CN110376517A - 确定电流波形特征参数的方法、系统及存储介质 - Google Patents

确定电流波形特征参数的方法、系统及存储介质 Download PDF

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蔡梦怡
朱太云
张国宝
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赵恒阳
宋东波
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Abstract

本发明实施方式提供一种确定电流波形特征参数的方法、系统及存储介质，用于确定具有衰减交流分量特征的高压断路器非对称短路试验电流的波形特征参数，属于高压交流断路器非对称短路开断试验领域。所述方法包括：采用公式(1)表示每个所述子集，根据公式(1)构造非对称方程组(2)；对所述非对称方程组(2)进行求解以确定每个所述子集的所述初始相位和所述直流时间常数；根据公式(3)确定所述交流分量幅值Im。该方法、系统和存储介质可以更加准确的计算电流波形特征参数，从而提高了高压交流断路器非对称短路开断试验的效率。

Description

确定电流波形特征参数的方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及高压交流断路器非对称短路开断试验领域，具体地涉及一种确定电流波形特征参数的方法、系统及存储介质。
背景技术
当发电机出口端发生短路故障时，由于阻尼绕组、励磁绕组的作用将导致短路电流历经超瞬态、瞬态和稳态三个阶段。以隐极同步发电机出口端发生短路故障为例，短路电流为：
式中，E为短路发电机空载电势，x”d、x'd、xd分别为短路发电机超瞬态、瞬态、同步电抗，T”d、T'd分别为短路发电机超瞬态、瞬态时间常数，Ta为短路发电机电枢时间常数，a为合闸相角，为阻抗角。
从上式可以看出，定子短路电流的交流分量中分别出现了以超瞬态时间常数T”d衰减、幅值为的超瞬态分量，和以瞬态时间常数T'd衰减、幅值为的瞬态分量。此外，定子短路电流交流分量中还包括幅值为的稳态分量，以及初始幅值为并以直流时间常数Ta衰减的直流分量。
由于T”d比T'd和Ta要小，短路电流的超瞬态分量衰减较快，导致短路电流的交流分量具有衰减特征。当这种特征的短路电流中叠加有衰减的直流分量时，读取非对称短路电流的交流分量和直流分量就会变得困难，特别是读取短路电流起始几个半波的交流分量和直流分量。
目前，IEC标准《IEC 62271-100High-voltage alternating-current circuitbreakers》和国家标准《GB1984交流断路器》给出三峰值法来计算任意时刻的直流分量，需要至少三个峰值点来确定两条包络线(三峰值法，即需要三个峰值的数据)，且该方法仅在交流分量幅值恒定的情况下是准确的，当衰减交流分量时，上包络线和下包络线以不同的衰减速度接近时间轴，导致计算交直流分量时将会产生误差。
发明内容
本发明实施方式的目的是提供一种确定电流波形特征参数的方法、系统及存储介质，该方法、系统和存储介质可以更加准确的计算电流波形特征参数，从而提高了高压交流断路器非对称短路开断试验的效率。
为了实现上述目的，本发明实施方式提供一种确定电流波形特征参数的方法，用于确定具有衰减交流分量特征的高压断路器非对称短路试验电流的波形特征参数，所述方法包括：
划分现场测量所得的所述非对称试验电流的波形数据，将所述波形数据中的每个半波划分为一个子集；
采用公式(1)表示每个所述子集，
其中，γ为初始相位，τ为直流时间常数，Im为交流分量幅值，i(t)为所述非对称试验电流值，t为时间；
根据公式(1)构造非对称方程组(2)，
其中，t1为所述子集的起始时刻点，t2为所述子集的终止时刻点；
对所述非对称方程组(2)进行求解以确定每个所述子集的所述初始相位和所述直流时间常数；
根据公式(3)确定所述交流分量幅值Im，
其中，ym为每个所述子集中的半波电流幅值，tm为所述半波电流幅值对应的时间。
可选地，所述方法进一步包括：
对所述波形数据进行去零漂、消噪和滤波处理中的至少一者。
可选地，所述方法进一步包括：
对所述子集进行拟合和/或插值处理。
可选地，所述方法进一步包括：
采用牛顿法求解所述非对称方程组(2)。
可选地，对所述非对称方程组(2)进行求解以确定每个所述子集的所述初始相位和所述直流时间常数具体包括：
从第二个所述子集开始计算每个所述子集的初始相位、直流时间常数和交流分量幅值；
在计算第一个所述子集的波形特征参数时，将所述非对称方程组(2)的初始相位设置为第二个所述子集的初始相位，结合第一个所述子集的终点时刻点以确定第一个所述子集的直流时间常数。
另一方面，本发明还提供一种确定电流波形特征参数的系统，所述系统包括处理器，所述处理器被配置为执行如上述任一所述的方法。
再一方面，本发明还提供一种存储介质，所述存储介质存储有指令，所述指令用于被机器读取以使得所述机器执行上述任一所述的方法。
通过上述技术方案，本发明提供的确定电流波形特征参数的方法、系统及存储介质通过在短路电流每个半波内构造方程求解短路电流的表达式，并计算出短路电流每个半波的初始相位γ、直流时间常数τ和交流分量幅值Im。本发明解决了非对称短路电流中交流分量幅值随着时间衰减、以及电流波形数据小于三个半波时交直流分量特征参数的计算问题，所获得的计算方法为电力系统中同步发电机、以及大功率试验站短路发电机出口端发生短路故障时的非对称短路电流波形交直流分量特征参数计算提供了理论依据。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
图1为根据本发明的一个实施方式的确定电流波形特征参数的方法的流程图；
图2为根据本发明的一个实施方式的确定电流波形特征参数的方法的流程图；
图3为根据本发明的一个实施方式的确定电流波形特征参数的方法的流程图；以及
图4是根据本发明的一个实施方式的半波法与三峰值法的计算结果的比较图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施方式的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施方式，并不用于限制本发明实施方式。
在本发明实施方式中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。
另外，若本发明实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供一种确定电流波形特征参数的方法，该方法可以用于确定具有衰减交流分量特征的高压断路器非对称短路试验电流的波形特征参数。如图1所示根据本发明的一个实施方式的该方法的流程图。在图1中，该方法可以包括：
在步骤S10中，划分非对称试验(短路)电流的波形数据，将波形数据中的每个半波划分为一个子集。对于该电流，可以是通过现场测量或现场录波得到。
在步骤S20中，采用公式(1)表示每个子集，
其中，γ为初始相位，τ为直流时间常数，Im为交流分量幅值，i(t)为非对称试验电流值，t为时间。其中，对于每个子集，可以包括每个半波的起始时刻点(t1,0)、终止时刻点(t2,0)以及半波幅值点(tm,ym)。
在步骤S30中，根据公式(1)构造非对称方程组(2)，
其中，t1为每个子集的起始时刻点，t2为每个子集的终止时刻点；
在步骤S40中，对非对称方程组(2)进行求解以确定每个子集的初始相位和直流时间常数。对于求解该非对称方程组(2)的具体方式，可以是本领域人员所知的多种方法。在本发明的一个示例中，可以采用牛顿法对该非对称方程组(2)进行求解。更进一步地，在对每个子集对应的非对称方程组进行求解时，可以首先从第二个子集开始计算每个子集的初始相位、直流时间常数和交流分量幅值；再在计算第一个子集的波形特征参数时，将非对称方程组(2)的初始相位设置为第二个子集的初始相位，结合第一个子集的终点时刻点以确定第一个是子集的直流时间常数。
在步骤S50中，根据公式(3)确定交流分量幅值Im，
其中，ym为每个子集中的半波电流幅值，tm为半波电流幅值对应的时间。在该实施方式中，根据计算出的半波电流幅值和直流时间常数即可计算出在短路期间任意时刻的直流分量的百分数。
如图2所示是根据本发明的一个实施方式的确定电流波形特征参数的方法的流程图。与图1中示出的方法的不同之处在于，在图2中，该方法可以进一步包括：
在步骤S110中，对波形数据进行去零漂、消噪和滤波处理中的至少一者。在该实施方式中，考虑到现场测量或录波得到的原始波形数据可能难以满足方程拟合的条件，因此，可以对该波形数据进行去零漂、消噪和滤波处理等操作。
如图3所示是根据本发明的一个实施方式的确定电流波形特征参数的方法的流程图。与图2中示出的方法的不同之处在于，在图3中，该方法可以进一步包括：
在步骤S230中，对每个子集进行拟合和/或插值处理。通过该步骤S230，可以克服波形数据中可能存在的数据畸变、采样率低等问题。
在本发明的一个示例中，以同样的波形数据，分别采用传统的三峰值法和本发明提供的方法(图4中示出的半波法)计算，从而得到短路期间任意时刻的直流分量百分数。两种方法的计算结果如图4所示，从图4中可以看出，本发明提供的方法可以很好地解决三峰值法在第一个半波和最后一个半波计算交流分量幅值和直流分量误差较大的不足。
另一方面，本发明还提供一种确定电流波形特征参数的系统，该系统可以包括处理器，该处理器可以被配置为执行如上述任一所述的方法。在该实施方式中，对于该处理器，可以是例如通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP)、多个微处理器、与DSP核心相关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)电路、任何其它类型的集成电路(IC)、状态机、系统级芯片(SOC)等。
再一方面，本发明还提供一种存储介质，该存储介质可以存储有指令，该指令可以用于被机器读取以使得该机器执行上述任一所述的方法。
通过上述技术方案，本发明提供的确定电流波形特征参数的方法、系统及存储介质通过在短路电流每个半波内构造方程求解短路电流的表达式，并计算出短路电流每个半波的初始相位γ、直流时间常数τ和交流分量幅值Im。本发明解决了非对称短路电流中交流分量幅值随着时间衰减、以及电流波形数据小于三个半波时交直流分量特征参数的计算问题，所获得的计算方法为电力系统中同步发电机、以及大功率试验站短路发电机出口端发生短路故障时的非对称短路电流波形交直流分量特征参数计算提供了理论依据。
以上结合附图详细描述了本发明例的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施方式方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施方式的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (7)

1.一种确定电流波形特征参数的方法，用于确定具有衰减交流分量特征的高压断路器非对称短路试验电流的波形特征参数，其特征在于，所述方法包括：
划分现场测量所得的所述非对称试验电流的波形数据，将所述波形数据中的每个半波划分为一个子集；
采用公式(1)表示每个所述子集，
其中，γ为初始相位，τ为直流时间常数，Im为交流分量幅值，i(t)为所述非对称试验电流值，t为时间；
根据公式(1)构造非对称方程组(2)，
其中，t1为所述子集的起始时刻点，t2为所述子集的终止时刻点；
对所述非对称方程组(2)进行求解以确定每个所述子集的所述初始相位和所述直流时间常数；
根据公式(3)确定所述交流分量幅值Im，
其中，ym为每个所述子集中的半波电流幅值，tm为所述半波电流幅值对应的时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
对所述波形数据进行去零漂、消噪和滤波处理中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
对所述子集进行拟合和/或插值处理。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
采用牛顿法求解所述非对称方程组(2)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述非对称方程组(2)进行求解以确定每个所述子集的所述初始相位和所述直流时间常数具体包括：
从第二个所述子集开始计算每个所述子集的初始相位、直流时间常数和交流分量幅值；
在计算第一个所述子集的波形特征参数时，将所述非对称方程组(2)的初始相位设置为第二个所述子集的初始相位，结合第一个所述子集的终点时刻点以确定第一个所述子集的直流时间常数。
6.一种确定电流波形特征参数的系统，其特征在于，所述系统包括处理器，所述处理器被配置为执行如权利要求1至5任一所述的方法。
7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有指令，所述指令用于被机器读取以使得所述机器执行如权利要求1至5任一所述的方法。
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