CN116400285A - 一种电力互感器初始误差计量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力互感器初始误差计量方法，包括以下步骤：采集同一变电站内M组互感器的初始标准数据，并基于所述初始标准数据，计算互感器不同组同相初始标准数据之间的第一比例值；采集同一变电站内M组互感器的在运监测数据，并基于所述在运监测数据和所述第一比例值，计算互感器不同组同相在运监测数据的第二比例值；根据所述第二比例值构建互感器不同组同相初始误差的方程组，并对该方程组进行求解，得到同一变电站内M组互感器的初始误差。本发明解决了如何准确且快速的对电力互感器进行初始误差的计量并输出结果的问题。

Description

一种电力互感器初始误差计量方法

技术领域

本发明涉及互感器技术领域，尤其涉及一种电力互感器初始误差计量方法。

背景技术

随着超(特)高压输电线路的建设和电力系统数字化的发展，电磁式电压互感器在原理和结构已难以满足电力系统的测量、保护需求，电容式电压互感器(CapacitiveVoltage Transformer，以下简称CVT)应运而生。CVT具有结构简单、耐受电压等级高、绝缘裕度大、无磁饱和与铁磁谐振、运行维护简单、经济性良好、易实现带电监测等诸多优势。经过多年的研究和改进，CVT现已成为电力系统中采集电气数据的关键设备之一，被广泛应用于110kV及以上电压等级的高压电力系统中。但是，CVT也有其自身的缺点。CVT主要由电容分压器、中压变压器以及补偿电抗器三部分组成，这种功能模块较多的构成特点，导致其误差特性易受温度、频率、周围电场等外界环境因素的影响；此外，CVT的电容分压器的电容芯子击穿、绝缘油老化等问题，也会导致分压比变化，影响测量数据的准确性，严重时，甚至会影响继电保护的准确动作，威胁电力系统的安全稳定运行。因此，监测CVT的运行状态并及时维护，以保证其运行状态符合相关规程，就变得十分重要。

现行的电力互感器计量检定规程JJG1021-2007《电力互感器》规定，CVT的检定周期不得超过4年。目前，常采用的做法是对CVT进行离线的周期性检定。然而，实际实施中发现，很多在线运行的CVT根本无法停电，否则将极大影响生产及生活供电；而且检测周期固定，还导致“欠修”与“过修”问题并存，无法及时掌握CVT的实际运行状态；此外，CVT的误差特性易受所处环境因素干扰，而根据检定规程在离线环境下检定CVT的误差，因CVT所处环境与其实际运行环境不同，必然导致离线检定数据与实际运行下的存在偏差，即离线误差数据并不能完全反映CVT实际运行中的误差特性。针对离线周期检定存在的问题，国内外学者就如何开展CVT在线实时监测进行了研究，主要有：基于物理模型分析的方法、基于信号处理的方法、基于数据驱动的方法，以及基于数据-知识融合的方法及相应算法等。然而，这些方法及相应算法均假设在监测过程的初始阶段，被监测的CVT是没有误差的，如此，利用监测数据的变化等，便可实现对CVT运行状态的判断。但是，如果CVT存在初始误差，则就可能导致上述监测方法及相应算法出现误判。例如，当CVT存在正向的初始误差，且该误差在t0时刻消失，那么，上述监测方法及相应算法可能会判断CVT在t0时刻出现反向超差，从而就出现误判。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种电力互感器初始误差计量方法，旨在解决如何准确且快速的对电力互感器进行初始误差的计量并输出结果的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种电力互感器初始误差计量方法，包括以下步骤：

S1、采集同一变电站内M组互感器的初始标准数据，并基于所述初始标准数据，计算互感器不同组同相初始标准数据之间的第一比例值；

S2、采集同一变电站内M组互感器的在运监测数据，并基于所述在运监测数据和所述第一比例值，计算互感器不同组同相在运监测数据的第二比例值；

S3、根据所述第二比例值构建互感器不同组同相初始误差的方程组，并对该方程组进行求解，得到同一变电站内M组互感器的初始误差。

优选方案之一，所述步骤S1中采集同一变电站内M组互感器的初始标准数据之后，还包括：

将所述初始标准数据按相划分，同相划分为一个计量单元，所述第一计量单元记为：

X＝{X₁、X₂、…X_M}

其中，X为第一计量单元，X_M为第M个互感器初始标准数据中的同相数据集，M为互感器的组数。

优选方案之一，所述步骤S1中计算互感器不同组同相初始标准数据之间的第一比例值，具体为：

选定任一互感器的任一通道为基准，计算互感器不同组同相初始标准数据之间的第一比例值，所述第一比例值有M-1个参数，所述第一比例值为：

其中，kX_M1为第1组与第M组互感器的第一比例值，mean()为均值计算函数。

优选方案之一，所述步骤S2中采集同一变电站内M组互感器的在运监测数据之后，还包括：

将所述在运监测数据按相划分，同相划分为一个计量单元，所述第二计量单元记为：

X'＝{X₁'、X₂'、…X_M'}

其中，X'为第二计量单元，X_M'为第M个互感器在运监测数据中的同相数据集，M为互感器的组数。

优选方案之一，所述步骤S2中基于所述在运监测数据和所述第一比例值，计算互感器不同组同相在运监测数据的第二比例值，具体为：

选定任一互感器的任一通道为基准，计算互感器不同组同相在运监测数据的第二比例值，所述第二比例值有M个参数，所述第二比例值为：

其中，X”_M为第M组互感器的第二比例值。

优选方案之一，所述步骤S3，具体为：

S31、根据第二比例值构建各通道的监测模型；

S32、将所述监测模型进行数学推导，得到方程组；

S33、在第二计量单元内，选定各通道初始误差最小的通道为参考通道，并将其初始误差赋零；

S34、根据步骤S32和S33进行方程组求解，得到同一变电站内M组互感器的初始误差。

优选方案之一，所述步骤S31根据第二比例值构建各通道的监测模型，具体为：

选定任一互感器的任一通道为基准，根据所述第二比例值构建各通道的监测模型，所述监测模型为：

其中，Y_M为第M组互感器同一计量单元内任一通道的初始误差，L为基准通道数据。

优选方案之一，将所述监测模型进行数学推导得到：

1/(1+Y₂)泰勒级数展开后约等于1-Y₂；

因此，

其中，Y₁Y₂为二阶小量，整理即可得到方程组，所述方程组为：

优选方案之一，所述步骤S33在第二计量单元内，选定各通道初始误差最小的通道为参考通道，并将其初始误差赋零，具体为：

min(|Y₁|,|Y₂|,…|Y_M|)＝0

其中，min()为最小值函数。

优选方案之一，所述初始标准数据为安装验收或检定合格的测量数据。

本发明的上述技术方案中，该电力互感器初始误差计量方法包括以下步骤：采集同一变电站内M组互感器的初始标准数据，并基于所述初始标准数据，计算互感器不同组同相初始标准数据之间的第一比例值；采集同一变电站内M组互感器的在运监测数据，并基于所述在运监测数据和所述第一比例值，计算互感器不同组同相在运监测数据的第二比例值；根据所述第二比例值构建互感器不同组同相初始误差的方程组，并对该方程组进行求解，得到同一变电站内M组互感器的初始误差。本发明解决了如何准确且快速的对电力互感器进行初始误差的计量并输出结果的问题。

在本发明中，通过采集为超差的测量数据，也即初始标准数据，构造不同组的同相初始标准数据之间的比例关系，也即第一比例值，通过所述比例关系可消除后续在运监测数据中因变压器、线路参数等因素导致的不同组监测数据之间的差异，从而得以构造以互感器初始误差为单一未知数的方程组。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种电力互感器初始误差计量方法的第一示意图；

图2为本发明实施例一种电力互感器初始误差计量方法的第二示意图；

图3为本发明实施例误差评估测试环境下变电站的电路拓扑结构图；

图4为本发明实施例的4组电容式电压互感器未超差时有监测设备采集的A相信号示意图；

图5为本发明实施例的4组电容式电压互感器有初始误差时由监测设备采集的A相信号的示意图；

图6为本发明实施例的4组电容式电压互感器A相的初始误差设定值示意图；

图7为本发明实施例的4组电容式电压互感器A相的初始误差设定值与估计值的对比图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施方式中所有方向性指示(诸如上、下……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参见图1，根据本发明的一方面，本发明提供一种电力互感器初始误差计量方法，其中，所述电力互感器初始误差计量方法包括以下步骤：

S1、采集同一变电站内M组互感器的初始标准数据，并基于所述初始标准数据，计算互感器不同组同相初始标准数据之间的第一比例值；

S2、采集同一变电站内M组互感器的在运监测数据，并基于所述在运监测数据和所述第一比例值，计算互感器不同组同相在运监测数据的第二比例值；

S3、根据所述第二比例值构建互感器不同组同相初始误差的方程组，并对该方程组进行求解，得到同一变电站内M组互感器的初始误差。

具体地，在本实施例中，所述互感器包括A相、B相和C相三相数据，所述互感器位电容式电压互感器，本发明不进行具体限定，具体可根据需要进行设定；所述M为采集的互感器的组数，M≥2。

具体地，在本实施例中，所述步骤S1中采集同一变电站内M组互感器的初始标准数据之后，还包括：

将所述初始标准数据按相划分，同相划分为一个计量单元，所述第一计量单元记为：

X＝{X₁、X₂、…X_M}

其中，X为第一计量单元，X_M为第M个互感器初始标准数据中的同相数据集，M为互感器的组数；

具体地，在本实施例中，所述步骤S1中计算互感器不同组同相初始标准数据之间的第一比例值，具体为：

选定任一互感器的任一通道为基准，计算互感器不同组同相初始标准数据之间的第一比例值，所述第一比例值有M-1个参数，所述第一比例值为：

其中，kX_M1为第1组与第M组互感器的第一比例值，mean()为均值计算函数。

具体地，在本实施例中，所述步骤S2中采集同一变电站内M组互感器的在运监测数据之后，还包括：

将所述在运监测数据按相划分，同相划分为一个计量单元，所述第二计量单元记为：

X'＝{X₁'、X₂'、…X_M'}

其中，X'为第二计量单元，X_M'为第M个互感器在运监测数据中的同相数据集，M为互感器的组数。

具体地，在本实施例中，所述步骤S2中基于所述在运监测数据和所述第一比例值，计算互感器不同组同相在运监测数据的第二比例值，具体为：

选定任一互感器的任一通道为基准，计算互感器不同组同相在运监测数据的第二比例值，所述第二比例值有M个参数，所述第二比例值为：

其中，X″_M为第M组互感器的第二比例值。

具体地，在本实施例中，所述步骤S3，具体为：

S31、根据第二比例值构建各通道的监测模型；

S32、将所述监测模型进行数学推导，得到方程组；

S33、在第二计量单元内，选定各通道初始误差最小的通道为参考通道，并将其初始误差赋零；

S34、根据步骤S32和S33进行方程组求解，得到同一变电站内M组互感器的初始误差。

具体地，在本实施例中，所述步骤S31根据第二比例值构建各通道的监测模型，具体为：

选定任一互感器的任一通道为基准，根据所述第二比例值构建各通道的监测模型，所述监测模型为：

其中，Y_M为第M组互感器同一计量单元内任一通道的初始误差，L为基准通道数据。

具体地，在本实施例中，所述方程组为：

具体地，在本实施例中，所述步骤S33在第二计量单元内，选定各通道初始误差最小的通道为参考通道，并将其初始误差赋零，具体为：

min(|Y₁|,|Y₂|,…|Y_M|)＝0

其中，min()为最小值函数。

具体地，在本实施例中，方程求解的准确性，依赖于对参考通道的选取，包括，针对每一采样时刻，记为MX＝mean(X″₁,X″₂,…,X″_M)，其中，MX表示每一采样时刻的第二比例值的均值，mean()为均值函数，并构造数组Q，所述数组Q为：

Q＝[X″₁-MX,X″₂-MX,…,X″_M-MX]

其中，Q为误差值；

若第1个通道的误差最小，则赋|Y₁|＝0，得到一组初始误差的估计值

同理，分别赋|Y₂|...|Y₄|任意一个为0，则可分别得到Z₂,...,Z_M，利用Z₁,Z₂,…,Z_M分别构造向量D＝[sum(Z₁-Q),sum(Z₂-Q),…,sum(Z_M-Q)]，sum()为对括号中的取均值，当D中有1个数小于0或2个数相遇0，且D的方差小于或等于阈值时，则选择D中最靠近0的正数所在的通道为参考通道时求得的初始误差的估计值Z，否则，选择D中最靠近0的负数所在的通道为参考通道时求得的Z，作为这一采样时刻初始误差的估计值，记为

若设有N个采样时刻，则将N个采样时刻所得到的结果取均值，即可得到标准的初始误差Y₁、Y₂、...、Y_M。

具体地，在本实施例中，参见图2-图7，以采集同一变电站内的4组互感器的初始标准数据和在运监测数据为例进行说明，本发明不进行具体限定，所述互感器的组数高于或等于两组均适用于本发明；所述初始标准数据为安装验收或检定合格的测量数据，以采集50个采样点的测量数据，也即有50个采样时刻为例，将4组三相电容式电压互感器总共12个通道的所述初始标准数据，按相划分为一个计量单元，也即4组A相或B相或C相初始标准数据划分为一个计量单元，共三个第一计量单元，本发明以A相初始标准数据为例进行说明，B相或C相同理，所述第一计量单元为：X＝{X₁、X₂、X₃、X₄}，其中，X_i∈R^50*1(i＝1,2,3,4)。

具体地，在本实施例中，在所述第一计量单元内利用4个通道的初始标准数据获取第一比例值，选定所述第一计量单元内任一互感器任一通道为基准，计算互感器在不同组同相初始标准数据之间的第一比例值，所述第一比例值有3个参数，所述第一比例值为：

kX₂₁＝mean(X₂/X₁)

kX₃₁＝mean(X₂/X₁)

kX₄₁＝mean(X₄/X₁)

其中，mean()为均值函数，如此，在每个计量单元内的原始测量数据便可得到3个参数kX₂₁,kX₃₁,kX₄₁。

具体地，在本实施例中，采集同一变电站内4组互感器的在运监测数据，共12个通道的在运监测数据，将所述在运监测数据按相划分，同相划分为一个计量单元，所述第二计量单元记为：X'＝{X₁'、X₂'、X₃'、X₄'}，其中，X_i'∈R^N*1(i＝1,2,3,4)，N表示采样点数。

具体地，在本实施例中，在所述第二计量单元内利用4个通道的在运监测数据获取第二比例值，选定任一互感器的任一通道为基准，计算互感器不同组同相在运监测数据的第二比例值，所述第二比例值有4个参数，所述第二比例值为：

X″₁＝X′₁

X″₂＝X′₂/kX₂₁

X″₃＝X′₃/kX₃₁

X″₄＝X′₄/kX₄₁

其中，通过将在运监测数据分别除以所述第一比例值，旨在消除不同组的同相监测数据之间因变压器、线路参数因素导致的差异，所述第一比例值为互感器本身存在的误差，所述互感器的误差包括互感器的初始误差和其本身存在的误差，通过消除互感器在运监测数据的本身误差的影响，从而消除不同组的同相监测数据之间因变压器、线路参数因素导致的差异。

具体地，在本实施例中，以各电容式电压互感器的初始误差为未知数，构建方程组，并求解该方程组，以实现对同一变电站内各电容式电压互感器初始误差的估计；选定任一互感器的任一通道为基准，根据所述第二比例值构建各通道的监测模型，所述监测模型为：

X″₁＝(1+Y₁)L

X″₂＝(1+Y₂)L

X″₃＝(1+Y₃)L

X″₄＝(1+Y₄)L

其中，以A相为例，则Y₁、Y₂、Y₃、Y₄分别为第一、二、三、四组互感器A相通道的初始误差，L为基准通道数据，L表示无误差条件下的第1通道的数据，该数据无需获取，仅用于解释若各组电容式电压互感器均无初始误差时，经过步骤S2处理后的不同组的同相数据是相等的。

具体地，在本实施例中，将所述监测模型进行数学推导，得到方程组，所述方程组为：

Y₁-Y₂＝X″₁/X″₂-1

Y₂-Y₃＝X″₂/X″₃-1

Y₃-Y₄＝X″₃/X″₄-1

具体地，在本实施例中，为形成完备的方程组还需构建第4个方程式，且与方程组无关，在第二计量单元内，选定4个通道的在运监测数据X″₁、X″₂、X″₃、X″₄中初始误差最小的通道为参考通道，将参考通道赋零，即：

min(|Y₁|,|Y₂|,|Y₃|,|Y₄|)＝0

其中，min()为最小值函数。

具体地，在本实施例中，方程求解的准确性，依赖于对参考通道的选取，包括，针对每一个采样时刻，记为MX＝mean(X″₁,X″₂,X″₃,X″₄)，其中，MX表示对第二比例值的均值，mean()为均值函数，并构造数组Q，所述数组Q为：

Q＝[X″₁-MX,X″₂-MX,X″₃-MX,X″₄-MX]

其中，Q为误差值；

若第1个通道的误差最小，则赋|Y₁|＝0，得到一组初始误差的估计值

同理，分别赋|Y₂|或|Y₃|或|Y₄|为0，则可分别得到Z₂,Z₃,Z₄，利用Z₁,Z₂,Z₃,Z₄分别构造向量D＝[sum(Z₁-Q),sum(Z₂-Q),sum(Z₃-Q),sum(Z₄-Q)]，sum()为对括号中的取均值，当D中有1个数小于0或2个数相遇0，且D的方差小于或等于阈值时，则选择D中最靠近0的正数所在的通道为参考通道时求得的初始误差的估计值Z，否则，选择D中最靠近0的负数所在的通道为参考通道时求得的Z，作为这一采样时刻初始误差的估计值，记为/>

最后将50个采样时刻所得到的结果进行平均，即可得到标准的初始误差Y₁、Y₂、Y₃、Y₄。

具体地，在本实施例中，采集同一变电站内的M组互感器的初始标准数据和在运监测数据，进行互感器初始误差的计量，所述互感器的组数大于或等于2，也即M≥2，其他未公开的与采集同一变电站内的4组互感器的初始标准数据和在运监测数据，进行互感器初始误差的计量相同，本发明不进行赘述。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种电力互感器初始误差计量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采集同一变电站内M组互感器的初始标准数据，并基于所述初始标准数据，计算互感器不同组同相初始标准数据之间的第一比例值；

S2、采集同一变电站内M组互感器的在运监测数据，并基于所述在运监测数据和所述第一比例值，计算互感器不同组同相在运监测数据的第二比例值；

S3、根据所述第二比例值构建互感器不同组同相初始误差的方程组，并对该方程组进行求解，得到同一变电站内M组互感器的初始误差。

2.根据权利要求1所述的一种电力互感器初始误差计量方法，其特征在于，所述步骤S1中采集同一变电站内M组互感器的初始标准数据之后，还包括：

将所述初始标准数据按相划分，同相划分为一个计量单元，所述第一计量单元记为：

X＝{X₁、X₂、…X_M}

其中，X为第一计量单元，X_M为第M个互感器初始标准数据中的同相数据集，M为互感器的组数。

3.根据权利要求2所述的一种电力互感器初始误差计量方法，其特征在于，所述步骤S1中计算互感器不同组同相初始标准数据之间的第一比例值，具体为：

选定任一互感器的任一通道为基准，计算互感器不同组同相初始标准数据之间的第一比例值，所述第一比例值有M-1个参数，所述第一比例值为：

其中，kX_M1为第1组与第M组互感器的第一比例值，mean()为均值计算函数。

4.根据权利要求3所述的一种电力互感器初始误差计量方法，其特征在于，所述步骤S2中采集同一变电站内M组互感器的在运监测数据之后，还包括：

将所述在运监测数据按相划分，同相划分为一个计量单元，所述第二计量单元记为：

X'＝{X₁'、X₂'、…X_M'}

其中，X'为第二计量单元，X_M'为第M个互感器在运监测数据中的同相数据集，M为互感器的组数。

5.根据权利要求4所述的一种电力互感器初始误差计量方法，其特征在于，所述步骤S2中基于所述在运监测数据和所述第一比例值，计算互感器不同组同相在运监测数据的第二比例值，具体为：

选定任一互感器的任一通道为基准，计算互感器不同组同相在运监测数据的第二比例值，所述第二比例值有M个参数，所述第二比例值为：

其中，X”_M为第M组互感器的第二比例值。

6.根据权利要求5所述的一种电力互感器初始误差计量方法，其特征在于，所述步骤S3，具体为：

S31、根据第二比例值构建各通道的监测模型；

S32、将所述监测模型进行数学推导，得到方程组；

S33、在第二计量单元内，选定各通道初始误差最小的通道为参考通道，并将其初始误差赋零；

S34、根据步骤S32和S33进行方程组求解，得到同一变电站内M组互感器的初始误差。

7.根据权利要求6所述的一种电力互感器初始误差计量方法，其特征在于，所述步骤S31根据第二比例值构建各通道的监测模型，具体为：

选定任一互感器的任一通道为基准，根据所述第二比例值构建各通道的监测模型，所述监测模型为：

其中，Y_M为第M组互感器同一计量单元内任一通道的初始误差，L为基准通道数据。

8.根据权利要求7所述的一种电力互感器初始误差计量方法，其特征在于，所述方程组为：

9.根据权利要求7所述的一种电力互感器初始误差计量方法，其特征在于，所述步骤S33在第二计量单元内，选定各通道初始误差最小的通道为参考通道，并将其初始误差赋零，具体为：

min(|Y₁|,|Y₂|,…|Y_M|)＝0

其中，min()为最小值函数。

10.根据权利要求1所述的一种电力互感器初始误差计量方法，其特征在于，所述初始标准数据为安装验收或检定合格的测量数据。

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