WO2013174198A1 - 一种数字化保护测控装置异常采样值动态处理方法 - Google Patents

一种数字化保护测控装置异常采样值动态处理方法 Download PDF

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邓烽
王海燕
周邵亮
黄国方
姚成
熊剑
刘辉
吴骞
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国电南瑞科技股份有限公司
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    • G01R19/2509—Details concerning sampling, digitizing or waveform capturing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/05—Details with means for increasing reliability, e.g. redundancy arrangements

Definitions

  • the invention relates to the technical field of electric power automation, in particular to a dynamic processing method for abnormal sampling values of a digital protection measuring and controlling device. Background technique
  • a new substation as a smart grid support node has gradually formed a new intelligent substation mode.
  • One of the most important technical updates is the sampling and switching of data and the input and output of the switch.
  • the data sampling link is changed from the cable AC signal input of the traditional substation to the digital signal input through the optical fiber, and the trip signal is also transmitted through the optical fiber Ethernet.
  • the optical fiber communication may have errors or interruptions, which may cause the sample data to be lost.
  • digital sampling has a certain delay compared to conventional protection sampling
  • the electronic transformer technology especially the small signal transformer technology is not mature, the anti-interference standard ratio is low, and abnormal data will be generated under certain circumstances.
  • the object of the present invention is to overcome the deficiencies of the prior art, and to provide a method for dynamically processing abnormal sampling values of a digital protection and monitoring device, and sampling data received by the real-time detecting device, according to sampling data quality, two-channel data comparison and abnormal amplitude Comparison of value size and sudden change amount detects abnormal data, and abnormal data processing is performed for different situations, thereby ensuring data reliability and improving performance of the protection device.
  • a dynamic processing method for abnormal sampling values of a digital protection measurement and control device In a power system, an electronic voltage transformer and an electronic current transformer are combined into a power system secondary device by a merging unit to collect voltage and current signals.
  • the output end of the merging unit is connected to the protection and monitoring device of the spacer layer through Ethernet or optical fiber, and the current sampling value and voltage sampling value data collected by the electronic voltage transformer and the electronic current transformer are in accordance with IEC61850-9-1 and
  • the transmission general data set standard defined by IEC60044-8 is uploaded to the protection and monitoring device, and the sampling value interface module of the protection and control device receives the sampled value data, and processes the sampled value data, wherein the abnormal sample value is dynamic
  • the processing steps are as follows:
  • the reliability factor m and the fixed threshold value a for calculating the dynamic threshold value Imax and the maximum abrupt current 3 ⁇ 4!1 are given;
  • step (d) judging the sampled data and calculating the size of the dynamic threshold value Imax at the moment: if the sampled data exceeds the dynamic threshold value, and judges that the data is abnormal data, the process proceeds to step (0; if the sampled data is smaller than the dynamic threshold value, the judgment is made If the data is normal data, proceed to step (e);
  • step (c) and step (e) after detecting the abnormal data, the abnormal data of the point is removed, and the data is triangulated by the existing normal sampling data window to ensure data reliability. After processing, the data participates in logical judgment.
  • the foregoing method for dynamically processing abnormal sampling values of the digital protection and monitoring device is characterized in that, in the above step (1), the system parameter values include a rated voltage, a rated current, and a line parameter.
  • the foregoing method for dynamically processing an abnormal sampling value of a digital protection and monitoring device is characterized in that: the electronic transformer should be collected by two independent sampling systems, and each sampling system should adopt a dual A/D system to access the merging unit. Each merging unit outputs two digital sample values from the same channel into a set of digital protection devices to meet the requirements of dual protection.
  • the invention can monitor the communication state of the optical fiber in real time, can find the fiber break within two sampling interruption time intervals, and lock the protection in time;
  • the invention can detect the data abnormality caused by the transformer itself in real time
  • the invention processes the abnormal data by the triangular interpolation method, and realizes the complete repair of the sampled data window, thereby effectively ensuring the reliability of the protection device.
  • FIG. 1 is a process flow diagram of a method for dynamically processing abnormal sampling values of a digital protection and monitoring device according to the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram of abnormal data analysis of a method for dynamically processing abnormal sampling values of a digital protection and monitoring device according to the present invention.
  • the present invention is a dynamic processing method for abnormal sampling values of a digital protection and monitoring device according to the present invention.
  • a power system an electronic voltage transformer and an electronic current transformer are grouped into a power unit by a merging unit (MU).
  • the system secondary device performs voltage and current signal acquisition, and the output end of the merging unit (MU) is connected to the protection and control device of the interval layer through Ethernet or optical fiber, and the electronic voltage transformer and the electronic current transformer are collected.
  • the current sampling value and the voltage sampling value data are uploaded to the protection and monitoring device according to the transmission general data set standard defined by IEC61850-9-1 and IEC60044-8, and the sampled value interface module of the protection and monitoring device receives the sampled value data,
  • the sampling value data is processed.
  • the dynamic processing method for the abnormal sampling value includes three processes, which are respectively: (1) parameter initialization process, which mainly completes parameter calculation necessary for data monitoring, thereby being able to better adapt to different power systems. Environment; (2) sampling data receiving process, the process mainly achieves sampling data receiving Dump; (3) abnormal data processing, the main process to achieve the sampling data detection, and abnormality data detected treated accordingly.
  • the invention mainly verifies the correctness of the sampled data by detecting the quality of the sampled data, comparing the two channels of data and the dynamic threshold value comparison method, and interpolating the abnormal data, thereby greatly improving the reliability of the protection device and effectively guaranteeing the primary device. Safe operation and safe operation of the grid.
  • the electronic transformer should be collected by two independent sampling systems.
  • Each sampling system should adopt a dual A/D system access merging unit (MU), and each merging unit MU outputs two digital sampling values.
  • MU A/D system access merging unit
  • the same channel enters a set of protection devices to meet the requirements for dual protection to be completely independent.
  • the reliability factor m and the fixed threshold value required to calculate the dynamic threshold value Imax and the maximum abrupt current ⁇ 1!1 are given;
  • the maximum value of the sampling point io ⁇ is 1.414 times of the effective value I.
  • a correlation coefficient 1 ⁇ >1.414 is set, and a fixed threshold value a is set according to the system parameter;
  • step (e) After step (c) and step (d), after detecting the abnormal data, the abnormal data of the point is removed, and the data is automatically interpolated by the existing normal sampling data window to ensure data reliability.
  • iq is the abnormal data appearing in the sampled data
  • ia and ib are two normal sampling data of the adjacent abnormal data.
  • a current channel with a value of 5A is taken as an example, and the sampling rate is 32 points/cycle.
  • the mutation detection calculate the mutation amount of iq and ia, ib ⁇ 3 ⁇ 4, ⁇ 3 ⁇ 4, and then detect whether the mutation ⁇ 1 ⁇ 2, ⁇ 3 ⁇ 4 are greater than the maximum variation or less than the maximum variation, and if so, judge abnormal. Number According to.
  • the invention can monitor the communication state of the optical fiber in real time, can find the fiber break in the two sampling interruption time intervals, and timely block the protection; and can detect the data abnormality caused by the transformer itself in real time; and perform the abnormal data by the triangular interpolation method. Processing, complete restoration of the sampled data window, thus ensuring the reliability of the protection device.

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Abstract

一种数字化保护测控装置异常采样值动态处理方法，该方法包括以下过程：（1）参数初始化过程；（2）采样数据接收过程；（3）异常数据处理过程，该异常数据处理过程包括：（a）检测采样数据的品质；（b）比较同一采样通道的两路数字采样值；（c）计算出采样数据的幅值和计算出该时刻的动态门槛值；（d）判断采样数据和计算出该时刻的动态门槛值的大小；（e）判断突变量数值是否异常；（f）采样数据三角插值处理。该方法主要通过检测采样数据品质、比较两路数据及动态门槛值比较方法来验证采样数据的正确性，并对异常数据进行插值处理，大大提高了保护装置的可靠性，有力的保证一次设备的安全运行和电网的安全运行。

Description

一种数字化^ >测控装置异常采样值动态处理方法 技术领域
本发明涉及的是一种电力自动化技术领域，具体涉及的是一种数字化保护 测控装置异常采样值动态处理方法。 背景技术
随着智能电网建设进入实用化阶段，对作为智能电网支撑节点的变电站逐 步形成了一种新的智能变电站模式，其中最重要的技术更新之一是在数据的采 样环节和开关量的输入、 输出环节， 数据采样环节由传统变电站的电缆交流信 号输入变为通过光纤的数字信号输入， 跳闸信号也通过光纤以太网进行传输。
新技术的使用使得智能变电站和传统的变电站相比，从系统结构上发生了 很大的变化， 提高了电网运行的安全稳定性， 但在运行维护中也迎来了新的问 题值得研究：
一、 光纤输入的数据报文时间间隔与常规保护采样间隔存在差异； 二、 光纤通讯存在误码或中断的可能， 可能造成采样数据丢失；
三、 相比常规保护采样， 数字采样存在一定的延时；
四、 电子式互感器技术特别是小信号互感器技术不太成熟， 抗干扰标准比 较低， 在一定环境下会产生异常数据。
以上问题如果得不到解决， 必然影响保护装置的可靠性， 增加保护装置的 误动率。
发明内容
本发明的发明目的是在于， 克服现有技术的不足， 而提供一种数字化保护 测控装置异常采样值动态处理方法， 实时检测装置接收的采样数据， 根据采样 数据品质、双通道数据比较及异常幅值大小比较、突变量比较检测出异常数据， 并针对不同情况作异常数据处理， 从而保证了数据可靠性， 提高了保护装置性 能。
为了实现上述目的， 本发明采取的技术方案为： 一种数字化保护测控装置异常采样值动态处理方法， 在电力系统中， 电子 式电压互感器、电子式电流互感器通过合并单元分成组接至电力系统二次装置 进行电压和电流信号的采集，所述合并单元的输出端通过以太网或光纤连接至 间隔层的保护测控装置，将电子式电压互感器和电子式电流互感器所采集的电 流采样值和电压采样值数据按照 IEC61850-9-1和 IEC60044-8定义的传输通用 数据集标准上传至保护测控装置，所述保护测控装置的采样值接口模块接收所 述采样值数据后， 对采样值数据进行处理， 其特征在于， 对于异常采样值动态 处理方法步骤如下：
( 1 ) 参数初始化过程；
基于整定的系统参数值，给出计算动态门槛值 Imax及最大突变电流¾!1 所需的可靠系数 m及固定门槛值 a;
(2) 采样数据接收过程；
①在中断中自动接收来自外部设备的采样数据报文；
②将所接收的采样数据存入缓冲区， 并将数据的品质存入对应的缓冲区；
③自动重复步骤①〜步骤②；
( 3 ) 异常数据处理过程；
(a) 检测采样数据的品质， 若品质无效， 则不参与保护计算， 同时闭锁 保护一个周期； 若品质有效进入下一步骤 （b ) ;
( b ) 比较同一采样通道的两路数字采样值， 判断其数据是否异常， 若异 常则不参与保护计算， 同时闭锁保护一个周期；若数据正常进入下一步骤（c);
(c ) 计算出采样数据的幅值的有效值 ^和计算出该时刻的动态门槛值 Imax: 取得完整周波的数据窗后， 计算出采样数据的幅值的有效值 ^， 从而计 算出该时刻的动态门槛值 Imax;
( d)判断采样数据和计算出该时刻的动态门槛值 Imax的大小： 若采样数 据超过动态门槛值， 判断该数据为异常数据， 则进入步骤 （0 ; 若采样数据小 于动态门槛值， 判断该数据为正常数据， 则进入步骤 （e) ；
(e) 判断突变量数值是否异常： 基于步骤 （c) 计算出的采样数据的幅值 的有效值 Ii， 计算出此刻数据窗中正弦波形理论最大突变电流 A¾nax， Δ W = 1.414*1 8^10*可靠系数 m, Θ为相邻采样间隔间角度， 并计算每点采样数据与 前后两点采样数据的突变量数值 Δ51、 Al2, 若两点突变量数值 Δξ1、 ΔΙ2相对于最 大突变电流 Mmax的正偏差或负偏差均超过设定值，判断该点数据为异常数据， 则进入步骤 （0; 反之， 则判断该点数据为正常数据， 则参与逻辑判断；
(0 采样数据三角插值处理； 通过步骤 （c) 与步骤 （e)， 检测出异常数 据后， 去除该点异常数据， 并利用现有的正常的采样数据窗进行数据三角插值 处理保证数据可靠性， 处理后数据则参与逻辑判断。
前述的数字化保护测控装置异常采样值动态处理方法， 其特征在于： 上述 步骤 （c) 中， 动态门槛值 Imax的计算公式为： Imax =k*l!+a, 其中 a为固定 门槛值， 用于躲过系统不平衡电流， 额定电流不同， 固定门槛值也相应不同， L为该时刻采样值的有效值， k为关联系数。
前述的数字化保护测控装置异常采样值动态处理方法， 其特征在于： 关联 系数 k= 1.414*可靠系数 m。
前述的数字化保护测控装置异常采样值动态处理方法， 其特征在于， 上述 步骤 （1 ) 中， 所述系统参数值包括额定电压、 额定电流和线路参数。
前述的数字化保护测控装置异常采样值动态处理方法， 其特征在于， 所述 电子式互感器内应由两路独立的采样系统进行采集， 每路采样系统应采用双 A/D 系统接入合并单元，每个合并单元输出两路数字采样值由同一路通道进入 一套数字化保护装置， 以满足双重化保护相互完全独立的要求。
本发明的效果和优点为：
1. 本发明能实时监测光纤的通讯状态， 能在 2个采样中断时间间隔内发现 光纤中断， 并及时闭锁保护；
2. 本发明能实时检测出互感器本身引起的数据异常；
3. 本发明通过三角插值方法对异常数据进行处理， 实现对采样数据窗的完 整修复， 从而有力的保证了保护装置的可靠性。
附图说明
图 1 为本发明数字化保护测控装置异常采样值动态处理方法的处理流程 图；
图 2为本发明数字化保护测控装置异常采样值动态处理方法的异常数据分 析示意图。
具体实51^式：
为进一步揭示本发明的技术方案，兹结合附图详细说明本发明的实施方式。 以下实施例只是描述性的， 不能以此限定本发明的保护范围， 凡是基于本发明 技术方案所作的等同变化、 改进及故意变劣等行为， 均应属于本发明的保护范 围。
本发明如图 1所示，本发明一种数字化保护测控装置异常采样值动态处理 方法，在电力系统中，电子式电压互感器、电子式电流互感器通过合并单元 (MU) 分成组接至电力系统二次装置进行电压和电流信号的采集， 所述合并单元 (MU) 的输出端通过以太网或光纤连接至间隔层的保护测控装置，将电子式电压互感 器和电子式电流互感器所采集的电流采样值和电压采样值数据按照 IEC61850-9-1和 IEC60044-8定义的传输通用数据集标准上传至保护测控装置， 所述保护测控装置的采样值接口模块接收所述采样值数据后，对采样值数据进 行处理， 对于异常采样值动态处理方法包括三个过程， 分别为： （1 )参数初始 化过程， 该过程主要完成数据监测必须的参数计算， 从而能够较好的适应不同 的电力系统环境； （2)采样数据接收过程， 该过程主要实现采样数据接收及转 存； （3)异常数据处理过程， 该过程主要实现对采样数据检测， 并对检测出的 异常数据作相应处理。 本发明其主要通过检测采样数据品质、 比较两路数据及 动态门槛值比较方法来验证采样数据的正确性， 并对异常数据进行插值处理， 大大提高了保护装置的可靠性，有力的保证一次设备的安全运行和电网的安全 运行。
本发明中， 电子式互感器内应由两路独立的采样系统进行采集， 每路采样 系统应采用双 A/D 系统接入 合并单元 （MU), 每个合并单元 MU输出两路 数字采样值由同一路通道进入一套保护装置， 以满足双重化保护相互完全独立 的要求。
下面结合附图 1， 分别对三个过程的工作流程进行描述：
( 1 ) 参数初始化过程
基于整定的额定电压、 额定电流、 线路参数等系统参数值， 给出计算动态 门槛值 Imax及最大突变电流^1!1 所需的可靠系数 m及固定门槛值 a;
根据正弦波形的特性， 采样点最大值 io^为有效值 I的 1.414倍， 考虑到 可靠性， 设定一关联系数1^>1.414， 并根据系统参数设定一个固定门槛值 a;
(2) 采样数据接收过程
①在中断中自动接收来自外部设备（包括合并单元及电子式互感器等） 的 采样数据报文；
②将所接收的采样数据存入缓冲区， 并将数据的品质存入对应的缓冲区；
③自动重复步骤①〜步骤②；
( 3 ) 异常数据处理过程；
( a) 检测采样数据的品质， 若品质无效， 则不参与保护计算， 同时闭锁 保护一个周期；
(b ) 比较同一采样通道的两路数字采样值， 判断其数据是否异常， 若异 常则不参与保护计算， 同时闭锁保护一个周期；
( c ) 取得完整周波的数据窗后， 计算出采样数据的幅值 II， 从而计算出 该时刻的动态门槛值，即 Imax
Figure imgf000007_0001
其中 a为固定门槛值， ^为该时刻采样 值的有效值， k为关联系数， 若有采样数据 i超过动态门槛值， 就可以判断改 数据为异常数据；
( e) 判断突变量数值是否异常： 基于步骤 （c ) 计算出的采样数据的幅值 的有效值 Ii， 计算出此刻数据窗中正弦波形理论最大的变化量 ^max, Mmax = 1.414*1 8^10*可靠系数 m, Θ为相邻采样间隔间角度， k为关联系数， 并计算 每点采样数据与前后两点采样数据的突变量数值 Δί1、 Δ12, 若两点突变量数值 M Δ¾相对于 ^max 的正偏差或负偏差均超过设定值， 判断该点数据为异常 数据， 则进入步骤（f) ; 反之， 则判断该点数据为正常数据， 则参与逻辑判断;
( e)通过步骤（c)与步骤（d)， 检测出异常数据后， 去处该点异常数据， 并利用现有的正常的采样数据窗进行数据三角插值处理保证数据可靠性。
应用实施例：
本发明中异常数据分析示意图如图 2所示， iq为采样数据中出现的异常数 据， ia与 ib为相邻异常数据的两个正常采样数据。
本实施例中以值为 5A的电流通道为例， 采样率为 32点 /周期， 则理论上 最大采样数据为 1.414x5=7.07A， 考虑到可靠性， 假设设置可靠系数 m为 1.2， 关联系数 k为 k=1.414* 1.2=1.6968>1.414， 设定固定门槛值 a为 0.1A,则动态门 槛值为 k*I1+a=1.6968*5+0.1=8.584A， 最大变化量为 5xsin(11.250)xl .414xl .2 =1.655A,那么只要检测采样数据是否大于 8.584A, 若大于则判断为异常数据。
而对于突变量检测， 计算出 iq与 ia、 ib的突变量^¾、 Δ¾,然后检测突变量 Δ½、 Δ¾都是否都大于最大变化量或都小于最大变化量， 若是则判断为异常数 据。
本发明能实时监测光纤的通讯状态，能在 2个采样中断时间间隔内发现光 纤中断， 并及时闭锁保护； 并能实时检测出互感器本身引起的数据异常； 而且 通过三角插值方法对异常数据进行处理， 实现对采样数据窗的完整修复， 从而 有力的保证了保护装置的可靠性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业 的技术人员应该了解， 本发明不受上述实施例的限制， 上述实施例和说明书中 描述的只是说明本发明的原理， 在不脱离本发明精神和范围的前提下， 本发明 还会有各种变化和改进， 这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本 发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

权 禾 U 要 求 书
1. 一种数字化保护测控装置异常采样值动态处理方法，在电力系统中， 电 子式电压互感器、电子式电流互感器通过合并单元分成组接至电力系统二次装 置进行电压和电流信号的采集，所述合并单元的输出端通过以太网或光纤连接 至间隔层的保护测控装置，将电子式电压互感器和电子式电流互感器所采集的 电流采样值和电压采样值数据按照 IEC61850-9-1和 IEC60044-8定义的传输通 用数据集标准上传至保护测控装置，所述保护测控装置的采样值接口模块接收 所述采样值数据后， 对采样值数据进行处理， 其特征在于， 对于异常采样值动 态处理方法步骤如下：
( 1 ) 参数初始化过程；
基于整定的系统参数值， 给出计算动态门槛值 Imax及最大突变电流^111 所需的可靠系数 m及固定门槛值 a;
(2) 采样数据接收过程；
①在中断中自动接收来自外部设备的采样数据报文；
②将所接收的采样数据存入缓冲区， 并将数据的品质存入对应的缓冲区；
③自动重复步骤①〜步骤②；
( 3 ) 异常数据处理过程；
(a) 检测采样数据的品质， 若品质无效， 则不参与保护计算， 同时闭锁 保护一个周期； 若品质有效进入下一步骤 （b ) ;
( b ) 比较同一采样通道的两路数字采样值， 判断其数据是否异常， 若异 常则不参与保护计算， 同时闭锁保护一个周期；若数据正常进入下一步骤（c);
(c ) 计算出采样数据的幅值的有效值 ^和计算出该时刻的动态门槛值 Imax: 取得完整周波的数据窗后， 计算出采样数据的幅值的有效值 ^， 从而计 算出该时刻的动态门槛值 Imax;
( d)判断采样数据和计算出该时刻的动态门槛值 Imax的大小： 若采样数 据超过动态门槛值， 判断该数据为异常数据， 则进入步骤 （0 ; 若采样数据小 于动态门槛值， 判断该数据为正常数据， 则进入步骤 （e) ；
(e) 判断突变量数值是否异常： 基于步骤 （c) 计算出的采样数据的幅值 的有效值 Ii， 计算出此刻数据窗中正弦波形理论最大突变电流 max， ^max = 1.414*1 8^10*可靠系数 m, Θ为相邻采样间隔间角度， 并计算每点采样数据与 前后两点采样数据的突变量数值 Δ51、 Μ2， 若两点突变量数值 Δ 、 相对于最 大突变电流 max的正偏差或负偏差均超过设定值，判断该点数据为异常数据， 则进入步骤 （0; 反之， 则判断该点数据为正常数据， 则参与逻辑判断；
(0 采样数据三角插值处理； 通过步骤 （c) 与步骤 （e)， 检测出异常数 据后， 去除该点异常数据， 并利用现有的正常的采样数据窗进行数据三角插值 处理保证数据可靠性， 处理后数据则参与逻辑判断。
2. 根据权利要求 1所述的数字化保护测控装置异常采样值动态处理方法， 其特征在于：上述步骤（c)中，动态门槛值 Imax的计算公式为： Imax =k*I1+a, 其中 a为固定门槛值， ^为该时刻采样值的有效值， k为关联系数。
3. 根据权利要求 2所述的数字化保护测控装置异常采样值动态处理方法， 其特征在于： 关联系数 k= 1.414*可靠系数 m。
4. 根据权利要求 1所述的数字化保护测控装置异常采样值动态处理方法， 其特征在于， 上述步骤 （1 ) 中， 所述系统参数值包括额定电压、 额定电流和 线路参数。
5. 根据权利要求 1所述的数字化保护测控装置异常采样值动态处理方法， 其特征在于， 所述电子式互感器内应由两路独立的采样系统进行采集， 每路采 样系统应采用双 A/D 系统接入合并单元， 每个合并单元输出两路数字采样值 由同一路通道进入一套数字化保护装置， 以满足双重化保护相互完全独立的要 求。
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