发明内容
基于此,有必要针对上述技术问题,提供一种能够提高零序导纳保护的灵敏度的零序导纳保护纳米继电器。
本申请提供了一种零序导纳保护纳米继电器,所述零序导纳保护纳米继电器包括:
数据采集模块,数据采集模块用于采集零序电压和零序电流;
数据处理模块,数据处理模块连接数据采集模块;数据处理模块用于处理零序电压和零序电流,得到零序导纳;
第一逻辑比较模块,第一逻辑比较模块连接数据处理模块;第一逻辑比较模块将零序导纳与零序导纳保护纳米继电器的动作特性进行比较,在零序导纳位于动作区时输出第一开关量信号;第一开关量信号用于零序导纳保护纳米继电器的动作保护。
在其中一个实施例中,零序导纳保护纳米继电器还包括:
第二逻辑比较模块,第二逻辑比较模块连接数据采集模块;第二逻辑比较模块根据零序电压、零序电流以及相应的整定阈值,输出第二开关量信号;
信号采样模块,信号采样模块分别连接第二逻辑比较模块和数据处理模块;信号采样模块基于第二开关量信号,对零序电压和零序电流分别进行采样后输出;
数据处理模块处理采样后的零序电压和采样后的零序电流,得到零序导纳。
在其中一个实施例中,数据采集模块包括:
零序电压互感器,零序电压互感器连接数据处理模块;零序电压互感器用于采集零序电压;
零序电流互感器,零序电流互感器连接数据处理模块;零序电流互感器用于采集零序电流。
在其中一个实施例中,数据采集模块包括:
三相电压互感器,用于获取三相电压;
三相电流互感器,用于获取三相电流;
加法器,加法器分别连接三相电压互感器、三相电流互感器以及数据处理模块;加法器用于处理三相电压,得到零序电压;加法器还用于处理三相电流,得到零序电流。
在其中一个实施例中,第一逻辑比较模块在零序导纳中的零序电导大于整定电导的情况下,输出第一开关量信号;第一逻辑比较模块还在零序导纳中的零序电纳大于整定电纳的情况下,输出第一开关量信号。
在其中一个实施例中,第二逻辑比较模块包括:
零序电压数值比较器,零序电压数值比较器分别连接数据采集模块和信号采样模块;零序电压数值比较器在零序电压大于零序电压的整定阈值的情况下,输出第二开关量信号;
零序电流数值比较器,零序电流数值比较器分别连接数据采集模块和信号采样模块;零序电流数值比较器在零序电流大于零序电流的整定阈值的情况下,输出第二开关量信号。
在其中一个实施例中,数据处理模块包括:
快速傅里叶变换处理单元,快速傅里叶变换处理单元连接信号采样模块;快速傅里叶变换处理单元处理采样后的零序电压,得到零序电压的稳态分量;快速傅里叶变换处理单元还处理采样后的零序电流,得到零序电流的稳态分量;
零序导纳运算单元,零序导纳运算单元分别连接快速傅里叶变换处理单元和第一逻辑比较模块;零序导纳运算单元处理零序电压的稳态分量和零序电流的稳态分量,得到零序导纳。
在其中一个实施例中,数据采集模块还包括:
模数转换单元,模数转换单元分别连接零序电压互感器、零序电流互感器以及数据处理模块;模数转换单元用于将零序电压和零序电流进行模数转换后输出。
在其中一个实施例中,数据采集模块还包括:
模数转换单元,模数转换单元连接加法器以及数据处理模块;模数转换单元用于将零序电压和零序电流进行模数转换后输出。
在其中一个实施例中,零序导纳保护纳米继电器还包括:
时间管理模块,时间管理模块连接第一逻辑比较模块;时间管理模块用于对第一开关量信号进行延时。
本申请零序导纳保护纳米继电器通过数据采集模块采集零序电压和零序电流;数据处理模块连接数据采集模块,数据处理模块用于处理零序电压和零序电流,得到零序导纳;第一逻辑比较模块连接数据处理模块,第一逻辑比较模块将零序导纳与零序导纳保护纳米继电器的动作特性进行比较,在零序导纳位于动作区时输出用于零序导纳保护纳米继电器的动作保护的第一开关量信号。本申请采用纳米继电器可以降低保护的相应时间,零序导纳保护纳米继电器相比于微机距离保护能够提高保护的灵敏度。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
需要说明的是,目前大部分中低压配电网采用的都是小电流接地系统,包括中性点不接地系统、经消弧线圈接地系统和高阻接地系统。小电流接地系统钟单相接地故障为主要故障,约占总故障的80%。小电流接地系统中性点在发生接地故障时,会产生零序电流与零序电压。目前提出的多种基于故障稳态分量和故障暂态分量的检测方法,由于电网系统复杂多变、暂态信号弱等情况,其可靠性有待检验。基于零序导纳的接地故障检测方法通过计算接地故障零序导纳从而判断系统接地故障,该方法在接地电阻差异较大、有无消弧线圈或消弧线圈补偿度不同的情况下,具有较高的灵敏度和可靠性。
零序导纳保护同距离保护一样,都是通过计算阻抗对线路进行保护。早期距离保护装置采用电磁式阻抗继电器,该装置体积大,功耗大,反应慢,且输入电流不能太小,否则无法保护动作。随着计算机的发展,距离保护装置发展为微机保护装置,包括CPU(CentralProcessing Unit,中央处理器)、模数转化单元、存储器、计时器等。但微机距离保护响应时间通常为毫秒级,存在一定局限性。同时现有方法对于零序导纳的计算与距离保护计算阻抗相似,需要时刻进行阻抗的计算。而电力系统在绝大多数时间处于安全运行状态,零序电流和零序电压通常很小或者不存在,此时零序导纳的计算不仅存在较大误差,且造成计算资源的浪费。
在一个实施例中,如图1所示,提供了一种零序导纳保护纳米继电器,所述零序导纳保护纳米继电器包括:
数据采集模块110,数据采集模块110用于采集零序电压和零序电流;
数据处理模块120,数据处理模块120连接数据采集模块110;数据处理模块120用于处理零序电压和零序电流,得到零序导纳;
第一逻辑比较模块130,第一逻辑比较模块130连接数据处理模块120;第一逻辑比较模块130将零序导纳与零序导纳保护纳米继电器的动作特性进行比较,在零序导纳位于动作区时输出第一开关量信号;第一开关量信号用于零序导纳保护纳米继电器的动作保护。
需要说明的是,纳米继电器其实质是将微机继电保护内部程序进行硬件化的逻辑组合电路模块,再配合主控芯片其他模块以及外围接口线路即可将继电保护装置进行芯片化定制,进一步减少了继电保护装置体积,使用更加方便、保护可靠性更高。
具体而言,数据采集模块110可以对零序电压和零序电流分别进行采集,并将零序电压和零序电流传输到数据处理模块120;数据处理模块120对得到的零序电压和零序电流进行处理,得到零序导纳并传输到第一逻辑比较模块130;第一逻辑比较模块130将零序导纳与零序导纳保护纳米继电器的动作特性进行比较,零序导纳保护纳米继电器的动作特性可以包括零序导纳保护动作特性图,进而第一逻辑比较模块130可以在零序导纳位于动作区时产生用于动作保护的第一开关量信号并输出。
在一些示例中,数据采集模块110可以包括数据采集、模数转化以及报文组织和报文发送功能。
本申请零序导纳保护纳米继电器通过数据采集模块采集零序电压和零序电流;数据处理模块连接数据采集模块,数据处理模块用于处理零序电压和零序电流,得到零序导纳;第一逻辑比较模块连接数据处理模块,第一逻辑比较模块将零序导纳与零序导纳保护纳米继电器的动作特性进行比较,在零序导纳位于动作区时输出用于零序导纳保护纳米继电器的动作保护的第一开关量信号。本申请采用纳米继电器可以降低保护的相应时间,零序导纳保护纳米继电器相比于微机距离保护能够提高保护的灵敏度。
在其中一个实施例中,如图2所示,零序导纳保护纳米继电器还包括:
第二逻辑比较模块210,第二逻辑比较模块210连接数据采集模块110;第二逻辑比较模块210根据零序电压、零序电流以及相应的整定阈值,输出第二开关量信号;
信号采样模块220,信号采样模块220分别连接第二逻辑比较模块210和数据处理模块120;信号采样模块220基于第二开关量信号,对零序电压和零序电流分别进行采样后输出;
数据处理模块120处理采样后的零序电压和采样后的零序电流,得到零序导纳。
具体而言,数据采集模块110可以对零序电压和零序电流分别进行采集,并将零序电压和零序电流传输到第二逻辑比较模块210;第二逻辑比较模块210根据零序电压、零序电流以及相应的整定阈值,输出第二开关量信号,例如,若第二逻辑比较模块210判断零序电压大于相应的电压整定阈值,则第二逻辑比较模块210输出第二开关量信号至信号采样模块220;或者,若第二逻辑比较模块210判断零序电流大于相应的电流整定阈值,则第二逻辑比较模块210输出第二开关量信号至信号采样模块220;信号采样模块220基于第二开关量信号,可以对零序电压和零序电流分别进行采样后输出,例如,信号采样模块220可以在接收到第二开关量信号的情况下对零序电压和零序电流分别进行采样后输出至数据处理模块120;数据处理模块120可以处理采样后的零序电压和采样后的零序电流,得到零序导纳;第一逻辑比较模块130可以将零序导纳与零序导纳保护纳米继电器的动作特性进行比较,以在零序导纳位于动作区时产生用于动作保护的第一开关量信号并输出。通过在零序导纳保护前添加第二逻辑比较模块,可以实现适当阈值的零序电压电流保护,当系统安全运行时,零序电压电流很小或者不存在,纳米继电器中第二逻辑比较模块后续的模块(例如,信号采用模块、数据处理模块以及第一逻辑比较模块)处于休眠状态。当系统发生震荡或者接地故障时,零序电压电流超过阈值,纳米继电器中第二逻辑比较模块后续的模块处于运行状态,通过获取零序导纳从而判断本线路是否发生接地故障。通过上述方式不仅能够快速准确反应电网接地故障,还能减少纳米继电器的功耗。
在一些示例中,当第二逻辑比较模块210发出用于信号采样的第二开关量信号后,信号采样模块220基于第二开关量信号,对零序电压和零序电流信号进行采样。若信号频率为T,采样频率为Ts,则一个信号周期内采集的数据点数N=Ts/T,且点数N为2的幂次方。
在其中一个实施例中,如图3所示,数据采集模块110包括:
零序电压互感器310,零序电压互感器310连接数据处理模块120;零序电压互感器310用于采集零序电压;
零序电流互感器320,零序电流互感器320连接数据处理模块120;零序电流互感器320用于采集零序电流。
具体而言,零序电压互感器310可以采集零序电压,并将零序电压传输至数据处理模块120;零序电流互感器320可以采集零序电流,并将零序电流传输至数据处理模块120。
在其中一个实施例中,如图4所示,数据采集模块110包括:
三相电压互感器410,用于获取三相电压;
三相电流互感器420,用于获取三相电流;
加法器430,加法器430分别连接三相电压互感器410、三相电流互感器420以及数据处理模块120;加法器430用于处理三相电压,得到零序电压;加法器430还用于处理三相电流,得到零序电流。
具体而言,三相电压互感器410可以采集三相电压,并将三相电压传输至加法器430;三相电流互感器420可以采集三相电流,并将三相电流传输至加法器430;进而加法器430可以处理三相电压,得到零序电压;加法器430还可以处理三相电流,得到零序电流;加法器430还可以将得到的零序电压和零序电流传输至数据处理模块120。
在一些示例中,加法器430可以基于如下公式对三相电流、三相电压分别进行处理,得到零序电流、零序电压:
式中,u 0、i 0为零序电压和零序电流,u A 、u B 、u C 为三相电压,i A 、i B 、i C 为三相电流。
在其中一个实施例中,第一逻辑比较模块130在零序导纳中的零序电导大于整定电导的情况下,输出第一开关量信号;第一逻辑比较模块130还在零序导纳中的零序电纳大于整定电纳的情况下,输出第一开关量信号。
具体而言,第一逻辑比较模块130可以将零序导纳与零序导纳保护纳米继电器的动作特性进行比较,以在零序导纳位于动作区时产生用于动作保护的第一开关量信号并输出。其中,零序导纳保护纳米继电器的动作特性可以包括整定电导和整定电纳,第一逻辑比较模块130得到的零序导纳包括零序电导和零序电纳,进而第一逻辑比较模块130可以在零序电导大于整定电导的情况下,或零序电纳大于整定电纳的情况下,输出第一开关量信号。
在其中一个实施例中,如图5所示,第二逻辑比较模块210包括:
零序电压数值比较器510,零序电压数值比较器510分别连接数据采集模块110和信号采样模块220;零序电压数值比较器510在零序电压大于零序电压的整定阈值的情况下,输出第二开关量信号;
零序电流数值比较器520,零序电流数值比较器520分别连接数据采集模块110和信号采样模块220;零序电流数值比较器520在零序电流大于零序电流的整定阈值的情况下,输出第二开关量信号。
具体而言,零序电压数值比较器510可以将数据采集模块110传输的零序电压与零序电压的整定阈值进行比较,零序电压数值比较器510在零序电压大于零序电压的整定阈值的情况下,可以输出第二开关量信号;零序电流数值比较器520可以将数据采集模块110传输的零序电流与零序电流的整定阈值进行比较,零序电流数值比较器520在零序电流大于零序电流的整定阈值的情况下,可以输出第二开关量信号。零序电压的整定阈值以及零序电流的整定阈值可以为基于经验预设的阈值,分别存储在零序电压数值比较器510以及零序电流数值比较器520中。
在其中一个实施例中,如图6所示,数据处理模块120包括:
快速傅里叶变换处理单元610,快速傅里叶变换处理单元610连接信号采样模块220;快速傅里叶变换处理单元610处理采样后的零序电压,得到零序电压的稳态分量;快速傅里叶变换处理单元610还处理采样后的零序电流,得到零序电流的稳态分量;
零序导纳运算单元620,零序导纳运算单元620分别连接快速傅里叶变换处理单元610和第一逻辑比较模块130;零序导纳运算单元620处理零序电压的稳态分量和零序电流的稳态分量,得到零序导纳。
具体而言,快速傅里叶变换处理单元610可以将信号采样模块220输出的采样后的零序电压进行处理,得到零序电压的稳态分量,并传输至零序导纳运算单元620;快速傅里叶变换处理单元610还可以将信号采样模块220输出的采样后的零序电流进行处理,得到零序电流的稳态分量,并传输至零序导纳运算单元620。零序导纳运算单元620可以对得到的零序电压的稳态分量和零序电流的稳态分量进行处理,得到零序导纳,并输出至第一逻辑比较模块130。
在一些示例中,以零序电压为例,在一个信号周期内采集的N个数据点数可以为u(i),i=0,……,N-1。根据FFT(Fast Fourier Transform,快速傅里叶变换)算法,零序电压的实部U Rj 和虚部U Ij 可以为:
零序电压的基波幅值U 0和相位θ u0可以为:
同理,可以得到零序电流基波幅值I 0和相位θ i0。根据零序电压和零序电流,可以采用如下公式得到零序导纳的幅值Y 0和相位θ Y0:
可以采用如下公式得到零序电导G 0和零序电纳B 0:
在其中一个实施例中,如图7所示,数据采集模块110还包括:
模数转换单元710,模数转换单元710分别连接零序电压互感器310、零序电流互感器320以及数据处理模块120;模数转换单元710用于将零序电压和零序电流进行模数转换后输出。
具体而言,模数转换单元710可以将零序电压互感器310输出的零序电压进行模数转换后输出至数据处理模块120;模数转换单元710还可以将零序电流互感器320输出的零序电流进行模数转换后输出至数据处理模块120。
在其中一个实施例中,如图8所示,数据采集模块110还包括:
模数转换单元710,模数转换单元710连接加法器430以及数据处理模块120;模数转换单元710用于将零序电压和零序电流进行模数转换后输出。
具体而言,模数转换单元710可以将加法器430传输的零序电压和零序电流进行模数转换后输出至数据处理模块120。
在其中一个实施例中,如图9所示,零序导纳保护纳米继电器还包括:
时间管理模块910,时间管理模块910连接第一逻辑比较模块130;时间管理模块910用于对第一开关量信号进行延时。
具体而言,时间管理模块910可以将第一逻辑比较模块130输出的第一开关量信号进行延时,以进行相应的保护动作。
在一些示例中,时间管理模块910可以包括若干个延时子模块,各延时子模块可以根据第一开关量信号进行相应的延时,以进行相应线路的保护动作。
在一些示例中,如图10所示,为零序导纳保护动作特性图,第一逻辑比较模块130比较零序导纳与零序导纳保护纳米继电器的动作特性进行比较,并在零序导纳位于动作区时产生动作保护的第一开关量信号。其中,零序导纳保护纳米继电器的动作特性为基于整定得到。当零序电导G 0大于整定电导G set ,或零序电纳B 0大于整定电纳B set 时,第一逻辑比较模块130产生动作保护的第一开关量信号。
应该理解的是,虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示,但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明,这些步骤的执行并没有严格的顺序限制,这些步骤可以以其它的顺序执行。而且,如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段,这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成,而是可以在不同的时刻执行,这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行,而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中,提供了一种数据处理模块120,该数据处理模块120可以是终端,其内部结构图可以如图11所示。该数据处理模块120包括处理器、存储器、输入/输出接口、通信接口和输入装置。其中,处理器、存储器和输入/输出接口通过系统总线连接,通信接口和输入装置通过输入/输出接口连接到系统总线。其中,该数据处理模块120的处理器用于提供计算和控制能力。该数据处理模块120的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该数据处理模块120的输入/输出接口用于处理器与外部设备之间交换信息。该数据处理模块120的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信,无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现上述零序保护。
本领域技术人员可以理解,图11中示出的结构,仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图,并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定,具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者具有不同的部件布置。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该计算机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory,ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory,MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory,FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory,PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限,RAM可以是多种形式,比如静态随机存取存储器(Static Random AccessMemory,SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory,DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等,不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等,不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请的保护范围应以所附权利要求为准。