CN117493760B - 一种面向抗强电磁干扰的泄漏电流数据清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向抗强电磁干扰的泄漏电流数据清洗方法，属于电流数据处理领域，该方法通过对直流输电系统阀侧套管泄漏电流存在的交直流分量进行分析，利用正常运行情况与故障运行时交流谐波分量的变化，判断系统的运行状态，当系统处于异常状态时，进行异常泄漏电流数据清洗，以奇次谐波变化率与偶次谐波分量共同结合来判断系统是否恢复正常运行状态，并采用系统状态量来实时反应系统的运行状态；在直流输电系统发生故障时，本方法可以快速判断出故障情况并且将故障阶段的异常数据进行清洗，为实现换流变阀侧套管故障监测提供理论基础。

Description

一种面向抗强电磁干扰的泄漏电流数据清洗方法

技术领域

本发明属于电流数据处理领域，更具体地，涉及一种面向抗强电磁干扰的泄漏电流数据清洗方法。

背景技术

换流站是直流输电系统的中枢，其中换流变压器阀侧套管为阀侧绕组与换流阀提供了电气连接，起到绝缘和机械支撑作用。在正常运行过程中，阀侧套管将承受交流和直流的共同作用，还会受到各种谐波的影响，破坏绝缘情况，依据国家电网公司直流技术中心的统计资料，500kV电压等级的直流套管故障率高达21.8％。直流泄漏电流已经成为反映绝缘状态的重要指标，通过对泄漏电流的分析，能进一步获得介质损耗因数、污秽程度、局部放电等绝缘状态关键参量，要提高换流变压器以及直流输电系统安全稳定运行的可靠性，首先必须保证换流变压器阀侧套管泄漏电流测量结果准确、稳定、可靠。阀侧套管的泄漏电流同时包含直流和交流分量，其中交流分量幅值达到200mA，而绝缘劣化时直流泄漏分量仅为10微安。

专利《CN109870632A-可分离安培级交流与微安级直流的自校准型电流互感器》提供了一种测量微弱电流信号的非接触式传感器，测量的分辨率达到微安数量级，能够实现mA级交流微安直流混合信号的准确测量，但是当系统发生故障时，由于阀侧套管电压发生变化，从正常运行状态过渡到故障状态，进而导致泄漏电流发生较大突变，现有传感器无法评估突变来源于套管自身劣化还是系统故障。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种面向抗强电磁干扰的泄漏电流数据清洗方法，利用正常运行情况与故障运行时交流谐波分量的变化，能够快速判断出故障情况并且将故障阶段的异常数据进行清洗。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种面向抗强电磁干扰的泄漏电流数据清洗方法，包括：

S1，以步长h均匀划分直流输电系统中换流变压器阀侧套管的泄漏电流时序数据，提取第t个步长时间段内的直流泄漏电流分量I_dct与各个谐波分量I_Nt，以获取该时间段内的奇次谐波变化率Z_Nt及总偶次谐波分量I_mt，其中，N为谐波的次数；

S2，当第t-1个步长时间段内直流输电系统的状态标志位flag_t-1的值为1时，若Z_Nt≥Z₀或I_mt≥I₀，则令i_t＝i_t-1+1，flag_t＝0；若Z_Nt＜Z₀且I_mt＜I₀，则令i_t＝0，flag_t＝1；

当第t-1个步长时间段内直流输电系统的状态标志位flag_t-1的值为0时，若Z_Nt≥Z₀或I_mt≥I₀，则令i_t＝0，flag_t＝0；若Z_Nt＜Z₀且I_mt＜I₀，则令i_t＝i_t-1+1，flag_t＝0，直至i_t>m，更新flag_t＝1；

其中，Z₀、I₀分别为奇次谐波变化率阈值、总偶次谐波分量阈值，i_t为在第t步长时间段内直流输电系统的异常计数器取值，flag_t为第t个步长时间段内直流输电系统的状态标志位，t＝1,2,…,T，flag₁＝1；

S3，保留flag_t＝1对应的时间段的泄漏电流数据，剔除flag_t＝0对应的时间段的泄漏电流数据，完成数据清洗。

按照本发明的第二方面，提供了一种面向抗强电磁干扰的泄漏电流数据清洗方法系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；

所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；

所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行如第一方面所述的方法。

按照本发明的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行如第一方面所述的方法。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明通过比对直流输电系统不同运行状态下阀侧套管泄漏电流值，针对泄漏电流在正常与故障情况下的变化特征，提出异常泄漏电流数据清洗方法，实时将偶次谐波分量与阈值相比较来判断系统是否发生故障，以奇次谐波变化率与偶次谐波分量共同结合来判断系统是否恢复正常运行状态，并采用系统状态量来实时反应系统的运行状态；在直流输电系统发生故障时，本方法可以快速判断出故障情况并且将故障阶段的异常数据进行清洗，为实现换流变阀侧套管故障监测提供理论基础。

附图说明

图1为本发明实施例提供的面向抗强电磁干扰的泄漏电流数据清洗方法流程示意图；

图2中的(a)～(d)分别为本发明实施例提供的泄漏电流时序图、泄漏电流局部放大图、状态标志位示意图、数据清洗后的泄漏电流数据图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

针对发生故障时，阀侧套管泄漏电流突变会影响绝缘判据的情况，本发明实施例提供了一种面向抗强电磁干扰的泄漏电流数据清洗方法，如图1所示，包括：

S1，以步长h均匀划分直流输电系统中换流变压器阀侧套管的泄漏电流时序数据，提取第t个步长时间段内的直流泄漏电流分量I_dct与各个谐波分量I_Nt，以获取该时间段内的奇次谐波变化率Z_Nt及总偶次谐波分量I_mt；其中，N为谐波的次数。

具体地，获取换流站换流变压器阀侧套管时序泄漏电流数据，设置步长时间为h，获得第t个步长，即[(t-1)h,th]时间段内的直流泄漏电流分量I_dct与各个谐波分量I_Nt。其中，各个谐波分量包括偶次谐波分量与奇次谐波分量。

优选地，步骤S1中，通过微安级电流传感器获取直流输电系统中换流变压器阀侧套管的泄漏电流时序数据。

具体地，为了准确采集泄漏电流交流分量，在uA级高分辨率的宽频特性电磁式电流传感器上增设宽频交流传感结构，以确保正确采集交流电压数据；微安级电流传感器基于交流抑制结构的新型磁调制器，采用宽频交流结构设计，通过在交流抑制绕组上设计采样电阻和交流放大解调电路，交流测量部分在高频截止频率f_H＝2kHz，低频截止频率f_L＝25Hz，可以获得一次交流电流测量值，且不影响直流测量性能，在满足测量需求的同时保证泄漏电流测量的准确性。

S2，当第t-1个步长时间段内直流输电系统的状态标志位flag_t-1的值为1时，若Z_Nt≥Z₀或I_mt≥I₀，则令i_t＝i_t-1+1，flag_t＝0；若Z_Nt＜Z₀且I_mt＜I₀，则令i_t＝0，flag_t＝1；

当第t-1个步长时间段内直流输电系统的状态标志位flag_t-1的值为0时，若Z_Nt≥Z₀或I_mt≥I₀，则令i_t＝0，flag_t＝0；若Z_Nt＜Z₀且I_mt＜I₀，则令i_t＝i_t-1+1，flag_t＝0，直至i_t>m，更新flag_t＝1；

其中，Z_Nt、I_mt分别为第t个步长时间段内的奇次谐波变化率、总偶次谐波分量，Z₀、I₀分别为奇次谐波变化率阈值、总偶次谐波分量阈值，flag_t为第t个步长时间段内直流输电系统的状态标志位，t＝1,2,…,T(S1中泄漏电流时序数据的时间长度即为T·h)，flag₁＝1。

具体地，S2包括：

S21，利用S1中计算的第t个步长内的泄漏电流偶次谐波分量，将偶次谐波进行均方根计算，得到第t个步长内的总偶次谐波分量I_mt；利用S1中计算的第t个步长内的泄漏电流奇次谐波分量计算奇次谐波变化率Z_Nt；设定电流阈值I₀与奇次谐波变化率阈值Z₀。设定反应系统标志位flag，flag_t＝1表示系统状态正常，flag_t＝0表示系统状态异常，下标t表示当前步长。

S22、根据上一个步长判定生成的标志位的值，来进行当前步长内的判定：

若flag_t-1＝1，表示在t-1步长内，系统状态正常。将总偶次谐波分量I_mt与电流阈值I₀进行比较，将奇次谐波变化率Z_Nt与奇次谐波变化率阈值Z₀进行比较。如果满足Z_Nt≥Z₀orI_mt≥I₀，则表示在t步长内系统状态异常，其中i为系统异常计数器，i_t为在t步长内系统的异常计数器取值；如果满足Z_Nt＜Z₀&I_mt＜I₀，则/>表示系统运行正常；

若flag_t-1＝0，说明在t-1步长内，系统状态异常。同样的，将总偶次谐波分量I_mt与电流阈值I₀进行比较，将奇次谐波变化率Z_Nt与奇次谐波变化率阈值Z₀进行比较。如果满足Z_Nt≥Z₀orI_mt≥I₀，则如果满足Z_Nt＜Z₀&I_mt＜I₀，则/>直到满足i＞m,此时flag＝1，系统恢复正常。

S3，保留flag_t＝1对应的时间段的泄漏电流数据，剔除flag_t＝0对应的的时间段的泄漏电流数据，完成数据清洗。

具体地，实时递推判断系统状态，根据flag的取值情况，保留flag＝1时间段的数据，剔除flag＝0的数据，达到清理异常数据的效果。

在完成第t个步长的判定之后，进入第t+1个步长的判断，在第t+1个步长内，重复S1-S3，完成故障清洗。

优选地，步骤S1中，通过傅里叶分析提取第t个步长时间段内的直流泄漏电流分量I_dct与各个谐波分量I_Nt。

优选地，所述S2中，第t个步长时间段内的总偶次谐波分量的计算表达式为：

其中，k为傅里叶分析最高考虑的谐波次数，k＝20，N为谐波次数。

第t个步长时间段内的奇次谐波变化率的计算方法为：

其中，I_N0(N＝1,2...,k)为正常运行情况下的各个谐波的电流幅值，I_dc0为正常运行情况下直流电流分量，N为谐波次数。在正常情况下测量阀测套管泄漏电流数据，通过傅里叶分析得到I_N0与I_dc0。

电流阈值I₀与奇次谐波变化率阈值Z₀的取值则根据预先数据分析中，计算故障状态下与正常运行情况下的泄漏电流变化来综合确定。

m的取值则根据电压等级来判定，通常取m＝30。

下面结合示例对本发明作进一步说明，一种面向抗强电磁干扰的泄漏电流数据清洗方法的具体步骤如下：

步骤1，根据±800kV特高压直流输电系统换流理论，在换流变阀侧套管安装微安级微弱电流传感器，对泄漏电流进行测量。

步骤2，根据正常运行情况下泄漏电流的分析结果，对泄漏电流进行傅里叶分析(取h＝1s，k＝20)，数据如表1所示：

表1

在正常运行情况下，泄漏电流直流成分较微弱，基本不含偶次谐波，含有多种3k、6k±1次谐波分量。此数据作为正常运行情况下的数据。

步骤3，人为设置故障，在系统中设置时长1S的直流接地故障，测量此时的泄漏电流情况，同样进行步骤2中的傅里叶分析，结果如表2所示：

表2

步骤4，设置其他故障，重复步骤3的操作，通过数据分析，通过前期分析比对故障情况与正常运行情况的差距设置故障判断阈值I₀＝20mA，Z₀＝100，将用于故障发生判断。

步骤5，异常数据清洗试验，在直流侧设置接地故障，计算偶次谐波总量，将偶次谐波总量与阈值比对，判断系统运行状态。

步骤6，将步骤5中发生故障的部分的数据进行清洗，如图2中的(a)～(d)所示。

本发明实施例提供一种面向抗强电磁干扰的泄漏电流数据清洗方法系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；

所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；

所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行如上述任一实施例所述的方法。

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行如上述任一实施例所述的方法。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种面向抗强电磁干扰的泄漏电流数据清洗方法，其特征在于，包括：

S1，以步长h均匀划分直流输电系统中换流变压器阀侧套管的泄漏电流时序数据，提取第t个步长时间段内的直流泄漏电流分量I_dct与各个谐波分量I_Nt，以获取该时间段内的奇次谐波变化率Z_Nt及总偶次谐波分量I_mt，其中，N为谐波的次数；

S2，当第t-1个步长时间段内直流输电系统的状态标志位flag_t-1的值为1时，若Z_Nt≥Z₀或I_mt≥I₀，则令i_t＝i_t-1+1，flag_t＝0；若Z_Nt＜Z₀且I_mt＜I₀，则令i_t＝0，flag_t＝1；

当第t-1个步长时间段内直流输电系统的状态标志位flag_t-1的值为0时，若Z_Nt≥Z₀或I_mt≥I₀，则令i_t＝0，flag_t＝0；若Z_Nt＜Z₀且I_mt＜I₀，则令i_t＝i_t-1+1，flag_t＝0，直至i_t>m，更新flag_t＝1；

其中，Z₀、I₀分别为奇次谐波变化率阈值、总偶次谐波分量阈值，i_t为在第t步长时间段内直流输电系统的异常计数器取值，flag_t为第t个步长时间段内直流输电系统的状态标志位，t＝1,2,…,T，flag₁＝1；

S3，保留flag_t＝1对应的时间段的泄漏电流数据，剔除flag_t＝0对应的时间段的泄漏电流数据，完成数据清洗。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，通过傅里叶分析提取第t个步长时间段内的直流泄漏电流分量I_dct与各个谐波分量I_Nt。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于， 其中，k为傅里叶分析最高考虑的谐波次数，I_dc0、I_N0分别为系统正常运行情况下的直流电流分量、各个谐波的电流幅值，N＝1,2...,k。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，通过微安级电流传感器获取直流输电系统中换流变压器阀侧套管的泄漏电流时序数据。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，交流测量部分的高频截止频率为f_H＝2kHz，低频截止频率为f_L＝25Hz。

6.一种面向抗强电磁干扰的泄漏电流数据清洗方法系统，其特征在于，包括：计算机可读存储介质和处理器；

所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；

所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行如权利要求1-5任一项所述的方法。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行如权利要求1-5任一项所述的方法。