CN116937499B - 变速抽蓄机组转子断相不平衡故障保护方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种变速抽蓄机组转子断相不平衡故障保护方法及装置。所述方法包括：对获取的定子三相电压和定子三相电流分别进行克拉克变换，得到定子电压空间矢量和定子电流空间矢量，然后对其进行第一旋转变换处理，得到基频分量和全故障分量；根据自产单位正负旋转信号对全故障分量进行第二旋转变换处理，得到第一故障特征分量和第二故障特征分量；基于自适应傅式算法得到基频幅值、第一特征幅值和第二特征幅值，并确定当前故障分量比；根据当前故障分量比与保护整定值的大小关系，控制变速抽蓄机组的工作状态。通过上述步骤，可以快速自动检测出变速抽蓄机组是否存在断相不平衡故障，降低故障对电网及机组本身造成的影响。

Description

变速抽蓄机组转子断相不平衡故障保护方法及装置
技术领域
本申请涉及发电机继电保护技术领域，特别是涉及一种变速抽蓄机组转子断相不平衡故障保护方法、保护装置、计算机设备和计算机可读存储介质。
背景技术
变速抽蓄机组(Variable Speed Pumped Storage Units，VSPSU)是一种采用交流励磁的双馈感应电机，其转子侧经电刷滑环装置引出，并由多级并联的背靠背变流器与电网相连。但变速抽蓄机组的转子侧结构复杂，容易发生各种故障，常见故障可分为短路、断路及接地故障三种类型。由于变速抽蓄机组采用了三相交流励磁结构，三相同时断线的概率极小(全失磁)，往往容易发生的是由单相电刷滑环(旋转装置)或滑环转子引线接触不良、脱落以及转子绕组开焊等引发的断相不平衡故障(含高阻故障)。基于双馈电机的变速抽蓄机组设备昂贵且容量巨大，其产生断相不平衡故障时会造成巨大的机械振动及电气量振荡，甚至发生转轴断裂的事故，因此断相不平衡故障对电网及机组本身造成的影响不可忽视。
相关技术中，通常采用人工巡视与定期预防性诊断的方式来对变速抽蓄机组的断相不平衡故障进行监测，但此种方法会浪费大量人力物力，且不能有效应对突发性的断相不平衡故障。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够快速自动检测断相不平衡故障的变速抽蓄机组转子断相不平衡故障保护方法、保护装置、计算机设备和计算机可读存储介质。
第一方面，本申请提供了一种变速抽蓄机组转子断相不平衡故障保护方法。所述方法包括：实时测量并获取变速抽蓄机组的定子三相电压和定子三相电流；对所述定子三相电压和所述定子三相电流分别进行克拉克变换，得到定子电压空间矢量和定子电流空间矢量；根据所述定子电压空间矢量对所述定子电流空间矢量进行第一旋转变换处理，得到定子电流分离后的基频分量和全故障分量；基于机组控制***实时生成的给定转差率确定自产单位正负旋转信号；根据所述自产单位正负旋转信号对所述全故障分量进行第二旋转变换处理，得到分离后特征频率不同的第一故障特征分量和第二故障特征分量；基于自适应傅式算法分别计算所述基频分量、所述第一故障特征分量和所述第二故障特征分量的幅值，分别得到基频幅值、第一特征幅值和第二特征幅值；根据所述基频幅值、所述第一特征幅值和所述第二特征幅值确定当前故障分量比；根据所述当前故障分量比与保护整定值的大小关系，控制所述变速抽蓄机组的工作状态。
在其中一个实施例中，所述根据所述定子电压空间矢量对所述定子电流空间矢量进行第一旋转变换处理，得到定子电流分离后的基频分量和全故障分量的步骤，包括：基于单位电压空间共轭矢量对所述定子电流空间矢量进行反向旋转处理，得到定子电流旋转空间矢量；其中，所述单位电压空间共轭矢量为所述定子电压空间矢量的单位共轭向量；对所述定子电流旋转空间矢量进行均值滤波处理，得到第一静止分量和第一旋转分量；基于单位电压空间矢量分别对所述第一静止分量和所述第一旋转分量进行正向旋转处理，得到所述基频分量和所述全故障分量；其中，所述单位电压空间矢量为所述定子电压空间矢量的单位向量。
在其中一个实施例中，所述自产单位正负旋转信号包括：自产单位正旋转信号和自产单位负旋转信号，所述根据所述自产单位正负旋转信号对所述全故障分量进行第二旋转变换处理，得到分离后特征频率不同的第一故障特征分量和第二故障特征分量的步骤，包括：根据所述自产单位负旋转信号对所述全故障分量进行反向旋转处理，得到定子电流旋转全故障矢量；对所述定子电流旋转全故障矢量进行均值滤波处理，得到第二静止分量和第二旋转分量；基于所述自产单位正旋转信号分别对所述第二静止分量和所述第二旋转分量进行正向旋转处理，得到所述第一故障特征分量和所述第二故障特征分量。
在其中一个实施例中，所述根据所述基频幅值、所述第一特征幅值和所述第二特征幅值确定当前故障分量比的步骤，包括：计算所述第一特征幅值的平方与所述第二特征幅值的平方之和，得到和值；计算所述和值的算数平方根与所述基频幅值之商，得到所述当前故障分量比。
在其中一个实施例中，所述保护整定值包括：跳闸整定值，所述根据所述当前故障分量比与保护整定值的大小关系，控制所述变速抽蓄机组的工作状态的步骤，包括：若所述当前故障分量比大于所述跳闸整定值，则控制所述变速抽蓄机组跳闸；若所述当前故障分量比不大于所述跳闸整定值，则输出告警信号或维持当前工作状态。
在其中一个实施例中，所述保护整定值还包括：报警整定值，所述报警整定值小于所述跳闸整定值，所述若所述当前故障分量比不大于所述跳闸整定值，则输出告警信号或维持当前工作状态的步骤，包括：若所述当前故障分量比大于所述报警整定值，则输出所述告警信号；若所述当前故障分量比不大于所述报警整定值，则维持当前工作状态。
在其中一个实施例中，所述第一故障特征分量的频率为基频频率与频率偏差之差，所述第二故障特征分量的频率为基频频率与所述频率偏差之和，所述频率偏差为两倍的所述给定转差率与所述基频频率之积。
第二方面，本申请还提供了一种变速抽蓄机组转子断相不平衡故障保护装置。所述装置包括：参数测量模块，用于实时测量并获取变速抽蓄机组的定子三相电压和定子三相电流；第一变换模块，用于对所述定子三相电压和所述定子三相电流分别进行克拉克变换，得到定子电压空间矢量和定子电流空间矢量；第二变换模块，用于根据所述定子电压空间矢量对所述定子电流空间矢量进行第一旋转变换处理，得到定子电流分离后的基频分量和全故障分量；信号确定模块，用于基于机组控制***实时生成的给定转差率确定自产单位正负旋转信号；第三变换模块，用于根据所述自产单位正负旋转信号对所述全故障分量进行第二旋转变换处理，得到分离后特征频率不同的第一故障特征分量和第二故障特征分量；幅值计算模块，用于基于自适应傅式算法分别计算所述基频分量、所述第一故障特征分量和所述第二故障特征分量的幅值，分别得到基频幅值、第一特征幅值和第二特征幅值；比值计算模块，用于根据所述基频幅值、所述第一特征幅值和所述第二特征幅值确定当前故障分量比；机组控制模块，用于根据所述当前故障分量比与保护整定值的大小关系，控制所述变速抽蓄机组的工作状态。
第三方面，本申请还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
第四方面，本申请还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，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
上述变速抽蓄机组转子断相不平衡故障保护方法、保护装置、计算机设备和计算机可读存储介质，通过检测变速抽蓄机组的定子三相电压和定子三相电流，并对其进行相应的计算处理后，得到基频幅值、第一特征幅值和第二特征幅值，然后根据得到的幅值确定当前故障分量比，并与保护整定值进行比较，以判断变速抽蓄机组是否存在断相不平衡故障，以此控制变速抽蓄机组的工作状态。通过上述步骤，可以快速自动检测出变速抽蓄机组是否存在断相不平衡故障，降低对电网及机组本身造成的影响。
附图说明
图1为一个实施例中故障保护方法的流程示意图；
图2为一个实施例中计算基频分量和全故障分量的流程示意图；
图3为一个实施例中计算第一故障特征分量和第二故障特征分量的流程示意图；
图4为一个实施例中实验***结构示意图；
图5为一个实施例中定子电流空间矢量、基频分量和全故障分量的波形图；
图6为一个实施例中全故障分量、第一故障特征分量和第二故障特征分量的波形图；
图7为一个实施例中基频幅值、第一特征幅值、第二特征幅值和对应的故障分量比的波形图；
图8为一个实施例中不同断相电阻下的故障分量比变化曲线图；
图9为一个实施例中不同给定转差率下的故障分量比变化曲线图；
图10为一个实施例中故障保护装置的模块示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请实施例提供的变速抽蓄机组转子断相不平衡故障保护方法，可以应用于微机保护装置中。微机保护装置连接变速抽蓄机组，微机保护装置可以采集变速抽蓄机组运行时的电压和电流，并对变速抽蓄机组的运行状态进行自动控制。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种变速抽蓄机组转子断相不平衡故障保护方法，以该方法应用于微机保护装置为例进行说明，包括以下步骤：
步骤S110，实时测量并获取变速抽蓄机组的定子三相电压和定子三相电流。
具体的，微机保护装置可以实时测量并获取变速抽蓄机组的定子三相电压和定子三相电流。具体示例，ua、ub和uc为定子三相电压，ia、ib和ic为定子三相电流。
步骤S120，对定子三相电压和定子三相电流分别进行克拉克变换，得到定子电压空间矢量和定子电流空间矢量。
具体的，由于三相***中的电压、电流等状态变量存在不同程度的耦合，通过三相坐标变换可以将耦合的对称三相***解耦为可以独立控制的两相***，从而降低控制器设计的复杂程度。微机保护装置获取到定子三相电压和定子三相电流后，会分别对其进行克拉克变换(Clarke Transformation)，从而分别得到定子电压空间矢量us和定子电流空间矢量is，具体如下式：
其中，ua、ub和uc为定子三相电压，ia、ib和ic为定子三相电流，uα和uβ为定子电压空间矢量us的实轴分量和虚轴分量，即us＝uα+juβ，iα和iβ为定子电流空间矢量is的实轴分量和虚轴分量，即is＝iα+jiβ。
步骤S130，根据定子电压空间矢量对定子电流空间矢量进行第一旋转变换处理，得到定子电流分离后的基频分量和全故障分量。具体的，通过定子电压空间矢量us对定子电流空间矢量is进行第一旋转变换处理后，即可得到定子电流分离后的基频分量is.BC和全故障分量is.FC。
在无故障情况下的定子三相电压和定子三相电流均只含有基频分量，因此电压电流均以同步角频率ωs旋转，分别记为：
其中，Us和Is分别为定子电压和电流的基频分量的幅值，和/>为相应的相位角。而当变速抽蓄机组发生转子断相不平衡故障时，此时定子电流除了基频分量，还含有频率为(1±2ks)·f(k＝1,2,3……)的谐波分量，其中s为转差率，f为基频，转子电流频率则为转差频率，定义为sf。由于第一边频带(k＝1)谐波分量较大，所以本申请主要以频带分量(1±2s)·f作为故障分量进行分析。因此发生转子断相后，定子电流中除了本身的基频分量外将出现频率为(1±2s)·f的故障分量。此时定子电流可记为：
其中，和/>为故障特征分量的幅值，/>和/>为对应的相位角。
由于变速抽蓄机组经升压变压器连接到无穷大***，发生转子断相不平衡故障时机端电压被无穷大***钳住，因此短时间内可视为不变，即usf＝us，此时，可通过定子电压空间矢量us对定子电流空间矢量is进行处理计算，以得到定子电流分离后的基频分量is.BC和全故障分量is.FC。
在一个实施例中，如图2所示，步骤S130中，根据定子电压空间矢量对定子电流空间矢量进行第一旋转变换处理，得到定子电流分离后的基频分量和全故障分量的步骤，包括：
步骤S131，基于单位电压空间共轭矢量对定子电流空间矢量进行反向旋转处理，得到定子电流旋转空间矢量。
具体的，单位电压空间共轭矢量为定子电压空间矢量的单位共轭向量，也即将定子电压空间矢量us的共轭向量进行单位化，单位电压空间共轭矢量即为通过其对定子电流空间矢量is进行反向旋转处理，即可得到定子电流旋转空间矢量is'：
其中，Us和Is为定子电压和电流基频分量的幅值，和/>为相应的相位角。/>和/>分别为(1+2s)·f故障特征分量和(1-2s)·f故障特征分量的幅值，/>和/>为对应的相位角，ωs为定子工频(基频)角频率。
步骤S132，对定子电流旋转空间矢量进行均值滤波处理，得到第一静止分量和第一旋转分量。
具体的，定子电流旋转空间矢量中包含静止分量和旋转分量两部分，分别对应于静止坐标系中的基频分量和故障特征分量，相当于电流空间矢量从定子(静止)坐标系变换到同步旋转坐标系中。通过均值滤波处理将定子电流旋转空间矢量中的静止分量和旋转分量分离，从而得到第一静止分量i's.DC和第一旋转分量i's.AC，分别为：
步骤S133，基于单位电压空间矢量分别对第一静止分量和第一旋转分量进行正向旋转处理，得到基频分量和全故障分量。
具体的，单位电压空间矢量为定子电压空间矢量的单位向量，也即将定子电压空间矢量us进行单位化，单位电压空间矢量即为us/Us，且由于usf＝us，将单位电压空间矢量分别乘以第一静止分量is'.DC和第一旋转分量is'.AC，即通过正向旋转处理将电流空间矢量变回原来的定子坐标系中，因此得到分离后的基频分量is.BC和全故障分量is.FC分别为：
对于正常运行下的变速抽蓄机组，其定子电流只含有基频分量，经过上述变换后，分离出的全故障分量is.FC为0。上述全故障分量is.FC中包含两种特征信号频率(1-2s)f和(1+2s)f，然而，根据全周傅氏算法的幅频特性，往往只有整数倍基频才能被完整滤除，若把其中一种频率作为基频提取，在提取过程将难以消除另外一种频率的影响，因此需要通过第二旋转变换处理进一步提取两种特征频率信号。
步骤S140，基于机组控制***实时生成的给定转差率确定自产单位正负旋转信号。
具体的，微机保护装置可以实时从变速抽蓄机组的机组控制***中得到给定转差率s，并借助微机保护装置生成自产单位正负旋转信号，可以理解的是，自产单位正负旋转信号包括：自产单位正旋转信号和自产单位负旋转信号。具体示例，在选取频率为(1±2s)·f的故障特征分量的情况下，自产单位正旋转信号和自产单位负旋转信号分别为：
步骤S150，根据自产单位正负旋转信号对全故障分量进行第二旋转变换处理，得到分离后特征频率不同的第一故障特征分量和第二故障特征分量。
具体的，得到自产单位正负旋转信号后，对分离出的全故障分量进行包括反向旋转和正向旋转的第二旋转变换处理，即可得到特征频率不同的第一故障特征分量和第二故障特征分量。
在一个实施例中，自产单位正负旋转信号包括：自产单位正旋转信号和自产单位负旋转信号。如图3所示，步骤S150中，根据自产单位正负旋转信号对全故障分量进行第二旋转变换处理，得到分离后特征频率不同的第一故障特征分量和第二故障特征分量的步骤，包括：
步骤S151，根据自产单位负旋转信号对全故障分量进行反向旋转处理，得到定子电流旋转全故障矢量。
具体的，获取到自产单位负旋转信号后，对全故障分量is.FC进行反向旋转处理，得到定子电流旋转全故障矢量is"，具体如下式：
步骤S152，对定子电流旋转全故障矢量进行均值滤波处理，得到第二静止分量和第二旋转分量。
具体的，通过均值滤波处理分离出定子电流旋转全故障矢量is"中的第二静止分量is".DC和第二旋转分量is".AC，分别为：
步骤S153，基于自产单位正旋转信号分别对第二静止分量和第二旋转分量进行正向旋转处理，得到第一故障特征分量和第二故障特征分量。
具体的，将获取到的自产单位正旋转信号分别与第二静止分量is".DC和第二旋转分量is".AC相乘，以进行正向旋转处理，从而得到分离后的第一故障特征分量is.FC1和第二故障特征分量is.FC2，分别为：
可以理解的是，第二故障特征分量is.FC2中除了含有(1+2s)f故障分量外，还含有因断相产生的其他边带频率(1±2ks)·f(k＝1,2,3……)，因此可进一步利用微机保护装置生成不同的自产单位正负旋转信号，例如，和/>并按照上述步骤得到单一频率成分的(1+2s)f故障分量。
步骤S160，基于自适应傅式算法分别计算基频分量、第一故障特征分量和第二故障特征分量的幅值，分别得到基频幅值、第一特征幅值和第二特征幅值。
具体的，微机保护装置对三相电压和电流信号的采样频率为fs，则采样周期为Δt＝1/fs。采用自适应傅氏算法分别计算基频分量is.BC、第一故障特征分量is.FC1和第二故障特征分量is.FC2的幅值，以分别得到基频幅值Is、第一特征幅值和第二特征幅值/>具体如下式所示：
其中，N为工频周期采样点数，N＝fs/f，通常设置为整数，N-为以(1-2s)·f为基频的周期采样点数，N-＝[fs/((1-2s)f)]，N+为以(1+2s)·f为基频的周期采样点数，N+＝[fs/((1+2s)f)]，受到变速抽蓄机组转子宽频变化影响，N-和N+需要四舍五入取整。
步骤S170，根据基频幅值、第一特征幅值和第二特征幅值确定当前故障分量比。具体的，得到基频幅值Is、第一特征幅值和第二特征幅值/>后，来确定当前故障分量比，当前故障分量比越大，说明变速抽蓄机组的断相不平衡故障越严重。
在一个实施例中，步骤S170中，根据基频幅值、第一特征幅值和第二特征幅值确定当前故障分量比的步骤，包括：计算第一特征幅值的平方与第二特征幅值/>的平方之和，得到和值；计算和值的算数平方根与基频幅值Is之商，得到当前故障分量比D。
具体的，本申请实施例的当前故障分量比D由下式计算：
当变速抽蓄机组处于正常工作状态下时无故障特征分量，此时当前故障分量比D＝0。实际上由于制造工艺及安装误差等影响，变速抽蓄机组转子存在一定的不对称，因此当前故障分量比D为一极小值。当变速抽蓄机组发生断相不平衡故障时，故障特征分量变大，因此D也会显著变大。实际除了完全断相外，还存在电刷滑环接触不良等故障，此时相当于转子一相中串入不平衡电阻，显然不平衡电阻越大造成的转子不对称程度越强，所反映出的D值越大。因此当前故障分量比反映了当前变速抽蓄机组的故障严重程度。在一些其他实施例中，可以将当前故障分量比D成比例放大或缩小，或乘以某一系数，也可以反映当前变速抽蓄机组的故障严重程度。
步骤S180，根据当前故障分量比与保护整定值的大小关系，控制变速抽蓄机组的工作状态。
具体的，保护整定值的计算方式与当前故障分量比的计算方式相同，保护整定值可以设置一个或多个不同大小的阈值，通过判断当前故障分量比与保护整定值的大小关系，来控制变速抽蓄机组的工作状态。
在一个实施例中，保护整定值包括：跳闸整定值，步骤S180中，根据当前故障分量比与保护整定值的大小关系，控制变速抽蓄机组的工作状态的步骤，包括：若当前故障分量比大于跳闸整定值，则控制变速抽蓄机组跳闸；若当前故障分量比不大于跳闸整定值，则输出告警信号或维持当前工作状态。
具体的，本申请实施例中的保护整定值设置有一个跳闸整定值，在当前故障分量比大于跳闸整定值的情况下，说明变速抽蓄机组的断相不平衡故障程度比较严重，变速抽蓄机组再继续运行可能会产生机械振动及电气量振荡，甚至发生转轴断裂，此时，立即控制变速抽蓄机组跳闸。在当前故障分量比不大于跳闸整定值的情况下，说明变速抽蓄机组的断相不平衡故障程度较轻，此时，可以输出告警信号提醒维保人员或继续维持当前工作状态。
在一个实施例中，保护整定值还包括：报警整定值，报警整定值小于跳闸整定值，若当前故障分量比不大于跳闸整定值，则输出告警信号或维持当前工作状态的步骤，包括：若当前故障分量比大于报警整定值，则输出告警信号；若当前故障分量比不大于报警整定值，则维持当前工作状态。
具体的，本申请实施例中的保护整定值还设置有一个报警整定值，且报警整定值小于跳闸整定值。在当前故障分量比不大于跳闸整定值且大于报警整定值的情况下，说明变速抽蓄机组存在一些不平衡故障，此时，微机保护装置可以输出告警信号来提示维保人员进行检修。在当前故障分量比不大于报警整定值的情况下，说明变速抽蓄机组不存在断相不平衡故障，此时控制变速抽蓄机组维持当前工作状态，并继续运行。
具体示例，报警整定值和跳闸整定值的大小可以按照正常运行情况下的最大故障分量比值Dnormal_max乘以大于1的可靠系数得到，例如：
DAlarm_set＝KI·Dnormal_max，DTrip_set＝KII·Dnormal_max
其中，DAlarm_set和DTrip_set分别为报警整定值和跳闸整定值，KI为报警可靠系数，KII为跳闸可靠系数，且KII大于KI。可靠系数一般是在留有一定裕度以保证保护可靠性的情况下选取，其可以根据实际工程需要进行设置。
在一个实施例中，第一故障特征分量的频率为基频频率与频率偏差之差，第二故障特征分量的频率为基频频率与频率偏差之和，频率偏差为两倍的给定转差率与基频频率之积。具体的，本申请实施例的第一故障特征分量is.FC1的频率为f-2sf，第二故障特征分量is.FC2的频率为f+2sf，通过频率分离步骤，得到单一频率成分的故障特征分量。在一些其他实施例中，也可以在混合有其它频率故障分量的情况下进行计算。
下面以一个具体实施例详细描述本申请的变速抽蓄机组转子断相不平衡故障保护方法。以变速抽蓄实验机组为例，实验平台由机组一次***(包含变速抽蓄机组、直流电动机、变压器、并网开关、换相开关等)、交流励磁***、直流调速***、故障控制***、微机保护与滤波***五个部分及其之间的连接电缆组成。实验***中直流电动机的转轴与变速抽蓄机组的转轴相连，通过带动变速抽蓄机组转子旋转来模拟动力。变速抽蓄机组由两组并联的中点钳位式三电平背靠背变流器进行励磁，整个***结构如图4所示。实验***的主要参数如下表所示：
为模拟变速抽蓄机组的断相不平衡故障，在转子A相串联了一个滑动变阻器，同时在滑动变阻器两端并联一个开关以控制故障发生和切除。为保障实验安全，该并联开关选用了固态继电器SSR，其控制回路由24V直流电源供电，并由空气开关K控制SSR的通断。当空气开关K闭合时，控制通路带电，SSR导通，反之空气开关K断开，SSR则关断。具体实验方法如下：故障前，初始状态下设置不平衡电阻Rp为目标值，并令空气开关K闭合，SSR导通，此时不平衡电阻Rp被短接，即变速抽蓄机组处于正常运行状态。故障中，某时刻断开空气开关K，SSR关断，即将不平衡电阻Rp引入故障相。故障后，闭合空气开关K，SSR重新导通，即将不平衡电阻Rp再次短接，变速抽蓄机组恢复正常运行状态。实验时变速抽蓄机组在10％转差率下运行，并且设置不平衡电阻Rp为20Ω。
当实验机组正常运行时，不同运行工况下的最大故障分量比Dnormal_max的值为0.08。若将报警可靠系数KI取值为1.5，跳闸可靠系数KII取值为3，则报警整定值DAlarm_set和跳闸整定值DTrip_set分别为：
DAlarm_set＝KI·Dnormal_max＝0.08×1.5＝0.12
DTrip_set＝KII·Dnormal_max＝0.08×3＝0.24
通过对获取到的定子三相电压和定子三相电流进行克拉克变换，得到定子电压空间矢量us和定子电流空间矢量is，然后根据定子电压空间矢量对定子电流空间矢量进行第一旋转变换处理，得到定子电流分离后的基频分量is.BC和全故障分量is.FC，如图5所示，为定子电流空间矢量is、基频分量is.BC和全故障分量is.FC的波形示意图。然后，基于给定转差率s确定自产单位正负旋转信号，其中，给定转差率s始终保持为0.1，工频频率fN为50Hz，定子工频角频率ωs＝2πf＝314.159rad/s。根据自产单位正负旋转信号对全故障分量is.FC进行第二旋转变换处理，得到分离后特征频率为(1-2s)fN的第一故障特征分量is.FC1和特征频率为(1+2s)fN第二故障特征分量is.FC2，如图6所示，为全故障分量is.FC、第一故障特征分量is.FC1和第二故障特征分量is.FC2的波形图。最后，基于自适应傅式算法计算出基频幅值Is、第一特征幅值和第二特征幅值/>其波形图如图7所示。最后，根据幅值大小实时计算当前故障分量比D(参照图7)，本实施例中的当前故障分量比D在故障后的最大值达到了0.653，大于跳闸段定值DTrip_set＝0.24，因此确定变速抽蓄机组有严重故障，控制变速抽蓄机组立刻跳闸。同时，由图7可得，变速抽蓄机组在故障后达到跳闸整定值的时间约为40ms，其跳闸动作速度较快。
实验机组在不同断相电阻下的故障分量比变化曲线如图8所示，其中给定转差率统一为5％，故障前D为一极小值，故障后D迅速增大并达到保护动作条件。同时随着断相电阻的阻值增大，D在故障时的幅值也增加。图9为在不同给定转差率下的实验结果，其中断相电阻的阻值统一为20欧姆，由图可知，在不同给定转差率下发生断相故障时D均有明显变化。上述故障实验中，不同断相电阻和给定转差率下的故障分量比D均能可靠反映出转子的断相不平衡故障，同时各种情况下的保护动作时间在40ms-55ms之间，均不超过3个工频周期，因此本申请实施例的变速抽蓄机组转子断相不平衡故障保护方法具有较高的灵敏度和动作速度，可以满足继电保护的需求。
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的变速抽蓄机组转子断相不平衡故障保护方法的故障保护装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个故障保护装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于故障保护方法的限定，在此不再赘述。
在一个实施例中，如图10所示，提供了一种变速抽蓄机组转子断相不平衡故障保护装置，包括：参数测量模块210、第一变换模块220、第二变换模块230、信号确定模块240、第三变换模块250、幅值计算模块260、比值计算模块270和机组控制模块280，其中：参数测量模块210，用于实时测量并获取变速抽蓄机组的定子三相电压和定子三相电流；第一变换模块220，用于对定子三相电压和定子三相电流分别进行克拉克变换，得到定子电压空间矢量和定子电流空间矢量；第二变换模块230，用于根据定子电压空间矢量对定子电流空间矢量进行第一旋转变换处理，得到定子电流分离后的基频分量和全故障分量；信号确定模块240，用于基于机组控制***实时生成的给定转差率确定自产单位正负旋转信号；第三变换模块250，用于根据自产单位正负旋转信号对全故障分量进行第二旋转变换处理，得到分离后特征频率不同的第一故障特征分量和第二故障特征分量；幅值计算模块260，用于基于自适应傅式算法分别计算基频分量、第一故障特征分量和第二故障特征分量的幅值，分别得到基频幅值、第一特征幅值和第二特征幅值；比值计算模块270，用于根据基频幅值、第一特征幅值和第二特征幅值确定当前故障分量比；机组控制模块280，用于根据当前故障分量比与保护整定值的大小关系，控制变速抽蓄机组的工作状态。
上述故障保护装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种变速抽蓄机组转子断相不平衡故障保护方法，其特征在于，所述方法包括：
实时测量并获取变速抽蓄机组的定子三相电压和定子三相电流；
对所述定子三相电压和所述定子三相电流分别进行克拉克变换，得到定子电压空间矢量和定子电流空间矢量；
根据所述定子电压空间矢量对所述定子电流空间矢量进行第一旋转变换处理，得到定子电流分离后的基频分量和全故障分量；
基于机组控制***实时生成的给定转差率确定自产单位正负旋转信号；
根据所述自产单位正负旋转信号对所述全故障分量进行第二旋转变换处理，得到分离后特征频率不同的第一故障特征分量和第二故障特征分量；
基于自适应傅式算法分别计算所述基频分量、所述第一故障特征分量和所述第二故障特征分量的幅值，分别得到基频幅值、第一特征幅值和第二特征幅值；
计算所述第一特征幅值的平方与所述第二特征幅值的平方之和，得到和值；计算所述和值的算数平方根与所述基频幅值之商，得到当前故障分量比；
根据所述当前故障分量比与保护整定值的大小关系，控制所述变速抽蓄机组的工作状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述定子电压空间矢量对所述定子电流空间矢量进行第一旋转变换处理，得到定子电流分离后的基频分量和全故障分量的步骤，包括：
基于单位电压空间共轭矢量对所述定子电流空间矢量进行反向旋转处理，得到定子电流旋转空间矢量；其中，所述单位电压空间共轭矢量为所述定子电压空间矢量的单位共轭向量；
对所述定子电流旋转空间矢量进行均值滤波处理，得到第一静止分量和第一旋转分量；
基于单位电压空间矢量分别对所述第一静止分量和所述第一旋转分量进行正向旋转处理，得到所述基频分量和所述全故障分量；其中，所述单位电压空间矢量为所述定子电压空间矢量的单位向量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自产单位正负旋转信号包括：自产单位正旋转信号和自产单位负旋转信号，所述根据所述自产单位正负旋转信号对所述全故障分量进行第二旋转变换处理，得到分离后特征频率不同的第一故障特征分量和第二故障特征分量的步骤，包括：
根据所述自产单位负旋转信号对所述全故障分量进行反向旋转处理，得到定子电流旋转全故障矢量；
对所述定子电流旋转全故障矢量进行均值滤波处理，得到第二静止分量和第二旋转分量；
基于所述自产单位正旋转信号分别对所述第二静止分量和所述第二旋转分量进行正向旋转处理，得到所述第一故障特征分量和所述第二故障特征分量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述保护整定值包括：跳闸整定值，所述根据所述当前故障分量比与保护整定值的大小关系，控制所述变速抽蓄机组的工作状态的步骤，包括：
若所述当前故障分量比大于所述跳闸整定值，则控制所述变速抽蓄机组跳闸；
若所述当前故障分量比不大于所述跳闸整定值，则输出告警信号或维持当前工作状态。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述保护整定值还包括：报警整定值，所述报警整定值小于所述跳闸整定值，所述若所述当前故障分量比不大于所述跳闸整定值，则输出告警信号或维持当前工作状态的步骤，包括：
若所述当前故障分量比大于所述报警整定值，则输出所述告警信号；
若所述当前故障分量比不大于所述报警整定值，则维持当前工作状态。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一故障特征分量的频率为基频频率与频率偏差之差，所述第二故障特征分量的频率为基频频率与所述频率偏差之和，所述频率偏差为两倍的所述给定转差率与所述基频频率之积。
7.一种变速抽蓄机组转子断相不平衡故障保护装置，其特征在于，所述装置包括：
参数测量模块，用于实时测量并获取变速抽蓄机组的定子三相电压和定子三相电流；
第一变换模块，用于对所述定子三相电压和所述定子三相电流分别进行克拉克变换，得到定子电压空间矢量和定子电流空间矢量；
第二变换模块，用于根据所述定子电压空间矢量对所述定子电流空间矢量进行第一旋转变换处理，得到定子电流分离后的基频分量和全故障分量；
信号确定模块，用于基于机组控制***实时生成的给定转差率确定自产单位正负旋转信号；
第三变换模块，用于根据所述自产单位正负旋转信号对所述全故障分量进行第二旋转变换处理，得到分离后特征频率不同的第一故障特征分量和第二故障特征分量；
幅值计算模块，用于基于自适应傅式算法分别计算所述基频分量、所述第一故障特征分量和所述第二故障特征分量的幅值，分别得到基频幅值、第一特征幅值和第二特征幅值；
比值计算模块，用于计算所述第一特征幅值的平方与所述第二特征幅值的平方之和，得到和值；计算所述和值的算数平方根与所述基频幅值之商，得到当前故障分量比；
机组控制模块，用于根据所述当前故障分量比与保护整定值的大小关系，控制所述变速抽蓄机组的工作状态。
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
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