CN110501557B - 一种防电磁干扰的保护快速启动方法及系统 - Google Patents

一种防电磁干扰的保护快速启动方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防电磁干扰的保护快速启动方法及系统，保护启动方法包含如下步骤：对被保护系统的三相电压或电流按照固定的采样频率进行采样，获取各个采样时刻的瞬时值；将当前采样时刻的瞬时值和四分之一周波前采样时刻的瞬时值求平方和，计算得到当前采样时刻的峰值平方电压或电流；根据计算得到的峰值平方电压或电流进行保护启动的判别。本发明所提供的技术方案，利用峰值平方电压或电流计算数据窗短且精度高的特点，将突变量启动快速以及相量启动准确的优点相结合，能够有效区分外部电磁环境产生的干扰与实际发生的故障，提高电力系统继电保护的速动性与可靠性。

Description

一种防电磁干扰的保护快速启动方法及系统
技术领域
本发明属于电力系统继电保护技术领域,具体涉及一种防电磁干扰的保护快速启动方法及系统。
背景技术
随着电压等级的提高以及电子设备在电力系统中的广泛应用，电磁干扰的问题日益突出。特别是发电厂和变电站，作为电力系统一次设备和二次设备的集中场所，系统运行方式改变、开关分合闸、雷电浪涌等都会对二次回路产生干扰，使得继电保护装置的抗干扰能力要求越来越高。除硬件上采用屏蔽、接地、滤波、隔离等措施抑制电磁干扰外，还可通过软件对采样波形进行分析，区分电磁干扰与故障。
电磁干扰具有高频、短暂的特征，继电保护装置通常设置保护启动元件以提高其可靠性。常用的启动方法有突变量启动和相量启动。突变量启动速度快，但是门槛值比较模糊，抗干扰能力较弱，降低了继电保护的可靠性，相量启动为消除干扰点对数据窗计算的影响，需增加至少一个周波的延时，降低了继电保护的速动性。
发明内容
为克服现有技术中存在的不足，本发明针对发电厂和变电站恶劣的电磁环境，提供一种防电磁干扰的保护快速启动方法及系统，避免电网中无故障时电压及电流保护的误动。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种防电磁干扰的保护快速启动方法，其特征在于，包括如下步骤：对被保护系统的三相电压或电流按照固定的采样频率进行采样，获取各个采样时刻三相电压或电流的瞬时值；
将当前采样时刻三相电压或电流的瞬时值及四分之一周波前采样时刻三相电压或电流的瞬时值求平方和，计算得到当前采样时刻三相电压或电流的峰值平方电压或电流；
根据计算得到的峰值平方电压或电流进行保护启动的判别，若电压保护或电流保护为过压或过流，则判定峰值平方电压或电流大于启动设定阈值，若电压保护或电流保护为欠压或欠流，则判定峰值平方电压或电流小于启动设定阈值，当前采样时刻起连续设定数量的峰值平方电压或电流满足上述判定条件时，相应的电压保护或电流保护启动开放。
前述的一种防电磁干扰的保护快速启动方法，其特征在于，所述当前采样时刻三相电压或电流的瞬时值分别为xa(t0)，xb(t0)，xc(t0)，t0为当前采样时刻，所述四分之一周波前采样时刻三相电压或电流的瞬时值分别为xa(t0-T/4)，xb(t0-T/4)，xc(t0-T/4)，T为采样电压或电流的周期，t0-T/4为四分之一周波前采样时刻。
前述的一种防电磁干扰的保护快速启动方法，其特征在于，所述当前时刻三相电压或电流的峰值平方电压或电流分别为：
xa(t0)_tss＝xa(t0) 2+xa(t0-T/4) 2；
xb(t0)_tss＝xb(t0) 2+xb(t0-T/4) 2；
xc(t0)_tss＝xc(t0) 2+xc(t0-T/4) 2。
前述的一种防电磁干扰的保护快速启动方法，其特征在于，过压或欠压保护的启动设定阈值为：Uset_tss＝2*Krel 2*Uset 2，Uset为电压保护的动作定值，Krel为系数，过压时Krel取值范围为0.97～0.99，欠压时Krel取值范围为1.01～1.03。
前述的一种防电磁干扰的保护快速启动方法，其特征在于，过流或欠流保护的启动设定阈值为：Iset_tss＝2*Krel 2*Iset 2，Iset为电流保护的动作定值，Krel为系数，过流时Krel取值范围为0.97～0.99，欠流时Krel取值范围为1.01～1.03。
前述的一种防电磁干扰的保护快速启动方法，其特征在于，所述设定数量为N/4，N为采样电压或电流一个周波内的采样点数。
一种防电磁干扰的保护快速启动系统，其特征在于，包括：
采样模块，用于对被保护系统的三相电压或电流按照固定的采样频率进行采样，获取各个采样时刻的三相电压或电流瞬时值；
峰值平方电压或电流计算模块，用于将当前采样时刻三相电压或电流的瞬时值及四分之一周波前采样时刻三相电压或电流的瞬时值求平方和，计算得到当前时刻三相电压或电流的峰值平方电压或电流；
电压或电流保护启动判别模块，用于对峰值平方电压或电流进行保护启动的判别，若电压保护或电流保护为过压或过流，则判定峰值平方电压或电流大于启动设定阈值，若电压保护或电流保护为欠压或欠流，则判定峰值平方电压或电流小于启动设定阈值，当前采样时刻起连续设定数量的峰值平方电压或电流满足上述判定条件时，相应的电压保护或电流保护启动开放。
前述的一种防电磁干扰的保护快速启动系统，其特征在于，过压或欠压保护的启动设定阈值为：Uset_tss＝2*Krel 2*Uset 2，Uset为电压保护的动作定值，Krel为系数，过压时Krel取值范围为0.97～0.99，欠压时Krel取值范围为1.01～1.03。
前述的一种防电磁干扰的保护快速启动系统，其特征在于，过流或欠流保护的启动设定阈值为：Iset_tss＝2*Krel 2*Iset 2，Iset为电流保护的动作定值，Krel为系数，过流时Krel取值范围为0.97～0.99，欠流时Krel取值范围为1.01～1.03。
前述的一种防电磁干扰的保护快速启动系统，其特征在于，所述设定数量为N/4，N为采样电压或电流一个周波内的采样点数。
本发明所达到的有益效果：本发明利用正弦波形正常采样时峰值平方电压或电流保持稳定的特性，产生电磁干扰时峰值平方电压或电流瞬时快速增大，而实际发生故障时峰值平方电压或电流持续增大。该保护启动方法通过对峰值平方电压或电流进行连续多点的判定，能规避发电厂和变电站系统运行方式改变、开关分合闸、雷电浪涌等原因对电压电流回路产生的电磁干扰，同时在故障突变时刻起四分之一周波内快速启动。
本发明将突变量启动快速以及相量启动准确的优点相结合，能够有效区分外部电磁环境产生的干扰与实际发生的故障，提高电力系统继电保护的速动性与可靠性，具有良好的工程应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例中的一种保护快速启动方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进行说明。
实施例1：
本发明提供一种防电磁干扰的保护快速启动方法，具体判断方法的流程图如1所示，包括如下步骤：
(1)对被保护系统的三相电压按照固定的采样频率进行采样，获取各个采样时刻三相电压的瞬时值；
(2)将当前采样时刻三相电压的瞬时值及四分之一周波前采样时刻三相电压的瞬时值求平方和，计算得到当前采样时刻三相电压的峰值平方电压；
(3)根据计算得到的峰值平方电压进行电压保护启动的判别，若电压保护为过压，则判定峰值平方电压大于启动设定阈值，若电压保护为欠压，则判定峰值平方电压小于启动设定阈值，当前采样时刻起连续设定数量的峰值平方电压满足上述判定条件时，输出电压保护启动标志。
步骤(2)中,记当前采样时刻为t0，四分之一周波前的时刻为t0-T/4，设三相电压在t0时刻的瞬时采样值分别为ua(t0)，ub(t0)，uc(t0)，在t0-T/4时刻的瞬时采样值为ua(t0-T/4),ub(t0-T/4),uc(t0-T/4)，其中T为采样电压的周期；
设三相电压在t0时刻的峰值平方电压分别为ua(t0)_tss,ub(t0)_tss,uc(t0)_tss,则有
ua(t0)_tss＝ua(t0) 2+ua(t0-T/4) 2，
ub(t0)_tss＝ub(t0) 2+ub(t0-T/4) 2，
uc(t0)_tss＝uc(t0) 2+uc(t0-T/4) 2。
步骤(3)中，根据计算得到的峰值平方电压，进行电压保护启动条件的判别：
电压保护为过压保护，判定条件为连续设定数量的峰值平方电压大于启动设定阈值，电压保护为欠压保护，判定条件为连续设定数量的峰值平方电压小于启动设定阈值；
设电压保护的动作定值为Uset，则峰值电压的启动设定阈值Uset_tss为：
Uset_tss＝2*Krel 2*Uset 2
其中Krel为系数，过压时Krel取值范围为0.97～0.99，欠压时Krel取值范围为1.01～1.03。
设定数量通常取N/4，即当前时刻起连续N/4个采样点满足，方可输出电压保护启动标志，电压保护可在故障突变时刻起四分之一周波内快速启动。
本方法利用正弦交流电压一个周波的采样数据相当于一个半径为电压峰值的圆上按采样频率连续分布的点，圆上呈90度夹角的两个采样点的瞬时值平方和等于半径平方，正常情况下峰值平方电压保持稳定。产生电磁干扰时峰值平方电压瞬时快速增大，而发生故障时峰值平方电压持续增大。本方法通过对峰值平方电压进行连续多点的判定，能够规避发电厂和变电站系统运行方式改变、开关分合闸、雷电浪涌等原因对电压电流回路产生的电磁干扰，同时在故障突变时刻起四分之一周波内快速启动。
该启动方法同样适用于电流保护
实施例2：
本发明提供一种防电磁干扰的保护快速启动方法，包括如下步骤：
(1)对被保护系统的三相电流按照固定的采样频率进行采样，获取各个采样时刻三相电流的瞬时值；
(2)将当前采样时刻三相电流的瞬时值及四分之一周波前采样时刻三相电流的瞬时值求平方和，计算得到当前采样时刻三相电流的峰值平方电流；
(3)根据计算得到的峰值平方电流进行电流保护启动的判别，若电流保护为过流，则判定峰值平方电流大于启动设定阈值，若电流保护为欠流，则判定峰值平方电流小于启动设定阈值，当前采样时刻起连续设定数量的峰值平方电流满足上述判定条件时，输出电流保护启动标志。
步骤(2)中,记当前采样时刻为t0，四分之一周波前的时刻为t0-T/4，设三相电流在t0时刻的瞬时采样值分别为Ia(t0)，Ib(t0)，Ic(t0)，在t0-T/4时刻的瞬时采样值为Ia(t0-T/4),Ib(t0-T/4),Ic(t0-T/4)，其中T为采样电流的周期；设三相电流在t0时刻的峰值平方电流分别为Ia(t0)_tss,Ib(t0)_tss,Ic(t0)_tss,则有
Ia(t0)_tss＝Ia(t0) 2+Ia(t0-T/4) 2，
Ib(t0)_tss＝Ib(t0) 2+Ib(t0-T/4) 2，
Ic(t0)_tss＝Ic(t0) 2+Ic(t0-T/4) 2。
步骤(3)中，根据计算得到的峰值平方电流，进行电流保护启动条件的判别：
电流保护为过流保护，判定条件为连续设定数量的峰值平方电流大于启动设定阈值，电流保护为欠流保护，判定条件为连续设定数量的峰值平方电流小于启动设定阈值；
设电流保护的动作定值为Iset，则峰值电流的启动设定阈值Iset_tss为：
Iset_tss＝2*Krel 2*Iset 2
其中Krel为系数，过流时Krel取值范围为0.97～0.99，欠流时Krel取值范围为1.01～1.03。
设定数量通常取N/4，即当前时刻起连续N/4个采样点满足，方可输出电流保护启动标志，电流保护可在故障突变时刻起四分之一周波内快速启动。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种防电磁干扰的保护快速启动方法，其特征在于，包括如下步骤：
对被保护系统的三相电压或电流按照固定的采样频率进行采样，获取各个采样时刻三相电压或电流的瞬时值；
将当前采样时刻三相电压或电流的瞬时值及四分之一周波前采样时刻三相电压或电流的瞬时值求平方和，计算得到当前采样时刻三相电压或电流的峰值平方电压或电流；
根据计算得到的峰值平方电压或电流进行保护启动的判别，判定条件为：
若电压保护或电流保护为过压或过流，则判定峰值平方电压或电流大于启动设定阈值，若电压保护或电流保护为欠压或欠流，则判定峰值平方电压或电流小于启动设定阈值；其中，过流或欠流保护的启动设定阈值为：Iset_tss＝2*Krel 2*Iset 2，Iset为电流保护的动作定值，Krel为系数，过流时Krel取值范围为0.97～0.99，欠流时Krel取值范围为1.01～1.03；过压或欠压保护的启动设定阈值为：Uset_tss＝2*Krel 2*Uset 2，Uset为电压保护的动作定值，Krel为系数，过压时Krel取值范围为0.97～0.99，欠压时Krel取值范围为1.01～1.03；
当前采样时刻起连续设定数量的峰值平方电压或电流满足上述判定条件时，相应的电压保护或电流保护启动开放。
2.根据权利要求1所述的一种防电磁干扰的保护快速启动方法，其特征在于，所述当前采样时刻三相电压或电流的瞬时值分别为xa(t0)，xb(t0)，xc(t0)，t0为当前采样时刻，所述四分之一周波前采样时刻三相电压或电流的瞬时值分别为xa(t0-T/4)，xb(t0-T/4)，xc(t0-T/4)，T为采样电压或电流的周期，t0-T/4为四分之一周波前采样时刻。
3.根据权利要求2所述的一种防电磁干扰的保护快速启动方法，其特征在于，所述当前采样时刻三相电压或电流的峰值平方电压或电流分别为：
xa(t0)_tss＝xa(t0) 2+xa(t0-T/4) 2；
xb(t0)_tss＝xb(t0) 2+xb(t0-T/4) 2；
xc(t0)_tss＝xc(t0) 2+xc(t0-T/4) 2。
4.根据权利要求1所述的一种防电磁干扰的保护快速启动方法，其特征在于，所述设定数量为N/4，N为采样电压或电流一个周波内的采样点数。
5.一种防电磁干扰的保护快速启动系统，其特征在于，包括：
采样模块，用于对被保护系统的三相电压或电流按照固定的采样频率进行采样，获取各个采样时刻三相电压或电流的瞬时值；
峰值平方电压或电流计算模块，用于将当前采样时刻三相电压或电流的瞬时值及四分之一周波前采样时刻三相电压或电流的瞬时值求平方和，计算得到当前采样时刻三相电压或电流的峰值平方电压或电流；
电压或电流保护启动判别模块，用于对峰值平方电压或电流进行保护启动的判别，判定条件为：
若电压保护或电流保护为过压或过流，则判定峰值平方电压或电流大于启动设定阈值，若电压保护或电流保护为欠压或欠流，则判定峰值平方电压或电流小于启动设定阈值；其中，过流或欠流保护的启动设定阈值为：Iset_tss＝2*Krel 2*Iset 2，Iset为电流保护的动作定值，Krel为系数，过流时Krel取值范围为0.97～0.99，欠流时Krel取值范围为1.01～1.03；过压或欠压保护的启动设定阈值为：Uset_tss＝2*Krel 2*Uset 2，Uset为电压保护的动作定值，Krel为系数，过压时Krel取值范围为0.97～0.99，欠压时Krel取值范围为1.01～1.03；
当前采样时刻起连续设定数量的峰值平方电压或电流满足上述判定条件时，相应的电压保护或电流保护启动开放。
6.根据权利要求5所述的一种防电磁干扰的保护快速启动系统，其特征在于，所述设定数量为N/4，N为采样电压或电流一个周波内的采样点数。
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