CN114094536A - 一种基于智能识别的继电保护采样防误系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电力系统自动化技术领域的一种基于智能识别的继电保护采样防误系统及方法，包括：获取多个采样点的参数信息；判断参数信息是否同时满足多个判定条件；响应于参数信息同时满足多个判定条件，瞬时闭锁差动保护及相关后备保护；否则，延时开放差动保护及相关后备保护。本发明能够有效识别模拟量采集环节出现的各种异常，当识别出异常工况时，瞬时闭锁保护装置的差动保护及相关后备保护功能，防止保护装置误动作，提高运行稳定性及供电可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于智能识别的继电保护采样防误系统及方法，属于电力系统自动化技术领域。
背景技术
从2010年至今的十年，智能变电站发展迅猛，由萌芽期进入黄金期，之后又迅速进入成熟期，有力推动了继电保护技术创新。但是智能变电站在全国范围内的大量推广应用过程中，也暴露出一些问题。
如图1所示，国内智能变电站主要采用三层两网结构，一次系统的电压、电流模拟模拟量需要通过过程层合并单元设备进行采集，合并单元将电力互感器复边接入自身小互感器，之后由AD回路处理，再由FPGA芯片对外转发。保护装置收到合并单元发送的采样数据，先经过FPGA芯片插值及同步处理，之后转发给保护CPU，用于保护算法处理。
经过十余年的工程运行经验积累，大量的数据表明，合并单元运行于户外屏柜，工作环境恶劣，小互感器、AD回路及FPGA芯片容易受一次系统的电磁干扰而出现偶发异常，甚至在运行数年后出现开路、损坏等现象；保护装置的FPGA芯片由于长期运行在高负荷工况，运行年限较长后，有一定概率出现插值异常的情况。
无论是合并单元出现异常，还是保护装置FPGA芯片出现异常，都可能导致保护CPU接收到的采样数据出现异常，采样数据可能出现畸变，进而造成保护装置存在误动作的风险。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种基于智能识别的继电保护采样防误技术，能够有效识别模拟量采集回路的各种异常工况，当识别出异常工况时，瞬时闭锁保护装置，防止保护装置误动作，提高运行稳定性及供电可靠性。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，本发明提供了一种基于智能识别的继电保护采样防误方法，包括：
获取多个采样点的参数信息；
判断参数信息是否同时满足多个判定条件；
响应于参数信息同时满足多个判定条件，瞬时闭锁差动保护及相关后备保护；否则，延时开放差动保护及相关后备保护。
进一步的，所述多个采样点的参数信息包括电流通道当前采样点电流值和先前采样点电流值。
进一步的，所述判定条件包括：
连续4个采样点满足|i(k)|>0.1In且|i(k-24)|<0.02In；
连续4个采样点满足|i(k)-i(k-1)|<0.02In；
其中，In为电流通道额定值，i(k)为电流通道当前采样点电流值，i(k-n)为前n采样点电流值。
进一步的，所述判定条件包括：
I>In；
D>30％；
8ms<T<12ms；
半个周波内累计4次出现i(k-1)>i(k)且i(k-1)>i(k-2)；
其中，I为基波电流幅值，In为电流通道额定值，D为基波以外各次谐波总含量，T为连续两个过零点之间的时间宽度，i(k)为电流通道当前采样点电流值，i(k-n)为前n采样点电流值。
进一步的，所述判定条件包括：
I>In；
D>30％；
8ms<T<12ms；
半个周波内累计4次出现i(k-1)<i(k)且i(k-1)<i(k-2)；
其中，I为基波电流幅值，In为电流通道额定值，D为基波以外各次谐波总含量，T为连续两个过零点之间的时间宽度，i(k)为电流通道当前采样点电流值，i(k-n)为前n采样点电流值。
进一步的，所述多个采样点的参数信息包括合并单元当前采样点额定延时和前一采样点额定延时，所述判定条件包括：
t(k)≠t(k-1)；
t(k)>Tmax；
其中，t(k)为合并单元当前采样点额定延时，t(k-1)为前一采样点额定延时。
进一步的，开放差动保护及相关后备保护的延时时间为20ms
第二方面，本发明提供了一种基于智能识别的继电保护采样防误系统，包括：
采集模块：用于获取多个采样点的参数信息；
判断模块：用于判断参数信息是否同时满足多个判定条件；
执行模块：用于响应于参数信息同时满足多个判定条件，瞬时闭锁差动保护及相关后备保护；否则，延时开放差动保护及相关后备保护。
第三方面，一种基于智能识别的继电保护采样防误装置，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据上述任一项所述方法的步骤。
第四方面，计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
一、本发明提出的基于智能识别的继电保护采样防误技术，能够有效识别模拟量采集环节出现的各种异常，当识别出异常工况时，瞬时闭锁保护装置的差动保护及相关后备保护功能，防止保护装置误动作，提高运行稳定性及供电可靠性。
二、本发明提出的基于智能识别的继电保护采样防误技术，与简单判别采样通道有效标志状态、采样通道单点异常大数不同，本发明通过获取多源信息进行智能识别，提出了基于多种波形特征的组合判据，具有良好的针对性和适应性。
附图说明
图1是现有技术中模拟量数据传输及处理过程示意图；
图2是本发明实施例一提供的AD回路悬空后的采样波形示意图；
图3是本发明实施例一提供的插值异常后的电流波形示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在智能变电站中，合并单元作为过程层设备，就地安装在一次设备附近户外屏柜中，由于工作环境恶劣，现场出现过多起合并单元小互感器断线或AD芯片管脚开断导致AD回路悬空的情况，这种情况可能会造成保护装置接收到的电流波形出现畸变，从稳定的小值或零飘突增，之后变为幅值较大的纯直流波形，波形如图2所示。采样通道由小值或零飘突变到直流分量的短暂过程，波形接近正弦波，对于采用突变量算法的差动保护及相关后备保护，存在保护误动的风险。
针对上述工况，提出一种直流波形识别的方法，当保护CPU接收到的某个电流通道的采样点绝对值大于0.1倍额定值，并且连续4个采样点，相邻采样点之间的差值绝对值小于0.02倍额定值，则认为该电流通道含有较大的纯直流分量，判定外部的采集回路出现异常，立即闭锁差动保护及相关后备保护。电流通道不满足纯直流分量特征，延时一个周波开放保护。
在智能变电站中，间隔层保护装置与合并单元配合，接收合并单元发送的9-2采样报文，保护装置收到采样报文后，先经过自身的FPGA进行插值及同步后才将采样数据转发到保护CPU。FPGA芯片在运行多年后，性能会有所下降，再加上外界的偶然干扰，可能会出现插值异常的情况，此时FPGA芯片转发给保护CPU的采样数据波形，可能会变为具有正弦特征的锯齿波，且幅值会明显增大。插值异常后的采样波形如图3所示。具有正弦特征且幅值较大的锯齿波，由于其基波幅值较大，对于差动保护及相关后备保护，存在保护误动的风险。
针对上述工况，提出一种锯齿波形识别方法，当来源于同一合并单元的多个电流通道基波幅值大于某个门槛，并且各次谐波总含量大于30％，同时考虑正弦波周期变化的特征，取电流通道相邻三个采样点比较幅值绝对值，如果半个周波内累计出现不少于4次采样点幅值大-小-大或小-大-小特征，并且两次相邻过零点的宽度为8ms～12ms之间，则认为该电流通道在FPGA插值环节出现异常，立即闭锁差动保护及相关后备保护。电流通道特征不满足插值异常判别后，延时一个周波开放保护。
对于FPGA插值异常，如果插值异常导致通道额定延时发生变化、抖动、越限，则直接闭锁差动保护及相关后备保护。额定延时稳定且不越限，延时一个周波开放保护。
将上述波形识别方法综合运用，即为本发明提出的基于智能识别的采样防误技术。
实施例一：
一种基于智能识别的继电保护采样防误方法，本发明提出的基于智能识别的继电保护采样防误技术，针对智能变电站各采样环节可能出现的异常，智能识别以下几种工况的：
一、针对合并单元小互感器断线或AD芯片管脚开断导致AD回路悬空，提出一种智能识别方法，设保护装置接收到的某个电流通道当前采样点电流值为i(k)，前一采样点电流值为i(k-1)，以此类推，电流通道额定值为In。
条件(1)：连续4个采样点满足|i(k)|>0.1In且|i(k-24)|<0.02In
条件(2)：连续4个采样点满足|i(k)-i(k-1)|<0.02In
当条件(1)及条件(2)同时满足，则瞬时闭锁差动保护及相关后备保护；当上述条件不满足时，延时20ms开放差动保护及相关后备保护。
二、针对保护装置FPGA芯片插值异常，提出一种智能识别方法，设保护装置接收到的某个电流通道当前采样点电流值为i(k)，前一采样点电流值为i(k-1)，以此类推，电流通道额定值为In，基波电流幅值为I，基波以外各次谐波总含量为D，连续两个过零点之间的时间宽度为T。
条件(3)：I>In
条件(4)：D>30％
条件(5)：8ms<T<12ms
条件(6)：半个周波内累计4次出现i(k-1)>i(k)且i(k-1)>i(k-2)
条件(7)：半个周波内累计4次出现i(k-1)<i(k)且i(k-1)<i(k-2)
当来源于同一合并单元的多个电流通道均满足条件(3)、条件(4)、条件(5)、条件(6)，则瞬时闭锁差动保护及相关后备保护；上述条件不满足时，延时20ms开放差动保护及相关后备保护。
当来源于同一合并单元的多个电流通道均满足条件(3)、条件(4)、条件(5)、条件(7)，则瞬时闭锁差动保护及相关后备保护；上述条件不满足时，延时20ms开放差动保护及相关后备保护。
三、针对保护装置FPGA芯片插值异常，提出一种智能识别方法，设保护装置接收到的某个合并单元当前采样点额定延时为t(k)，前一采样点额定延时为t(k-1)，以此类推，额定延时为Tmax。
条件(8)：t(k)≠t(k-1)
条件(9)：t(k)>Tmax
当条件(8)或条件(9)满足，则瞬时闭锁差动保护及相关后备保护；上述条件不满足时，延时20ms开放差动保护及相关后备保护。
综上，条件(1)～条件(9)共计9个判别条件，共同构成智能识别的继电保护采样防误技术。
实施例二：
一种基于智能识别的继电保护采样防误系统，包括：
采集模块：用于获取多个采样点的参数信息；
判断模块：用于判断参数信息是否同时满足多个判定条件；
执行模块：用于响应于参数信息同时满足多个判定条件，瞬时闭锁差动保护及相关后备保护；否则，延时开放差动保护及相关后备保护。
实施例三：
本发明实施例还提供了一种基于智能识别的继电保护采样防误装置，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行下述方法的步骤：
获取多个采样点的参数信息；
判断参数信息是否同时满足多个判定条件；
响应于参数信息同时满足多个判定条件，瞬时闭锁差动保护及相关后备保护；否则，延时开放差动保护及相关后备保护。
实施例四：
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现下述方法的步骤：
获取多个采样点的参数信息；
判断参数信息是否同时满足多个判定条件；
响应于参数信息同时满足多个判定条件，瞬时闭锁差动保护及相关后备保护；否则，延时开放差动保护及相关后备保护。
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 (10)
1.一种基于智能识别的继电保护采样防误方法，其特征是，包括：
获取多个采样点的参数信息；
判断参数信息是否同时满足多个判定条件；
响应于参数信息同时满足多个判定条件，瞬时闭锁差动保护及相关后备保护；否则，延时开放差动保护及相关后备保护。
2.根据权利要求1所述的基于智能识别的继电保护采样防误方法，其特征是，所述多个采样点的参数信息包括电流通道当前采样点电流值和先前采样点电流值。
3.根据权利要求2所述的基于智能识别的继电保护采样防误方法，其特征是，所述判定条件包括：
连续4个采样点满足|i(k)|>0.1In且|i(k-24)|<0.02In；
连续4个采样点满足|i(k)-i(k-1)|<0.02In；
其中，In为电流通道额定值，i(k)为电流通道当前采样点电流值，i(k-n)为前n采样点电流值。
4.根据权利要求2所述的基于智能识别的继电保护采样防误方法，其特征是，所述判定条件包括：
I>In；
D>30％；
8ms<T<12ms；
半个周波内累计4次出现i(k-1)>i(k)且i(k-1)>i(k-2)；
其中，I为基波电流幅值，In为电流通道额定值，D为基波以外各次谐波总含量，T为连续两个过零点之间的时间宽度，i(k)为电流通道当前采样点电流值，i(k-n)为前n采样点电流值。
5.根据权利要求2所述的基于智能识别的继电保护采样防误方法，其特征是，所述判定条件包括：
I>In；
D>30％；
8ms<T<12ms；
半个周波内累计4次出现i(k-1)<i(k)且i(k-1)<i(k-2)；
其中，I为基波电流幅值，In为电流通道额定值，D为基波以外各次谐波总含量，T为连续两个过零点之间的时间宽度，i(k)为电流通道当前采样点电流值，i(k-n)为前n采样点电流值。
6.根据权利要求1所述的基于智能识别的继电保护采样防误方法，其特征是，所述多个采样点的参数信息包括合并单元当前采样点额定延时和前一采样点额定延时，所述判定条件包括：
t(k)≠t(k-1)；
t(k)>Tmax；
其中，t(k)为合并单元当前采样点额定延时，t(k-1)为前一采样点额定延时。
7.根据权利要求1-6中任一所述的基于智能识别的继电保护采样防误方法，其特征是，开放差动保护及相关后备保护的延时时间为20ms。
8.一种基于智能识别的继电保护采样防误系统，其特征在于，包括：
采集模块：用于获取多个采样点的参数信息；
判断模块：用于判断参数信息是否同时满足多个判定条件；
执行模块：用于响应于参数信息同时满足多个判定条件，瞬时闭锁差动保护及相关后备保护；否则，延时开放差动保护及相关后备保护。
9.一种基于智能识别的继电保护采样防误装置，其特征在于，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1～7任一项所述方法的步骤。
10.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1～7任一项所述方法的步骤。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |