CN1917323A - 一种提高微机继电保护装置测量精度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于变电站微机继电保护技术领域，其特征在于，采用分压电路对保护电流实行两段保护，分别对应于大、小两种测量电流以提高精度，并对同一保护电流在分段采样后进行无缝拟合；同时对各个保护电流通道在软件层按保护电量的额定值和实际值进行幅值校正和相位校正。本发明正确地反映电力系统中各保护电量的实际变化，据此进行校正，从而提高了测量精度。

Description

一种提高微机继电保护装置测量精度的方法

技术领域

本发明属于电力系统自动化领域，涉及变电站综合自动化系统的微机继电保护装置的采样和信号处理技术。

背景技术

微机继电保护装置主要根据电力系统中保护电量(电流、电压、功率、阻抗和频率等)的变化，来判断当前系统的运行状态。当被保护的电力系统发生故障时，微机继电保护装置应该迅速准确地判断是否为区内故障而向断路器发出跳闸命令，使故障元件及时从电力系统中隔离。因此，电力系统中使用的微机继电保护装置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。在微机继电保护装置的采样模块中，由于电压互感器(PT)和电流互感器(CT)生成工艺的影响，各个采样通道间存在差异性；同时由于采样装置存在采样时间间隔，各个采样通道之间不可避免的存在幅值误差和相位误差。这些因素都会影响保护电量的采样和计算。现有的技术一般采用变阻器等来调整幅值，运行时间长了器件老化，由此产生误差；而对相位误差，还没有很好的校正方法，完全依赖于器件的精度。通常，微机继电保护装置的保护电流工作范围为0.5A至100A，并且在整个工作范围内要求有不大于整定值的2.5％的精度。在这些要求下，当输入的保护电流较小时就要求采样装置有更高的精度；当输入的保护电流较大值时需要考虑电流互感器饱和非线性的影响。现有的技术对于整个整定范围统一处理，这就必然对电流互感器和CT变换电路提出更高的要求。另外，遥测量(如：电压、电流、功率、功率因数等)也有0.2％-0.5％的测量精度要求，需要尽可能地减少测量通道间相位产生的误差。

发明内容

本发明的目的是给出一种提高微机继电保护装置采样精度和计量精度的方法，此方法对各个保护电量采样通道在软件层进行幅值校正和相位校正；同时采用分段变量程测量技术对输入的同一保护电流信号在分段采样后进行无缝拟合，从而准确的地反映电力系统中电气量的变化。

本发明的特征在于，该方法是在微机继电保护装置中按以下步骤实现的：

步骤(1)，在微机继电保护装置中设定以下各参数的值：

测量电压幅值校正系数K_Uφ；

测量电流幅值校正系数K_Imφ；

I段保护电流幅值校正系数K_{Ipφ_I}；

II段保护电流幅值校正系数K_{Ipφ_II}；

测量电压相位校正系数e^jΔθφ；

测量电流的相位校正系数e^jΔαmφ；

I段保护电流相位校正系数e^jΔβpφ_I；

II段保护电流相位校正系数e^jΔβpφ_II；

其中φ代表A、B、C三相；

上述幅值校正系数由下式计算得出：

$K_{U_{\mathrm{\φ}}}=U_e/U_{\mathrm{\φ}};$

$K_{I_{\mathrm{m\φ}}}=I_e/I_{\mathrm{m\φ}};$

$K_{I_{\mathrm{p\φ}\_I}}=I_S/I_{\mathrm{p\φ}\_I};$

$K_{I_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}}=I_S/I_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}};$

其中U_e为继电保护测试仪向微机继电保护装置中的CPU板A/D端输入的额定电压信号的有效值；U_φ为所述CPU经过A/D采样、DFT或FFT处理后得到的测量电压测量值的有效值；

I_e为继电保护测试仪向微机继电保护装置中的CPU板A/D端输入的额定电流信号的有效值；I_mφ为所述CPU经过A/D采样、DFT或FFT处理后得到的测量电流测量值的有效值；

I_S为由继电保护测试仪向微机继电保护装置中的CPU板A/D端输入的保护测试电流信号的有效值；I_{pφ_I}、I_{pφ_II}为所述CPU经过A/D采样、DFT或FFT处理后分别在I段采样通道和II段采样通道得到的保护电流测量值的有效值；

各保护电量的相位校正系数由下式得出：

$e^{\mathrm{j\Δ}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\φ}}}=e^{j({\mathrm{\θ}}_A-{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\φ}})};$

$e^{\mathrm{j\Δ}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{m\φ}}}=e^{j({\mathrm{\θ}}_A-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{m\φ}})};$

$e^{\mathrm{j\Δ}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_I}}=e^{j({\mathrm{\θ}}_A-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_I})};$

$e^{\mathrm{j\Δ}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}}=e^{j({\mathrm{\θ}}_A-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}})};$

其中θ_A为所述CPU经过A/D采样、DFT或FFT处理后得到的A相测量电压的相位，θ_φ为所述CPU经过A/D采样、DFT或FFT处理后得到的各相测量电压的相位；α_mφ为所述CPU经过A/D采样、DFT或FFT处理后得到的各相测量电流的相位；β_{pφ_I}、β_{pφ_II}为所述CPU经过A/D采样、DFT或FFT处理后得到的各相保护电流在I段采样通道和II段采样通道得到的测量值的相位。

所述I段保护电流和II段保护电流分别来自于一个保护电流分段采样电路的两个输出端，该采样电路由微机继电保护装置中电量调理板内的测量电流互感器(CT)，并联于该互感器(CT)输出端的由电阻(R1)、(R3)依次相串接后接地而形成的电阻分压电路，并联于电阻(R3)两端且由电阻(R4)、电容(C2)构成的阻容串接支路，串接于电阻(R1)一端与地之间由电阻(R2)、电容(C1)串接构成的阻容串接支路构成；I段采样电流来自于电容(C1)的输出端，在电流互感器(CT)输出的测量电流信号较小时采用；II段采样电流来自于电容(C2)的输出端，在所选测量电流信号较大时采用；

步骤(2)，通过所述电量调理板向所述CPU板输入各保护电量：

未校正前的三相测量电压 依次经该电量调理板内的由电压互感器(PT)、电压滤波放大器串联形成的采样通道后输出到该CPU板的A/D信号输入端，其中：

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}=\sqrt{2}{U}_e{e}^{j{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\φ}}};$

未校正前的三相测量电流 依次经该电量调理板内的由电流互感器(CT)、电流滤波放大器串联形成的采样通道后输出到该CPU板的A/D信号输入端，其中：

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{m\φ}}=\sqrt{2}{I}_{\mathrm{m\φ}}{e}^{j{\mathrm{\α}}_{\mathrm{m\φ}}}$

未校正前的三相保护电流

依次经该电量调理板内的由电流互感器(CT)、电流滤波放大器串联形成的分段采样通道后输出到该CPU板的A/D信号输入端的保护电流I段、II段采样通道，其中：

I段采样通道的保护电流： ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_I}=\sqrt{2}{I}_{\mathrm{p\φ}\_I}{e}^{j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_I}}$

II段采样通道的保护电流： ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}=\sqrt{2}{I}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}{e}^{j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}}$

步骤(3)，所述CPU板对步骤(2)所输入的各保护电量进行DFT或FFT变换；

步骤(4)，所述CPU板对步骤(3)输出的各保护电量按下式进行幅值校正，得到幅值校正后的测量值：

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}^{\′}=K_{U_{\mathrm{\φ}}}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}=\sqrt{2}{K}_{U_{\mathrm{\φ}}}{U}_{\mathrm{\φ}}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\φ}}};$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{m\φ}}^{\′}=K_{I_{\mathrm{m\φ}}}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{m\φ}}=\sqrt{2}{K}_{I_{\mathrm{m\φ}}}{I}_{\mathrm{m\φ}}{e}^{j{\mathrm{\α}}_{\mathrm{m\φ}}};$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_I}^{\′}=K_{I_{\mathrm{p\φ}\_I}}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_I}=\sqrt{2}{K}_{I_{\mathrm{p\φ}\_I}}{I}_{\mathrm{p\φ}\_I}{e}^{j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_I}};$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}^{\′}=K_{I_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}=\sqrt{2}{K}_{I_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}}{I}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}{e}^{j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}};$

步骤(5)，所述CPU板对步骤(4)输出的各幅值校正后的各保护电量测量值进行相位校正，得到相位校正后的测量值：

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}^{\′\′}={\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}^{\′}{e}^{\mathrm{j\Δ}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\φ}}}=\sqrt{2}{K}_{U_{\mathrm{\φ}}}{U}_{\mathrm{\φ}}{e}^{j({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\φ}}+\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\φ}})};$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{m\φ}}^{\′\′}={\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{m\φ}}^{\′}{e}^{\mathrm{j\Δ}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{m\φ}}}=\sqrt{2}{K}_{I_{\mathrm{m\φ}}}{I}_{\mathrm{m\φ}}{e}^{j({\mathrm{\α}}_{\mathrm{m\φ}}+\mathrm{\Δ}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{m\φ}})};$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}}^{\′\′}={\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_I}^{\′}{e}^{\mathrm{j\Δ}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_I}}=\sqrt{2}{K}_{I_{\mathrm{p\φ}\_I}}{I}_{\mathrm{p\φ}\_I}{e}^{j({\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_I}+\mathrm{\Δ}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_I})};$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}}^{\′\′}={\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}^{\′}{e}^{\mathrm{j\Δ}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}}=\sqrt{2}{K}_{I_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}}{I}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}{e}^{j({\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}+\mathrm{\Δ}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}})}.$

在所述步骤(5)之后要按下式对I段保护电流

II段保护电流

进行分段拟合，以克服非线性影响；

式中，I_s为进行分段拟合而选定的系统参数；一般选取为I段采样通道的最大量程的80％-90％。

经过测试，使用本方法的微机继电保护装置，其电压、电流保护精度均小于2.5％；电压、电流测量精度均小于0.4％。

附图说明

图1.保护电流分段采样电路原理图；

图2.保护电流选取I段采样通道示意图；

图3.保护电流选取II段采样通道示意图；

图4.幅值校正前后测量值与实际值的关系图：a.校正前，b.校正后；

图5.幅值校正前后保护电流I、II段测量有效值与实际有效值的关系曲线：a.校正前，b.校正后；

图6.系统硬件原理框图；

图7.电量调理板原理框图；

图8.标定各项校正参数的试验方法的连接示意图；

图9.采样通道幅值校正系数计算流程图；

图10.采样通道相位校正系数计算流程图；

图11.测量电压校正过程示意图；

图12.测量电流校正过程示意图；

图13.保护电流校正过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细介绍。本发明包括：

(一)微机保护装置变量程测量的分段采样技术

本发明采用变量程测量技术对输入的同一保护电流信号进行分段采样。理论上可以分多段采样，本发明采用分两段采样，即对同一保护电流信号，采用两个采样通道同时进行采样，分别称为I段采样通道和II段采样通道，其电路原理图如图1所示。

其中I段采样通道量程较小，精度高，能有效提高输入信号较小时的信噪比；II段采样通道量程较大，能有效地克服I段采样通道饱和所带来的影响。当输入信号较小时，采用I段采样通道的数据，以得到较高的采样精度，如图2所示；当输入信号较大时，I段采样通道出现饱和，故采用II段采样通道的数据，以获得满足精度要求的测量量程，如图3所示。

(二)采样通道的软件层幅值校正和拟合方法

本发明对所有的采样通道在软件层进行幅值校正；同时在幅值校正的基础上，对同一保护电流信号的I、II段采样通道进行无缝拟合。在未校正前保护电量的测量值和实际值在幅值上存在较大误差。以三相测量电压为例，未校正前测量值和实际值矢量关系如图4a所示；经幅值校正后二者关系如图4b所示。图中， 是实际值， 是测量值，φ表示A、B、C相。

设定未校正前三相测量电压信号的测量值为：

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}=\sqrt{2}{U}_{\mathrm{\φ}}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\φ}}}$

三相测量电流信号的测量值为：

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{m\φ}}=\sqrt{2}{I}_{\mathrm{m\φ}}{e}^{j{\mathrm{\α}}_{\mathrm{m\φ}}}$

三相保护电流信号I段测量值为：

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_I}=\sqrt{2}{I}_{\mathrm{p\φ}\_I}{e}^{j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_I}}$

三相保护电流信号II段测量值为：

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}=\sqrt{2}{I}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}{e}^{j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}}$

上式中，U_φ，I_mφ，I_{pφ_I}，I_{pφ_II}均为有效值。

对所有采样通道的测量值进行幅值校正，即乘以幅值校正系数，得到幅值校正后的测量值为：

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}^{\′}=K_{U_{\mathrm{\φ}}}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}=\sqrt{2}{K}_{U_{\mathrm{\φ}}}{U}_{\mathrm{\φ}}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\φ}}};$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{m\φ}}^{\′}=K_{I_{\mathrm{m\φ}}}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{m\φ}}=\sqrt{2}{K}_{I_{\mathrm{m\φ}}}{I}_{\mathrm{m\φ}}{e}^{j{\mathrm{\α}}_{\mathrm{m\φ}}};$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_I}^{\′}=K_{I_{\mathrm{p\φ}\_I}}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_I}=\sqrt{2}{K}_{I_{\mathrm{p\φ}\_I}}{I}_{\mathrm{p\φ}\_I}{e}^{j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_I}};$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}^{\′}=K_{I_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}=\sqrt{2}{K}_{I_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}}{I}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}{e}^{j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}};$

式中：

K_Uφ为三相测量电压幅值校正系数；

K_Imφ为三相测量电流幅值校正系数；

K_{Ipφ_I}为三相保护电流I段幅值校正系数；

K_{Ipφ_II}为三相保护电流II段幅值校正系数；

φ代表A、B、C相。

在进行幅值校正后，测量值与实际值的有效值相等，其关系如图4b所示。

对于保护电流，当未做幅值校正前，由于通道间差异的影响，I段和II段采样通道测量值也不相等。经过幅值校正后，I段采样通道的测量有效值I_{pφ_I}和II段采样通道的测量有效值I_{pφ_II}与输入信号的实际有效值I_pφ的关系图5所示。

在图5a中，其中曲线1为I段采样通道的测量有效值和实际有效值的比例曲线，其上部由于电流互感器饱和非线性的影响而略有弯曲；曲线2为II段采样通道的测量有效值和实际有效值的比例曲线；曲线3为理想情况下测量有效值和实际有效值的比例曲线，斜率为1。经过幅值校正后，各段曲线关系如图5b所示。

从图5b可以看出，经过幅值校正后，为了避免曲线1非线性的影响，对输入的保护电流可以按以下公式进行分段拟合：

式中，I_s为进行分段拟合而选定的系统参数。一般选取为I段采样通道的最大量程的80％-90％。

(三)采样通道的软件层相位校正方法

由于器件特性的不同，通常除系统采样延时的误差外，各采样电量之间的相位也存在着误差，并直接影响方向和距离等保护的精度和遥测量的精度。无论是否进行幅值校正，本发明均可对所有的采样通道在软件层进行相位校正。以幅值校正后的电量为例，得到相位校正后的测量值：

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}^{\′\′}={\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}^{\′}{e}^{\mathrm{j\Δ}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\φ}}}=\sqrt{2}{K}_{U_{\mathrm{\φ}}}{U}_{\mathrm{\φ}}{e}^{j({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\φ}}+\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\φ}})}$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{m\φ}}^{\′\′}={\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{m\φ}}^{\′}{e}^{\mathrm{j\Δ}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{m\φ}}}=\sqrt{2}{K}_{I_{\mathrm{m\φ}}}{I}_{\mathrm{m\φ}}{e}^{j({\mathrm{\α}}_{\mathrm{m\φ}}+\mathrm{\Δ}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{m\φ}})}$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}}^{\′\′}={\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_I}^{\′}{e}^{\mathrm{j\Δ}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_I}}=\sqrt{2}{K}_{I_{\mathrm{p\φ}\_I}}{I}_{\mathrm{p\φ}\_I}{e}^{j({\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_I}+\mathrm{\Δ}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_I})}$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}}^{\′\′}={\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}^{\′}{e}^{\mathrm{j\Δ}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}}=\sqrt{2}{K}_{I_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}}{I}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}{e}^{j({\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}+\mathrm{\Δ}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}})}$

其中：e^jΔθφ为三相测量电压相位校正系数；

      e^jΔαmφ为三相测量电流相位校正系数；

      e^jΔβpφ_I为三相保护电流I段相位校正系数；

      e^jΔβpφ_II为三相保护电流II段相位校正系数；

      φ表示A、B、C相。

经过相位校正后，理论上测量值和实际值的矢量还会存在一个一致性的系统延时的误差，但该误差对继电保护的各种计算以及各项遥测量的测量精度无关，保护和测量的精度得到很大的提高。

(四)标定各项校正参数的试验方法

本发明设计了标定各项校正参数的试验方法。

1、试验条件

(1)正常试验大气条件和额定参数要求，执行GB/T 15145-94微机线路保护装置通用技术条件。

(2)微机保护装置

本发明的微机继电保护装置硬件框图如图6所示。保护装置主要由CPU板、电量调理板、通信接口、开关量输入输出板、显示和键盘控制板组成。

各项电量信号接入微机继电保护装置中的电量调理板。在电量调理板中，电压、电流信号经过CT、PT变换，再经过滤波放大处理后，进行A/D采样，如图7所示。

(3)继保测试仪接线方式

微机继电保护装置与继保测试仪的接线方式如图8所示。

2、标定幅值校正系数的方法

(1)标定电压幅值校正系数的方法

当标定幅值校正系数时，对于电压采样通道，由继保测试仪给出额定电压信号 ${\stackrel{\·}{U}}_e=\sqrt{2}{U}_e{e}^{j0}.$ 微机继电保护装置经过采样、DFT或FFT算法处理。计算得出各个通道信号的测量值：

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}=\sqrt{2}{U}_{\mathrm{\φ}}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\φ}}}$

其中，φ表示A、B、C三相。

将输入的实际有效值U_e与测量有效值U_φ做比较，得到如下关系式：

$U_e=K_{U_{\mathrm{\φ}}}\×U_{\mathrm{\φ}}$

由此得到测量电压幅值校正系数：

$K_{U_{\mathrm{\φ}}}=U_e/U_{\mathrm{\φ}}$

(2)标定测量电流幅值校正系数的方法

对于所有的测量电流采样通道，由继保测试仪给定同一的额定电流信号 ${\stackrel{\·}{I}}_e=\sqrt{2}{I_{e}e}^{j0}.$ 微机继电保护装置经过采样、DFT或FFT算法进行处理，计算得出测量电流通道的测量值：

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{m\φ}}=\sqrt{2}{I}_{\mathrm{m\φ}}{e}^{j{\mathrm{\α}}_{\mathrm{m\φ}}}$

其中φ表示A、B、C三相。

将输入的实际有效值I_e与测量有效值I_mφ做比较，得到如下关系式：

$I_e=K_{I_{\mathrm{m\φ}}}\×I_{\mathrm{m\φ}}$

由此得到测量电流幅值校正系数：

$K_{I_{\mathrm{m\φ}}}=I_e/I_{\mathrm{m\φ}}$

(3)标定保护电流幅值校正系数的方法

对于保护电流通道，因为要进行拟合，所以继保测试仪给出的测试电流为 ${\stackrel{\·}{I}}_S=\sqrt{2}{I}_S{e}^{j0}.$ 微机继电保护装置经过采样、DFT或FFT算法进行处理，计算得出保护电流I和II采样通道信号的测量值：

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_I}=\sqrt{2}{I}_{\mathrm{p\φ}\_I}{e}^{j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_I}}$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}=\sqrt{2}{I}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}{e}^{j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}}$

其中，φ表示A、B、C三相。

将输入的实际有效值I_S与测量有效值I_{pφ_I}、I_{pφ_II}做比较，得到如下关系式：

$I_S=K_{I_{\mathrm{p\φ}\_I}}\×I_{\mathrm{p\φ}\_I}$

$I_S=K_{I_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}}\×I_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}$

由此得到I段采样通道和II段采样通道幅值校正系数：

$K_{I_{\mathrm{p\φ}\_I}}=I_S/I_{\mathrm{p\φ}\_I}$

$K_{I_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}}=I_S/I_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}$

由于是在给定输入I_S的基础上对保护电流做幅值校正，而分段拟合时也是I_S为拟合点，因此保护电流的分段拟合是连续(无缝)的。

各通道幅值校正系数软件计算流程图如图9所示。

(4)标定相位校正系数的方法

当进行相位校正时，对于所有的测量电压采样通道，由继保测试仪给定额定电压信号 ${\stackrel{\·}{U}}_e=\sqrt{2}{U}_e{e}^{j0},$ 同时对所有的电流采样通道给定一个与测量电压采样通道同相位的额定电流信号 ${\stackrel{\·}{I}}_e=\sqrt{2}{I}_e{e}^{j0},$ 微机继电保护装置经过采样、DFT或FFT算法进行处理，分别得到：

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}=\sqrt{2}{U}_{\mathrm{\φ}}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\φ}}}$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{m\φ}}=\sqrt{2}{I}_{\mathrm{m\φ}}{e}^{j{\mathrm{\α}}_{\mathrm{m\φ}}}$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_I}=\sqrt{2}{I}_{\mathrm{p\φ}\_I}{e}^{j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_I}}$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}=\sqrt{2}{I}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}{e}^{j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}}$

原则上可以任一电量的相位为基准电量的相位，现考虑以A相测量电压相位为基准相位，将各相的相位与其做比较可以得出各采样通道与A相测量电压采样通道的相位差。即：

Δθ_φ＝θ_A-θ_φ

Δα_mφ＝θ_A-α_mφ

Δβ_{pφ_I}＝θ_A-β_{pφ_I}

Δ_{βpφ_II}＝θ_A-β_{pφ_II}

由此分别得到各相电压的相位校正系数e^jΔθφ、各相测量电流相位校正系数e^jΔαmφ、各相保护电流I段相位校正系数e^jΔβpφ_I和保护电流II段相位校正系数e^jΔβpφ_II，式中φ表示A、B、C三相。各采样通道相位校正系数的软件计算流程图如图10所示。

系统通过幅值校正和相位校正可提高微机继电保护装置的采样精度，并进一步提高基于各项采样值计算的其它遥测量的精度。测量电压信号完整的校正过程如图11所示；测量电流信号完整的校正过程如图12所示；保护电流信号完整的校正过程，如图13所示。

Claims (2)

1.一种提高微机继电保护装置测量精度的方法，其特征在于，该方法是在微机继电保护装置中按以下步骤实现的：

步骤(1)，在微机继电保护装置中设定以下各参数的值：

测量电压幅值校正系数K_Uφ；

测量电流幅值校正系数K_Imφ；

I段保护电流幅值校正系数K_{Ipφ_I}；

II段保护电流幅值校正系数K_{Ipφ_II}；

测量电压相位校正系数e^jΔθφ；

测量电流的相位校正系数e^jΔαmφ；

I段保护电流相位校正系数e^jΔβpφ_I；

II段保护电流相位校正系数e^jΔβpφ_II；

其中φ代表A、B、C三相；

上述幅值校正系数由下式计算得出：

$K_{U_{\mathrm{\φ}}}=U_e/U_{\mathrm{\φ}};$

$K_{I_{\mathrm{m\φ}}}=I_e/I_{\mathrm{m\φ}};$

$K_{I_{\mathrm{p\φ}\_I}}=I_S/I_{\mathrm{p\φ}\_I};$

$K_{I_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}}=I_S/I_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II};}$

其中U_e为继电保护测试仪向微机继电保护装置中的(CPU)板A/D端输入的额定电压信号的有效值；U_φ为所述(CPU)经过A/D采样、DFT或FFT处理后得到的测量电压测量值的有效值；

I_e为继电保护测试仪向微机继电保护装置中的(CPU)板A/D端输入的额定电流信号的有效值；I_mφ为所述(CPU)经过A/D采样、DFT或FFT处理后得到的测量电流测量值的有效值；

I_S为由继电保护测试仪向微机继电保护装置中的(CPU)板A/D端输入的保护测试电流信号的有效值；I_{pφ_I}、I_{pφ_II}为所述(CPU)经过A/D采样、DFT或FFT处理后分别在I段采样通道和II段采样通道得到的保护电流测量值的有效值；

各保护电量的相位校正系数由下式得出：

$e^{j{\mathrm{\Δ\θ}}_{\mathrm{\φ}}}=e^{j({\mathrm{\θ}}_A-{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\φ}})};$

$e^{j{\mathrm{\Δ\α}}_{\mathrm{m\φ}}}=e^{j({\mathrm{\θ}}_A-{\mathrm{\α}}_{\mathrm{m\φ}})};$

$e^{j{\mathrm{\Δ\β}}_{\mathrm{p\φ}\_I}}=e^{j({\mathrm{\θ}}_A-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_I})};$

$e^{\mathrm{j\Δ}{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}}=e^{j({\mathrm{\θ}}_A-{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}})};$

其中θ_A为所述(CPU)经过A/D采样、DFT或FFT处理后得到的A相测量电压的相位，θ_φ为所述(CPU)经过A/D采样、DFT或FFT处理后得到的各相测量电压的相位；α_mφ为所述(CPU)经过A/D采样、DFT或FFT处理后得到的各相测量电流的相位；β_{pφ_I}、β_{pφ_II}为所述(CPU)经过A/D采样、DFT或FFT处理后得到的各相保护电流在I段采样通道和II段采样通道得到的测量值的相位。

所述I段保护电流和II段保护电流分别来自于一个保护电流分段采样电路的两个输出端，该采样电路由微机继电保护装置中电量调理板内的测量电流互感器(CT)，并联于该互感器(CT)输出端的由电阻(R1)、(R3)依次相串接后接地而形成的电阻分压电路，并联于电阻(R3)两端且由电阻(R4)、电容(C2)构成的阻容串接支路，串接于电阻(R1)一端与地之间由电阻(R2)、电容(C1)串接构成的阻容串接支路构成；I段采样电流来自于电容(C1)的输出端，在电流互感器(CT)输出的测量电流信号较小时采用；II段采样电流来自于电容(C2)的输出端，在所选测量电流信号较大时采用；

步骤(2)，通过所述电量调理板向所述(CPU)板输入各保护电量：

未校正前的三相测量电压

依次经该电量调理板内的由电压互感器(PT)、电压滤波放大器串联形成的采样通道后输出到该(CPU)板的A/D信号输入端，其中：

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}=\sqrt{2}{U}_{\mathrm{\φ}}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\φ}}};$

未校正前的三相测量电流 依次经该电量调理板内的由电流互感器(CT)、电流滤波放大器串联形成的采样通道后输出到该(CPU)板的A/D信号输入端，其中：

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{m\φ}}=\sqrt{2}{I}_{\mathrm{m\φ}}{e}^{j{\mathrm{\α}}_{\mathrm{m\φ}}}$

未校正前的三相保护电流

依次经该电量调理板内的由电流互感器(CT)、电流滤波放大器串联形成的分段采样通道后输出到该(CPU)板的A/D信号输入端的保护电流I段、II段采样通道，其中：

I段采样通道的保护电流： ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_I}=\sqrt{2}{I}_{\mathrm{p\φ}\_I}{e}^{j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_I}}$

II段采样通道的保护电流： ${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}=\sqrt{2}{I}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}{e}^{j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}}$

步骤(3)，所述(CPU)板对步骤(2)所输入的各保护电量进行DFT或FFT变换；

步骤(4)，所述(CPU)板对步骤(3)输出的各保护电量按下式进行幅值校正，得到幅值校正后的测量值：

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}^{\′}=K_{U_{\mathrm{\φ}}}{\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}=\sqrt{2}{K}_{U_{\mathrm{\φ}}}{U}_{\mathrm{\φ}}{e}^{j{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\φ}}};$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{m\φ}}^{\′}=K_{I_{\mathrm{m\φ}}}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{m\φ}}=\sqrt{2}{K}_{I_{\mathrm{m\φ}}}{I}_{\mathrm{m\φ}}{e}^{j{\mathrm{\α}}_{\mathrm{m\φ}}};$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_I}^{\′}=K_{I_{\mathrm{p\φ}\_I}}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_I}=\sqrt{2}{K}_{I_{\mathrm{p\φ}\_I}}{I}_{\mathrm{p\φ}\_I}{e}^{j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_I}};$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}^{\′}=K_{I_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}}{\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}=\sqrt{2}{K}_{I_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}}{I}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}{e}^{j{\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}};$

步骤(5)，所述(CPU)板对步骤(4)输出的各幅值校正后的各保护电量测量值进行相位校正，得到相位校正后的测量值：

${\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}^{\′\′}={\stackrel{\·}{U}}_{\mathrm{\φ}}^{\′}{e}^{j{\mathrm{\Δ\θ}}_{\mathrm{\φ}}}=\sqrt{2}{K}_{U_{\mathrm{\φ}}}{U}_{\mathrm{\φ}}{e}^{j({\mathrm{\θ}}_{\mathrm{\φ}}+{\mathrm{\Δ\θ}}_{\mathrm{\φ}})};$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{m\φ}}^{\′\′}={\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{m\φ}}^{\′}{e}^{j{\mathrm{\Δ\α}}_{\mathrm{m\φ}}}=\sqrt{2}{K}_{I_{\mathrm{m\φ}}}{I}_{\mathrm{m\φ}}{e}^{j({\mathrm{\α}}_{\mathrm{m\φ}}+{\mathrm{\Δ\α}}_{\mathrm{m\φ}})};$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}}^{\′\′}={\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_I}^{\′}{e}^{j{\mathrm{\Δ\β}}_{\mathrm{p\φ}\_I}}=\sqrt{2}{K}_{I_{\mathrm{p\φ}\_I}}{I}_{\mathrm{p\φ}\_I}{e}^{j({\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_I}+{\mathrm{\Δ\β}}_{\mathrm{p\φ}\_I})};$

${\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}}^{\′\′}={\stackrel{\·}{I}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}^{\′}{e}^{{\mathrm{j\Δ\β}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}}=\sqrt{2}{K}_{I_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}}{I}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}{e}^{j({\mathrm{\β}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}}+{\mathrm{\Δ\β}}_{\mathrm{p\φ}\_\mathrm{II}})}.$

2.根据权利要求1所述的一种提高继电保护装置测量精度的方法，其特征在于：在所述步骤(5)之后要按下式对I段保护电流

II段保护电流

进行分段拟合，以克服非线性影响；

式中，I_s为进行分段拟合而选定的系统参数；一般选取为I段采样通道的最大量程的80％-90％。

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