CN111175670B - 一种配电自动化测试系统接地故障反演实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电自动化测试系统接地故障反演实现方法，它包括读取接地故障模拟波形文件文件；通过插值算法将波形文件中的采样频率转换为合适的采样频率；对相应通道的采样值进行比例缩放；从波形文件初始稳态第一个周波中获取采样点，通过FFT快速傅里叶变换算法计算得到波形初始稳态的幅值和初始相位角构造故障波形故障点前的补偿稳态；从波形文件末稳态的最后一个周波中获取采样点，通过FFT快速傅里叶变换算法计算得到波形末稳态的幅值和初始相位角此构造故障点后的补偿稳态；系统根据故障前补偿稳态、故障后补偿稳态和采样频率转换后的接地故障波形组合成接地故障反演状态序列；解决了测试效率低和灵活性较差等技术问题。

Description

一种配电自动化测试系统接地故障反演实现方法

技术领域

本发明属于配电网自动化领域，尤其涉及一种配电自动化测试系统接地故障反演实现方法。

背景技术

随着对配电网可靠性水平要求的提高和配电自动化的快速发展，为了快速排查接地故障，配电线路故障指示器在配电网上得到广泛应用，其能否快速正确识别线路接地故障成为影响配电网可靠运行的主重要因素。因此，各大电力公司把故障指示器接地故障识别功能作为设备入网检测的重要测试指标。

目前，我国的配电网一般使用两类中性点接地方式，即大电流接地方式和小电流接地方式。前者包括中性点直接接地、经低(中)电阻和低(中)电抗接地等；后者包括中性点不接地、经消弧线圈或经高电阻接地。

当大电流接地故障发生时，三相电压不再平衡，线路保护一般会及时将故障进行切除，防止产生严重后果。而小电流接地故障发生后，三相电压仍保持平衡，故障电流较小，一般不会引起线路过载，也不会触发线路的保护动作。发生小电流接地故障后一般可以继续运行2h。但是如果不及时查出故障点加以处理，由于接地相电压降低和非故障相电压升高，设备绝缘加速老化，造成绝缘损坏，甚至可能造成绝缘击穿，而且会使电压互感器铁芯饱和，励磁电流增加，长时间运行会烧毁电压互感器。接地故障发生后，可能发生问歇性弧光接地，造成谐振过电压，产生数倍甚至数倍于正常电压的谐振过电压，过电压将大大危及变电设备的绝缘，使变电设备绝缘击穿造成更大事故。

配电线路故障指示器测试系统一般都通过反演输出模拟的接地故障波形，对配电线路故障指示器的接地故障识别功能进行测试。而在模拟的接地故障点发生前，测试系统需要输出数秒至数十秒的稳态交流量以保证测试样品能够正常工作并识别接地故障。针对这一需求，目前大部分的测试系统将故障发生前的稳态和仿真模拟的接地故障全部通过反演波形实现。如此会大幅增加波形文件的数据量，增加了测试系统向功率源模块下发波形数据的时间，降低了测试效率。同时，如果测试参数发生改变，则需要重新模拟生成整个状态的波形文件，灵活性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种配电自动化测试系统接地故障反演实现方法，以解决目前大部分的测试系统将故障发生前的稳态和仿真模拟的接地故障全部通过反演波形实现，如此会大幅增加波形文件的数据量，增加了测试系统向功率源模块下发波形数据的时间，降低了测试效率；同时，如果测试参数发生改变，则需要重新模拟生成整个状态的波形文件，灵活性较差等技术问题。

本发明的技术方案是：

一种配电自动化测试系统接地故障反演实现方法，它包括：

步骤1：打开待下发的接地故障模拟波形的波形文件，读取包括各模拟通道的采样频率、采样点总数N、采样值y_k，k＝0,1,2,…,N-1、通道单位、通道增益系数和通道偏移系数；

步骤2、通过插值算法将波形文件中的采样频率转换为3200HZ的整数倍频率，n∈N*，得到采样频率转换后的接地故障波形，以供后续使用FFT快速傅里叶变换算法计算波形前后稳态特征值；

步骤3、根据波形电压和电流变比参数对相应通道的采样值进行比例缩放；

步骤4、从波形文件初始稳态第一个周波中获取采样点，通过FFT快速傅里叶变换算法计算得到波形初始稳态的幅值和初始相位角，并以此构造故障波形故障点前的补偿稳态；

步骤5、从波形文件末稳态的最后一个周波中获取采样点，通过FFT快速傅里叶变换算法计算得到波形末稳态的幅值和初始相位角，并以此构造波形故障点后的补偿稳态；

步骤6、配电自动化测试系统根据故障前补偿稳态、故障后补偿稳态和采样频率转换后的接地故障波形组合成接地故障反演状态序列。

它还包括：

步骤7、配电自动化测试系统将接地故障反演状态序列数据下发给功率源，控制功率源输出接地故障反演状态序列，对被测样品实施接地故障相关测试。

步骤2所述插值算法的实现方法为：使用分段线性插值算法将COMTRADE波形文件中的采样频率转换为64*50HZ＝3200HZ的整数倍频率，即3200nHZ，n∈N*；分段线性插值算法公式如下所示：

式中：x_i为给定的插值节点，也是波形文件中的采样时间点，y_i为采样时间点x_i对应的采样值，

为x_i和x_i+1之间任意时间点x对应的估算插值；根据该公式计算得到采样时间区间[x_i,x_i+1]中任意时间点的插值。

步骤3所述根据波形电压和电流变比参数对相应通道的采样值进行比例缩放时，波形电压和电流变比参数是可改变的；缩放后的采样值为：

缩放后的采样值＝(插值后处理后的采样值*通道增益系数+通道偏移系数)*变比参数。

步骤4所述从波形文件初始稳态第一个周波中获取采样点的方法为：采样频率为3200nHZ，n∈N*，则单个周波中包含的采样点数量为64*n，从波形文件的首个稳态周波中均匀采样64个采样点，采样点表示为s1_k＝y_kn,k＝(0,1,2,...,63)。

步骤5所述从波形文件末稳态的最后一个周波中获取采样点的方法为：从波形文件的最后一个稳态周波中均匀采样64个采样点，若波形文件的总采样点数量为N，则采样点可表示为s2_k＝y_N-(63-k)n-1,k＝(0,1,2,...,63)。

本发明有益效果：

现有技术对样品进行接地故障相关测试，通常需要在故障发生点前对样品施加数秒或数十秒的稳态交流量。如果全部由故障波形模拟，则需要重复生成故障模拟波形，而且会大幅增加波形文件的数据量，提高对硬件存储能力的要求，增加下发波形所需的时间，降低测试效率。本发明只需下发故障发生点前后一定时间的故障波形，其余由计算得到的补偿稳态状态序列实现，能显著提高测试效率，简化测试流程。

本发明的前后补偿稳态持续时间以及故障波形的电流、电压变比可根据需要进行设置，从而支持增加或减少稳态持续时间，放大或缩小故障波形幅值，提高了故障波形文件的使用灵活性。

本发明使用FFT快速傅里叶变换算法计算得到补偿稳态，可保证补偿稳态与模拟波形平滑衔接。

本发明对模拟波形文件进行插值处理，变换采样频率，可以适量减少波形数据量，提高波形数据下发效率。

解决了目前测试系统将故障发生前的稳态和仿真模拟的接地故障全部通过反演波形实现，如此会大幅增加波形文件的数据量，增加了测试系统向功率源模块下发波形数据的时间，降低了测试效率；同时，如果测试参数发生改变，则需要重新模拟生成整个状态的波形文件，灵活性较差等技术问题。

附图说明

图1为接地故障反演状态序列；

图2为本发明流程示意图；

图3为具体实施方式中接地故障模拟波形；

图4为具体实施方式中测试系统输出的接地故障反演状态序列。

具体实施方式

一种配电自动化测试系统接地故障反演实现方法，该方法包括读取故障波形文件数据并进行插值处理，变换波形文件的采样频率；根据设置的波形变比参数，对波形数据进行比例缩放；分别取波形文件起始一个周波稳态数据和末尾一个周波稳态的采样数据，通过FFT快速傅里叶变换算法，分别得出故障波形的初始稳态和末稳态的幅值以及初始相位角；合成接地故障反演状态序列，如图1所示，其中，故障前、故障后补偿稳态的持续时间可根据测试需求设置；配电自动化测试系统输出该状态序列，测试被测装置。

实现方法流程如图2所示，具体步骤如下：

步骤1：打开待下发的接地故障模拟波形的COMTRADE波形文件，读取其中的数据，包括各模拟通道的采样频率、采样点总数N、采样值yk(k＝0,1,2,…,N-1)、通道单位、通道增益系数、通道偏移系数等信息。

步骤2：通过插值算法将COMTRADE波形文件中的采样频率转换为合适的采样频率，得到采样频率转换后的接地故障波形；便于后续使用FFT快速傅里叶变换算法计算波形前后稳态特征值。

以使用分段线性插值算法和64点FTT快速傅里叶变换算法为例：使用分段线性插值算法将COMTRADE波形文件中的采样频率转换为64*50HZ＝3200HZ的整数倍频率，即3200nHZ，n∈N*。分段线性插值算法公式如下所示：

其中，x_i为给定的插值节点，也是波形文件中的采样时间点，y_i为采样时间点x_i对应的采样值，

为x_i和x_i+1之间任意时间点x对应的估算插值。根据该公式可计算得到采样时间区间[x_i,x_i+1]中任意时间点的插值。

步骤3：提供了可设置的波形电压、电流变比参数。根据设定值对相应通道的采样值进行比例缩放。处理后的采样值如下述公式所示：

待下发采样值＝(插值后处理后的采样值*通道增益系数+通道偏移系数)*变比参数

步骤4：从波形文件初始稳态第一个周波中获取采样点，通过FFT快速傅里叶变换算法计算得到波形初始稳态的幅值和初始相位角，并以此构造故障波形故障点前的补偿稳态。该稳态的输出持续时间可根据需要自由设置。

以步骤2、3处理后的波形文件数据为例：采样频率为3200nHZ，n∈N*，则单个周波中包含的采样点数量为64*n。从波形文件的首个稳态周波中均匀采样64个采样点，采样点可表示为s1_k＝y_kn,k＝(0,1...,2,，用于FTT快速傅里叶变换算法的计算。

步骤5：从波形文件末稳态的最后一个周波中获取采样点，通过FFT快速傅里叶变换算法计算得到波形末稳态的幅值和初始相位角，并以此构造波形故障点后的补偿稳态。同样，该稳态的输出持续时间可根据需要自由设置。

以步骤2、3处理后的波形文件数据为例：从波形文件的最后一个稳态周波中均匀采样64个采样点，若波形文件的总采样点数量为N，则采样点可表示为s2_k＝y_N-(63-k)n-1,k＝(0,1,2,...,63)，用于FTT快速傅里叶变换算法的计算。

步骤6：配电自动化测试系统将计算得到的故障前补偿稳态、故障后补偿稳态和采样频率转换后的接地故障波形组合成接地故障反演状态序列。

图3为接地故障模拟波形，共有6个通道，依次为电流Ia，Ib，Ic，电压Ua，Ub，Uc。由图可知，故障发生前约有5个稳态周波，故障发生后约有11个稳态周波。

图4为测试系统输出的接地故障反演状态序列。与图3对比可知，通过FFT快速傅里叶变换算法计算得到的故障前、故障后补偿稳态都能与接地故障模拟波形平滑连接。

步骤7：配电自动化测试系统将接地故障反演状态序列数据下发给功率源，控制功率源输出接地故障反演状态序列，对被测样品实施接地故障相关测试。

Claims (6)

1.一种配电自动化测试系统接地故障反演实现方法，它包括：

步骤1：打开待下发的接地故障模拟波形的波形文件，读取包括各模拟通道的采样频率、采样点总数N、采样值y_k，k＝0,1,2,…,N-1、通道单位、通道增益系数和通道偏移系数；

步骤2、通过插值算法将波形文件中的采样频率转换为3200HZ的整数倍频率，n∈N*，得到采样频率转换后的接地故障波形，以供后续使用FFT快速傅里叶变换算法计算波形前后稳态特征值；

步骤3、根据波形电压和电流变比参数对相应通道的采样值进行比例缩放；

步骤4、从波形文件初始稳态第一个周波中获取采样点，通过FFT快速傅里叶变换算法计算得到波形初始稳态的幅值和初始相位角，并以此构造故障波形故障点前的补偿稳态；

步骤5、从波形文件末稳态的最后一个周波中获取采样点，通过FFT快速傅里叶变换算法计算得到波形末稳态的幅值和初始相位角，并以此构造波形故障点后的补偿稳态；

步骤6、配电自动化测试系统根据故障前补偿稳态、故障后补偿稳态和采样频率转换后的接地故障波形组合成接地故障反演状态序列。

2.根据权利要求1所述的一种配电自动化测试系统接地故障反演实现方法，它还包括：

步骤7、配电自动化测试系统将接地故障反演状态序列数据下发给功率源，控制功率源输出接地故障反演状态序列，对被测样品实施接地故障相关测试。

3.根据权利要求1所述的一种配电自动化测试系统接地故障反演实现方法，其特征在于：步骤2所述插值算法的实现方法为：使用分段线性插值算法将COMTRADE波形文件中的采样频率转换为64*50HZ＝3200HZ的整数倍频率，即3200nHZ，n∈N*；分段线性插值算法公式如下所示：

式中：x_i为给定的插值节点，也是波形文件中的采样时间点，y_i为采样时间点x_i对应的采样值，

为x_i和x_i+1之间任意时间点x对应的估算插值；根据该公式计算得到采样时间区间[x_i,x_i+1]中任意时间点的插值。

4.根据权利要求1所述的一种配电自动化测试系统接地故障反演实现方法，其特征在于：步骤3所述根据波形电压和电流变比参数对相应通道的采样值进行比例缩放时，波形电压和电流变比参数是可改变的；缩放后的采样值为：

缩放后的采样值＝(插值后处理后的采样值*通道增益系数+通道偏移系数)*变比参数。

5.根据权利要求1所述的一种配电自动化测试系统接地故障反演实现方法，其特征在于：步骤4所述从波形文件初始稳态第一个周波中获取采样点的方法为：采样频率为3200nHZ，n∈N*，则单个周波中包含的采样点数量为64*n，从波形文件的首个稳态周波中均匀采样64个采样点，采样点表示为s1_k＝y_kn,k＝(0,1,2,...,63)。

6.根据权利要求1所述的一种配电自动化测试系统接地故障反演实现方法，其特征在于：步骤5所述从波形文件末稳态的最后一个周波中获取采样点的方法为：从波形文件的最后一个稳态周波中均匀采样64个采样点，若波形文件的总采样点数量为N，则采样点可表示为s2_k＝y_N-(63-k)n-1,k＝(0,1,2,...,63)。

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