基于重構(gòu)bh曲線特征的電力系統(tǒng)勵磁涌流識別方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于重構(gòu)BH曲線特征的電力系統(tǒng)勵磁涌流識別方法，勵磁涌流采用二次諧波、波形對稱等方法進行識別，但由于技術(shù)原理所限，仍存在大量的誤動案例，影響設(shè)備的正常運行。通過對電感器件的深入研究，使用電壓和電流重構(gòu)BH曲線，以水平方向為磁場強度H軸、垂直方向為磁感應(yīng)強度B軸重構(gòu)出BH曲線，根據(jù)勵磁涌流時BH曲線偏向一側(cè)不對稱的特征，以新的中心D點為原點構(gòu)建的參考坐標(biāo)系，參考坐標(biāo)系中橫軸、縱軸將BH曲線所在平面分割為四個象限，然后分別統(tǒng)計BH曲線上的數(shù)據(jù)點在參考坐標(biāo)系四個象限內(nèi)的數(shù)量分布，根據(jù)BH曲線的圖形特征識別勵磁涌流電流。本識別方法使用前無需進行參數(shù)設(shè)置及計算，避免了使用前的設(shè)置工作，具有廣泛的適用性，實用性強，可以內(nèi)置在微機保護產(chǎn)品中作為保護動作判據(jù)使用，提高繼電保護的正確性與可靠性。
【專利說明】
基于重構(gòu)BH曲線特征的電力系統(tǒng)勵磁涌流識別方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于重構(gòu)BH曲線特征的電力系統(tǒng)勵磁涌流識別方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在電力系統(tǒng)中，變壓器、電抗器、發(fā)電機、電動機等感性設(shè)備得到大量使用，由于其內(nèi)部硅鋼片的飽和特性，導(dǎo)致這些設(shè)備在運行中容易出現(xiàn)勵磁涌流。如變壓器的勵磁涌流極端情況可以達到額定電流的7倍以上，對于保護裝置而言，勵磁涌流與故障電流均具有電流幅值大的特點，如未能正確識別，則容易導(dǎo)致繼電保護裝置的誤動，綜合目前各種勵磁涌流識別方法，可將其分為以下三類:
①利用變壓器電流量判別涌流，如間斷角、二次諧波制動、波形對稱等原理；
②利用變壓器電壓量判別涌流，如電壓制動原理；
③同時利用變壓器電流和電壓量判別涌流，如磁通特性原理和等值電路原理。
[0003]《基于磁通和電流不對稱橢圓模型的變壓器勵磁涌流判別新算法》(東南大學(xué)學(xué)報2007年第6期趙永彬等)通過利用差磁通和線電流的準(zhǔn)橢圓中心點偏移度來判別勵磁涌流和故障電流；
《基于磁通軌跡特征的變壓器勵磁涌流識別新方法》(電力自動化設(shè)備2008年第12期譚江平)、《利用磁通軌跡特征識別變壓器勵磁涌流》(繼電器2014年第2期趙曉坦等)利用實測的變壓器電壓和電流量來推算變壓器主磁通的軌跡，采用最大、最小勵磁電流處磁通軌跡曲線傾角的正弦值之差作為區(qū)分勵磁涌流與內(nèi)部故障的特征指標(biāo)。
[0004]《基于虛擬磁通與差動電流特性識別變壓器勵磁涌流》(電力系統(tǒng)自動化2004年第23期李富強等)提出了一種基于計算虛擬磁通的識別勵磁涌流和內(nèi)部短路故障的方法:選取4個時間上相差1/4工頻周期的點，即兩對時間相差為1/2周期的點，計算每一對的中點，將兩個中點之間的相對距離定義為不對稱度，將計算得到的不對稱度與選定的制動閾值相比較，進行故障和涌流的判別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]勵磁涌流采用二次諧波、波形對稱等方法進行識別，避免勵磁涌流導(dǎo)致的保護誤動，但由于技術(shù)原理所限，仍存在大量的誤動案例，影響設(shè)備的正常運行。通過對電感器件的深入研究，提供了一種基于重構(gòu)BH曲線特征的電力系統(tǒng)勵磁涌流識別方法。通過對某一電氣節(jié)點的電壓、電流數(shù)據(jù)組合應(yīng)用重構(gòu)出BH曲線，根據(jù)BH曲線的圖形特征識別是否為勵磁涌流，所述識別方法包括以下步驟:對一電氣節(jié)點上的電壓、電流進行高速數(shù)字采樣，將波動的電壓、電流轉(zhuǎn)換為表征其變化過程的采樣數(shù)據(jù)序列；通過電壓、電流數(shù)據(jù)的組合應(yīng)用，以水平方向為磁場強度H軸、垂直方向為磁感應(yīng)強度B軸重構(gòu)BH曲線;分別找出BH曲線上B軸、H軸方向的極大值點A(H_max, B_max)，極小值點C(H_min, B_min)，以及新的中心D點；以新的中心D點為原點構(gòu)建參考坐標(biāo)系，參考坐標(biāo)系中橫軸、縱軸將BH曲線所在平面分割為四個象限；然后分別統(tǒng)計BH曲線上的數(shù)據(jù)點在參考坐標(biāo)系四個象限內(nèi)的數(shù)量分布，據(jù)此識別BH曲線的圖形特征，從而識別電流是否為勵磁涌流。
[0006]優(yōu)選的，BH曲線中D點坐標(biāo)為D(Xq，Yq)，其中Xq= (H_max + H_min) / 2,Yo = (B_max + B_min) / 2。
[0007]優(yōu)選的，重構(gòu)BH曲線具體過程如下:
根據(jù)數(shù)據(jù)的采樣率，截取本時刻之前一個完整周波的電壓、電流采樣數(shù)據(jù)序列，對電壓數(shù)據(jù)序列進行積分處理后得到的B_one_WaVe序列，將其作為磁感應(yīng)強度B的變化，電流數(shù)據(jù)作為H_one_wave序列表現(xiàn)磁場強度H的變化，在二維平面上，將H_one_wave序列作為水平方向的磁場強度H軸的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，B_one_wave序列作為垂直方向的磁感應(yīng)強度B軸的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，使用上述兩組數(shù)據(jù)序列逐點繪出曲線即為BH曲線。
[0008]優(yōu)選的，統(tǒng)計BH曲線上的數(shù)據(jù)點在參考坐標(biāo)系四個象限內(nèi)的數(shù)量分布，據(jù)此識別BH曲線的圖形特征，從而識別電流是否為勵磁涌流的步驟如下:
第一步:序列進行整合為一個兩列的數(shù)組H_B_AXI S，每一行對應(yīng)的兩個數(shù)據(jù)分別表示該數(shù)據(jù)點對應(yīng)的X、Y軸坐標(biāo)；
第二步:使用參考坐標(biāo)中心D點的坐標(biāo)對坐標(biāo)數(shù)組H_B_AXIS進行數(shù)據(jù)掃描，并統(tǒng)計符合如下規(guī)則的數(shù)據(jù)點的數(shù)量；
位于參考坐標(biāo)系第一象限:X > Xo并且Y > Yo;
位于參考坐標(biāo)系第二象限:X < Xo并且Y > Yo;
位于參考坐標(biāo)系第三象限:X < Xo并且Y〈 Yo;
位于參考坐標(biāo)系第四象限:X > Xo并且Y < Yo;
掃描過程中同步更新四個象限數(shù)據(jù)點的計數(shù)器:第一象限N1、第二象限N2、第三象限N3、第四象限N4;
第三步:按照如下特征，根據(jù)BH曲線上的數(shù)據(jù)點在參考坐標(biāo)系四個象限內(nèi)的數(shù)量分布來識別勵磁涌流；
如某個象限沒有BH曲線穿過，對應(yīng)的采樣點為零時可以直接判定為勵磁涌流；
如某個象限有BH曲線穿過，對應(yīng)的采樣點不為零但數(shù)值較小時，需要根據(jù)在第一、三，
二、四象限的分布綜合判斷，即第一、第三象限，第二、第四象限的采樣點之比是否在某個設(shè)定范圍內(nèi)，如ml < N1/N3 < m2并且ml < N2/N4 < m2時判斷是非勵磁涌流，否則即為勵磁涌流。
[0009]優(yōu)選的，取1111=0.8，1112=1.2。
[0010]有益效果
本發(fā)明提供了一種基于重構(gòu)BH曲線特征的電力系統(tǒng)勵磁涌流識別方法，使用電壓電流數(shù)據(jù)重構(gòu)BH曲線，并分析不同狀態(tài)下重構(gòu)BH曲線的特征，根據(jù)出現(xiàn)勵磁涌流時BH曲線偏向一側(cè)不對稱的特征進行勵磁涌流識別，能夠準(zhǔn)確識別勵磁涌流。本識別方法使用前無需進行參數(shù)設(shè)置及計算，避免了使用前的設(shè)置工作，具有廣泛的適用性，實用性強，可以內(nèi)置在微機保護產(chǎn)品中作為保護動作判據(jù)使用，提高繼電保護的正確性與可靠性。
【附圖說明】
[0011]圖1為變壓器電阻性負(fù)載時重構(gòu)的BH曲線； 圖2為變壓器電感性負(fù)載時重構(gòu)的BH曲線；
圖3為變壓器勵出現(xiàn)勵磁涌流時重構(gòu)的BH曲線；
圖4為變壓器過勵磁時重構(gòu)的BH曲線；
圖5為BH曲線的不對稱性識別原理；
圖6為電力系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的勵磁涌流錄波；
圖7為電力系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的勵磁涌流時BH曲線的變化；
圖8為變壓器合閘時勵磁涌流電流錄波波形；
圖9為變壓器合閘時勵磁涌流對應(yīng)的重構(gòu)BH曲線。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案，具體以變壓器的勵磁涌流識別來闡釋說明。
[0013]由于變壓器鐵心剩磁以及合閘相位角等差異，變壓器合閘瞬間三相出現(xiàn)大小不同的勵磁涌流，導(dǎo)致鄰近系統(tǒng)中出現(xiàn)和應(yīng)涌流，具體可分為串聯(lián)和應(yīng)涌流以及并聯(lián)和應(yīng)涌流。
[0014]使用現(xiàn)場的實際錄波數(shù)據(jù)以及仿真數(shù)據(jù)，通過電壓和電流重構(gòu)出BH曲線，圖1、圖
2、圖3、圖4為不同狀態(tài)下重構(gòu)的BH曲線，圖6為電力系統(tǒng)運行中出現(xiàn)勵磁涌流時的實際錄波，由于電氣回路上變壓器等合閘導(dǎo)致的勵磁涌流疊加在原負(fù)載電流之上形成的和應(yīng)涌流，電流出現(xiàn)明顯的非周期分量，使用電壓電流數(shù)據(jù)重構(gòu)出如圖7所示的BH曲線，從圖7可以看出勵磁涌流出現(xiàn)前后BH曲線發(fā)生了變化。圖8為變壓器合閘時勵磁涌流電流錄波波形，使用電壓電流數(shù)據(jù)重構(gòu)出如圖9所示的BH曲線。
[0015]經(jīng)過對大量BH曲線圖形歸納總結(jié)，發(fā)現(xiàn)存在如下特征:
當(dāng)正常運行以及出現(xiàn)故障時，根據(jù)負(fù)載性質(zhì)和故障電流大小，重構(gòu)的BH曲線可以為水平、垂直、傾斜的橢圓，或者為圓形，如圖1、圖2;當(dāng)空載合閘或偏磁運行時導(dǎo)致勵磁涌流，BH曲線圖形偏向一側(cè)，如圖3;當(dāng)由于電壓升高導(dǎo)致的過勵磁時，BH曲線呈現(xiàn)雙向飽和特征，如圖4;從圖3中可以看出，勵磁涌流時的重構(gòu)的BH曲線具有明顯的不對稱特征。
[0016]由于變壓器具有固定的外部勵磁電壓，由于交流電源的對稱性，故正常運行中的BH曲線應(yīng)該是對稱的，在正負(fù)半周內(nèi)的采樣點應(yīng)該呈現(xiàn)對稱分布，正常運行時電流與故障電流主要以阻性負(fù)荷電流為主，故BH曲線呈現(xiàn)對稱，而勵磁涌流與過勵磁涌流存在差異，勵磁涌流時的BH曲線偏向一側(cè)，而過勵磁涌流時的BH曲線在第一、第三象限是旋轉(zhuǎn)對稱的。
[0017]勵磁涌流的BH曲線呈現(xiàn)不對稱的特征，人工識別比較容易，但只有將其轉(zhuǎn)換為量化的數(shù)據(jù)后微機型繼電保護裝置才能使用，為了識別圖3所示的勵磁涌流的BH曲線不對稱特征，本發(fā)明采用圖5所示的BH曲線不對稱性識別原理，通過構(gòu)建新的參考坐標(biāo)系，將BH曲線分割為四個象限，從圖7可以看出，當(dāng)出現(xiàn)勵磁涌流時，BH曲線的分布規(guī)律發(fā)生了變化，在四個象限中有的象限BH曲線只有一小段甚至沒有BH曲線穿過，據(jù)此特征，進行電力系統(tǒng)勵磁涌流的識別。根據(jù)BH曲線在四個象限數(shù)據(jù)點的數(shù)量分布來進行統(tǒng)計識別BH曲線是否具有不對稱特征，從而識別勵磁涌流，具體步驟如下:
對一電氣節(jié)點上的電壓、電流進行高速數(shù)字采樣，將波動的電壓、電流轉(zhuǎn)換為表征其變化過程的采樣數(shù)據(jù)序列，根據(jù)數(shù)據(jù)的采樣率，截取本時刻之前一個完整周波的電壓、電流采樣數(shù)據(jù)序列，當(dāng)電網(wǎng)頻率為50HZ時，也就是20ms的采樣數(shù)據(jù)序列，對電壓數(shù)據(jù)序列進行積分處理后得到的B_one_wave序列，將其作為磁感應(yīng)強度B的變化，電流數(shù)據(jù)作SH_one_wave序列表現(xiàn)磁場強度H的變化，在二維平面上，將H_one_wave序列作為水平方向的磁場強度H軸的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，B_one_wave序列作為垂直方向的磁感應(yīng)強度B軸的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，使用上述兩組數(shù)據(jù)序列構(gòu)造出圖5所示的BH曲線。max函數(shù)可以找出指定數(shù)據(jù)序列中的最大值，min函數(shù)可以找出指定數(shù)據(jù)序列中的最小值，使用max、min分別找出本周波BH曲線的B、H軸方向的極大值、極小值，具體過程處理如下:
BH曲線H軸方向極大值 AH_max = max(H_one_wave)；
BH曲線H軸方向極小值 AH_min = min(H_one_wave)；
BH曲線B軸方向極大值點B_max = max(B_one_wave)；
BH曲線B軸方向極小值點B_min = min(B_one_wave) 0[ΟΟ? 8] 基于上述數(shù)據(jù)，圖5中BH曲線的A、C兩點的坐標(biāo)分別為A(H_max，B_max)、C(H_min，B_min)，圖5中所示的中心D點坐標(biāo)為D(Xq，Yq)，其中Xq = (H_max + H_min) / 2,Yo = B_max + B_min) / 2，以D點為原點構(gòu)建的參考坐標(biāo)系，其橫軸、縱軸將BH曲線所在平面分割為四個象限。然后分別統(tǒng)計BH曲線上的數(shù)據(jù)點在參考坐標(biāo)系四個象限內(nèi)的數(shù)量分布，據(jù)此識別BH曲線是否具有不對稱特征，從而識別電流是否為勵磁涌流。
[0019]統(tǒng)計BH曲線上的數(shù)據(jù)點在參考坐標(biāo)系四個象限內(nèi)的數(shù)量分布過程如下:
第一步:序列進行整合為一個兩列的數(shù)組H_B_AXI S，每一行對應(yīng)的兩個數(shù)據(jù)分別表示該數(shù)據(jù)點對應(yīng)的X、Y軸坐標(biāo)；
第二步:使用參考坐標(biāo)中心D點的坐標(biāo)對坐標(biāo)數(shù)組H_B_AXIS進行數(shù)據(jù)掃描，并統(tǒng)計符合如下規(guī)則的數(shù)據(jù)點的數(shù)量。
[0020]位于參考坐標(biāo)系第一象限:X > Xo并且Y > Yo;
位于參考坐標(biāo)系第二象限:X < Xo并且Y > Yo;
位于參考坐標(biāo)系第三象限:X < Xo并且Y〈 Yo;
位于參考坐標(biāo)系第四象限:X > Xo并且Y〈 Yo;
掃描過程中同步更新四個象限數(shù)據(jù)點的計數(shù)器:第一象限N1、第二象限N2、第三象限N3、第四象限N4。
[0021 ]根據(jù)BH曲線數(shù)據(jù)點分布識別勵磁涌流方法如下:
如某個象限沒有BH曲線穿過，對應(yīng)的采樣點為零時可以直接判定為勵磁涌流；
如某個象限有BH曲線穿過，對應(yīng)的采樣點不為零但數(shù)值較小時，需要根據(jù)在第一、三，
二、四象限的分布綜合判斷。即第一、第三象限，第二、第四象限的采樣點之比是否在某個設(shè)定范圍內(nèi)，如0.8 < N1/N3 < 1.2并且0.8 < N2/N4 < I.2時判斷是非勵磁涌流，否則即為勵磁涌流。
[0022]本發(fā)明的識別方法使用前無需進行參數(shù)設(shè)置及計算，避免了使用前的設(shè)置工作，具有廣泛的適用性，實用性強，可以內(nèi)置在微機保護產(chǎn)品中作為保護動作判據(jù)使用。
[0023]為了避免小電流下由于采樣誤差導(dǎo)致的錯誤判斷，在小電流之下以及低于某一閾值時，不啟動上述的識別程序，將識別結(jié)果作為微機保護啟動后跳閘出口前的判據(jù)使用。
[0024]本識別方法無需增加任何硬件，只需通過軟件的功能增加即可實現(xiàn)勵磁涌流的識另IJ，從而為保護的可靠正確動作提供了輔助判據(jù)，有效避免了繼電保護裝置的誤動、拒動情況出現(xiàn)，提高了保護動作的正確率，為繼電保護裝置提供了一種識別勵磁涌流的數(shù)字判據(jù)，易于程序?qū)崿F(xiàn)。本發(fā)明不僅可以有效提高故障識別的靈敏度，保護電網(wǎng)設(shè)備的安全可靠運行，降低經(jīng)濟損失，同時提高了保護設(shè)備動作的正確性，保護電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
[0025]上述為單相電壓電流的處理計算過程，三相系統(tǒng)中針對每相重復(fù)上述計算過程即可。
[0026]本說明書的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0027]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于重構(gòu)BH曲線特征的電力系統(tǒng)勵磁涌流識別方法，其特征在于，對一電氣節(jié)點上的電壓、電流進行高速數(shù)字采樣，將波動的電壓、電流轉(zhuǎn)換為表征其變化過程的采樣數(shù)據(jù)序列;通過電壓、電流數(shù)據(jù)的組合應(yīng)用，以水平方向為磁場強度H軸、垂直方向為磁感應(yīng)強度B軸重構(gòu)BH曲線;分別找出BH曲線上B軸、H軸方向的極大值點A(H_max，B_max)，極小值點C(H_min, B_min)，以及新的中心D點；以新的中心D點為原點構(gòu)建參考坐標(biāo)系，參考坐標(biāo)系中橫軸、縱軸將BH曲線所在平面分割為四個象限;然后分別統(tǒng)計BH曲線上的數(shù)據(jù)點在參考坐標(biāo)系四個象限內(nèi)的數(shù)量分布，據(jù)此識別BH曲線的圖形特征，從而識別電流是否為勵磁涌流。2.如權(quán)利要求1所述的基于重構(gòu)BH曲線特征的電力系統(tǒng)勵磁涌流識別方法，其特征在于，BH曲線中D點坐標(biāo)為D(Xo，Y。)，其中X。= (H_max + H_min) / 2,Yo = (B_max + B_min)/ 2。3.如權(quán)利要求1所述的基于重構(gòu)BH曲線特征的電力系統(tǒng)勵磁涌流識別方法，其特征在于，重構(gòu)BH曲線具體過程如下: 根據(jù)數(shù)據(jù)的采樣率，截取本時刻之前一個完整周波的電壓、電流采樣數(shù)據(jù)序列，對電壓數(shù)據(jù)序列進行積分處理后得到的B_one_WaVe序列，將其作為磁感應(yīng)強度B的變化，電流數(shù)據(jù)作為H_one_wave序列表現(xiàn)磁場強度H的變化，在二維平面上，將H_one_wave序列作為水平方向的磁場強度H軸的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，B_one_wave序列作為垂直方向的磁感應(yīng)強度B軸的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，使用上述兩組數(shù)據(jù)序列逐點繪出曲線即為BH曲線。4.如權(quán)利要求1所述的基于重構(gòu)BH曲線特征的電力系統(tǒng)勵磁涌流識別方法，其特征在于，統(tǒng)計BH曲線上的數(shù)據(jù)點在參考坐標(biāo)系四個象限內(nèi)的數(shù)量分布，據(jù)此識別BH曲線的圖形特征，從而識別電流是否為勵磁涌流的步驟如下: 第一步:、B_one_wave序列進行整合為一個兩列的數(shù)組H_B_AXIS，每一行對應(yīng)的兩個數(shù)據(jù)分別表示該數(shù)據(jù)點對應(yīng)的X、Y軸坐標(biāo)； 第二步:使用參考坐標(biāo)中心D點的坐標(biāo)對坐標(biāo)數(shù)組H_B_AXIS進行數(shù)據(jù)掃描，并統(tǒng)計符合如下規(guī)則的數(shù)據(jù)點的數(shù)量； 位于參考坐標(biāo)系第一象限:X > Xo并且Y > Yo; 位于參考坐標(biāo)系第二象限:X < Xo并且Y > Yo; 位于參考坐標(biāo)系第三象限:X < Xo并且Y〈 Yo; 位于參考坐標(biāo)系第四象限:X > Xo并且Y < Yo; 掃描過程中同步更新四個象限數(shù)據(jù)點的計數(shù)器:第一象限N1、第二象限N2、第三象限N3、第四象限N4; 第三步:按照如下特征，根據(jù)BH曲線上的數(shù)據(jù)點在參考坐標(biāo)系四個象限內(nèi)的數(shù)量分布來識別勵磁涌流； 如某個象限沒有BH曲線穿過，對應(yīng)的采樣點為零時可以直接判定為勵磁涌流； 如某個象限有BH曲線穿過，對應(yīng)的采樣點不為零但數(shù)值較小時，需要根據(jù)在第一、三，二、四象限的分布綜合判斷，即第一、第三象限，第二、第四象限的采樣點之比是否在某個設(shè)定范圍內(nèi)，如ml < N1/N3 < m2并且ml < N2/N4 < m2時判斷是非勵磁涌流，否則即為勵磁涌流。5.如權(quán)利要求4所述的基于重構(gòu)BH曲線特征的電力系統(tǒng)勵磁涌流識別方法，其特征在 于，取1111=0.8，1112=1.2〇
【文檔編號】H02H7/045GK106026022SQ201610661708
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月14日
【發(fā)明人】盧慶港, 樂曉蓉
【申請人】盧慶港