每个采样中断都要进行一次计算，所计算出的相量必须是等时间旋转相量，将实部Re和虚部Im存储至Vecter[Ptr]。

步骤4、获取当前系统频率f；

f为继电保护装置测量的电力系统中的系统频率，是距离当前时间最近的一个系统周期的频率。

步骤5、计算T时间内相量旋转角度：Ang[Ptr]＝T*360*f/1000。

步骤6、判断装置上电后采样点数是否大于m*N，若否、将当前采样点旋转角度累加到旋转角度累加和δ、即：δ＝δ+Ang[Ptr]、指针加1并容错：Ptr＝(Ptr+1)％(n*N)；并转步骤2、此时记忆相量为无效状态，若是、转下一步；

步骤7、递推滑动窗口计算记忆时间内旋转角度累加和，将当前采样点旋转角度累加到δ、同时减去m*N采样点前一点的旋转角度，即：δ＝δ+Ang[Ptr]-Ang[Ptr-m*N]；

步骤8、计算补偿相量，用复变数表示为：

从缓存数组Vecter[n*N]中获取m*N个采样点前相量的实部Re和虚部Im，等时间记忆相量用复变数表示：

指针加1并容错：Ptr＝(Ptr+1)％(n*N)。

在这里，Re+jIm是复变数的表示方式，一个复变量s有一个实部α、一个虚部ω，即s＝σ+jω。它可以用s复平面上的一个点来表示，其中

步骤9、计算等相位记忆相量

并转步骤2。

9.1、等时间记忆相量：

Re：记忆相量的实部，Im：记忆相量的虚部；

9.2、补偿相量：

cosδ：补偿相量的实部，sinδ：补偿相量的虚部；

9.3、等相位记忆相量：

(Re*cosδ-Im*sinδ)：等相位记忆相量的实部，(Re*sinδ+cosδ*Im)：等相位记忆相量的虚部。

即当前采样中断中获取的m周波前的等相位记忆相量，可以应用到保护选相元件、方向元件中。

Claims (3)

1.等时间旋转相量缓存中获取等相位记忆相量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、初始化数据，获取相关数据和变量，包括：等时间旋转相量缓存时间间隔T，20ms采样点数N，等时间旋转相量缓存长度n*N，相量实、虚部缓存数组Vecter[n*N]，缓存指针Ptr，相量旋转角度缓存数组Ang[n*N]，需要获取记忆数据的长度m*N、其中n>m；具体包括以下步骤：

1.1、定义等时间旋转相量缓存的时间间隔T，计算20ms采样点数N，即N＝20/T；

1.2、定义等时间旋转相量缓存长度n*N，相量实、虚部缓存数组Vecter[n*N]，缓存指针Ptr，n为额定频率下相量缓存的周期个数，n*N为需要缓存相量的个数；

1.3、定义相量旋转角度缓存数组Ang[n*N]，与相量实、虚部缓存数组Vecter[n*N]共用缓存指针Ptr；

1.4、定义需要获取记忆数据的长度m*N、其中n>m，m为需要获取的记忆相量距当前时间的周期个数，m*N为需要获取的记忆相量距当前时间的缓存个数；

步骤2、通过采样中断进行采样；

步骤3、计算等时间旋转相量实部Re和虚部Im并缓存到Vecter[Ptr]；

步骤4、获取继电保护装置测量的电力系统中距离当前时间最近的系统频率f；

步骤5、计算T时间间隔内相量旋转角度：Ang[Ptr]＝T*360*f/1000；

步骤6、判断继电保护装置上电后采样点数是否大于m*N，若否、将当前采样点旋转角度累加到相量旋转角度累加和δ、即：δ＝δ+Ang[Ptr]，指针加1并容错、即：Ptr＝(Ptr+1)％(n*N)，并转步骤2；若是、转下一步；

步骤7、递推滑动窗口计算记忆时间内相量旋转角度累加和δ，将当前采样点旋转角度累加到相量旋转角度累加和δ、同时减去m*N采样点前一点的旋转角度，即：δ＝δ+Ang[Ptr]-Ang[Ptr-m*N]；

步骤8、计算补偿相量，用复变数表示：

从相量实、虚部缓存数组Vecter[n*N]中获取m*N个采样点前的相量的实部Re和虚部Im，等时间记忆相量用复变数表示：

指针加1并容错：Ptr＝(Ptr+1)％(n*N)；

步骤9、计算等相位记忆相量

并转步骤2。

2.根据权利要求1所述的等时间旋转相量缓存中获取等相位记忆相量的方法，其特征在于，步骤2所述的通过采样中断进行采样的具体方法是：

通过AD芯片将模拟量转化成数字量使用，通过嵌入式芯片的中断机制，每隔一定时间间隔T可靠获取数字量并存储。

3.根据权利要求1或2所述的等时间旋转相量缓存中获取等相位记忆相量的方法，其特征在于，步骤3所述的计算等时间旋转相量实部Re和虚部Im并缓存到Vecter[Ptr]的具体方法是：

将采集到的每个通道的数字量通过傅立叶变换计算出等时间旋转相量的实部Re和虚部Im，每个采样中断都要进行一次计算，所计算出的相量必须是等时间旋转相量，将等时间旋转相量实部Re和虚部Im存储至Vecter[Ptr]。

Images