CN1383246A

CN1383246A - 一种用于差动母线保护的变流器测量的统计平衡方法

Info

Publication number: CN1383246A
Application number: CN01145913.1A
Authority: CN
Inventors: 让－杰奎斯·卡里萝
Original assignee: GEC Alsthom SA
Current assignee: Alstom Holdings SA; Alstom SA
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2001-11-16
Publication date: 2002-12-04
Also published as: FR2817086A1; FR2817086B1; US6559652B2; ATE494651T1; EP1207609B1; EP1207609A1; US20020060562A1; DE60143789D1

Abstract

一种校正测量的方法用于限制差动相电流保护系统不必要的跳闸风险,上述差动保护装置计算电流的矢量之和以在常规测试中确定所述区域的输入和输出之间的差动电流(I_d),这种方法的特征在于其基于统计平衡方法,该方法采用测量到的电流矢量((I_n)₀),每个矢量根据电流(I_n)测量和每一次测试时由变流器(CTn)提供的真实电流矢量((I_n))的相对相位(f_n)得到,其特征在于至少在一次测试中使用迭代收敛算法,以从由测得的电流矢量和∑((I_n)₀)形成的错误差动电流矢量((I_d)₀)中确定施加到每个测得的电流((I_n)₀)的校正矢量(εI_n)),以便统计性地校正错误差动电流矢量((I_d)₀)

Description

一种用于差动母线保护的变流器测量的统计平衡方法

技术领域

本发明涉及一种对位于由一组母线的一个相位和区域限定的电流节点输入和输出端的变流器进行校正测量的方法。本方法是期望能限制分配给母线组相电流的差动保护系统不必要的跳闸风险。

背景技术

在常规测试中，传统的差动保护系统计算相电流的矢量之和以确定保护区输入和输出之间的差动电流I_d。没有故障时在区域中探测到零差动电流，并当短路产生一个故障电流或当在载有相位的母线中出现漏向大地的漏电流时探测到显著的差分电流。用分配到一个包括有限数量馈线架并因而为有限数量的变流器、通常为十个变流器的区域的差动保护系统对真实故障电流(包括漏电电流)的探测是相当可靠的。另一方面，如果在被保护区域内这组母线包括了大量的变流器(N_TC个)，由于对每个变流器的增益误差缺乏统计补偿，传统的差动保护系统无法防止不必要跳闸的发生。一个变电站的大多数馈线架都是双通路的，因此既能供应能量也能消耗能量。对于给定的相位，探测到的进入一个区域的电流总量等于探测到的离开的电流总量。变流器通常有一个正的或负的增益误差dg，因而测得的电流(I)₀等于I×(1±dg)，这里I是真实的电流量。假设一种极端的情况，其中所有的输入变流器有一个等于dg₀的正平均增益误差而所有的输出变流器有一个等于-dg₀的负平均增益误差，为简单起见，还假设输入变流器和输出变流器数量相等，并且每一个变流器负载的电流量I也相等，测得的错误的差动电流量(I_d)₀等于1×N_TC×dg₀，如果这组母线包括了N_TC个大量的变流器，那么该测量值是无法接受的。这是因为，如果dg₀的数量级为1％，并且N_TC等于大约50，则测得的错误差动电流量(I_d)₀近似等于通过一个变流器的电流I的一半。差动保护系统无法将这种错误差动电流从由母线故障引起的真实差动电流中分辨出来，因此，即便在没有故障存在的情况下，跳闸也不可避免。

发明内容

为弥补上述缺陷，申请人开发了一种统计平衡变流器测量的方法，以对用于差动母线保护的变流器误差进行统计校正。校正的统计性质意味着，虽然误差整体上被修正了，但对于变流器初始测量的个别校正可导致一个比初始值更糟的值，即更加远离真实值。尽管如此，一系列的校正从统计上平衡了变流器的整体误差，从而产生一个差动电流的校正测量值，对此残余误差仅有很少的百分比例，通常为单个变流器增益误差的百分比量级。

因此，本发明提供了一种对设置在由一组母线的一个相位和区域限定的电流节点输入和输出端的变流器进行校正测量的方法，用于限制差动相电流保护系统不必要的跳闸风险，上述差动保护装置计算电流的矢量之和以在常规测试中确定所述区域的输入和输出之间的差动电流I_d，这种方法的特征在于其基于统计平衡方法，该方法采用测量到的电流矢量每个矢量根据电流I_n测量和每一次测试时由变流器CTn提供的真实电流矢量

的相对相位f_n得到，其特征在于至少在一次测试中使用迭代收敛算法，以从由测得的电流矢量和形成的错误差动电流矢量中确定施加到每个测得的电流

的校正矢量

，从而得到一个基本上等于真正电流矢量

的校正后电流矢量统计平衡方法通过把校正矢量

之和加到所述错误差动电流矢量上而将其统计性地校正。

在根据本发明的方法的一个最佳应用模型中，在每次迭代k和对每个计算的电流矢量

采用测得的电流矢量

从迭代0向实际电流矢量收敛，迭代收敛算法确定加到所述迭代电流矢量

的局部校正矢量以形成下一迭代K+1的电流矢量

所述局部校正矢量

与相反方向的错误差动电流矢量共线，其归一值与每个迭代电流矢量

和由影响算法收敛速率并处于0到1之间的系数λ进行加权的迭代错误差动电流矢量

之积的归一值相同。

在根据本发明的方法的另一个最佳应用模型中，在相同变流器CTn的实际电流矢量的两个连续测试上计算的两个校正矢量

和

一旦对应于百分比差值大于特定参考值r的两个增益校正(dg_n)_t1和(dg_n)_t2，则在一系列测试期间，进行被保护区电流组的新测试，并且当被保护区的电流数Nc增加时，对统计上的较大测试数N_T应用统计平衡方法。

在根据本发明的方法的另一个最佳应用模型中，如果局部校正矢量

的模量大于错误差动电流矢量的模量的特定百分比，则忽略迭代时得到的局部校正矢量以便能够从错误差动电流矢量中分辨母线组故障造成的差动电流。

在根据本发明的方法的另一个最佳应用模型中，对得到的用于测试时测得的电流矢量组

的校正矢量进行处理，以便对每个变流器CTn提供一个瞬时增益校正矩阵和一个瞬时相对相位校正矩阵，上述矩阵分别应用到由变流器引起的增益和相移。在一系列测试结束时对每个变流器CTn产生一个稳定的增益或相对相位校正矩阵，并且该增益或相对相位校正矩阵对应于系列测试期间得到的变流器的瞬时校正矩阵的收敛性。

在根据本发明的方法的另一个最佳应用模型中，可以得到的NC数目的电流不同结构的列表数据和功能以及N_T次测试提供用于测得的差动电流矢量的统计校正模量和相位的收敛质量的指示，所述的电流统计校正在特定次数N_T的测试之后进行计算并朝最优统计校正收敛，这在随电流数目NC增长而增长的N_T次数测试之后得到。

符图说明

本发明通过参考下列附图进行描述给出其特征和优点。

图1是表示对每个相位构成电流节点的三相母线组的一个区域的图。

图1a表示图1中区域对于给定相位的节点应用定律。

图2表示对由变流器提供的测量进行统计平衡的方法。

图3表示对于给定相位用于由最优变流器提供的测量的节点定律的矢量关系。

图4表示对于给定相位的用于迭代收敛的校正电流矢量的原理。

图5是一条表示通过模拟施加到测得的差动电流矢量的模量上的统计校正收敛质量的计算结果的曲线。

具体实施方式

图1图示了包括除了可供电或消耗能量的馈线架的一组三相母线(R，S，T)的区域。每个馈线架配置了每个相位至少一个变流器(CT)，因此可测量每个进入或离开由区域的相位构成的节点的电流。在图中所示的例子中，母线组包括馈线总数为z的馈线，其中输入馈线为m。其中例如对于相位为R的给定相位，在馈线处测量的每个电流I_n具有关于变流器的特定的相对相位(f_n)，并由与之相连接的变流器的次级特征而导致特殊性。

图1a表示对于给定相位，节点定律应用于无故障时一组母线的输入和输出电流。流过母线组的电流I等于输入电流之和并等于输出电流之和(归一化值)，有下列等式：I₁+…+I_m-(I_n+…+I_z)＝0。

图2表示把统计平衡方法用于一组母线区域的相同相位电流矢量的测量值通过变流器CTn进行的每个交变实电流矢量

的测量包括第一抽取相对相位f_n和矢量的模量I_n。测量的交变电流模量通常受小的DC分量或偏差d的影响。放大器单元A滤波此DC分量，使得只有交流电流被放大。但是，变流器CTn的放大器通常不是很完美，要受正或负的代数增益误差dg_n的影响。测量电流(I_n)₀中的代数误差等于真实电流I_n乘以代数增益误差dg_n。放大器还引入包括输入相位的超前或滞后时间τ的相位误差df_n。因此，输出值(I_n)₀和(f_n)₀每个都受相对于实际输入值的误差的影响。对于相同的电流相位，来自每个变流器CTn的错误值(I_n)₀和(f_n)₀由一个或多个采集和处理单元FU恢复，每个包括模量SB以执行根据本发明的统计平衡的校正测量方法。该方法对每个测得的电流矢量确定加到其上的校正矢量

，从而得到大致等于实际电流矢量的校正电流矢量注意校正的电流矢量在统计上比测得的电流矢量更接近但是对于少量变流器有可能具有相反的关系。

图3表示对于给定相位的用于由最优变流器提供测量的节点定律的矢量关系。由于每个测量电流I_n的相对相位(f_n)的缘故，电流的矢量为零矢量。

图4表示对于给定的相位，校正电流矢量测量

的原理是在根据本发明方法最优实施例的测量的测试之后进行迭代收敛，其中在本发明中根据矢量积用收敛算法进行迭代校正，图中涉及一个只有三个电流(I₁、I₂和I₃)通过母线组一个区域的相同相位的实例，但必须理解本方法在电流数接近或超过大约10时最为有利。通过相加测量的电流矢量和

得到错误差动电流

图中还表示测量电流矢量具有过大差动模量，使得其和产生相对大的矢量实际上，只有较大数目的电流才存在在测试中有这么大幅值错误差动电流的危险。

测量校正原理基本上包括对每个测量电流矢量

确定施加的校正矢量ε

以得到尽可能接近实际电流矢量

的校正电流矢量。当然实际电流矢量

是未知的，但已知在没有故障时其值必须是零和。因此，应用如下方程：

Σ {({\overset{&RightArrow;}{I}}_{n})}_{0} = {({\overset{&RightArrow;}{I}}_{d})}_{0} |

{\overset{&RightArrow;}{I}}_{nc} = {({\overset{&RightArrow;}{I}}_{n})}_{0} + ϵ {\overset{&RightArrow;}{I}}_{n} |,

其中

Σ {\overset{&RightArrow;}{I}}_{nc} = {({\overset{&RightArrow;}{I}}_{d})}_{0} + Σϵ {\overset{&RightArrow;}{I}}_{n}

因为

Σ {\overset{&RightArrow;}{I}}_{nc} \approx 0 = Σ {\overset{&RightArrow;}{I}}_{n},

所以

Σϵ {\overset{&RightArrow;}{I}}_{n} + {({\overset{&RightArrow;}{I}}_{d})}_{0} = 0

选择使得每个校正矢量

与错误差动电流矢量

共线并处于相反方向以满足前述的矢量关系。然后采用等式∑εI_n＝(I_d)₀以归一化数值。但还需要对每个校正εI_n确定归一化值。算法包括一系列局部校正矢量其和∑_k(ε

向校正值

收敛。如果进行收敛而不产生摆动，这是图4所示的情况，等式对于归一化数值仍然有效并可写为：

Σ_{k} {(ϵ {\overset{&RightArrow;}{I}}_{n})}_{k} &RightArrow; ϵ I_{n} .

每个局部校正矢量(εI_n)_k等于每个迭代电流矢量和由影响算法收敛速率并为0到1之间的系数λ进行加权的迭代错误差动电流矢量

的归一化矢量之积。计算从迭代k＝0开始并且数学关系为：

{(ϵ I_{n})}_{k} = | λ \cdot {({\overset{&RightArrow;}{I}}_{n})}_{k} Λ {({\overset{&RightArrow;}{I}}_{d})}_{k} |

在每个测量的测试中，有一个理想的系数λc，其将导致以单一路径朝校正值εI_n收敛，因此：

ϵ I_{n} = | λc \cdot {({\overset{&RightArrow;}{I}}_{n})}_{0} Λ {({\overset{&RightArrow;}{I}}_{d})}_{0} | = {λc}^{x} {(I_{n})}_{0}^{x} {(I_{d})}_{0}^{x} \sin [{({\overset{&RightArrow;}{I}}_{n})}_{0}, {({\overset{&RightArrow;}{I}}_{d})}_{0}]

注意校正值εI_n与施加的测得的电流矢量的模量成比例。这是合理的，因为测得的电流(I_n)₀的准确误差等于I_n ^x dg_n，即实际上等于(I_n)₀ ^xdg_n。类似地，可验证校正εI_n与错误的差动电流矢量

的模量成比例。

因为λc值是未知的，必须用任意系数λ通过迭代进行收敛。系数λ越接近理想系数λc，收敛越快。和

通过由迭代k到迭代k+1，迭代的电流矢量

和迭代的错误差动电流矢量

用下述方法计算：

{({\overset{&RightArrow;}{I}}_{n})}_{k + 1} = {({\overset{&RightArrow;}{I}}_{n})}_{k} + {({ϵI}_{n})}_{k}

和

{({\overset{&RightArrow;}{I}}_{d})}_{k + 1} = Σn {({\overset{&RightArrow;}{I}}_{n})}_{k + 1} = {({\overset{&RightArrow;}{I}}_{d})}_{k} + Σn {(ϵ {\overset{&RightArrow;}{I}}_{n})}_{k}

因此，在两个迭代k和k+1之间，迭代错误差动电流矢量的归一值通过

降低。依赖于所选的系数λ，

的归一值和每个矢量的归一值在每次新迭代k时将更快或更慢向0收敛。

用此法在测试时把收敛算法施加到每个测试的电流矢量

上，以得到施加到受变流器CTn影响的一组测量上的一组校正矢量

在测量的测试期间，必须区别由母线组的故障造成的差动电流和测得的错误差动电流

这是因为测得的差动电流不必理解成变流器CTn增益误差的结果，如果测量是在测量时存在实际故障电流的情况下得到的话。在校正处理减少任何不测事件的一个方法是提供可以忽略的在迭代时得到的一个局部校正矢量

如果该模量大于错误差动电流矢量

的模量的特定百分比。在图4实例中，用于通过从测得的电流到迭代电流矢量

的局部校正矢量(ε

的归一值代表了错误差动电流矢量

模量的几乎20％。在此图中，增益误差被夸大，因为超出了实际10％的类似百分比表示存在实际故障电流，选择灵敏度阈值通常接近错误差动矢量模量的1％到10％区间。

对于每次测试，可处理校正矢量，从而对于每个变流器(CTn)得到分别施加到由变流器引起的增益和相对相位上的一个瞬时增益校正矩阵和一个瞬时相对相位校正矩阵。校正是“瞬时”的，意味着时间周期与两个连续测试之间的时间相比较短。必须理解测量电流矢量

的测试通常在一个短周期内提供每个已经平均的测量，例如10秒量级。两个测试之间的平均时间通常较长，平均时间考虑了可影响整个时间上所有电流的统计变化。电流数目越大，电流布局改变的危险也越大，且越需要进行一系列包括大量测试以反映稳定电流布局的测试。当电流不稳定时为了使一系列测试不停止，对于至少一个变流器CTn进行保护区域的电流组的新测试，只要在两个连续测试中计算的两个校正矢量和

对应于两个增益校正(dg_n)_t1和(dg_n)_t2，其中两个增益校正的百分比差值(绝对值)大于特定参考值r。例如，对于变流器CTn的测试，如果在时间t1测得增益校正(dg_n)_t1等于1％和在相应于下次测试的时间t2测量增益校正(dg_n)_t2等于0.8％，在此例中百分比差值等于20％，如果参考值r设为小于20％，表明进行了新的测试。因此可连续进行一系列测试，直到不存在所述百分比差值超出参考值的变流器，即直到观测到电流不再有显著变化为至。

在一系列测试的结束时，可以获得对每个变流器CTn的一个稳定增益或相对相位校正矩阵，其中测试由足够数量的N_T次观测到已稳定的电流的测试组成，并且与在一系列测试的每次测试中获得的对于变流器的校正矩阵的收敛对应，使得所述稳定校正矩阵反映稳定的电流布局。

差动母线保护变流器的特性在整个长时期内通常不是很好地稳定，长时期为大约六个月或一年。首先，变流器CTn可出现故障且不得不更换，因为新变流器的缘故出现增益误差的变化。同样，变流器CTn的增益随时间变化或随气候条件变化。因此在一年里有必要定期重复系列测试，以重新计算稳定的增益或对应于变流器特性变化的相对相位校正矩阵。

图5表示模拟被施加到差动电流矢量的模量上的统计校正收敛质量的计算结果，其中所测的差动电流矢量用于差动保护布局测得Nc个电流。增幅εI_r表示处于特定的N_T次测试之后计算的所述统计校正和相应于一系列测试的最优统计校正之间的相对百分比误差，其中一系列测试包括在一系列测试结束时不再观测到电流显著变化的足够数量的测试。当εI_r值下降时统计校正收敛改善。例如，对于6个或7个电流，必须进行10至20次测试以使相对误差百分比εI_r值保持在10％以下。因此表明在超过10至20次测试所算得的统计校正表示朝对应于大量测试且εI_r接近于0的最优统计校正收敛的很好质量。可以验证，电流数越大，越必须进行更多的接近最优统计校正的N_T次测试之后用于统计校正的测试。可计算相同类型的图形，以表示施加到测得的差动电流矢量相位的统计校正的收敛质量εf_r。如果一系列测试必须限制为测试数目N_T，且该数目太小不能得到最优统计校正，图形的数据可制成表以确定仍保留在统计模量和相位校正中的相对误差。

Claims

1.一种对设置在由一组母线的一个相位和区域限定的电流节点输入和输出端的变流器进行校正测量的方法，用于限制差动相电流保护系统不必要的跳闸风险，上述差动保护系统计算电流的矢量之和以在常规测试中确定所述区域的输入和输出之间的差动电流(I_d)，这种方法的特征在于其基于统计平衡方法，该方法采用测量到的电流矢量每个矢量根据电流(I_n)测量和每一次测试时由变流器(CTn)提供的真实电流矢量的相对相位(f_n)得到，其特征在于至少在一次测试中使用迭代收敛算法，以从由测得的电流矢量和形成的错误差动电流矢量