一种保护用电流互感器J‑A模型参数检验方法与流程

本发明属于电力系统继电保护技术领域，更具体地，涉及一种基于动模试验和数字仿真的工程保护用电流互感器j-a模型参数检验方法。

背景技术：

随着高压直流输电技术及柔性电力电子技术的发展，我国电网正逐渐成为规模大、结构复杂、运行方式灵活的高密度交直流混联电网。为了保证电力传输及性能，电网中配置了数目众多，结构多样的非线性铁磁元件，比如变压器、电流互感器等。电网的暂态过程也随之变得愈加的复杂。近年来，在电力系统暂态过程中，电网发生了多起由于电流互感器饱和导致输电线路、变压器、发电机差动保护误动的事故，严重影响了供电可靠性和电网安全稳定运行。研究电力系统暂态过程对电流互感器饱和，从而对保护产生影响的有效手段是数字仿真。电流互感器j-a模型因能够更好的反应电流互感器的暂态特性被广泛认可并用于pscad等电力系统暂态仿真软件，但其对其参数的获取和检验较为困难。目前，针对电流互感器j-a模型的参数辨识，有以磁感应强度b为优化目标的引力搜索辨识方法(见雷阳，段建东，张小庆等.电流互感器j-a模型参数辨识及大通流动模试验[j].中国电机工程学报,2016,(s1):240-245.)，类似的有基于人工鱼群与蛙跳混合算法的变压器j-a模型参数辨识方法(见耿超，王丰华，苏磊，等.基于人工鱼群与蛙跳混合算法的变压器jiles-atherton模型参数辨识[j].中国电机工程学报,2015,35(18):4799-4807.)。

然而，这些利用智能算法来辨识出来的参数准确性未得到良好的检验。首先，智能算法本身的精确度及收敛性各有不同，辨识出来的参数结果也不尽相同。其次，辨识模型参数需要首先利用试验测量电流互感器的磁滞回线，试验的误差也可能造成辨识出来的参数有些许偏差，导致辨识出电流互感器j-a模型的参数并不能完全准确直观地反应真实电流互感器的传变特性，亟需一种能够检验电流互感器j-a模型参数准确性的方法。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种保护用电流互感器j-a模型参数检验方法，其目的在于检验工业实用的不同类型保护用电流互感器的参数是否能够反映真实情况，从而为电流互感器参数优化、电流互感器的仿真与理论分析提供指导，进而为保护误动事故提供分析手段，由此解决目前对工业保护用电流互感器参数检验方法欠缺的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种保护用电流互感器j-a模型参数检验方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)针对需检验的工业实用电流互感器，辨识其j-a模型参数；具体包括通过测量该电流互感器的磁滞回线，采用现有算法辨识电流互感器j-a模型的参数，构建电流互感器仿真模型；所述算法包括人工神经网络、模拟算法和退火算法；

(2)选用电流互感器仿真模型验证的动模试验系统，用于构建电力系统的各种暂态情况；

(3)在动模试验系统中，对所述电流互感器在不同暂态情况下，进行电流互感器饱和的动模试验；用光电流互感器测量并记录不同暂态下，该电流互感器一次电流ip_test，直接记录对应情况下的二次电流is_test(根据互感器二次侧读数)；

(4)将步骤(3)测出的一次电流ip_test作为步骤(1)取得j-a仿真模型的一次电流，得到该仿真模型的二次电流is_simulate；

(5)将步骤(3)中电流互感器饱和动模试验得到的二次电流is_test与仿真模型的二次电流is_simulate进行对比；按照下式计算考虑不同暂态下is_test和is_simulate误差评价函数f(s)：

式中，n表示不同的互感器饱和暂态数量，iims_test和iims_simulate分别代表不同暂态下电流互感器实测的二次电流与仿真的二次电流的采样值，msample表示每种暂态下的采样点数；

(6)判别f(s)≤δ是否成立；δ为预设的误差指标；

是则说明辨识出来的电流互感器j-a模型参数符合实际需要，可以进一步地用于实际电力系统的仿真分析；

否则说明辨识出来的电流互感器j-a模型参数不符合实际的需要，不能用于实际电力系统的仿真分析，需要进一步地优化参数辨识的方法。

优选地，所述步骤(6)中误差指标δ为5％。

进一步的，所述步骤(3)中动模试验包括如下一项或多项电流互感器饱和的动模试验：

构造电流互感器稳态饱和的动模试验，使电流互感器达到稳态饱和；用光电流互感器测量其一次电流，记录电流互感器实测二次电流；

构造单次短路故障导致电流互感器暂态饱和的动模试验；在动模试验中，设置区内或区外单次短路故障，使电流互感器达到暂态饱和；用光电流互感器测量其一次电流，记录电流互感器实测二次电流；

构造重合闸于永久故障导致电流互感器暂态饱和的动模试验；在动模试验中，设置线路永久故障并重合断路器，使电流互感器达到暂态饱和；用光电流互感器测量其一次电流，记录电流互感器实测二次电流；

构造区内转区外故障导致电流互感器暂态饱和的动模试验；在动模试验中，设置区内转区外故障，使电流互感器达到暂态饱和；用光电流互感器测量其一次电流，记录电流互感器实测二次电流；所述区内、区外分别指线路保护区内和线路保护区外；

构造区外转区内故障导致互感器暂态饱和的动模试验。在动模试验中，设置区外转区内故障，使电流互感器达到暂态饱和；用光电流互感器测量其一次电流，记录电流互感器实测二次电流；

构造穿越性励磁涌流导致电流互感器暂态饱和的动模试验；在动模试验中，设置产生穿越性励磁涌流(变压器空载合闸，就会产生穿越性的励磁涌流)，使电流互感器达到暂态饱和；用光电流互感器测量其一次电流，记录电流互感器实测二次电流；

以上各种故障或暂态试验不分先后(上述故障模式还可以选取接地故障或相间故障)。

进一步的，所述步骤(4)的仿真模型的二次电流获取步骤包括：将光电流互感器测量的一次电流作为仿真模型的一次电流，得到电流互感器仿真模型的二次电流。

总体而言，按照本发明的上述技术构思与现有的技术相比，主要具备以下优点：

1、提供了一种结合实际与仿真的电流互感器j-a模型参数检验的方法。能够有效发现智能算法或实验条件所导致辨识参数的缺陷，从应用的角度提出参数是否符合实际要求的建议。

2、经过本发明所提供的方法检验的参数更能够反应实际的情况。本发明的检验可以证明在典型的电力系统故障暂态情况下，电流互感器参数所反映出来的电流互感器传变特性是否和实际一致。利用此参数构建的仿真模型更加符合实际需求，从而方便从仿真的角度为现场的事故分析、保护策略应对指导提供良好的基础。

附图说明

图1是按照本发明的基于动模试验及数字仿真的电流互感器j-a模型参数检验方法步骤流程图；

图2是本发明采取的电流互感器动模试验的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示：本发明提供的基于动模试验及数字仿真的电流互感器j-a模型参数检验方法包括如下步骤：

(1)利用背景技术相关的方法辨识工业保护用电流互感器j-a模型的参数。具体地包括测量电流互感器的磁滞回线，然后基于测量磁滞回线和智能算法辨识电流互感器j-a模型的参数。并根据得到的参数构建与实际互感器相符的电流互感器仿真模型。

(2)采用双端供电的动模试验系统，该系统能模拟实际电力系统的暂态过程。该实验系统的一次系统由发电机、变压器、输电线路、断路器等一系列电力元件构成，二次系统由光电流互感器和工程实用的保护用电流互感器、控制及录波装置构成。该系统的一次系统接线图如图2所示。一次系统各元件连接关系如下：两端的电源s1、s2，电源s1的出线l1，电源s2的出线l3，l1和l3之间的线路l2，l2上靠近s1侧的断路器qf1，l2上靠近s2一侧的断路器qf2，l1和l2之间的母线，通过断路器qf3与母线相连的变压器t1。另外，将工业保护的电流互感器ct1接在qf1侧，ct2接在qf2侧；所述互感器即工业保护用的电流互感器，用于获得其j-a模型参数并进行动模试验的验证。

在动模试验中构造与实际电力系统一致的典型暂态过程，进行不同暂态情况下电流互感器饱和的动模试验，用光电流互感器测量对应情况下电流互感器一次侧电流，并记录电流互感器实测的二次侧电流。

(21)构造电流互感器稳态饱和的动模试验。如附图2所示，闭合断路器qf1、qf2。调节电源s1和s2的电压，使电流互感器ct1达到稳态饱和。用光电流互感器测量ct1、ct2的一次侧电流i1p_test_1、i1p_test_2，ct1和ct2自身输出的二次电流i1s_test_1、i1s_test_2。

(22)构造单次短路故障导致电流互感器暂态饱和的动模试验。如附图2所示，闭合断路器qf1、qf2，在线路l1处一点设置三相短路故障，使电流互感器ct1和ct2达到暂态饱和。用光电流互感器测量ct1、ct2的一次侧电流i2p_test_1、i2p_test_2，ct1和ct2自身输出的二次电流i2s_test_1、i2s_test_2。

(23)构造重合闸于永久故障导致电流互感器暂态饱和的动模试验。如附图2所示，闭合断路器qf1、qf2，在线路l1处一点设置三相短路故障，使电流互感器ct1和ct2达到暂态饱和，然后重合闸qf2。用光电流互感器测量ct1、ct2的一次侧电流i3p_test_1、i3p_test_2，ct1和ct2自身输出的二次电流i3s_test_1、i3s_test_2。

(24)构造区内转区外故障导致电流互感器暂态饱和的动模试验。如附图2所示，闭合断路器qf1、qf2，在线路l1和l2任一处先后设置故障，使电流互感器ct1达到暂态饱和，模拟对ct1而言区内转区外故障的情况。用光电流互感器测量ct1、ct2的一次侧电流i4p_test_1、i4p_test_2，ct1和ct2自身输出的二次电流i4s_test_1、i4s_test_2。

(25)构造区外转区内故障导致互感器暂态饱和的动模试验。如附图2所示，闭合断路器qf1、qf2，在线路l2和l1任一处先后设置故障，使电流互感器ct1达到暂态饱和，模拟对ct1而言区外转区内故障的情况。用光电流互感器测量ct1、ct2的一次侧电流i5p_test_1、i5p_test_2，ct1自身输出的二次电流i5s_test_1、i5s_test_2。

(26)构造穿越性励磁涌流导致电流互感器暂态饱和的动模试验。如附图2所示，闭合断路器qf1、qf2、qf3，变压器t1空载投入运行，模拟励磁涌流导致电流互感器饱和的情况。用光电流互感器测量ct1的一次侧电流i6p_test_1、i6p_test_2，ct1自身输出的二次电流i6s_test_1、i6s_test_2。

(3)根据不同的暂态情况下的动模试验，进行相应情况下电流互感器的数字仿真。将(2)中光学电流互感器测量的一次侧电流作为仿真模型中电流互感器的一次电流，得到电流互感器仿真的二次电流。

(31)将(21)中测得的i1p_test_1、i1p_test_2作为电流互感器仿真模型的一次侧输入电流，分别得到仿真模型的二次电流i1s_simulate_1、i1s_smiluate_2。

(32)将(22)中测得的i2p_test_1、i2p_test_2作为电流互感器仿真模型的一次侧输入电流，分别得到仿真模型的二次电流i2s_simulate_1、i2s_smiluate_2。

(33)将(23)中测得的i3p_test_1、i3p_test_2作为电流互感器仿真模型的一次侧输入电流，分别得到仿真模型的二次电流i3s_simulate_1、i3s_smiluate_2。

(34)将(24)中测得的i4p_test_1、i4p_test_2作为电流互感器仿真模型的一次侧输入电流，分别得到仿真模型的二次电流i4s_simulate_1、i4s_simulate_2。

(35)将(25)中测得的i5p_test_1、i5p_test_2作为电流互感器仿真模型的一次侧输入电流，分别得到仿真模型的二次电流i5s_simulate_1、i5s_simulate_2。

(36)将(26)中测得的i6p_test_1、i6p_test_2作为电流互感器仿真模型的一次侧输入电流，分别得到仿真模型的二次电流i6s_simulate_1、i6s_simulate_2。

(4)将电流互感器饱和动模试验与数字仿真的结果进行比较分析。引入评价函数

根据动模试验和数字仿真的结果，计算以上评价函数。

(5)若f(s1)≤5％且f(s2)≤5％，则说明辨识出来的电流互感器j-a模型参数符合实际需求，可以进一步地用于实际电力系统的仿真分析。若f(s1)＞5％，或f(s2)＞5％，则说明辨识出来的电流互感器j-a模型参数不符合实际的需要，不能用于实际电力系统的仿真分析，需要进一步地调整参数辨识的方法。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。