CN118151058A - 电压切换装置突变量检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力测量技术领域,具体涉及一种电压切换装置突变量检测方法。本发明包括如下步骤:S1、采集PT的电压电流数据,包括三相电压、电流值以及有效值:S2、对负载投切的***扰动进行过滤;S3、判断电压和电流的二次谐波百分比的一致性;S4、综合上述电压和电流的偏移系数,以及谐波占比系数,得到综合评估系数。本发明通过采集电压电流数据并计算相关系数与谐波占比,结合偏移系数和谐波评价系数判断故障类型,进而决定是否执行电压切换操作,用于确保电压切换装置在故障情况下能准确动作,同时降低计算压力并提高计算速度。
Description
技术领域
本发明涉及电力测量技术领域,具体涉及一种电压切换装置突变量检测方法。
背景技术
电压切换装置的使用非常广泛,在电力测量中,对电压和电流数据的采集和处理、对信号的滤波和变换处理手段,以及对处理后的信号进行特征提取和判断,能够实现对电力***状态或故障的有效检测和判断。为了进一步提高现有电压切换装置存在的不足,本领域技术人员做出了如下努力,如中国专利公开号为CN115372699A,其公开一种自适应滤波方法、装置、故障检测方法、电子设备和介质,其排除了电压时域信号中的直流和高次谐波信号对滤波的不利影响,从而能够更彻底地滤除电流工频信号,以便更准确地从电流频谱中识别出位于额定工频边频带的电流分量信号,进而提高检测异步感应电机转子断条故障的可靠性。但该方案虽然能够有效地提取出信号中的有用信息,但其处理过程相对复杂,且主要适用于特定类型的故障检测;存在一定的计算压力,因为其涉及到复杂的滤波和变换过程,在应用范围、故障检测的全面性和计算效率等方面存在不足。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供一种电压切换装置突变量检测方法。
本发明采用的技术方案如下:
一种电压切换装置突变量检测方法,包括如下步骤:
S1、采集PT的电压电流数据,包括三相电压、电流值以及有效值:
S11、利用三相电流、电压值计算f(t)电流、电压为:
S12、计算df(t)利用微分环节过滤f(t)直流分量为:
S2、对负载投切的***扰动进行过滤:
S21、计算电压和电流的偏移系数为:
其中:I t和U t为故障发生后的有效值,I t-T和U t-T为故障发生前的有效值取平均;
S22、df(t)进行快速傅里叶分解FFT;
S3、判断电压和电流的二次谐波百分比的一致性:
若不一致则认为电压或电流数据丢失,需要检查装置二次回路;
若一致则计算谐波占比系数为:
S4、综合上述电压和电流的偏移系数,以及谐波占比系数,得到综合评估系数:
当g(t)>0.33时,需要执行电压切换操作。
本技术方案通过采集电压电流数据并计算相关系数与谐波占比,结合偏移系数和谐波评价系数判断故障类型,进而决定是否执行电压切换操作,用于确保电压切换装置在故障情况下能准确动作,同时降低计算压力并提高计算速度。具体地,首先,通过采集PT(Potential Transformer,电压互感器)的电压电流数据,包括三相电压、电流值以及有效值,为后续的故障检测提供基础数据;本技术方案利用三相电流、电压值计算电压电流函数f(t),并通过微分环节过滤f(t)中的直流分量,得到df(t),用于消除直流成分对故障检测的影响,同时突出电气信号中的高频成分;本技术方案对负载投切产生的***扰动进行过滤,通过计算电压和电流的偏移系数,分析故障发生前后电气信号的变化情况;偏移系数反映故障对电气参数的影响程度,为后续的故障判断提供依据;在过滤***扰动后,进一步对df(t)进行快速傅里叶分解,提取电气信号中的频谱特征。通过判断电压和电流的二次谐波百分比的一致性,检测是否存在数据丢失或异常,确保检测结果的准确性;综合电压和电流的偏移系数以及谐波占比系数,当综合系数g(t)超过设定的阈值(如0.33)时,判断为需要执行电压切换操作,确保在故障情况下准确地进行电压切换。因此,通过采集电压电流数据、提取电气信号特征、过滤***扰动、判断故障类型和程度,最终决定是否需要执行电压切换操作,以实现对电力***的有效保护和控制。
另外,根据本发明上述提出电压切换装置突变量检测方法还具有如下附加技术特征:
根据本发明的一个实施例,所述步骤S1中,采集PT电压电流数据的有效值,其计算采用移动窗方法,每个仿真步长中以一组数据计算有效值,模拟实际的电压电流表记的读数。
本技术方案通过移动窗方法精确计算PT电压电流数据的有效值,每个仿真步长都基于一组数据进行计算,以模拟实际电压电流表计的读数,确保数据的实时性和准确性,为后续的故障检测提供可靠依据;通过采用移动窗方法精确计算PT电压电流数据的有效值,模拟实际电压电流表记的读数,用于实时获取准确的电气信号数据,为后续电压切换装置的故障检测提供可靠依据。
根据本发明的一个实施例,所述步骤S2中,对负载投切的***扰动进行过滤,其故障时变化值远大于负载投切的变化量后,进行计算电压和电流的偏移系数计算。
本技术方案通过识别并过滤负载投切产生的***扰动,确保在故障时变化值显著超过负载投切引起的变化后,才进行电压和电流偏移系数的计算;通过识别并过滤负载投切产生的***扰动,确保在故障时变化显著的情况下进行电压和电流偏移系数的计算,以准确判断电力***的故障状态,为电压切换装置提供可靠的决策依据。
根据本发明的一个实施例,所述步骤S21中,计算电压和电流的偏移系数,得到的电压偏移系数U bias和电流偏移系数I bias在故障发生后正负一致。
本技术方案通过计算电压和电流的偏移系数,并确保故障发生后电压偏移系数U bias和电流偏移系数I bias的正负一致性,来准确反映故障对电气参数的影响;通过计算电压和电流的偏移系数,并验证故障发生后两者正负的一致性,以准确反映故障对电气参数的影响,进而为电压切换装置提供可靠的故障判断依据。
根据本发明的一个实施例,所述步骤S22中,df(t)进行快速傅里叶分解FFT,则:
当处于稳态下,若df(t)接近0并保持不变,此时频率没有参考价值,当谐波大于限额klim和基波时,认为百分比具备参考价值;若未达到限额,则继续计算一段时间直到时间大于t li。
本技术方案通过计算df(t)并进行快速傅里叶分解FFT,当***处于稳态且df(t)接近零时,频率信息不具有参考价值;一旦谐波分量超过设定的限额klim并与基波相比较显著,则该谐波的百分比将成为判断故障的重要依据;若未达到限额,则延长计算时间直至超过预设阈值t li,以确保准确捕获故障特征;通过计算df(t)并进行FFT分析,在稳态时忽略频率信息,而在谐波超出限额时强调其参考价值,并设置计算时间的阈值以确保故障特征的准确捕获,最终目的是为电压切换装置提供可靠的故障检测依据。
根据本发明的一个实施例,所述步骤S4中,综合上述电压和电流的偏移系数,以及谐波占比系数,当压互感器带负载正常运行时,视作大电流接地***,此时在PSCAD中建立仿真模型和辨识策略,并于设置0.1s发生A相接地故障,持续0.3s;若klim取值0.1,则在0.104s时二次谐波值大于klim和基波,则进行二次谐波占比的计算;在0.112s后综合评估系数超过33%,认为***发生接地故障。
本技术方案通过综合电压和电流的偏移系数以及谐波占比系数,在仿真环境中模拟大电流接地***的运行情况,并通过设定特定时间和故障条件来测试***的响应;通过计算和比较二次谐波与基波的比例,以及综合评估系数的变化,能够准确判断***是否发生接地故障,为电压切换装置提供及时的故障检测与响应机制。
根据本发明的一个实施例,所述步骤S4中,综合评估系数g(t)辨识其他的非对称故障,用于快速辨识***的非对称故障,为二次***进行电源切换提供指导。
本技术方案g(t)综合多种电气信号特征,包括电压和电流的偏移量、谐波占比等,通过对这些特征进行量化分析和计算,能够反映***非对称故障时的电气特性变化。当***出现非对称故障时,通过电气特性会产生特定的变化模式,g(t)基于变化模式进行故障辨识,并通过实时计算和监控g(t)的变化,快速准确地识别出***的非对称故障,从而为二次***的电源切换提供及时有效的指导,不仅提高故障检测的灵敏度和准确性,还有助于降低故障对电力***的影响,确保***的稳定运行。
因此,系数g(t)的深层次原理在于其能够综合反映***非对称故障时的电气特性变化,并通过实时计算和监控实现对故障的准确辨识和快速响应。
根据本发明的一个实施例,所述步骤S1至S4中,采用正弦量联立求解电流有效值的计算方法,利用电压和电流的联立解各自进行频率分解,相互验证采样数据的完整性;电压和电流的偏移系数判断对称故障,谐波评价系数用于判断不对称故障的严重程度,因此在对称故障和不对称故障下均可执行电压切换;计算由监测值的波动幅度作为参考以启动后续计算,并且不必实时计算三相阻抗值,转而以电压和电流有效值为评估指标;微分环节将输入信号df(t)中的高频成分放大,消除直流分量并降低低频分量,从而放大高次谐波。
本技术方案中,
本发明与现有技术相比,具有以下有益效果:
(1)采用正弦量联立求解电流有效值的计算方法,利用电压和电流的联立解各自进行频率分解,相互验证采样数据的完整性,避免数据采样丢失导致计算结果错误,致使电压切换装置误动;
(2)具备一定的故障辨识能力,电压和电流的偏移系数判断对称故障,谐波评价系数判断不对称故障的严重程度,因此在对称故障和不对称故障下均可执行电压切换;
(3)为降低装置的计算压力并提升计算速度,此方法的计算由监测值的波动幅度作为参考以启动后续计算,并且不必实时计算三相阻抗值,转而以电压和电流有效值为评估指标;
(4)微分环节将输入信号df(t)中的高频成分放大,消除直流分量并降低低频分量,从而放大高次谐波。
附图说明
图1是本发明的流程原理框图。
图2是本发明的仿真拓扑图。
图3是本发明故障发生前后的三相电流图。
图4是本发明f(t)电流结果的示意图。
图5是本发明f(t)电流经过微分环节得到df(t)结果的示意图。
图6是本发明df(t)进行FFT谐波的分析示意图。
图7是本发明二次谐波占比计算结果的示意图。
图8是本发明二次谐波占比的差值百分比计算结果的示意图。
图9(a)-图9(b)是本发明电流及电压有效值的分析示意图。
图10(a)-图10(b)是本发明电流和电压偏移系数的分析示意图。
图11是本发明综合评估系数的分析示意图。
图12(a)-图12(b)是本发明klim取值0.1、AB相间短路的电流及综合评估系数的分析示意图。
图13(a)-图13(b)是本发明klim取值0.1、AB短路接地的电流及综合评估系数的分析示意图。
图14(a)-图14(b)是本发明klim取值0.1、A相断线的电流及综合评估系数的分析示意图。
图15是本发明的A相电流出现数据丢失的综合评估系数的分析示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示,本实施例提供一种电压切换装置突变量检测方法,包括如下步骤:
S1、采集PT的电压电流数据,包括三相电压、电流值以及有效值:
S11、利用三相电流、电压值计算f(t)电流、电压为:
S12、计算df(t)利用微分环节过滤f(t)直流分量为:
S2、对负载投切的***扰动进行过滤:
S21、计算电压和电流的偏移系数为:
其中:I t和U t为故障发生后的有效值,I t-T和U t-T为故障发生前的有效值取平均;
S22、df(t)进行快速傅里叶分解FFT;
S3、判断电压和电流的二次谐波百分比的一致性:
若不一致则认为电压或电流数据丢失,需要检查装置二次回路;
若一致则计算谐波占比系数为:
S4、综合上述电压和电流的偏移系数,以及谐波占比系数,得到综合评估系数:
当g(t)>0.33时,需要执行电压切换操作。
本技术方案通过采集电压电流数据并计算相关系数与谐波占比,结合偏移系数和谐波评价系数判断故障类型,进而决定是否执行电压切换操作,用于确保电压切换装置在故障情况下能准确动作,同时降低计算压力并提高计算速度。具体地,首先,通过采集PT(Potential Transformer,电压互感器)的电压电流数据,包括三相电压、电流值以及有效值,为后续的故障检测提供基础数据;本技术方案利用三相电流、电压值计算电压电流函数f(t),并通过微分环节过滤f(t)中的直流分量,得到df(t),用于消除直流成分对故障检测的影响,同时突出电气信号中的高频成分;本技术方案对负载投切产生的***扰动进行过滤,通过计算电压和电流的偏移系数,分析故障发生前后电气信号的变化情况;偏移系数反映故障对电气参数的影响程度,为后续的故障判断提供依据;在过滤***扰动后,进一步对df(t)进行快速傅里叶分解,提取电气信号中的频谱特征。通过判断电压和电流的二次谐波百分比的一致性,检测是否存在数据丢失或异常,确保检测结果的准确性;综合电压和电流的偏移系数以及谐波占比系数,当综合系数g(t)超过设定的阈值(如0.33)时,判断为需要执行电压切换操作,确保在故障情况下准确地进行电压切换。因此,通过采集电压电流数据、提取电气信号特征、过滤***扰动、判断故障类型和程度,最终决定是否需要执行电压切换操作,以实现对电力***的有效保护和控制。
另外,根据本发明上述提出电压切换装置突变量检测方法还具有如下附加技术特征:
根据本发明的一个实施例,所述步骤S1中,采集PT电压电流数据的有效值,其计算采用移动窗方法,每个仿真步长中以一组数据计算有效值,模拟实际的电压电流表记的读数。
本技术方案通过移动窗方法精确计算PT电压电流数据的有效值,每个仿真步长都基于一组数据进行计算,以模拟实际电压电流表计的读数,确保数据的实时性和准确性,为后续的故障检测提供可靠依据;通过采用移动窗方法精确计算PT电压电流数据的有效值,模拟实际电压电流表记的读数,用于实时获取准确的电气信号数据,为后续电压切换装置的故障检测提供可靠依据。
根据本发明的一个实施例,所述步骤S2中,对负载投切的***扰动进行过滤,其故障时变化值远大于负载投切的变化量后,进行计算电压和电流的偏移系数计算。
本技术方案通过识别并过滤负载投切产生的***扰动,确保在故障时变化值显著超过负载投切引起的变化后,才进行电压和电流偏移系数的计算;通过识别并过滤负载投切产生的***扰动,确保在故障时变化显著的情况下进行电压和电流偏移系数的计算,以准确判断电力***的故障状态,为电压切换装置提供可靠的决策依据。
根据本发明的一个实施例,所述步骤S21中,计算电压和电流的偏移系数,得到的电压偏移系数U bias和电流偏移系数I bias在故障发生后正负一致。
本技术方案通过计算电压和电流的偏移系数,并确保故障发生后电压偏移系数U bias和电流偏移系数I bias的正负一致性,来准确反映故障对电气参数的影响;通过计算电压和电流的偏移系数,并验证故障发生后两者正负的一致性,以准确反映故障对电气参数的影响,进而为电压切换装置提供可靠的故障判断依据。
根据本发明的一个实施例,所述步骤S22中,df(t)进行快速傅里叶分解FFT,则:
当处于稳态下,若df(t)接近0并保持不变,此时频率没有参考价值,当谐波大于限额klim和基波时,认为百分比具备参考价值;若未达到限额,则继续计算一段时间直到时间大于t li。
本技术方案通过计算df(t)并进行快速傅里叶分解FFT,当***处于稳态且df(t)接近零时,频率信息不具有参考价值;一旦谐波分量超过设定的限额klim并与基波相比较显著,则该谐波的百分比将成为判断故障的重要依据;若未达到限额,则延长计算时间直至超过预设阈值t li,以确保准确捕获故障特征;通过计算df(t)并进行FFT分析,在稳态时忽略频率信息,而在谐波超出限额时强调其参考价值,并设置计算时间的阈值以确保故障特征的准确捕获,最终目的是为电压切换装置提供可靠的故障检测依据。
根据本发明的一个实施例,所述步骤S4中,综合上述电压和电流的偏移系数,以及谐波占比系数,当压互感器带负载正常运行时,视作大电流接地***,此时在PSCAD中建立仿真模型和辨识策略,并于设置0.1s发生A相接地故障,持续0.3s;若klim取值0.1,则在0.104s时二次谐波值大于klim和基波,则进行二次谐波占比的计算;在0.112s后综合评估系数超过33%,认为***发生接地故障。
本技术方案通过综合电压和电流的偏移系数以及谐波占比系数,在仿真环境中模拟大电流接地***的运行情况,并通过设定特定时间和故障条件来测试***的响应;通过计算和比较二次谐波与基波的比例,以及综合评估系数的变化,能够准确判断***是否发生接地故障,为电压切换装置提供及时的故障检测与响应机制。
根据本发明的一个实施例,所述步骤S4中,综合评估系数g(t)辨识其他的非对称故障,用于快速辨识***的非对称故障,为二次***进行电源切换提供指导。
本技术方案g(t)综合多种电气信号特征,包括电压和电流的偏移量、谐波占比等,通过对这些特征进行量化分析和计算,能够反映***非对称故障时的电气特性变化。当***出现非对称故障时,通过电气特性会产生特定的变化模式,g(t)基于变化模式进行故障辨识,并通过实时计算和监控g(t)的变化,快速准确地识别出***的非对称故障,从而为二次***的电源切换提供及时有效的指导,不仅提高故障检测的灵敏度和准确性,还有助于降低故障对电力***的影响,确保***的稳定运行。
因此,系数g(t)的深层次原理在于其能够综合反映***非对称故障时的电气特性变化,并通过实时计算和监控实现对故障的准确辨识和快速响应。
根据本发明的一个实施例,所述步骤S1至S4中,采用正弦量联立求解电流有效值的计算方法,利用电压和电流的联立解各自进行频率分解,相互验证采样数据的完整性;电压和电流的偏移系数判断对称故障,谐波评价系数用于判断不对称故障的严重程度,因此在对称故障和不对称故障下均可执行电压切换;计算由监测值的波动幅度作为参考以启动后续计算,并且不必实时计算三相阻抗值,转而以电压和电流有效值为评估指标;微分环节将输入信号df(t)中的高频成分放大,消除直流分量并降低低频分量,从而放大高次谐波。
实施例2
在实施例1基础上,本实施例提供算例分析,进一步验证本发明的效果。
电压互感器带负载正常运行时,可以视作大电流接地***,此时在PSCAD中建立仿真模型和辨识策略,并于设置0.1s发生A相接地故障,持续0.3s,仿真拓扑如图2;故障发生前后的三相电流如图3;计算f(t)电流的结果如图4;f(t)电流经过微分环节,得到df(t)结果如图5,最后对df(t)进行FFT谐波分析如图6;若klim取值0.1,则在0.104s时二次谐波值大于klim和基波,则进行二次谐波占比的计算,其结果如图7;同理计算电压的二次谐波占比,将二者差值百分比计算结果如图8;可见没有出现数据丢失的情况,此时进行有效值的分析,如图9(a)-图9(b);对应的电压和电流的偏移系数,如图10(a)-图10(b);最后综合上述结果,计算综合评估系数如图11;在0.112s后综合评估系数超过33%,认为***发生接地故障。本方法可以辨识其他的非对称故障,若klim取值0.1,AB相间短路,如图12(a)-图12(b);AB短路接地,klim取值0.1,如图13(a)-图13(b);A相断线,若klim取值0.1,如图14(a)-图14(b);当***正常运行,但A相电流出现数据丢失时,计算综合评估系数如图15;综上所述,本算法可以快速辨识***的非对称故障,为二次***进行电源切换提供指导。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行详细描述,但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下,本领域普通技术人员对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换,而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种电压切换装置突变量检测方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、采集PT的电压电流数据,包括三相电压、电流值以及有效值:
S11、利用三相电流、电压值计算f(t)电流、电压为:
S12、计算df(t)利用微分环节过滤f(t)直流分量为:
S2、对负载投切的***扰动进行过滤:
S21、计算电压和电流的偏移系数为:
其中:I t和U t为故障发生后的有效值,I t-T和U t-T为故障发生前的有效值取平均;
S22、df(t)进行快速傅里叶分解FFT;
S3、判断电压和电流的二次谐波百分比的一致性:
若不一致则认为电压或电流数据丢失,需要检查装置二次回路;
若一致则计算谐波占比系数为:
S4、综合上述电压和电流的偏移系数,以及谐波占比系数,得到综合评估系数:
当g(t)>0.33时,需要执行电压切换操作。
2.如权利要求1所述的电压切换装置突变量检测方法,其特征在于,所述步骤S1中,采集PT电压电流数据的有效值,其计算采用移动窗方法,每个仿真步长中以一组数据计算有效值,模拟实际的电压电流表记的读数。
3.如权利要求1或2所述的电压切换装置突变量检测方法,其特征在于,所述步骤S2中,对负载投切的***扰动进行过滤,其故障时变化值远大于负载投切的变化量后,进行计算电压和电流的偏移系数计算。
4.如权利要求3所述的电压切换装置突变量检测方法,其特征在于,所述步骤S21中,计算电压和电流的偏移系数,得到的电压偏移系数U bias和电流偏移系数I bias在故障发生后正负一致。
5.如权利要求4所述的电压切换装置突变量检测方法,其特征在于,所述步骤S22中,df(t)进行快速傅里叶分解FFT,则:
当处于稳态下,若df(t)接近0并保持不变,此时频率没有参考价值,当谐波大于限额klim和基波时,认为百分比具备参考价值;若未达到限额,则继续计算一段时间直到时间大于t li。
6.如权利要求5所述的电压切换装置突变量检测方法,其特征在于,所述步骤S4中,综合上述电压和电流的偏移系数,以及谐波占比系数,当压互感器带负载正常运行时,视作大电流接地***,此时在PSCAD中建立仿真模型和辨识策略,并于设置0.1s发生A相接地故障,持续0.3s;若klim取值0.1,则在0.104s时二次谐波值大于klim和基波,则进行二次谐波占比的计算;在0.112s后综合评估系数超过33%,认为***发生接地故障。
7.如权利要求5所述的电压切换装置突变量检测方法,其特征在于,所述步骤S4中,综合评估系数g(t)辨识其他的非对称故障,用于快速辨识***的非对称故障,为二次***进行电源切换提供指导。
8.如权利要求1所述的电压切换装置突变量检测方法,其特征在于,所述步骤S1至S4中,采用正弦量联立求解电流有效值的计算方法,利用电压和电流的联立解各自进行频率分解,相互验证采样数据的完整性;电压和电流的偏移系数判断对称故障,谐波评价系数用于判断不对称故障的严重程度,因此在对称故障和不对称故障下均可执行电压切换;计算由监测值的波动幅度作为参考以启动后续计算,并且不必实时计算三相阻抗值,转而以电压和电流有效值为评估指标;微分环节将输入信号df(t)中的高频成分放大,消除直流分量并降低低频分量,从而放大高次谐波。
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Citations (4)
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---|---|---|---|---|
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2024
- 2024-05-09 CN CN202410566677.5A patent/CN118151058A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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