基于最小二乘法的断路器失灵判别方法、控制方法及装置

摘要

本发明涉及电力系统故障判断技术领域，特别是基于最小二乘法的断路器失灵判别方法、控制方法及装置。该装置包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现当有跳令启动时，计算断路器所在线路的相电流幅值，若相电流幅值大于设定失灵相电流幅值，则获取连续的三个采样时刻的输入电流，根据最小二乘法计算得到基波幅值，再基波幅值大于设定失灵相电流幅值且持续设定时间后，判断为断路器失灵，经过延时确认失灵保护动作，滤除非周期分量求出精确的基波幅值，大幅缩短失灵保护的延时确认时间，解决拖尾电流限制失灵保护延时的缩短时间从而造成故障切除时间、失灵保护切除时间较长的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统故障判断技术领域，特别是基于最小二乘法的断路器失灵判别方法、控制方法及装置。

背景技术

随着电力系统规模的发展，用电量需求不断增加，交流电网大规模扩建，同时高压直流输电系统也在迅速发展，我国已形成了复杂的大规模交直流混连输电系统，并呈现出特有的强直弱交特征，故障发生时如果不能很快切除，将会影响系统稳定运行。目前高压交流系统均配置有双套的速动主保护能够在故障发生30ms动作出口，100ms切除故障。但由于历史原因依然存在主保护死区，且在运行中发生过多次的开关失灵，开关击穿也偶有发生，若考虑故障情况下开关拒动、CT死区故障等，故障将有失灵保护等后备保护切除，故障切除时间将由100ms延长至400ms以上，会造成直流持续换相失败或功率跌落，对送、受端电网都造成严重功率冲击，甚至造成稳定破坏。必须采取措施以降低上述风险。

目前，电力系统中广泛使用着电磁式电流互感器，理论和现场实际录波表明，在断路器断开后，电磁式电流互感器可能存在电流拖尾现象，即一次设备断开后，CT二次侧绕组仍然存在衰减的非周期等电流分量。近年来由于对故障切除时间的要求越来越来高，对失灵保护的切除时间的要求也越来越高，拖尾电流影响电流元件的返回，同时限制了失灵保护延时的缩短空间，使得失灵保护的时间定值整定在约200ms，故障切除时间在400ms以上。

发明内容

本发明的目的是提供基于最小二乘法的断路器失灵判别方法、控制方法及装置，用以解决拖尾电流限制失灵保护延时的缩短时间从而造成故障切除时间、失灵保护切除时间较长的问题。

为了有效的滤除非周期分量，求出精确的基波幅值，准确识别拖尾电流，判定的合理性、可靠性较高，能够使电流元件快速复归，从而大幅缩短失灵保护的延时确认时间，解决拖尾电流限制失灵保护延时的缩短时间从而造成故障切除时间、失灵保护切除时间较长的问题。本发明提供一种基于最小二乘法的断路器失灵判别方法，包括以下步骤：

1)获取断路器的跳令信息，判断是否有跳令启动；

2)当有跳令启动时，计算断路器所在线路的相电流幅值，判断所述相电流幅值是否大于设定失灵相电流幅值；

3)若大于，则获取连续的三个采样时刻的输入电流，根据最小二乘法计算得到基波幅值，判断所述基波幅值是否大于所述设定失灵相电流幅值并持续第一设定时间；

4)若是，则判定为断路器失灵。

作为本发明提供的一种基于最小二乘法的断路器失灵判别方法的改进，将连续的三个采样时刻的输入电流代入公式：

得到I₁＝|I₁cosα₁+1j·I₁sinα₁|，式中，I₁为基波的幅值，α₁为基波的初相，ω为电网运行频率对应的弧度，t₁、t₂、t₃为采样时刻，x(t₁)、x(t₂)、x(t₃)为采样时刻相应的采样值；其中，

Y_c、Y_s为常系数三维向量。

作为本发明提供的一种基于最小二乘法的断路器失灵判别方法的进一步改进，所述第一设定时间为10ms，经过一定时间的确认判断为断路器失灵，判断更加精确。

为了防止断路器失灵，保证电网的正常运行，本发明还提供一种基于最小二乘法的断路器失灵控制方法，包括以下步骤：

1)获取断路器的跳令信息，判断是否有跳令启动；

2)当有跳令启动时，计算断路器所在线路的相电流幅值，判断所述相电流幅值是否大于设定失灵相电流幅值；

3)若大于，则获取连续的三个采样时刻的输入电流，根据最小二乘法计算得到基波幅值，判断所述基波幅值是否大于所述设定失灵相电流幅值并持续第一设定时间；

4)若是，则经过第二设定时间的延时确认，控制断路器失灵保护动作。

作为本发明提供的一种基于最小二乘法的断路器失灵控制方法的改进，将连续的三个采样时刻的输入电流代入公式：

得到I₁＝|I₁cosα₁+1j·I₁sinα₁|，式中，I₁为基波的幅值，α₁为基波的初相，ω为电网运行频率对应的弧度，t₁、t₂、t₃为采样时刻，x(t₁)、x(t₂)、x(t₃)为采样时刻相应的采样值；其中，

Y_c、Y_s为常系数三维向量。

作为本发明提供的一种基于最小二乘法的断路器失灵控制方法的进一步改进，所述第一设定时间为10ms。

为了上述控制方法的实施，本发明还提供一种基于最小二乘法的断路器失灵控制装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

1)获取断路器的跳令信息，判断是否有跳令启动；

2)当有跳令启动时，计算断路器所在线路的相电流幅值，判断所述相电流幅值是否大于设定失灵相电流幅值；

3)若大于，则获取连续的三个采样时刻的输入电流，根据最小二乘法计算得到基波幅值，判断所述基波幅值是否大于所述设定失灵相电流幅值并持续第一设定时间；

4)若是，则经过第二设定时间的延时确认，控制断路器失灵保护动作。

作为本发明提供的一种基于最小二乘法的断路器失灵控制装置的改进，将连续的三个采样时刻的输入电流代入公式：

得到I₁＝|I₁cosα₁+1j·I₁sinα₁|，式中，I₁为基波的幅值，α₁为基波的初相，ω为电网运行频率对应的弧度，t₁、t₂、t₃为采样时刻，x(t₁)、x(t₂)、x(t₃)为采样时刻相应的采样值；其中，

Y_c、Y_s为常系数三维向量。

作为本发明提供的一种基于最小二乘法的断路器失灵控制装置的进一步改进，所述第一设定时间为10ms。

附图说明

图1是一种基于最小二乘法的断路器失灵控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本发明提供一种基于最小二乘法的断路器失灵控制装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现一种基于最小二乘法的断路器失灵控制方法，该控制方法以一种基于最小二乘法的断路器失灵判别方法为基础，如图1所示，该判别方法包括以下步骤：

1)获取断路器的跳令信息，判断是否有跳令启动。

当出现跳令启动时，表明电力系统出现故障，断路器即将跳开，因此，是否有跳令启动是对电力系统故障的基本判断，随后才能通过判据以采判断取相应的失灵保护动作。

2)当有跳令启动时，计算断路器所在线路的相电流幅值，判断相电流幅值是否大于设定失灵相电流幅值。

断路器所在线路中的相电流幅值也为基波幅值，利用傅里叶算法计算该相电流幅值，该傅里叶算法可以为全周的傅里叶算法，也可以为半周的傅里叶算法，本发明以全周傅里叶算法为例，为相电流的全周傅氏计算的幅值，通过与I_set失灵相电流幅值定值进行比较，判定式如下：

以判断是否为断路器正常跳开后的拖尾现象。

3)若大于，则获取连续的三个采样时刻的输入电流，根据最小二乘法计算得到基波幅值，判断基波幅值是否大于设定失灵相电流幅值。

其中将输入电流拟合为直流和基波的叠加，该输入电流的预设模型选择为

x(t)＝I₀+I₁sin(ωt+α₁)

式中，I₀为非周期分量的初始值，I₁为基波的幅值，α₁为基波的初相。

根据该输入电流的预设模型，得到采样值方程表示为

式中，ω为电网运行频率对应的弧度，t₁、t₂、t₃为采样时刻，x(t₁)、x(t₂)、x(t₃)为采样时刻相应的采样值。

针对上述采样，取频率50Hz，采样率1200，则

t₂＝t₁+t_s

t₃＝t₁+2t_s

式中，t₁为取任意初值，t_s为取0.833333ms。

得到常系数方程变换后可得基波实部虚部与采样值的关系：

令

其中Y_c、Y_s为常系数三维向量，一起构成基于最小二乘法的三点窗基波滤波器，由该滤波器可以由三个采样数据快速求出基波的实部、虚部和幅值：

其中，基波幅值I₁＝|I₁cosα₁+1j·I₁sinα₁|。

通过判断式I₁>I_set比较基波幅值与设定失灵相电流幅值，以判断断路器是否失灵。

4)若大于且在持续的第一设定时间内都为基波幅值大于设定失灵相电流幅值，则判定为断路器失灵。

因为，如果是断路器失灵故障，故障电流一直存在，一直满足I₁>I_set的关系；如果断路器没有失灵故障，正常跳开，如果不发生拖尾，不满足断路器没有失灵；若发生拖尾则不满足I₁>I_se，同样断路器没有失灵。

当I₁>I_set时，判断为断路器未切开，加入计时以进一步确认是否为断路器失灵，当基波幅值I₁大于设定失灵相电流幅值I_set时，控制第一计时元件T_act3计时，当第一计时超过第一设定时间时，满足失灵电流判据。其中该第一设定时间可以是10ms，经过一定时间的确认判断为断路器失灵。

为了进一步对断路器失灵采取措施，本发明提供的控制方法还包括，判定为满足断路器失灵电流判据后，控制第二计时元件T_act计时，当第二计时超过第二设定时间时，即经过第二设定时间的延时确认后控制断路器失灵保护动作。

本发明将电流模型假设为只含有基波幅值和非周期分量，利用基于最小二乘法计算相电流的基波幅值，当基波幅值大于直流幅值时，再经固定延时10ms确认后判定相电流为故障电流，即断路器失灵，经失灵延时定值延时确认后失灵保护动作。当断路器跳开切除故障后发生电流互感器拖尾时，基于最小二乘法可以有效的滤除连续三个采样时刻的输入电流的非周期分量，求出精确的基波幅值，该幅值不满足失灵相电流判据，即断路器已跳开，闭锁失灵保护，可靠不误动。

即使在断路器跳开后发生了电流互感器拖尾的情况，本方法也能够使电流元件在20ms内复归，从而大幅缩短失灵保护的延时确认时间，在实际发生死区故障或者断路器失灵时快速动作切除故障。

以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。