CN114137274A - 一种电流记录方法、电流记录装置和电流记录系统 - Google Patents
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Abstract
本公开实施例提供了一种电流记录方法、电流记录装置和电流记录系统。该电流记录方法包括:获取第一电流傅里叶值,第一电流傅里叶值是电力线的第一端的电流的瞬时值经傅里叶变换后的傅里叶值;获取第二电流傅里叶值,第二电流傅里叶值是电力线的第二端的电流的瞬时值经傅里叶变换后的傅里叶值;基于获取第一电流傅里叶值的第一传输延迟和获取第二电流傅里叶值的第二传输延迟在时间上对齐第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值;以及将对齐后的第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值存储到存储装置中。
Description
技术领域
本公开涉及一种电流记录方法、电流记录装置和电流记录系统。
背景技术
根据差动保护原理,保护装置需要获取来自保护区域的各个端(两端或者更多个端)的电流数据,并在时间上对齐该数据。然而,由于保护装置本身时间管理或者未安装GPS对时产品或者GPS信号丢失等原因导致保护装置收到的电流数据的时间标签错误,从而保护装置无法判断是否应当触发差动保护动作。并且保护装置通常只保存本地电流的瞬时值数据,这使得难以进行差动保护动作的事后分析。
发明内容
本公开实施例提供了一种电流记录方法。该方法包括:获取第一电流傅里叶值,所述第一电流傅里叶值是电力线的第一端的电流的瞬时值经傅里叶变换后的傅里叶值;获取第二电流傅里叶值,所述第二电流傅里叶值是所述电力线的第二端的电流的瞬时值经傅里叶变换后的傅里叶值;基于获取所述第一电流傅里叶值的第一传输延迟和获取所述第二电流傅里叶值的第二传输延迟在时间上对齐所述第一电流傅里叶值和所述第二电流傅里叶值;以及将对齐后的所述第一电流傅里叶值和所述第二电流傅里叶值存储到存储装置中。
可选地,本公开实施例提供的电流记录方法应用于电流记录装置,其中:由所述电流记录装置采集所述电力线的第一端的电流的瞬时值,并且将所采集的电流的瞬时值转换成电流的傅里叶值以获取所述第一电流傅里叶值;由所述电流记录装置经由其与用于采集所述电力线的第二端的电流的瞬时值并将所采集的电流的瞬时值转换成电流的傅里叶值的外部装置的通信信道从所述外部装置获取所述第二电流傅里叶值,并将对齐后的所述第一电流傅里叶值和所述第二电流傅里叶值存储到所述存储装置中;所述第一传输延迟为零;所述第二传输延迟为所述通信信道的传输延迟。
可选地,本公开实施例提供的电流记录方法应用于电流记录系统,所述电流记录系统包括第一电流记录装置、第二电流记录装置和服务器,其中:由所述服务器经由其与所述第一电流记录装置的第一通信信道从所述第一电流记录装置获取所述第一电流傅里叶值,所述第一电流记录装置用于采集所述电力线的第一端的电流的瞬时值,并且将所采集的电流的瞬时值转换成电流的傅里叶值作为所述第一电流傅里叶值;由所述服务器经由其与所述第二电流记录装置的第二通信信道从所述第二电流记录装置获取所述第二电流傅里叶值,所述第二电流记录装置用于采集所述电力线的第二端的电流的瞬时值,并且将所采集的电流的瞬时值转换成电流的傅里叶值作为所述第二电流傅里叶值;由所述服务器在时间上对齐所述第一电流傅里叶值和所述第二电流傅里叶值并将对齐后的所述第一电流傅里叶值和所述第二电流傅里叶值存储到所述存储装置中;所述第一传输延迟是所述第一通信信道的传输延迟;所述第二传输延迟是所述第二通信信道的传输延迟。
可选地,当本公开实施例提供的电流记录方法应用于电流记录装置时,所述第二传输延迟通过以下步骤来确定:由所述电流记录装置经由所述通信信道向所述外部装置发送延迟请求信号,并存储发送所述延迟请求信号的请求发送时间;由所述电流记录装置经由所述通信信道从所述外部装置接收作为所述延迟请求信号的响应的延迟响应信号,并存储接收所述延迟响应信号的延迟接收时间,所述延迟响应信号中包括所述外部装置接收所述延迟请求信号的请求接收时间和所述外部装置发送所述延迟响应信号的响应发送时间;以及由所述电流记录装置将所述响应接收时间与所述请求发送时间的差减去所述响应发送时间与所述请求接收时间的差所得的值的一半确定为所述第二传输延迟。
可选地,当本公开实施例提供的电流记录方法应用于电流记录系统时,所述第一传输延迟通过以下步骤来获得:由所述服务器经由所述第一通信信道向所述第一电流记录装置发送第一延迟请求信号,并存储发送所述第一延迟请求信号的第一请求发送时间;由所述服务器经由所述第一通信信道接收由所述第一电流记录装置发送的第一延迟响应信号,并存储接收所述第一延迟响应信号的第一响应接收时间,所述第一延迟响应信号包括所述第一电流记录装置接收所述第一延迟请求信号的第一请求接收时间和所述第一电流记录装置发送所述第一延迟响应信号的第一响应发送时间;以及由所述服务器将所述第一响应接收时间与所述第一请求发送时间的差减去所述第一响应发送时间与所述第一请求接收时间的差所得的值的一半确定为所述第一传输延迟;并且所述第二传输延迟通过以下步骤来获得:由所述服务器经由所述第二通信信道向所述第二电流记录装置发送第二延迟请求信号,并存储发送所述第二延迟请求信号的第二请求发送时间;由所述服务器经由所述第二通信信道接收由所述第二电流记录装置发送的第二延迟响应信号,并存储接收所述第二延迟响应信号的第二响应接收时间,所述第二延迟响应信号包括所述第二电流记录装置接收所述第二延迟请求信号的第二请求接收时间和所述第二电流记录装置发送所述第二延迟响应信号的第二响应发送时间;以及由所述服务器将所述第二响应接收时间与所述第二请求发送时间的差减去所述第二响应发送时间与所述第二请求接收时间的差所得的值的一半确定为所述第二传输延迟。
可选地,本公开实施例提供的电流记录方法还包括:检测对齐后的第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值的矢量和是否从某一时刻起出现非零值,并且仅存储从所述时刻开始的第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值。
可选地,本公开实施例提供的电流记录方法还包括:获取第三电流傅里叶值,所述第三电流傅里叶值是所述电力线的第三端的电流的瞬时值经傅里叶变换后的傅里叶值;基于获取所述第一电流傅里叶值的第一传输延迟、获取所述第二电流傅里叶值的第二传输延迟和获取第三电流傅里叶值的第三传输延迟在时间上对齐所述第一电流傅里叶值、所述第二电流傅里叶值和所述第三电流傅里叶值;将对齐后的所述第一电流傅里叶值、所述第二电流傅里叶值和所述第三电流傅里叶值存储到存储装置中。
可选地,本公开实施例提供的电流记录方法,其中所述傅里叶变换以所述电流的一个或多个周波的瞬时值为单位进行,并且每间隔L个瞬时值执行一次傅里叶变换,所述L为大于2的整数。
本公开实施例还提供了一种电流记录装置。该装置包括:获取单元,用于获取第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值,所述第一电流傅里叶值是电力线的第一端的电流的瞬时值经傅里叶变换后的傅里叶值,所述第二电流傅里叶值是所述电力线的第二端的电流的瞬时值经傅里叶变换后的傅里叶值;对齐单元,用于基于获取所述第一电流傅里叶值的第一传输延迟和获取所述第二电流傅里叶值的第二传输延迟在时间上对齐所述第一电流傅里叶值和所述第二电流傅里叶值;存储单元,用于存储对齐后的所述第一电流傅里叶值和所述第二电流傅里叶值。
可选地,本公开实施例提供的电流记录装置,其中:所述获取单元还用于采集电力线第一端的电流的瞬时值,并将所采集的电流的瞬时值转换成电流的傅里叶值以获取所述第一电流傅里叶值;其中,所述第一传输延迟为零。
可选地,本公开实施例提供的电流记录装置还包括:检测单元,检测对齐后的第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值的矢量和是否从某一时刻起出现非零值,并且所述存储单元仅存储从所述时刻开始的第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值。
本公开实施例还提供了一种电流记录系统,包括:第一电流记录装置、第二电流记录装置和服务器,所述第一电流记录装置用于采集所述电力线第一端的电流的瞬时值,并将所采集的瞬时值傅里叶变换成第一电流傅里叶值,并将所述第一电流傅里叶值经由所述第一电流记录装置与所述服务器之间的第一通信信道发送到所述服务器;所述第二电流记录装置用于采集所述电力线第二端的电流的瞬时值,并将所采集的瞬时值傅里叶变换成第二电流傅里叶值,并将所述第二电流傅里叶值经由所述第二电流记录装置与所述服务器之间的第二通信信道发送到所述服务器;所述服务器用于基于所述第一通信信道的传输延迟和所述第二通信信道的传输延迟在时间上对齐所述第一电流傅里叶值和所述第二电流傅里叶值,并将对齐后的所述第一电流傅里叶值和所述第二电流傅里叶值存储到所述服务器的存储装置中。
可选地,本公开实施例还提供的电流记录系统,其中:所述服务器还用于检测对齐后的第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值的矢量和是否从某一时刻起出现非零值,并且仅存储从所述时刻开始的第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值。
附图说明
通过下面结合附图对实施例的描述,本公开的这些和/或其他方面、特征和优点将变得更加清楚和容易理解,其中:
图1是根据本公开实施例的电流记录方法的示例使用场景图;
图2是根据本公开实施例的电流记录方法的另一示例使用场景图;
图3是电力线差动偏置特性的示意图;
图4是根据本公开实施例的电流记录方法的流程图;
图5是根据本公开实施例的确定传输延迟的方法的示意图;
图6是根据本公开另一实施例的电流记录方法的示例使用场景图;
图7是根据本公开实施例的另一电流记录方法的流程图;
图8是根据本公开实施例的另一电流记录方法的流程图;
图9是根据本公开实施例的将电流瞬时值进行傅里叶变换的示意图;
图10是根据本公开实施例电流记录装置的框图;以及
图11是根据本公开实施例电流记录系统的框图。
具体实施方式
下面将参考本公开的示例性实施例对本公开进行详细描述。然而,本公开不限于这里所描述的实施例,其可以以许多不同的形式来实施。所描述的实施例仅用于使本公开彻底和完整,并全面地向本领域的技术人员传递本发明的构思。所描述的各个实施例的特征可以互相组合或替换,除非明确排除或根据上下文应当排除。
除非另外定义,本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。
图1是根据本公开实施例的电流记录方法的示例使用场景图。
如图1所示,变电站A包括母线10,电力线30和50是母线10的支线。变电站B包括母线20,电力线40和电力线50是母线20的支线。电力线30 上布置有电流互感器CT3和继电器R3,电力线40上布置有电流互感器CT4 和继电器R4。电力线50的在靠近变电站A的一端(以下简称A端)布置有电流互感器CT1和与CT1相关联的继电器R1,在靠近变电站B的一端(B端)布置有电流互感器CT2和与CT2相关联的继电器R2。此外,电力线30、 40和50上还可以布置有与各个继电器相关联的断路器和其它电力设备(未示出)。
电流互感器CT1测量电力线50的A端的电流值I1,并将测量的电流值传送到继电器R1,电流互感器CT2测量电力线50的B端的电流值I2,并将测量的电流值I2传送到继电器R2。同理,电流互感器CT3和CT4分别测量电力线30的A端的电流值I3和电力线40的B端的电流值I4,并将测量的电流值传送到相应的继电器R3和R4中。继电器R1和R2之间还布置有用于它们之间的通信的通信信道60。
图2是根据本公开实施例的电流记录方法的另一示例使用场景图。
图2与图1的不同之处在于,图2的保护区域是变电站A内部而不是如图1所示的变电站A和变电站B之间的电力线50。如图2所示,母线10包括支线30和50,母线10的进线端布置有电流互感器CT0和继电器R0,电流互感器CT0测量母线10的进线端的电流值I0,并将测量的电流值传送到继电器R0。与图1类似,电流互感器CT1测量支线50的电流值I1,并将测量的电流值传送到继电器R1,电流互感器CT2测量支线30的电流值I3,并将测量的电流值传送到继电器R3。继电器R0和R1之间布置有用于它们之间通信的通信信道90,继电器R0和R3之间布置有用于它们之间通信的通信信道100。
图3是示出电力线差动偏置特性的示意性图。
电力线差动偏置特性可以作为触发电力线差动保护动作(即使断路器断路)的依据之一,其原理是计算电力线的差动电流,即计算进入该电力线的电流和离开该电力线的电流的矢量和是否为零。在图1的示例场景中,以电力线50为例,电力线50的A端的电流为I1,B端的电流为I2,当电力线50 上没有出现故障或出现区外故障时,I1与I2的矢量和为零,当出现区内故障时,I1与I2的矢量和不为零。在图2的示例场景中,当母线10没有出现故障或出现区外故障时,其进线端的电流值I0与其两个支线的进线端的电流值I1和I3的矢量和为零,当出现区内故障时,其进线端的电流I0与其两个支线的进线端I1和I3的矢量和不为零。
以图1中的继电器R1为例,其可以根据以下标准判断是否触发电力线 50的差动保护动作:
对于Ibias<Is2,当|Idiff|>k1|Ibias|+Is1时触发;
对于Ibias>Is2,当|Idiff|>k2|Ibias|-(k2-k1)Is2+Is1时触发;
其中:
Idiff=I1+I2,为电力线50的差动电流,即电力线50的两端电流的矢量和;
k1和k2为偏置百分比;
Is1、Is2、k1和k2的值可以根据电力线50的实际情况任意选择。需要注意的是,这里的I1和I2分别指的是电力线50的A端的电流和B端的电流的基波分量。
然而,使用电力线差动偏置特性作为差动保护动作触发条件的前提是A 端和B端的电流信息I1和I2必须在时间上对齐,即表示同一时刻的I1的电流值与I2的电流值必须在时间上相互对应,如此,这两者的矢量和才能反映该时刻的电力线状态。因此在变电站A和变电站B时间同步(例如,变电站A 和变电站B都安装有GPS对时产品而时间同步)的情况下,该特性可以作为触发条件之一使用;而当变电站A和变电站B没有时间同步(例如,由于变电站A和变电站B中的至少一个没有安装GPS对时产品或由于GPS信号丢失而没有时间同步)的情况下,由于无法在时间上对齐电流I1和I2,无法应用该特性可以作为触发条件。
在当前实践中,对于无法在时间上对齐电流I1与I2的情况,通常采取的处理方法是继电器退出差动保护,投入后备保护,即采取差动保护闭锁,视为没有故障发生。由此,可能造成故障虽然发生了却没有及时切除故障而使电路设备受损。
此外,在当前实践中,无论变电站A和变电站B是否时间同步,即无论电流I1与I2是否能够在时间上对齐,继电器都只存储来自于本端的电流,而不存储来自于其他端的电流信息,并且所存储的是电流的瞬时值。例如图1 中的继电器R1只存储来自于电力线A端的电流I1的瞬时值,而不存储电流 I2的瞬时值。这不利于电力线断路以后的事后分析。例如,当电力线50断路以后,目前的做法是其中一端(例如A端)的工作人员向另一端(例如B端) 请求其所存储的电流I2,然而,有时由于继电器R2的内部存储装置或与其相关联的外部存储装置失效而没有存储电流I2,有时由于人工请求流程复杂成本高等原因而无法获取电流I2,这些情况都使得无法获取两端的电流以进行事后分析。并且,这也不利于存储器的存储。例如,通常需要每周波至少采样 24个点来存储电流I1或I2瞬时值,当保护区域的端数量较大(例如母线所包含的支线太多)时,需要存储的数据量对存储器的存储能力也是一种挑战。
考虑到以上情况,本公开实施例提供的电流记录方法、电流记录装置和电流记录系统可以在继电器之间没有时间同步或者由于继电器本身时间时间管理错误或由于GPS信号而失去同步的情况下使用,使得只要继电器之间能正常通信,差动保护就可以继续工作,以正确切除故障。并且本公开的实施例通过存储电力线各个端的电流信息以有利于电力线断路以后的事后分析,并且通过以电流的傅里叶值存储该电流信息,降低了存储的数据量以及通信数据量。
在图1和图2的场景中,本公开实施例提供的电流记录装置可以位于继电器R1至R4内部作为其一部分,也可以位于继电器R1至R4外部并与其耦接或连接,例如位于继电器R1内部的电流记录装置V1和位于继电器R2 内部的电流记录装置V2。
图4是根据本公开实施例的电流记录方法的流程图。
参考图4,根据本公开实施例的电流记录方法400可以包括步骤S410- S440。在步骤S410,获取第一电流傅里叶值,第一电流傅里叶值是电力线的第一端的电流的瞬时值经傅里叶变换后的傅里叶值。在步骤S420,获取第二电流傅里叶值,第二电流傅里叶值是电力线的第二端的电流的瞬时值经傅里叶变换后的傅里叶值。在步骤S430,基于获取第一电流傅里叶值的第一传输延迟和获取第二电流傅里叶值的第二传输延迟在时间上对齐第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值。在步骤S440,将对齐后的第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值存储到存储装置中。
作为一个实施例,下面结合图1来解释方法400。
参考图1,针对电力线50,方法400可以由电力线50的A端的电流记录装置V1或电力线50的B端的电流记录装置V2执行。电流记录装置V1 和电流记录装置V2两者或其中之一分别使用各自的时间基准进行电流记录,这两者的时间基准可能不同步。
下面以电流记录装置V1为例。
在步骤S410,电流记录装置V1采集电力线50的A端的电流I1的瞬时值,并且将所采集的电流I1的瞬时值转换成电流I1的傅里叶值以作为第一电流傅里叶值F1。例如,电流记录装置V1从电流互感器CT1接收电力线50的 A端的电流I1的瞬时值,并且将该电流I1的瞬时值经傅里叶变换转换成第一电流傅里叶值F1,F1可以由幅度I1A值和角度值构成。电流的瞬时值转换成电流的傅里叶值的示例将在下文结合图9描述。
在步骤S420,电流记录装置V1经由通信信道60获取第二电流傅里叶值 F2。该第二电流傅里叶值F2是电流记录装置V2将从电流互感器CT2接收的电力线50的B端的电流I2的瞬时值进行傅里叶变换而获得的。第二电流傅里叶值F2由幅度I2A值和角度值构成。
可选的,在该步骤中,电流记录装置V1可以按照预定的时间间隔接收第二电流傅里叶值F2,例如,以N(N≥1)个周波接收。例如,以工频周期50Hz 为例,电流记录装置V1可以每隔20ms从电流记录装置V2接收一个周波的电流傅里叶值,即电流记录装置V2可以每隔20ms向电流记录装置V1发送一个周波的电流傅里叶值。
在步骤S430,电流记录装置V1将其本身采集和转换的第一电流傅里叶值F1和从电流记录装置V2接收到的第二电流傅里叶值F2在时间上进行对齐,即,使得表示同一时刻的第一电流傅里叶值F1和第二电流傅里叶值F2相互对应。在电流记录装置V1和电流记录装置V2之间没有时间同步的情况下,电流记录装置V1可以基于获取第一电流傅里叶值F1的第一传输延迟 DelayF1和获取第二电流傅里叶值F2的第二传输延迟DelayF2在时间上对齐第一电流傅里叶值F1和第二电流傅里叶值F2。由于第一电流傅里叶值F1是电流记录装置V1本身获取的,所以此时第一传输延迟DelayF1为零,由于第二电流傅里叶值F2是经由通信信道60获取的,所以第二传输延迟DelayF2为通信信道60的传输延迟Delay60。对齐的具体操作可以是,例如,当电流记录装置V2将第二电流傅里叶值F2连续传送到第一电流装置V1时,电流记录装置V1将接收到第二电流傅里叶值F2的接收时间向前偏移传输延迟Delay60作为第二电流傅里叶值F2的时间标签。
在该步骤中,电流记录装置V1可以基于图5所示的方式来确定通信信道60的传输延迟Delay60。
图5是根据本公开实施例的确定传输延迟的方法示意图。参考图5,电流记录装置V1在时间t1向电流记录装置V2发送延时请求信号Mrequest并记录延迟请求发送时间t1,电流记录装置V2在时间t2接收到延时请求信号Mrequest,并且在时间t3向电流记录装置V1发送作为延时请求信号的响应的延时响应信号Mresponse,并且电流记录装置V2将延迟请求接收时间t2和延迟响应发送时间t3包含在延迟响应信号Mresponse中以便将它们告知电流记录装置V1,然后,电流记录装置V1在时间t4接收到延迟响应信号Mresponse并记录响应接收时间t4。由于电流记录装置V1和电流记录装置V2没有时间同步,所以时间 t1和t4是以电流记录装置V1的时间基准记录的时间,时间t2和t3是以电流记录装置V2的时间基准记录的时间。电流记录装置V1接收到延迟响应信号 Mresponse之后,将获得时间t2和时间t3,于是,其可以根据以下等式1计算通信信道60的传输延迟:
Delay60=1/2×[(t4-t1)-(t3-t2)](等式1)
此外,由于通信信道的传输延迟可以包括固有延迟和可变延迟两部分,其中固有延迟基本不变,其大小取决于信号的传输速率和互连导体的长度,信号的传输速率又与绝缘材料的介电常数和传输导体的电气属性有关,而可变延迟受交换机处理速度、邻近信号线串扰、环境因素等影响,所以通信信道的传输延迟是随时间变化的。因此,在一个实施例中,以上用于确定传输延迟的过程连续重复执行或按预定的时间间隔执行,例如,电流记录装置V1 可以在向电流记录装置V2发送第一电流傅里叶值F1的同时发送延时请求信号Mrequest,电流记录装置V2可以在向电流记录装置V1发送第二电流傅里叶值F2的同时发送延迟响应信号Mresponse。当电流记录装置V1执行对齐操作时,基于最新确定的传输延迟来对齐第一电流傅里叶值F1和所述第二电流傅里叶值F2。
在步骤S440,电流记录装置V1将对齐后的第一电流傅里叶值F1和第二电流傅里叶值F2存储到其存储装置中。
应当理解,以上针对电流记录装置V1描述的电流记录方法也适用于电流记录装置V2或其他电力线的其它电流记录装置。
应当理解,以上针对电流记录装置V1描述的图5所示的确定通信信道 60的传输延时的方法也适用于电流记录装置V2或其他电力线的其它电流记录装置。
由此,本公开的实施例通过基于通信信道的传输延迟在时间上对齐来自电力线一端的电流信息和来自电力线另一端的电流信息,即使在这两端没有时间同步的情况下,只要两端电流记录装置之间能正常通信,差动保护就可以继续工作,以正确切除故障。
由此,当电流记录装置V1和电流记录装置V2同时执行电流记录方法 400时,其产生的电流傅里叶值被相互传送给对方,即使它们中的一个因存储模块失效或其他原因无法存储,也能在另一端存储两端的电流傅里叶值,这样有利于电力线断路以后的事后分析。同时,通过在两端的电流记录装置中都存储两端的电流傅里叶值,任何一端的工作人员都可以方便快捷地获取两端的电流傅里叶值而无需通过复杂的人工流程请求另一端传达对该另一端的电流傅里叶值。
作为另一实施例,下面再结合图6来说明方法400。
图6是根据本公开另一实施例的电流记录方法的使用场景图。
参考图6,与图1不同之处在于电流记录装置V1和电流记录装置V2分别通过通信信道70和通信信道80连接到服务器S。服务器S可以是具有计算处理能力的任何计算机、工作站、云服务器等。在该实施例中,可以由服务器执行电流记录方法400。电流记录装置V1和电流记录装置V2可以不进行时间同步,分别使用各自的时间基准进行电流记录。
在步骤S410,由服务器S经由其与第一电流记录装置V1的第一通信信道70从第一电流记录装置V1获取第一电流傅里叶值F1,该第一电流记录装置V1用于采集电力线50的A端的电流I1的瞬时值,并且将所采集的电流I1的瞬时值转换成第一电流傅里叶值F1。
在步骤S420,由服务器S经由其与第二电流记录装置V2的第二通信信道80从第二电流记录装置V2获取第二电流傅里叶值F2,该第二电流记录装置V2用于采集电力线50的B端的电流I2的瞬时值,并且将所采集的电流I2的瞬时值转换成第二电流傅里叶值F2。
与前述结合图1所描述的类似,在步骤S410和步骤S420中,可以按照预定的时间间隔来进行接收第一电流傅里叶值F1和第二电流傅里叶值F2,此处不再赘述。
在步骤S430,服务器S在时间上对齐第一电流傅里叶值F1和第二电流傅里叶值F2。在电流记录装置V1和电流记录装置V2没有时间同步的情况下,服务器S可以基于第一电流傅里叶值F1的第一传输延迟DelayF1和第二电流傅里叶值F2的第二传输延迟DelayF2来对齐第一电流傅里叶值F1和第二电流傅里叶值F2。由于第一电流傅里叶值F1是经由通信信道70获取的,所以此时第一传输延迟DelayF1为通信信道70的传输延迟Delay70,由于第二电流傅里叶值F2是经由通信信道80获取的,所以第二传输延迟DelayF2为通信信道80的传输延迟Delay80。对齐的具体操作可以是,例如,当电流记录装置V1和V2将第一电流傅里叶值F1和第二电流傅里叶值F2连续传送到服务器 S时,电流记录装置V1将接收到第一电流傅里叶值F1的接收时间向前偏移传输延迟Delay70作为第一电流傅里叶值F2的时间标签,以及将接收到第二电流傅里叶值F2的接收时间向前偏移传输延迟Delay80作为第二电流傅里叶值F2的时间标签。
此步骤中,服务器S也可以按照图5所示的方式来确定通信信道70的第一传输延迟或通信信道80的第二传输延迟。例如,服务器S在时间t1’向电流记录装置V1发送延时请求信号Mrequest’并记录该延迟请求发送时间t1’,电流记录装置V1在时间t2’接收到延时请求信号Mrequest’,在时间t3’向服务器S 发送作为延时请求信号的响应的延时响应信号Mresponse’,并且电流记录装置 V1将延迟请求接收时间t2’和延迟响应发送时间t3’包含在延迟响应信号 Mresponse’中以便将它们告知服务器S,然后服务器S在时间t4’接收到延迟响应信号Mresponse’并记录该响应接收时间t4’。服务器S根据以下等式2计算通信信道70的传输延迟:
Delay70=1/2×[(t4’-t1’)-(t3’-t2’)] (等式2)
同样地,服务器S在时间t1”向电流记录装置V2发送延时请求信号Mrequest”并记录该延迟请求发送时间t1”,电流记录装置V2在时间t2”接收到延时请求信号Mrequest”,并且在时间t3”向服务器S发送作为延时请求信号的响应的延时响应信号Mresponse”,并且电流记录装置V2将延迟请求接收时间t2”和延迟响应发送时间t3”包含在延迟响应信号Mresponse”中以便将它们告知服务器S,然后,服务器S在时间t4”接收到该延迟响应信号Mresponse”并记录该响应接收时间t4”。服务器S根据以下等式3计算通信信道80的传输延迟:
Delay80=1/2×[(t4”-t1”)-(t3”-t2”)] (等式3)
与前述结合图1描述的类似,由于通信信道的传输延迟是随时间变化的,所述用于确定传输延迟Delay70或Delay80的过程连续重复执行或按预定的时间间隔执行,服务器S在执行时间对齐时,使用最新确定的传输延迟传输延迟Delay70或Delay80来进行对齐。
在步骤S440,服务器S将对齐后的第一电流傅里叶值F1和第二电流傅里叶值F2存储到其存储装置中。在此步骤中,服务器S还可以将对齐后的第一电流傅里叶值F1和第二电流傅里叶值F2传输到电流记录装置V1和电流记录装置V2中,以存储在它们各自的存储装置中。
由此,由于服务器强大的计算和存储能力,且服务器一般处于环境较好的控制室(云服务器可能处于防护保护措施更良好的计算中心)而不是变电站那样可能处于恶劣的野外环境,所以通过服务器可以更快捷地对齐电流信息并且更安全和有效地存储该电流信息。
应当理解,基于图6的实施方式和基于图1的实施方式可以结合,即既在服务器中存储电流傅里叶值也在电流记录装置中存储电流傅里叶值。
此外,为了避免存储太多不必要的电流傅里叶值而占用大量的存储空间,可以适当选择性的仅存储与差动保护动作密切相关的电流傅里叶值,下面结合图7来进行说明。
图7是根据本公开实施例的另一电流记录方法的流程图。
如图7所示,另一电流记录方法400’与中的步骤S410至S430与方法400 中的步骤S410至S430相同,不同之处在于在步骤S440’中,检测对齐后的第一电流傅里叶值F1和第二电流傅里叶值F2的矢量和是否从某一时刻起出现非零值,并且仅存储从所述时刻开始的第一电流傅里叶值F1和第二电流傅里叶值F2。这样做的原因在于:根据如前所述的电力线差动保护的基本原理,当电力线上没有出现故障或出现区外故障时,进入电力线的电流和离开电力线的电流矢量和为零,而一旦在某一时刻电力线上出现了区内故障,进入电力线的电流和离开电力线的电流矢量和将不为零。这意味着存储的幅度矢量和为零(区内故障发生之前)的第一电流傅里叶值F1和第二电流傅里叶值F2对电力线断路后的事后分析意义不大。所以可以可选地仅存储从第一电流傅里叶值F1和第二电流傅里叶值F2的矢量和不为零的时刻开始的第一电流傅里叶值F1和第二电流傅里叶值F2,直到由于差动保护动作发生而电力线断开、电流为零为止,从而节约存储空间。
此外,在一些实施例中,由于区内故障发生前的一小段时间内的电流信息对于故障分析有一定帮助,也可以采取如下存储方式:检测对齐后的第一电流傅里叶值F1和第二电流傅里叶值F2的矢量和是否从某一时刻起出现非零值,并且存储从所述时刻之前的对应于K(K为大于等于零的整数)个周波的时间开始的第一电流傅里叶值F1和第二电流傅里叶值F2。K的取值根据实际情况来确定,并且可以由用户设定或更改。例如,以工频50Hz,即一个周波20ms,K=2为例,可以设定,默认地仅存储最新10个周波的电流信息(即对齐后的第一电流傅里叶值F1和第二电流傅里叶值F2),当检测到第一电流傅里叶值F1和第二电流傅里叶值F2的矢量和从时刻T起出现非零值时,便存储从T-40ms(取K=2)时刻开始的第一电流傅里叶值F1和第二电流傅里叶值F2,直到由于差动保护动作发生而电力线断开、电流为零为止,从而节约存储空间。该实施例可以例如通过随时缓存预定时间(例如对应于K个周波的时间)的电流傅里叶值来实现,当出现矢量和不为零的时刻时,将之前缓冲的电流傅里叶值作为该时刻之前的电流傅里叶值进行存储。
以上结合图1以及图4至图7描述了由包括两个端电力线保护区域的电流记录方法,该方法同样也适用于包括三个或更多个端的保护区域的电流记录方法。下面结合图3和图8解释。
图8是根据本公开实施例的另一电流记录方法的流程图。
再次参考图2,母线10包括支线30和50,母线10的进线端布置有电流互感器CT0和继电器R0,电流互感器CT0测量母线10的进线端的电流值 I0,并将测量的电流值传送到继电器R0,电流互感器CT1测量支线50的电流值I1,并将测量的电流值传送到继电器R1,电流互感器CT2测量支线30 的电流值I3,并将测量的电流值传送到继电器R3。
作为一个实施例,根据本公开实施例的电流记录装置可以是例如分别处于继电器R0、R1或R3内部的电流记录装置V0、V1或V3。
以电流记录装置V0执行电流记录方法800为例。
在步骤S810,电流记录装置V0采集母线10的进线端的电流的瞬时值 I0,并且将所采集的电流的瞬时值I0转换成电流的傅里叶值以作为第一电流傅里叶值F0。
在步骤S820,电流记录装置V0经由通信信道90获取第二电流傅里叶值 F1。该第二电流傅里叶值F1是电流记录装置V1将从电流互感器CT1接收的支线50的电流的瞬时值I1进行傅里叶变换而获得的。
在步骤S830,电流记录装置V0经由通信信道100获取第三电流傅里叶值F3。该第三电流傅里叶值F3是电流记录装置V3将从电流互感器CT3接收的支线30的电流的瞬时值I3进行傅里叶变换而获得的。
在步骤S840,电流记录装置V0可以基于第一电流傅里叶值F1的第一传输延迟、第二电流傅里叶值F2的第二传输延迟和第三电流傅里叶值F3的第三传输延迟将它们在时间上对齐,其中,第一传输延迟为零、第二传输延迟DelayF2为通信信道90的传输延迟Delay90,第三传输延迟DelayF3为通信信道 100的传输延迟Delay100。传输延迟Delay90和Delay100的确认方法与前面结合图5描述的传输延迟确定方法相同,此处不再赘述。
在步骤S850,电流记录装置V0将对齐后的第一电流傅里叶值F1、第二电流傅里叶值F2和第三电流傅里叶值F3存储到其存储装置中。
此外,与前面结合图7描述的步骤S440’类似,电流记录装置V0也可以可选地检测对齐后的第一电流傅里叶值F1、第二电流傅里叶值F2和第二电流傅里叶值F3的矢量和是否从某一时刻其出现非零值,并且仅存储从所述时刻开始的第一电流傅里叶值F1、第二电流傅里叶值F2和第三电流傅里叶值F3,此处不再赘述。
此外,电流记录装置V0也可以可选地存储从所述时刻之前的对应于K (K为大于等于零的整数)个周波的时间开始的第一电流傅里叶值F1、第二电流傅里叶值F2和第二电流傅里叶值F2,此处不再赘述。
此外,本领域人员容易理解,前面结合图6描述的通过服务器S来执行电流记录方法的示例也适用于图2的场景,即也可以通过与电流记录装置V0、 V1和V2通信连接的服务器来执行获取、时间上对齐并存储第一电流傅里叶值F1、第二电流傅里叶值F2和第三电流傅里叶值F3的步骤,此处不再赘述。
图9是根据本公开实施例的将电流瞬时值进行傅里叶变换的示意图。
傅里叶变换可以用于从实时采样信号中计算出基波或谐波分量。实时采样信号可以看作多个分量的叠加,其可以用以下等式4表示。
其中:N为每周波的采样点数,且(n=0,1,2…,N-1);w为实时角频率;w0为基波角频率,例如对于工频周期为50Hz的系统来说其为2π*50弧度/秒。 k等于1时可以计算出基波分量,k=2时可以计算出二次谐波分量,以此类推。
x(w)经傅里叶变换成x(k),其可以用以下等式5表示。
X(k)=ak+jbk (等式5)
对于周期信号来说,其实部和虚部可以按照以下等式6和等式7计算。
以电流记录装置V1将电流I1的瞬时值转换成第一傅里叶值F1为例。
图9示出了电流I1的瞬时值的示例,x1、x2...xn是电流I1的瞬时值。可以以一个或多个周波的瞬时值为单位进行傅里叶变换,例如以一个周波为单位进行傅里叶变换,假设每周波采样24个点,则x1~x24对应一个周波的瞬时值。将与x1、x2...x24分别对应的正弦系数记为c1、c2...c24,与 x1、x2...x24分别对应的余弦系数记为s1、s2...s24。首先第一次进行傅里叶变换,计算与瞬时值x1~x24对应的傅里叶值:
一个周波的电流瞬时值x1~x24随时间变化为x2~x25、x3~x26、x24~ x27…,只要计算出对应于x2~x25、x3~x26、x24~x27…等的傅里叶值,就可以用这些随时间变化的傅里叶值来代替随时间变化的电流瞬时值。但是,本公开的发明人研究发现,不必每个采样点进行一次傅里叶值转换,可以每 L(L为大于2的整数)个采样点进行一次傅里叶值转换,得到的随时间变化的傅里叶值就已经足够反映电流随时间变化的趋势,足够用于电力线断路后的事后分析。换言之,傅里叶变换的次数可以少于电流的瞬时值的采样点数。 L的值可以根据继电器的性能和故障切除时间选择。在本公开的实施例中,取L=8。
类似地,第二次计算与瞬时值x9~x32对应的傅里叶值:
类似地,第三次计算与瞬时值x17~x40对应的傅里叶值:
以此类推,可以算出随时间变化的电流的傅里叶值F1。
经过傅里叶转换,对于一个周波的电流信息,相比于需要存储24个瞬时值,在L=8的情况下,本公开的实施例只需要存储6个值,包括3个幅度值和3个角度值,大大减少了要存储的数据量。并且,本公开的实施例通过存储电流傅里叶值而不是电流瞬时值可以降低对电流记录装置光纤模块的要求,从而节省了成本,值得一提的是,电流记录装置的光纤模块的成本占电流记录装置制造成本的很大一部分,有时能达到70%。
图10是根据本公开实施例电流记录装置的框图。
如图10所示,电流记录装置1000(例如图1和图2中的各个电流记录装置V1至V4以及图6中的服务器S)可以包括获取单元1001,对齐单元 1002和存储单元1003。获取单元1001用于获取第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值,第一电流傅里叶值是电力线(例如图1、图3和图6中的电力线 50)的第一端的电流的瞬时值经傅里叶变换后的傅里叶值,第二电流傅里叶值是电力线的第二端的电流的瞬时值经傅里叶变换后的傅里叶值。对齐单元1002用于基于接收第一电流傅里叶值第一传输延迟和第二电流傅里叶值的第二传输延迟在时间上对齐第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值。存储单元 1003用于存储对齐后的第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值。
此外,可选地,电流记录装置1000(例如图1和图3中的各个电流记录装置以及图6中的服务器S)还可以包括检测单元1004,用于检测对齐后的第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值的矢量和是否从某一时刻开始不为零。在此情况下,存储单元1003仅存储从该时刻开始的的第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值。
图11是根据本公开实施例电流记录系统的框图。
如图11所示,电流记录系统1100包括第一电流记录装置1101、第二电流记录装置1102、服务器1103(例如图6中的电流记录装置V1、电流记录装置V2和服务器S)。第一电流记录装置1101、第二电流记录装置1102和服务器1103经由通信信道1104(图6中的通信信道70和80)相互通信,第一电流记录装置1101、第二电流记录装置1102之间经由电力线1105(例如图6中的电力线50)连接。
第一电流记录装置1101用于采集电力线1105的第一端的电流的瞬时值,并将所采集的瞬时值傅里叶变换成第一电流傅里叶值,并将第一电流傅里叶值经由通信信道(例如图6中的通信信道70或80)发送到服务器1103。
第二电流记录装置1102用于采集电力线1105第二端的电流的瞬时值,并将所采集的瞬时值傅里叶变换成第二电流傅里叶值,并将第二电流傅里叶值经由第二通信信道(例如图6中的通信信道80或70)发送到服务器1103。
服务器1103基于第一电流傅里叶值的第一传输延迟和第二电流傅里叶值的第二传输延迟在时间上对齐第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值,并将对齐后的第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值至少存储到服务器1103 的存储装置中。
根据本公开实施例的电流记录方法、电流记录装置和电流记录系统可以在电力线的一端或几端或所有端没有时间同步的情况下使用,通过存储电流傅里叶值而不是电流瞬时值可以节省存储空间和通信传输成本;通过将电流傅里叶值传送到电力线的各个端并存储在各个端,可以避免由于某一端或几端没有成功存储电流信息而无法执行差动保护动作的事后分析,同时还可以方便快捷地获取用于差动保护动作事后分析的全部电流信息。
本领域技术人员应该理解,上述的具体实施例仅是示例而非限制,可以根据设计需求和其它因素对本公开的实施例进行各种修改、组合、部分组合和替换,只要它们在所附权利要求或其等同的范围内,即属于本公开所要保护的权利范围。
Claims (13)
1.一种电流记录方法,包括:
获取第一电流傅里叶值,所述第一电流傅里叶值是电力线的第一端的电流的瞬时值经傅里叶变换后的傅里叶值;
获取第二电流傅里叶值,所述第二电流傅里叶值是所述电力线的第二端的电流的瞬时值经傅里叶变换后的傅里叶值;
基于获取所述第一电流傅里叶值的第一传输延迟和获取所述第二电流傅里叶值的第二传输延迟在时间上对齐所述第一电流傅里叶值和所述第二电流傅里叶值;以及
将对齐后的所述第一电流傅里叶值和所述第二电流傅里叶值存储到存储装置中。
2.如权利要求1所述的电流记录方法,应用于电流记录装置,其中:
由所述电流记录装置采集所述电力线的第一端的电流的瞬时值,并且将所采集的电流的瞬时值转换成电流的傅里叶值以获取所述第一电流傅里叶值;
由所述电流记录装置经由其与用于采集所述电力线的第二端的电流的瞬时值并将所采集的电流的瞬时值转换成电流的傅里叶值的外部装置的通信信道从所述外部装置获取所述第二电流傅里叶值,并将对齐后的所述第一电流傅里叶值和所述第二电流傅里叶值存储到所述存储装置中;
所述第一传输延迟为零;
所述第二传输延迟为所述通信信道的传输延迟。
3.如权利要求1所述的电流记录方法,应用于电流记录系统,所述电流记录系统包括第一电流记录装置、第二电流记录装置和服务器,其中:
由所述服务器经由其与所述第一电流记录装置的第一通信信道从所述第一电流记录装置获取所述第一电流傅里叶值,所述第一电流记录装置用于采集所述电力线的第一端的电流的瞬时值,并且将所采集的电流的瞬时值转换成电流的傅里叶值作为所述第一电流傅里叶值;
由所述服务器经由其与所述第二电流记录装置的第二通信信道从所述第二电流记录装置获取所述第二电流傅里叶值,所述第二电流记录装置用于采集所述电力线的第二端的电流的瞬时值,并且将所采集的电流的瞬时值转换成电流的傅里叶值作为所述第二电流傅里叶值;
由所述服务器在时间上对齐所述第一电流傅里叶值和所述第二电流傅里叶值并将对齐后的所述第一电流傅里叶值和所述第二电流傅里叶值存储到所述存储装置中;
所述第一传输延迟是所述第一通信信道的传输延迟;
所述第二传输延迟是所述第二通信信道的传输延迟。
4.如权利要求2所述的电流记录方法,其中
所述第二传输延迟通过以下步骤来确定:
由所述电流记录装置经由所述通信信道向所述外部装置发送延迟请求信号,并存储发送所述延迟请求信号的请求发送时间;
由所述电流记录装置经由所述通信信道从所述外部装置接收作为所述延迟请求信号的响应的延迟响应信号,并存储接收所述延迟响应信号的延迟接收时间,所述延迟响应信号中包括所述外部装置接收所述延迟请求信号的请求接收时间和所述外部装置发送所述延迟响应信号的响应发送时间;以及
由所述电流记录装置将所述响应接收时间与所述请求发送时间的差减去所述响应发送时间与所述请求接收时间的差所得的值的一半确定为所述第二传输延迟。
5.如权利要求3所述的电流记录方法,其中
所述第一传输延迟通过以下步骤来获得:
由所述服务器经由所述第一通信信道向所述第一电流记录装置发送第一延迟请求信号,并存储发送所述第一延迟请求信号的第一请求发送时间;
由所述服务器经由所述第一通信信道接收由所述第一电流记录装置发送的第一延迟响应信号,并存储接收所述第一延迟响应信号的第一响应接收时间,所述第一延迟响应信号包括所述第一电流记录装置接收所述第一延迟请求信号的第一请求接收时间和所述第一电流记录装置发送所述第一延迟响应信号的第一响应发送时间;以及
由所述服务器将所述第一响应接收时间与所述第一请求发送时间的差减去所述第一响应发送时间与所述第一请求接收时间的差所得的值的一半确定为所述第一传输延迟;并且
所述第二传输延迟通过以下步骤来获得:
由所述服务器经由所述第二通信信道向所述第二电流记录装置发送第二延迟请求信号,并存储发送所述第二延迟请求信号的第二请求发送时间;
由所述服务器经由所述第二通信信道接收由所述第二电流记录装置发送的第二延迟响应信号,并存储接收所述第二延迟响应信号的第二响应接收时间,所述第二延迟响应信号包括所述第二电流记录装置接收所述第二延迟请求信号的第二请求接收时间和所述第二电流记录装置发送所述第二延迟响应信号的第二响应发送时间;以及
由所述服务器将所述第二响应接收时间与所述第二请求发送时间的差减去所述第二响应发送时间与所述第二请求接收时间的差所得的值的一半确定为所述第二传输延迟。
6.如权利要求1所述的电流记录方法,还包括:
检测对齐后的第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值的矢量和是否从某一时刻起出现非零值,并且仅存储从所述时刻开始的第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值。
7.如权利要求1所述的电流记录方法,所述方法还包括:
获取第三电流傅里叶值,所述第三电流傅里叶值是所述电力线的第三端的电流的瞬时值经傅里叶变换后的傅里叶值;
基于获取所述第一电流傅里叶值的第一传输延迟、获取所述第二电流傅里叶值的第二传输延迟和获取第三电流傅里叶值的第三传输延迟在时间上对齐所述第一电流傅里叶值、所述第二电流傅里叶值和所述第三电流傅里叶值;
将对齐后的所述第一电流傅里叶值、所述第二电流傅里叶值和所述第三电流傅里叶值存储到存储装置中。
8.如权利要求1所述的电流记录方法,其中
所述傅里叶变换以所述电流的一个或多个周波的瞬时值为单位进行,并且
每L个瞬时值执行一次傅里叶变换,所述L为大于2的整数。
9.一种电流记录装置,包括:
获取单元,用于获取第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值,所述第一电流傅里叶值是电力线的第一端的电流的瞬时值经傅里叶变换后的傅里叶值,所述第二电流傅里叶值是所述电力线的第二端的电流的瞬时值经傅里叶变换后的傅里叶值;
对齐单元,用于基于获取所述第一电流傅里叶值的第一传输延迟和获取所述第二电流傅里叶值的第二传输延迟在时间上对齐所述第一电流傅里叶值和所述第二电流傅里叶值;
存储单元,用于存储对齐后的所述第一电流傅里叶值和所述第二电流傅里叶值。
10.如权利要求9所述的电流记录装置,其中:
所述获取单元还用于采集电力线第一端的电流的瞬时值,并将所采集的电流的瞬时值转换成电流的傅里叶值以获取所述第一电流傅里叶值;其中,
所述第一传输延迟为零。
11.如权利要求9所述的电流记录装置,还包括:
检测单元,检测对齐后的第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值的矢量和是否从某一时刻起出现非零值,并且
所述存储单元仅存储从所述时刻开始的第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值。
12.一种电流记录系统,包括:
第一电流记录装置、第二电流记录装置和服务器,
所述第一电流记录装置用于采集所述电力线第一端的电流的瞬时值,并将所采集的瞬时值傅里叶变换成第一电流傅里叶值,并将所述第一电流傅里叶值经由所述第一电流记录装置与所述服务器之间的第一通信信道发送到所述服务器;
所述第二电流记录装置用于采集所述电力线第二端的电流的瞬时值,并将所采集的瞬时值傅里叶变换成第二电流傅里叶值,并将所述第二电流傅里叶值经由所述第二电流记录装置与所述服务器之间的第二通信信道发送到所述服务器;
所述服务器用于基于所述第一通信信道的传输延迟和所述第二通信信道的传输延迟在时间上对齐所述第一电流傅里叶值和所述第二电流傅里叶值,并将对齐后的所述第一电流傅里叶值和所述第二电流傅里叶值存储到所述服务器的存储装置中。
13.如权利要求12所述的电流记录系统,其中
所述服务器还用于检测对齐后的第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值的矢量和是否从某一时刻起出现非零值,并且仅存储从所述时刻开始的第一电流傅里叶值和第二电流傅里叶值。
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