CN109871832A - 基于幅值相关度的励磁涌流识别方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于幅值相关度的励磁涌流识别方法及系统，该方法包括以下内容：根据变压器联接方式，采样扫描计算变压器三相差流，如果三相差流满足预设条件，则继续采样扫描计算，如果三相差流突变，记录三相差流突变时刻；当发生三相差流突变时，计算设定时间内各采样数据窗对应的三相差流基波与二次谐波的幅值 将设定时间内的三相差流基波与二次谐波的幅值进行曲线拟合；计算设定时间内各采样数据窗对应的三相差流基波与二次谐波的幅值的相关系数k；判断k在设定时间内是否一直存在k大于预设值，如果是，则表明差流为励磁涌流特性；否则，表明差流为故障电流特性。本发明同时利用了基波与二次谐波幅值及其变化特征，可以很好识别内部故障和励磁涌流。

Description

基于幅值相关度的励磁涌流识别方法及系统

技术领域

本发明是关于一种基于幅值相关度的励磁涌流识别方法及系统，涉及电力系统技术领域。

背景技术

变压器空充或者故障恢复过程中会导致励磁涌流，励磁涌流幅值较大，与短路电流幅值相当，可能会导致变压器差动保护误动，对电力系统供电可靠性和安全稳定运行带来严重影响。因此，识别变压器励磁涌流和短路电流是迫切需要解决的难题。

目前，励磁涌流识别方法主要有二次谐波识别、间断角识别和波形相关度识别方法等。其中，二次谐波识别是利用励磁涌流时二次谐波含量较高的特征，当二次谐波幅值与基波幅值之比达到一定的门槛值时，就闭锁差动保护，防止保护误动；间断角识别是根据励磁涌流时波形出现间断的特征，当间断角达到一定门槛值时，闭锁差动保护；波形相关度识别方法利用励磁涌流波形偏向时间轴一侧的特征，当波形不对称度达到门槛值时，闭锁差动保护。

上述三种现有方法虽然能在励磁涌流时可靠闭锁差动保护，防止保护误动，但也存在一定的局限性：在变压器内部故障时，如果短路电流非周期分量、二次谐波分量达到了一定的数值，那么容易造成保护闭锁，不能快速切除故障。现在电力系统中，源网荷非线性特征日益凸显，非周期分量、二次谐波含量较高的概率愈发加大，因此，需要寻找一种新的识别励磁涌流和内部故障的方法，励磁涌流时能可靠闭锁差动保护，内部故障时快速切除故障。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可以在励磁涌流时可靠闭锁差动保护，快速切除故障的基于幅值相关度的励磁涌流识别方法及系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

第一发明，本发明提供一种基于幅值相关度的励磁涌流识别方法，该方法包括以下内容：

根据变压器联接方式，采样扫描计算变压器三相差流，如果三相差流满足预设条件，则继续采样扫描计算，如果三相差流突变，记录三相差流突变时刻；

当发生三相差流突变时，计算设定时间内各采样数据窗对应的三相差流基波与二次谐波的幅值

将设定时间内计算得到的三相差流基波与二次谐波的幅值进行曲线拟合，X轴为三相差流基波Y轴为三相差流二次谐波幅值

计算设定时间内各采样数据窗对应的三相差流基波与二次谐波的幅值的相关系数k；

判断k在设定时间内是否一直存在k大于预设值，如果是，则表明差流为励磁涌流特性；否则，表明差流为故障电流特性。

进一步地，联接方式为Y/Δ的变压器三相差流计算公式为：

其中，分别表示三相差流；表示主变高压侧三相电流；表示主变低压侧三相电流。

进一步地，计算设定时间内各采样数据窗对应的三相差流基波与二次谐波的幅值计算公式：

其中，a₁，b₁分别表示基波幅值的实部和虚部；a₂，b₂分别表示二次谐波幅值的实部和虚部。

进一步地，基波幅值实部和虚部计算公式：

其中，f(t)表示原始电流信号，T表示信号周期，ω为角频率。

进一步地，二次谐波幅值实部和虚部计算公式：

其中，f(t)表示原始电流信号，T表示信号周期，ω为角频率。

进一步地，计算设定时间内各采样数据窗对应的三相差流基波与二次谐波的幅值的相关系数k，计算公式为：

其中，n为采样数据窗内的采样样本个数，x_i和y_i为采样样本和对应的采样值。

第二方面，本发明还提供一种基于幅值相关度的励磁涌流识别系统，该识别系统包括：变压器三相电流检测模块，根据变压器联接方式，采样扫描计算变压器三相差流，如果三相差流满足预设条件，则继续采样扫描计算，如果三相差流突变，记录三相差流突变时刻；三相差流幅值计算模块，用于当发生三相差流突变时，计算设定时间内各采样数据窗对应的三相差流基波与二次谐波的幅值曲线拟合模块，用于将设定时间内的三相差流基波与二次谐波的幅值进行曲线拟合；三相差流幅值相关系数计算模块，用于计算设定时间内各采样数据窗对应的三相差流基波与二次谐波的幅值的相关系数k；励磁涌流判断模块，用于判断k在设定时间内是否一直存在k大于预设值，如果是，则表明差流为励磁涌流特性；否则，表明差流为故障电流特性。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明计算突变时刻后设定时间内的三相差流基波与二次谐波的幅值并计算设定时间内三相差流基波与二次谐波的幅值的相关系数k，首先计算幅值，然后计算幅值相关度，计算准确性得到了保证；

2、本发明可以在内部故障二次谐波较大时仍然能正确识别：内部故障时，即使二次谐波含量较高，但其衰减速度不会发生改变，仍衰减较快，因此幅值相关度随时间的变化会越来越小；而励磁涌流，无论二次谐波含量，其变化速度与基波仍然相同，因此幅值相关度随时间变化仍然较大；

综上，本发明同时利用了基波与二次谐波幅值及其变化特征，可以很好的识别内部故障和励磁涌流。

附图说明

图1是现有技术间断角识别方法的间断角示意图；

图2是现有技术中的波形相关度识别方法示意图；

图3是本发明的基于幅值相关度的励磁涌流识别方法示意图；

图4是本发明的变压器仿真模型示意图；

图5是本发明的励磁涌流波形示意图；

图6是本发明的内部故障电流波形示意图；

图7是本发明的励磁涌流基波与二次谐波幅值曲线示意图；

图8是本发明的内部故障基波与二次谐波幅值曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图3所示，本发明提供的基于幅值相关度的励磁涌流识别方法，包括以下步骤：

S1：根据变压器联接方式，采样扫描计算变压器三相差流，如果三相差流满足预设条件(例如差流为0)，则继续扫描计算，如果三相差流突变，记录差流突变时刻为t₀，其中，现场变压器联接方式一般为Y/Δ，三相差流计算公式为：

其中，分别表示三相差流；表示主变高压侧三相电流；表示主变低压侧三相电流。

S2：当发生三相差流突变时，计算设定时间内各采样数据窗对应的三相差流基波与二次谐波的幅值其中，采样数据窗可以根据需要进行设置，优选地，本发明采用经典的全周傅式算法提取三相差流基波与二次谐波的幅值，计算公式：

其中，a₁，b₁分别表示基波幅值的实部和虚部；a₂，b₂分别表示二次谐波幅值的实部和虚部；

基波幅值实部和虚部计算公式：

二次谐波幅值实部和虚部计算公式：

其中，f(t)表示原始电流信号，T表示信号周期(对于50Hz信号，一般取为0.02s)，ω为角频率。

S3：将设定时间内计算得到的三相差流基波与二次谐波的幅值进行曲线拟合，X轴为三相差流基波Y轴为三相差流二次谐波幅值

S4：计算设定时间内各采样数据窗对应的三相差流基波与二次谐波的幅值 的相关系数k，采样数据窗可以根据需要进行设置，其中，k的计算公式为：

其中，n为采样数据窗内的采样样本个数，x_i和y_i为采样样本和对应的采样值。

S5：判断k在设定时间内例如t∈[t₀,t₀+25]是否一直存在k大于预设值(例如k>0.5，如果存在，则表明在设定采样时间内基波与二次谐波幅值相关度较高，差流为励磁涌流特性，保护需可靠闭锁；如果不存在，则表明在设定采样时间内基波与二次谐波幅值相关度较低，差流为故障电流特性，属于内部故障；其中，25ms考虑了计算采样时间窗长、兼顾判别准确性与速动性的取值；0.5是考虑电流互感器误差及安全裕度因素下的取值，以此为例，不限于此。

下面通过具体实施例详细说明本发明的基于幅值相关度的励磁涌流识别方法。

如图4所示，本实施例采用PSCAD搭建主变空充(场景1)和内部故障(场景2)仿真场景，主变联接方式为Y/Δ，容量500MVA，变压器变比220/110kV，漏抗0.1pu，频率50Hz，空充和故障时刻为0.2s，故障持续时间为0.05s，幅值相关度门槛值为0.5。通过对不同场景下基波、二次谐波差流幅值相关度计算，可以准确判别是故障场景，还是涌流场景，具体控制过程为：

步骤1：根据主变联接方式，由公式(1)计算场景1，场景2的差流，如图5、6所示。通过图5、6可以看出，差流波形在0.2s均发生了突变，记录t₀＝0.2s，进入步骤2。

步骤2：利用全周傅式算法提取场景1、场景2的基波与二次谐波幅值，并进行曲线拟合，如图7、8所示。

步骤3：利用公式(2)计算场景1、场景2的相关度系数k。本仿真算例中采样频率为4000Hz，采样时间窗设置为每20个点(即公式(2)中n＝20)计算一次k值。记录3个不同时刻0.21s，0.215s，0.22s的k值，如表1(场景1)，表2(场景2)所示。

表1场景1不同时刻下相关度列表

t/s	0.21	0.215	0.22
				k	0.991	0.9894	0.9318

表2场景2不同时刻下相关度列表

t/s	0.21	0.215	0.22
				k	0.9957	0.8540	-0.666

步骤4：根据k值的范围，场景1的k值远大于0.5，说明在设定采样时间内基波与二次谐波幅值相关度较高，可以准确判断为励磁涌流；场景2的k值在0.22s时为-0.666，远小于0.5，可以准确判断为内部故障。

实施例2：

本发明提供一种基于幅值相关度的励磁涌流识别系统，该识别系统包括：

变压器三相电流检测模块，根据变压器联接方式，采样扫描计算变压器三相差流，如果三相差流满足预设条件，则继续采样扫描计算，如果三相差流突变，记录三相差流突变时刻；

三相差流幅值计算模块，用于当发生三相差流突变时，计算设定时间内各采样数据窗对应的三相差流基波与二次谐波的幅值

曲线拟合模块，用于将设定时间内的三相差流基波与二次谐波的幅值进行曲线拟合；

三相差流幅值相关系数计算模块，用于计算设定时间内各采样数据窗对应的三相差流基波与二次谐波的幅值的相关系数k；

励磁涌流判断模块，用于判断k在设定时间内是否一直存在k大于预设值，如果是，则表明差流为励磁涌流特性；否则，表明差流为故障电流特性。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (7)

1.一种基于幅值相关度的励磁涌流识别方法，其特征在于，该方法包括以下内容：

根据变压器联接方式，采样扫描计算变压器三相差流，如果三相差流满足预设条件，则继续采样扫描计算，如果三相差流突变，记录三相差流突变时刻；

当发生三相差流突变时，计算设定时间内各采样数据窗对应的三相差流基波与二次谐波的幅值

将设定时间内计算得到的三相差流基波与二次谐波的幅值进行曲线拟合，X轴为三相差流基波Y轴为三相差流二次谐波幅值

计算设定时间内各采样数据窗对应的三相差流基波与二次谐波的幅值的相关系数k；

判断k在设定时间内是否一直存在k大于预设值，如果是，则表明差流为励磁涌流特性；否则，表明差流为故障电流特性。

2.根据权利要求1所述的基于幅值相关度的励磁涌流识别方法，其特征在于，联接方式为Y/Δ的变压器三相差流计算公式为：

其中，分别表示三相差流；表示主变高压侧三相电流；表示主变低压侧三相电流。

3.根据权利要求1所述的基于幅值相关度的励磁涌流识别方法，其特征在于，计算设定时间内各采样数据窗对应的三相差流基波与二次谐波的幅值计算公式：

其中，a₁，b₁分别表示基波幅值的实部和虚部；a₂，b₂分别表示二次谐波幅值的实部和虚部。

4.根据权利要求3所述的基于幅值相关度的励磁涌流识别方法，其特征在于，基波幅值实部和虚部计算公式：

式中，f(t)表示原始电流信号，T表示信号周期，ω为角频率。

5.根据权利要求3所述的基于幅值相关度的励磁涌流识别方法，其特征在于，二次谐波幅值实部和虚部计算公式：

其中，f(t)表示原始电流信号，T表示信号周期，ω为角频率。

6.根据权利要求1～5任一项所述的基于幅值相关度的励磁涌流识别方法，其特征在于，计算设定时间内各采样数据窗对应的三相差流基波与二次谐波的幅值 的相关系数k，计算公式为：

其中，n为采样数据窗内的采样样本个数，x_i和y_i为采样样本和对应的采样值。

7.一种基于幅值相关度的励磁涌流识别系统，其特征在于，该识别系统包括：

变压器三相电流检测模块，根据变压器联接方式，采样扫描计算变压器三相差流，如果三相差流满足预设条件，则继续采样扫描计算，如果三相差流突变，记录三相差流突变时刻；

三相差流幅值计算模块，用于当发生三相差流突变时，计算设定时间内各采样数据窗对应的三相差流基波与二次谐波的幅值

曲线拟合模块，用于将设定时间内的三相差流基波与二次谐波的幅值进行曲线拟合；

三相差流幅值相关系数计算模块，用于计算设定时间内各采样数据窗对应的三相差流基波与二次谐波的幅值的相关系数k；

励磁涌流判断模块，用于判断k在设定时间内是否一直存在k大于预设值，如果是，则表明差流为励磁涌流特性；否则，表明差流为故障电流特性。