CN116073322B - 一种防止直流电压偏移引起保护误动的分析装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种防止直流电压偏移引起保护误动的分析装置及方法，分析装载包括第一输入端和第二输入端，所述第一输入端和第二输入端分别与同一个或两个转换器的输入端相连接，转换器的输出端与限幅放大器的输入端相连接，限幅放大器的两个输出端依次与第一输出口和第二输出口相连接，转换器的输出端经滤波器与控制单元的输入端相连接，控制单元的输出端与转换器的输入端相连接。能最大程度消除直流电压偏移，避免引起误动作所导致的停电事故，响应速度快，准确性好。

Description

一种防止直流电压偏移引起保护误动的分析装置及方法
技术领域
本发明属于继电保护技术领域，尤其涉及一种防止直流电压偏移引起保护误动的分析装置及方法。
背景技术
随着电力系统的快速发展，双端供电、环形供电、网状供电等供电模式越来越频繁，电网结合越来越紧密，供电半径越来越短，供电线路越来越短，短路电流越来越大，各级短路电流相差越来越小，保护定值越来越难以整定，甚至达到无法整定的情况。再加上直流接地和直流寄生缺陷时常发生，而直流接地和直流寄生均会使得直流电压偏移，极可能引起保护误动，并导致大面积停电事故，甚至引起系统性的“电压崩溃”，造成更大面积的停电。另外，电压偏移过大时，也会影响工农业生产的产品质量和产量，还会损坏机电设备，造成较大经济损失。
一直以来缺乏一种有效的装置来对直流电压偏移有效的评测，以及根据评测结果消除直流电压偏移，避免引起保护误动作导致的停电事故，存在技术难题。
发明内容
本发明提供一种防止直流电压偏移引起保护误动的分析装置及方法，用于解决现有电力系统二次回路直流电压偏移时有发生，容易引起保护误动作，导致停电事故的重大安全隐患的技术问题。
本发明提供一种防止直流电压偏移引起保护误动的分析装置，包括第一输入端和第二输入端，所述第一输入端和第二输入端分别与同一个或两个的转换器相连接，转换器的输出端与限幅放大器的输入端相连接，限幅放大器的两个输出端分别与第一输出口和第二输出口相连接，转换器的输出端经滤波器与控制单元的输入端相连接，控制单元的输出端与转换器的输入端相连接；
其中，转换器包括锁频环模块、固定导通时间电路、比较器、电感、输出电容、第一等效并联电阻、电压输入端以及电压输出端，第一输入端与固定导通时间电路的输入端相连接，固定导通时间电路的输出端与逻辑模块的输入端相连接，固定导通时间电路的输入端与锁频环模块相连接，电压输入端依次经电感、第一等效并联电阻与比较器的输入端相连接，比较器的输出端与固定导通时间电路的一个输入端相连接，电感的输出端与电压输出端相连接。
进一步地，所述第一输入端与第一转换模块的输入端相连接，所述第二输入端与第二转换模块相连接，第一转换模块和第二转换模块分别与点切分电路的输入端相连接，点切分电路的输出端与缓冲器相连接，缓冲器经补偿模块与估测模块相连接。
进一步地，所述电感的输出端连接有与第一等效并联电阻相并联的输出电容，输出电容上连接有第三等效并联电阻。
进一步地，所述电感的输入端节点与PSR模块的输入端相连接，PSR模块的输出端与比较器的输入端相连接。
进一步地，所述第一等效并联电阻的外端连接有第二等效并联电阻。
进一步地，所述估测模块的输出端与转换器的输入端相连接。
本发明还提供一种防止直流电压偏移引起保护误动的分析方法，所述方法包括：
步骤A、获取检测数据，根据预设的时间窗口对所述检测数据进行截取，得到不同时间段的检测数据；
步骤B、对不同时间段的检测数据分别进行初步响应估测，根据估测结果提取包含不同状态下的典型直流电压偏移参数的各个时间段的检测数据，并对各个时间段的检测数据去卷积操作，得到训练样本和检测样本，并对训练样本进行标记；
步骤C、建立采用经典的SVM算法的分类器，随机从标记后的训练样本中抽取多组数据导入到所述分类器中，使所述分类器进行机器学习，形成训练分类模型，其中，所述分类模型能够对所述检测样本按照设定标准进行准确分类；
步骤D、利用所述检测样本对所述分类模型进行测试，得到交叉验证精度，通过不断调整所述分类模型的各设定参数来达到最佳的交叉验证精度；
步骤E、根据测试完成的分类模型获取现场检测数据并进行检测，获取直流偏移异常的分类数据；
步骤F、根据所述分类数据对需要进行精确估测的初步估测的响应抽头中计算出直流补偿后的响应数值，滤除该直流补偿后的噪声后计算出对应的直流偏移估测。
进一步地，在步骤B中，初步响应估测采用以下算法：
对接收的训练序列 rmid执行 FFT ：，
对基本训练序列 m执行 FFT ：，
执行点切分 ：，
执行IFFT ：；
其中，为接收的训练序列，/>为基本训练序列，/>为初步信道脉冲响应估测向量，/>为M中的第i个分量，M为基本训练序列/>的频域变换向量，/>为初步信道脉冲响应估测向量的频域变换向量，/>为初步信道脉冲响应估测向量的频域变换向量中的第i 个分量，/>为Z中的第i个分量，Z为接收的训练序列/>的频域变换向量。
进一步地，在步骤C中，所述随机从所述训练样本中抽取多组数据导入到所述分类器中，使所述分类器进行机器学习包括：
假设有N个训练样本，将N个训练样本导入到所述分类器中，使所述分类器进行机器学习，其中，机器学习的表达式为：
，
式中，w为系数向量，x为n维向量，b为偏置量，T为转置符号；
当结果小于0时，分类器输出-1，当/>结果大于0的时，分类器输出+1，/>就是分类超平面。
进一步地，在步骤F中，计算直流偏移估测的表达式为：
，
式中，为第 k +1次迭代的直流偏移估测，/>为第 k 次迭代计算的最终的响应估测标量形式，/>为训练样本序列的 128 个值求和， />为检测样本序列的 128 个值求和。
本申请的一种防止直流电压偏移引起保护误动的分析装置及方法，具有以下有益效果：
1．本发明所采用的保护装置能最大程度消除直流电压偏移，并能提升直流电压偏移的消除和削弱速度，实现精确控制，并且反馈增益调节范围大，避免了引起误动作所导致的停电事故，同时还通过转换器来实现转换和初步处理，利用锁频环来动态调整导通时间，斜坡纹波的直流偏移可以通过PSR模块内部的采样保持电路适当消除。
2．本发明利用直流偏移联合估测方法对直流偏移进行快速准确的联合估测，并借助于分类器进行机器学习，形成训练分类模型，再利用检测样本对分类模型进行测试，能够达到较高的估测精度，并将估测结果反馈至保护装置进行提前干预性动作，所采用的联合估测方法运算量较小，处理速度和响应速度快，能最大程度减小直流电压偏移造成的不利影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种防止直流电压偏移引起保护误动的分析装置的结构框图；
图2为本发明一实施例提供的转换器的结构框图；
图3为本发明一实施例提供的一种防止直流电压偏移引起保护误动的分析方法的流程图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1、第一输入端；2、第二输入端；3、转换器；4、控制单元；5、滤波器；6、限幅放大器；7、第一输出口；8、第二输出口；9、锁频环模块；10、固定导通时间电路；11、比较器；12、电感；13、输出电容；14、第一等效并联电阻；15、第二等效并联电阻；16、第三等效并联电阻；17、逻辑模块；18、PSR模块；19、电压输入端；20、电压输出端；21、第一转换模块；22、第二转换模块；23、点切分电路；24、缓冲器；25、补偿模块；26、估测模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，其示出了本申请的一种防止直流电压偏移引起保护误动的分析装置，包括第一输入端1和第二输入端2，所述第一输入端1和第二输入端2分别与同一个或两个的转换器3相连接，转换器3的输出端与限幅放大器6的输入端相连接，限幅放大器6的两个输出端分别与第一输出口7和第二输出口8相连接，转换器3的输出端经滤波器5与控制单元4的输入端相连接，控制单元4的输出端与转换器3的输入端相连接；转换器3包括锁频环模块9、固定导通时间电路10、比较器11、电感12、输出电容13、第一等效并联电阻14、电压输入端19以及电压输出端20，第一输入端1与固定导通时间电路10的输入端相连接，固定导通时间电路10的输出端与逻辑模块17的输入端相连接，固定导通时间电路10的输入端与锁频环模块9相连接，电压输入端19依次经电感12、第一等效并联电阻14与比较器11的输入端相连接，比较器11的输出端与固定导通时间电路10的一个输入端相连接，电感12的输出端与电压输出端20相连接。
应用本实施例的技术方案，第一输入端1和第二输入端2分别与同一个或两个的转换器3相连接，转换器3采用降压转换器，并通过应用锁频环来动态调整导通时间。通过将PSR 和反馈电压的合成信号与参考电压进行比较，当合成信号低于参考电压时，触发一个导通单触发电路。如图2所示，转换器3主要包括锁频环模块9、固定导通时间电路10、比较器11、电感12、输出电容13、第一等效并联电阻14、电压输入端19以及电压输出端20，第一输入端1与固定导通时间电路10的输入端相连接，固定导通时间电路10的输出端与逻辑模块17的输入端相连接，固定导通时间电路10的输入端与锁频环模块9相连接，电压输入端19依次经电感12、第一等效并联电阻14与比较器11的输入端相连接，比较器11的输出端与固定导通时间电路10的一个输入端相连接，电感12的输出端与电压输出端20相连接。电感12的输出端连接有与第一等效并联电阻14相并联的输出电容13，输出电容13上连接有第三等效并联电阻16，电感12的输入端节点与PSR模块18的输入端相连接，PSR模块18的输出端与比较器11的输入端相连接。
第一输入端1与第一转换模块21的输入端相连接，第二输入端2与第二转换模块22相连接，第一转换模块21和第二转换模块22分别与点切分电路23的输入端相连接，点切分电路23的输出端与缓冲器24相连接，缓冲器24经补偿模块25与估测模块26相连接。估测模块26的输出端与转换器3的输入端相连接，估测模块26的估测信号传输给控制单元4实现了闭环控制。
请参阅图3，其示出了本申请的一种防止直流电压偏移引起保护误动的分析方法的流程图。
如图3所示，防止直流电压偏移引起保护误动的分析方法具体包括以下步骤：
步骤A、获取检测数据，根据预设的时间窗口对所述检测数据进行截取，得到不同时间段的检测数据；
步骤B、对不同时间段的检测数据分别进行初步响应估测，根据估测结果提取包含不同状态下的典型直流电压偏移参数的各个时间段的检测数据，并对各个时间段的检测数据去卷积操作，得到训练样本和检测样本，并对训练样本进行标记；
步骤C、建立采用经典的SVM算法的分类器，随机从标记后的训练样本中抽取多组数据导入到所述分类器中，使所述分类器进行机器学习，形成训练分类模型，其中，所述分类模型能够对所述检测样本按照设定标准进行准确分类；
步骤D、利用所述检测样本对所述分类模型进行测试，得到交叉验证精度，通过不断调整所述分类模型的各设定参数来达到最佳的交叉验证精度；
步骤E、根据测试完成的分类模型获取现场检测数据并进行检测，获取直流偏移异常的分类数据；
步骤F、根据所述分类数据对需要进行精确估测的初步估测的响应抽头中计算出直流补偿后的响应数值，滤除该直流补偿后的噪声后计算出对应的直流偏移估测。进一步地，在步骤B中，初步响应估测采用以下算法：
对接收的训练序列 rmid执行 FFT ：，
对基本训练序列 m执行 FFT ：，
执行点切分 ：，
执行IFFT ：；
其中，为接收的训练序列，/>为基本训练序列，/>为初步信道脉冲响应估测向量，/>为M中的第i个分量，M为基本训练序列/>的频域变换向量，/>为初步信道脉冲响应估测向量的频域变换向量，/>为初步信道脉冲响应估测向量的频域变换向量中的第i 个分量，/>为Z中的第i个分量，Z为接收的训练序列/>的频域变换向量。
进一步地，在步骤C中，所述随机从所述训练样本中抽取多组数据导入到所述分类器中，使所述分类器进行机器学习包括：
假设有N个训练样本，将N个训练样本导入到所述分类器中，使所述分类器进行机器学习，其中，机器学习的表达式为：
，
式中，w为系数向量，x为n维向量，b为偏置量，T为转置符号；
当结果小于0时，分类器输出-1，当/>结果大于0的时，分类器输出+1，/>就是分类超平面。
进一步地，在步骤F中，计算直流偏移估测的表达式为：
，
式中，为第 k +1次迭代的直流偏移估测，/>为第 k 次迭代计算的最终的响应估测标量形式，/>为训练样本序列的 128 个值求和， />为检测样本序列的 128 个值求和。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种防止直流电压偏移引起保护误动的分析装置，包括第一输入端（1）和第二输入端（2），其特征在于：所述第一输入端（1）和第二输入端（2）分别与同一个或两个的转换器（3）相连接，转换器（3）的输出端与限幅放大器（6）的输入端相连接，限幅放大器（6）的两个输出端分别与第一输出口（7）和第二输出口（8）相连接，转换器（3）的输出端经滤波器（5）与控制单元（4）的输入端相连接，控制单元（4）的输出端与转换器（3）的输入端相连接；
其中，转换器（3）包括锁频环模块（9）、固定导通时间电路（10）、比较器（11）、电感（12）、输出电容（13）、第一等效并联电阻（14）、电压输入端（19）以及电压输出端（20），第一输入端（1）与固定导通时间电路（10）的输入端相连接，固定导通时间电路（10）的输出端与逻辑模块（17）的输入端相连接，固定导通时间电路（10）的输入端与锁频环模块（9）相连接，电压输入端（19）依次经电感（12）、第一等效并联电阻（14）与比较器（11）的输入端相连接，比较器（11）的输出端与固定导通时间电路（10）的一个输入端相连接，电感（12）的输出端与电压输出端（20）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种防止直流电压偏移引起保护误动的分析装置，其特征在于：所述第一输入端（1）与第一转换模块（21）的输入端相连接，所述第二输入端（2）与第二转换模块（22）相连接，第一转换模块（21）和第二转换模块（22）分别与点切分电路（23）的输入端相连接，点切分电路（23）的输出端与缓冲器（24）相连接，缓冲器（24）经补偿模块（25）与估测模块（26）相连接。
3.根据权利要求1所述的一种防止直流电压偏移引起保护误动的分析装置，其特征在于：所述电感（12）的输出端连接有与第一等效并联电阻（14）相并联的输出电容（13），输出电容（13）上连接有第三等效并联电阻（16）。
4.根据权利要求1所述的一种防止直流电压偏移引起保护误动的分析装置，其特征在于：所述电感（12）的输入端节点与PSR模块（18）的输入端相连接，PSR模块（18）的输出端与比较器（11）的输入端相连接。
5.根据权利要求1所述的一种防止直流电压偏移引起保护误动的分析装置，其特征在于：所述第一等效并联电阻（14）的外端连接有第二等效并联电阻（15）。
6.根据权利要求2所述的一种防止直流电压偏移引起保护误动的分析装置，其特征在于：所述估测模块（26）的输出端与转换器（3）的输入端相连接。
7.根据权利要求1-6任一所述装置的一种防止直流电压偏移引起保护误动的分析方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤A、获取检测数据，根据预设的时间窗口对所述检测数据进行截取，得到不同时间段的检测数据；
步骤B、对不同时间段的检测数据分别进行初步响应估测，根据估测结果提取包含不同状态下的典型直流电压偏移参数的各个时间段的检测数据，并对各个时间段的检测数据去卷积操作，得到训练样本和检测样本，并对训练样本进行标记；
步骤C、建立采用经典的SVM算法的分类器，随机从标记后的训练样本中抽取多组数据导入到所述分类器中，使所述分类器进行机器学习，形成训练分类模型，其中，所述分类模型能够对所述检测样本按照设定标准进行准确分类；
步骤D、利用所述检测样本对所述分类模型进行测试，得到交叉验证精度，通过不断调整所述分类模型的各设定参数来达到最佳的交叉验证精度；
步骤E、根据测试完成的分类模型获取现场检测数据并进行检测，获取直流偏移异常的分类数据；
步骤F、根据所述分类数据对需要进行精确估测的初步估测的响应抽头中计算出直流补偿后的响应数值，滤除该直流补偿后的噪声后计算出对应的直流偏移估测。
8.根据权利要求7所述的一种防止直流电压偏移引起保护误动的分析方法，其特征在于：在步骤B中，初步响应估测采用以下算法：
对接收的训练序列执行 FFT ：/>，
对基本训练序列执行 FFT ：/>，
执行点切分 ：，
执行IFFT ：；
其中，为接收的训练序列，/>为基本训练序列，/>为初步信道脉冲响应估测向量，为M中的第i个分量，M为基本训练序列/>的频域变换向量，/>为初步信道脉冲响应估测向量的频域变换向量，/>为初步信道脉冲响应估测向量的频域变换向量中的第 i个分量，/>为Z中的第i个分量，Z为接收的训练序列/>的频域变换向量。
9.根据权利要求7所述的一种防止直流电压偏移引起保护误动的分析方法，其特征在于：在步骤C中，所述随机从标记后的训练样本中抽取多组数据导入到所述分类器中，使所述分类器进行机器学习包括：
假设有N个训练样本，将N个训练样本导入到所述分类器中，使所述分类器进行机器学习，其中，机器学习的表达式为：
，
式中，w为系数向量，x为n维向量，b为偏置量，T为转置符号；
当结果小于0时，分类器输出-1，当/>结果大于0的时，分类器输出+1，就是分类超平面。
10.根据权利要求7所述的一种防止直流电压偏移引起保护误动的分析方法，其特征在于：在步骤F中，计算直流偏移估测的表达式为：
，
式中，为第 k +1次迭代的直流偏移估测，/>为第 k 次迭代计算的最终的响应估测标量形式，/>为训练样本序列的 128 个值求和， />为检测样本序列的 128 个值求和。/>
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