CN110277762B - 电子式互感器数据采集异常的差动保护闭锁系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及数字化变电站继电保护领域，尤其涉及电子式互感器数据采集异常的差动保护闭锁系统及方法，该系统包括异常数据故障算法模块、保护运行主程序算法模块、保护动作输出算法模块，保护动作输出算法模块与所述异常数据故障算法模块的输出接口连接判断是否开放动作输出，通过与所述保护运行主程序算法模块的输出接口连接来判断差动保护是否启动；合并单元输出端分别与异常数据故障算法模块和保护运行主程序算法模块的输入端连接。该发明的优点在于：本发明构建了具有独立运行能力、且能够并行执行及具有独立接口的各种算法模块，通过各模块的组合使用可完成差动保护从而对异常数据判断及闭锁。

Description

电子式互感器数据采集异常的差动保护闭锁系统及方法
技术领域
本发明涉及数字化变电站继电保护领域，尤其涉及电子式互感器数据采集异常的差动保护闭锁系统及方法。
背景技术
数字化变电站技术是目前电网发展的主要技术方向，电子式互感器及数字化光纤传输技术取代了传统的电磁式互感器；电子式互感器采集一次电流值，经互感器内部采集单元将数据传输至合并单元，合并单元再将数据转发至各个间隔设备。从采集单元传输开始，传送的信息均为数字量，数字量扰动范围突破了传统模拟量上送的范围。
目前数字化变电站差动保护装置针对电流，等数据采集信息具备标示判别、同步检查及断点检查功能，但对连续突变异常的电流数据无可靠判断分析功能，导致采用此电流数据的差动保护装置误动作，怎么针对电子式互感器输出异常数据有效性进行甄别、且根据甄别结果能够可靠闭锁差动保护，从而避免出现保护装置误动作情况。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，为此，本发明提供电子式互感器数据采集异常的差动保护闭锁系统及方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
电子式互感器数据采集异常的差动保护闭锁系统，包括
异常数据故障算法模块，用于对各路电流数据进行有效性检查，然后输出闭锁信号；
保护运行主程序算法模块，用于完成差动保护运行，然后计算达到差动保护预先设定动作值完成启动保护功能；
保护动作输出算法模块，用于完成差动保护动作输出，通过与所述异常数据故障算法模块的输出接口连接判断是否开放动作输出，通过与所述保护运行主程序算法模块的输出接口连接来判断差动保护是否启动；
合并单元，其输出端分别与异常数据故障算法模块和保护运行主程序算法模块的输入端连接，使异常数据故障算法模块和保护运行主程序算法模块共享同一路电流数据。
优化的，电子式互感器为罗氏线圈型电子式互感器。
优化的，所述异常数据故障算法模块包括依次设置的
噪声抑制单元，用于对采集到的交流电流信号进行滤波处理，且抑制交流信号中出现的随机噪声信号；
微分运算单元，对输入的电流信号进行微分运算还原电子式互感器经采样后的输出信号；
中值计算单元，通过递推方法计算连续采集的相间隔时间点的两个交流信号中值，并与两相间隔的时间点中间的时间点的一个交流信号采样值进行求商运算，取绝对值；
第一状态决策输出单元，对中值计算单元与设定的门槛值进行比较，决策输出状态信息。
优化的，所述保护运行主程序算法模块包括依次设置的
幅值相位计算单元，对采集到得各支流电流信号采用滑窗迭代离散傅里叶计算电各支流电流基波信号的幅值和相位；
差流计算单元，完成对各支路电流基波信号的换算，利用基尔霍夫节点电流法计算装置差动电流值和制动电流值；
差动状态决策单元，根据差动电流值和制动电流值与设定启动门槛值进行决策判断是否启动差动保护。
优化的，所述保护动作输出算法模块包括依次设置的
逻辑判断单元，采集到差动启动信号及闭锁信号后开放动作输出；
第二动作状态决策单元，根据逻辑判断模块及预设定跳闸逻辑决策输出跳闸信号。
使用上述的电子式互感器数据采集异常的差动保护闭锁系统的方法，包括以下步骤：
S1、合并单元将变电站中的电子式互感器输出信号分发至各路电流数据经过异常数据故障算法模块内；各路电流数据经过异常数据故障算法模块和保护运行主程序算法模块同步进行处理；
S2、将异常数据故障算法模块和保护运行主程序算法模块的结果均输入到保护动作输出算法模块中进行逻辑判断，然后经过状态决策输出。
优化的，在步骤S1中异常数据故障算法的具体步骤如下：
SA1、异常数据故障算法开始运行，采样N条支路中每一条支路的实时电流数据并经噪声抑制单元进行噪声抑制处理；
SA2、在每一条支路上取经过噪声抑制的连续若干个合并单元采样电流数据，记为Ia1、Ia2…Ian,以变量形式存储,其中a表示第a条支路，n表示第n个采样点；
SA3、对SA2中电流数据进行微分处理，获得的处理结果记为Wa1、Wa2…Wan-1，以变量形式存储，W1、W2、Wan-1分别对应(Ia1、Ia2)、(Ia2、Ia3)、(Ian-1、Ian)微分结果；
SA4、中值计算单元对SA3中的数据Wa1、Wa2、Wan-1作以下处理：Wa1、Wa3求和取平均并取绝对值，结果记为Q；Wa2取绝对值，结果记为QS；输入到第一状态决策单元中判断，完毕后Wa2、Wa4求和取平均并取绝对值，结果记为Q替代上次的值；Wa3取绝对值，结果记为QS替代上次的值，输入到第一状态决策单元中判断，循环上述过程直至Wan-3和Wan-1求和取平均并取绝对值，结果记为Q替代上次的值；Wan-2取绝对值，结果记为QS替代上次的值，输入到第一状态决策单元中判断；
SA5、第一状态决策单元进行判断每次的Q和QS是否满足Q/QS＜K，K为异常数据门槛值，若等式成立，不输出任何数据，若等式不成立则异常数据故障算法模块输出闭锁信号；
SA6、执行SA5完成后，采样第n+1个点输出记为Ia(n+1)，对步骤SA2中数据进行变换，Ia(n+1)复制到Ian的存储单元内替换原来的存储值，Ian复制到Ia(n-1)的存储单元内替换原来的存储值，依次类推，直至I2复制到I1替换原来的存储值；
SA7、返回SA3重新运算。
优化的，所述n取值为4。
优化的，在步骤S1中保护运行主程序算法模块的具体步骤如下：
SB1、保护运行主程序算法模块开始运行，采样支路1至支路N三相电流一个采样周期数据，存储该周期各支路电流数值；
SB2、幅值相位计算单元将各支路电流按照离散傅里叶计算公式对各支路电流基波信号进行实部和虚部计算，根据实部和虚部计算值计算该基波信号的相位和幅值；并对各支路电流进行幅值和相位校正，对各侧电流按照电流互感器变比进行归一化处理；
SB3、差流计算单元根据步骤SB2的处理结果，利用基尔霍夫节点电流法计算各侧分相差流值和制动电流值；
SB4、差动状态决策单元根据差流值和制动电流值，按照门槛值和比例系数组成差动启动动作依据；
SB5、执行步骤SB4之后采集下一个周期第一个采样点，进行采样窗口进行滑动迭代，新的采样点替代上个周期最后一个采样点对应的数据，上个周期所有采样点对应的数据向前一个采样点数据存储单元移动，舍弃第一个采样点对应的数据；
SB6、返回步骤SB2，进行下一个周期的计算。
优化的，所述步骤S2的具体步骤如下：
S21、保护动作输出算法开始运行，在一个采样周期内通过接口周期扫描异常数据故障算法模块和保护运行主程序算法模块；
S22、逻辑判断单元按照与逻辑判断异常数据故障算法模块及保护运行主程序算法模块是否同时动作；
S23、第二动作状态决策单元按照逻辑判断模块结果给至出口。
本发明的优点在于：
(1)本发明构建了具有独立运行能力、且能够并行执行及具有独立接口的各种算法模块，通过各模块的组合使用可完成差动保护从而对异常数据判断及闭锁。
(2)本发明系统中异常数据故障算法模块和保护运行主程序算法模块并行计算，从而提高数据处理的效率。
(3)异常数据故障算法模块采用三点采样递推式方法进行数据有效性判断，实时决策输出，可以实现实时闭锁。
(4)保护运行主程序算法模块采用滑窗迭代离散傅里叶计算各支路电流幅值和相位，实时性较高，可有效缩短故障处理时间，异常数据故障算法模块保障电子式互感器输出电流数据有效性，防止差动保护误动作，提高系统的可靠性。
(5)异常数据故障算法模块采用简单的噪声抑制模块、微分运算模块、中值计算模块、状态决策输出模块，过程简便，避免复杂运算降低可靠性。
附图说明
图1为系统框图。
图2为异常数据故障算法模块框图。
图3为保护运行主程序算法模块框图。
图4为保护动作输出算法模块框图。
图中标注符号的含义如下：
1-合并单元
2-异常数据故障算法模块 21-噪声抑制单元 22-微分运算单元
23-中值计算单元 24-第一状态决策输出单元
3-保护运行主程序算法模块 31-幅值相位计算单元
32-差流计算单元 33-差动状态决策单元
4-保护动作输出算法模块
41-逻辑判断单元 42-第二动作状态决策单元
5-出口
具体实施方式
实施例1
如图1-4所示，电子式互感器数据采集异常的差动保护闭锁系统，包括
异常数据故障算法模块2，用于对各路电流数据进行有效性检查，然后输出闭锁信号；
保护运行主程序算法模块24，用于完成差动保护运行，然后计算达到差动保护预先设定动作值完成启动保护功能；
保护动作输出算法模块4，用于完成差动保护动作输出，通过与所述异常数据故障算法模块2的输出接口连接判断是否开放动作输出，通过与所述保护运行主程序算法模块24的输出接口连接来判断差动保护是否启动；
合并单元1，其输出端分别与异常数据故障算法模块2和保护运行主程序算法模块24的输入端连接，使异常数据故障算法模块2和保护运行主程序算法模块24共享同一路电流数据。
所述电子式互感器为罗氏线圈型电子式互感器。
所述异常数据故障算法模块2包括依次设置的
噪声抑制单元21，用于对采集到的交流电流信号进行滤波处理，且抑制交流信号中出现的随机噪声信号；
微分运算单元22，对输入的电流信号进行微分运算还原电子式互感器经采样后的输出信号；
中值计算单元23，通过递推方法计算连续采集的相间隔时间点的两个交流信号中值，并与两相间隔的时间点中间的时间点的一个交流信号采样值进行求商运算，取绝对值；
第一状态决策输出单元24，对中值计算单元23与设定的门槛值进行比较，决策输出状态信息。
所述保护运行主程序算法模块24包括依次设置的
幅值相位计算单元31，对采集到得各支流电流信号采用滑窗迭代离散傅里叶计算电各支流电流基波信号的幅值和相位；
差流计算单元32，完成对各支路电流基波信号的换算，具体的，采集到每一支路电流基波信号后，统一对每一支路进行换算。利用基尔霍夫节点电流法计算装置差动电流值和制动电流值；
差动状态决策单元33，根据差动电流值和制动电流值与设定启动门槛值进行决策判断是否启动差动保护。
所述保护动作输出算法模块4包括依次设置的
逻辑判断单元41，采集到差动启动信号及闭锁信号后开放动作输出；
第二动作状态决策单元42，根据逻辑判断模块及预设定跳闸逻辑决策输出跳闸信号。
实施例2
如图1-4所示，使用实施例1所述的电子式互感器数据采集异常的差动保护闭锁系统的方法，包括以下步骤：
S1、合并单元1将变电站中的电子式互感器输出信号分发至各路电流数据经过异常数据故障算法模块2内；各路电流数据经过异常数据故障算法模块2和保护运行主程序算法模块24同步进行处理；
S2、将异常数据故障算法模块2和保护运行主程序算法模块24的结果均输入到保护动作输出算法模块4中进行逻辑判断，然后经过状态决策输出。
在步骤S1中异常数据故障算法的具体步骤如下：
SA1、异常数据故障算法开始运行，采样N条支路中每一条支路的实时电流数据并经噪声抑制单元21进行噪声抑制处理；
SA2、在每一条支路上取经过噪声抑制的连续4个合并单元1采样电流数据，记为Ia1、Ia2、Ia3、Ia4,以变量形式存储,其中a表示第a条支路；
SA3、对SA2中电流数据进行微分处理，获得的处理结果记为Wa1、Wa2、Wa3，以变量形式存储，W1、W2、W3分别对应(Ia1、Ia2)、(Ia2、Ia3)、(Ia3、Ia4)微分结果；
SA4、中值计算单元23对SA3中的数据Wa1、Wa2、Wa3作以下处理：Wa1、Wa3求和取平均并取绝对值，结果记为Q；Wa2取绝对值，结果记为QS；
SA5、第一状态决策单元进行判断每次的Q和QS是否满足Q/QS＜K，K为异常数据门槛值，若等式成立，不输出任何数据，若等式不成立则异常数据故障算法模块2输出闭锁信号；
SA6、执行SA5完成后，采样第5个点输出记为Ia5，对步骤SA2中数据进行变换，Ia5复制到Ia4的存储单元内替换原来的存储值，Ia4复制到Ia3的存储单元内替换原来的存储值，依次类推，直至I2复制到I1替换原来的存储值；
SA7、返回SA3重新运算。
在步骤S1中保护运行主程序算法模块24的具体步骤如下：
SB1、保护运行主程序算法模块24开始运行，采样支路1至支路N三相电流一个采样周期数据，存储该周期各支路电流数值；
SB2、幅值相位计算单元31将各支路电流按照离散傅里叶计算公式对各支路电流基波信号进行实部和虚部计算，根据实部和虚部计算值计算该基波信号的相位和幅值；并对各支路电流进行幅值和相位校正，对各侧电流按照电流互感器变比进行归一化处理；
SB3、差流计算单元32根据步骤SB2的处理结果，利用基尔霍夫节点电流法计算各侧分相差流值和制动电流值；
SB4、差动状态决策单元33根据差流值和制动电流值，按照门槛值和比例系数组成差动启动动作依据；
SB5、执行步骤SB4之后采集下一个周期第一个采样点，进行采样窗口进行滑动迭代，新的采样点替代上个周期最后一个采样点对应的数据，上个周期所有采样点对应的数据向前一个采样点数据存储单元移动，舍弃第一个采样点对应的数据；
SB6、返回步骤SB2，进行下一个周期的计算。
所述步骤S2的具体步骤如下：
S21、保护动作输出算法开始运行，在一个采样周期内通过接口周期扫描异常数据故障算法模块2和保护运行主程序算法模块24；
S22、逻辑判断单元41按照与逻辑判断异常数据故障算法模块2及保护运行主程序算法模块24是否同时动作；
S23、第二动作状态决策单元42按照逻辑判断模块结果给至出口5。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (4)

1.电子式互感器数据采集异常的差动保护闭锁系统，其特征在于，包括
异常数据故障算法模块(2)，用于对各路电流数据进行有效性检查，然后输出闭锁信号；
保护运行主程序算法模块(3)，用于完成差动保护运行，然后计算达到差动保护预先设定动作值完成启动保护功能；
保护动作输出算法模块(4)，用于完成差动保护动作输出，通过与所述异常数据故障算法模块(2)的输出接口连接判断是否开放动作输出，通过与所述保护运行主程序算法模块(3)的输出接口连接来判断差动保护是否启动；
合并单元(1)，其输出端分别与异常数据故障算法模块(2)和保护运行主程序算法模块(3)的输入端连接，使异常数据故障算法模块(2)和保护运行主程序算法模块(3)共享同一路电流数据；
所述异常数据故障算法模块(2)包括依次设置的
噪声抑制单元(21)，用于对采集到的交流电流信号进行滤波处理，且抑制交流信号中出现的随机噪声信号；
微分运算单元(22)，对输入的电流信号进行微分运算还原电子式互感器经采样后的输出信号；
中值计算单元(23)，通过递推方法计算连续采集的相间隔时间点的两个交流信号中值，并与两相间隔的时间点中间的时间点的一个交流信号采样值进行求商运算，取绝对值；
第一状态决策输出单元(24)，对中值计算单元(23)与设定的门槛值进行比较，决策输出状态信息。
2.根据权利要求1所述的电子式互感器数据采集异常的差动保护闭锁系统，其特征在于，电子式互感器为罗氏线圈型电子式互感器。
3.根据权利要求1所述的电子式互感器数据采集异常的差动保护闭锁系统，其特征在于，所述保护运行主程序算法模块(3)包括依次设置的
幅值相位计算单元(31)，对采集到得各支流电流信号采用滑窗迭代离散傅里叶计算电各支流电流基波信号的幅值和相位；
差流计算单元(32)，完成对各支路电流基波信号的换算，利用基尔霍夫节点电流法计算装置差动电流值和制动电流值；
差动状态决策单元(33)，根据差动电流值和制动电流值与设定启动门槛值进行决策判断是否启动差动保护。
4.根据权利要求1所述的电子式互感器数据采集异常的差动保护闭锁系统，其特征在于，所述保护动作输出算法模块(4)包括依次设置的
逻辑判断单元(41)，采集到差动启动信号及闭锁信号后开放动作输出；
第二动作状态决策单元(42)，根据逻辑判断模块及预设定跳闸逻辑决策输出跳闸信号。
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