一种基于偏态分布的保护用电流互感器饱和检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统继电保护技术领域，特别涉及一种基于偏态分布的保护用电 流互感器饱和检测方法。
【背景技术】
[0002] 为监视电力系统的运行状态，需要大量的二次设备准确传递一次系统的相关信 息，保护用电流互感器就是测量系统一次电流的重要设备，在系统处于非正常运行状态或 故障状态下，电流互感器的二次电流被继电保护装置采集，对需要利用电流量的保护原理 而言，保护装置将依据此二次电流判断系统一次侧的状态，决定保护装置的动作与否，若继 电保护装置误动、拒动或延时动作，将对一次系统造成很大的损害。因此，继电保护装置的 正确动作与否，与电流互感器的准确性有很大关系。
[0003] 电流互感器饱和检测是目前继电保护领域研究的重点课题之一，因其作为电力系 统一次运行情况与二次保护设备之间电流联系的纽带，起到测量流经系统一次侧电流大 小、配合继电保护装置工作的作用。但是，对于现阶段低电压等级系统大量采用P级电流互 感器的现状，尤其当变压器差动保护区外故障时，易发生因 CT饱和而发生的保护误动作情 况。而继电保护装置的动作时间通常都要求在很短的时间内完成对故障地切除，因此如何 在极短时间内准确检测出CT是否发生饱和，从而采取相应的闭锁措施，成为了目前国内外 众多学者的研究热点。
[0004] 大多数对CT饱和的检测方法集中在二次电流波形特征、谐波分量以及经过差 分计算后的时间差等方法上，主要有：铁心饱和会引起电流互感器二次电流的谐波含量 升高。根据这一特征，天津大学的贺家李教授等学者提出采用二次电流的谐波比来检 测铁心饱和，可参考王志鹏，郑玉平，贺家李等发表的"通过计算谐波比确定母线保护 中电流互感器的饱和"（电力系统及其自动化学报，2000, 12 (5) :19-24);李贵存，刘万 顺，贾清泉等发表的"一种利用小波原理检测电流互感器饱和的新方法"（电力系统自动 化，2001，25 (7) : 36-44)、李忠安，何奔腾发表的"一种利用小波变换开放电流互感器线性 区的方法"（继电器，2000, 28(5) :20-23)都是利用小波模极大值方法定位二次电流中的奇 异点，并以此检测CT入出饱和。但小波变换在时窗边界和二次电流过零点处也可能出现模 极大值，是该方法的缺陷所在；利用饱和段与非饱和段电流的多阶导数的差异性来检测出 入饱和点。该方法运用的是差分算法，抗噪声干扰能力弱，可参考罗萍萍，金菲，洪骅等发 表的"电流互感器饱和检测的一种新算法"（上海电力学院学报，2006, 22(4) :319-322);基 于数学形态学的CT饱和检测方法，可参考郑涛，谷君，黄少锋等发表的"基于数学形态梯 度的变压器转换性故障识别新判据"（中国电机工程学报，2008, 28 (22) : 75-80)等一系列 检测CT饱和的方法。它们均可以实现电流互感器饱和检测，不过有利有弊，很少能同时满 足精度高与速度快这两项要求。因此，CT饱和检测仍旧是现代继电保护领域研究的热点问 题之一。
【发明内容】
[0005] 本发明是针对实际低压等级系统中常采用保护用P级电流互感器，在发生故障时 容易引起CT饱和而导致继电保护误动的事实下，提出的一种基于偏态分布的保护用电流 互感器饱和检测方法。
[0006] 目前继电保护广泛使用的P级电流互感器，其抗饱和能力较差。而CT发生饱和时， 二次电流波形会发生畸变，呈现明显不对称形式。考虑到偏度分布可以描述样本概率分布 的不对称性，反映样本数据的偏移程度，因此可用来检测CT是否发生饱和。
[0007] 本发明具体采用以下技术方案：
[0008] -种基于偏态分布的保护用电流互感器饱和检测方法，其特征在于：对电流互感 器二次波形进行波形镜像变换后，用偏态分布计算波形的偏度系数，通过偏度系数来判断 电流互感器是否发生饱和。
[0009] -种基于偏态分布的保护用电流互感器饱和检测方法，其特征在于，所述检测方 法包括以下步骤：
[0010] (1)首先对电流互感器的二次侧电流进行采样，得到采样数据；
[0011] (2)对电流互感器的二次侧电流采样数据进行部分截取，即选择二次电流波形峰 值为中心，在其两侧分别取相同数量的采样点，所截取的两侧的采样点连同峰值组成一个 数据窗口；
[0012] (3)针对步骤⑵中通过数据窗口截取所得的二次电流波形，对其进行波形变换， 即将电流波形峰值以后的采样数据相对于通过峰值点并且平行于时间轴的直线进行镜像 操作，与原电流波形峰值以前的采样数据连接，构成镜像波形；
[0013] (4)利用偏态分布对镜像波形进行数据偏移计算，定义其结果为偏度系数SK，偏 度系数计算公式是利用三阶中心矩与样本标准差的三次方幂之比定义的，如下：
[0014]
:⑴.
[0015] 式中：η表示镜像波形采样点数，Xi表示每个采样点对应的电流大小，f表示镜像 波形所有采样点电流的平均值，i表示采样数据序列；
[0016] (5)当SK的绝对值大于偏度系数定值K时，即二次电流偏度系数超出阈值范围，BP 可判定电流互感器饱和，SK值越大，饱和程度越深。
[0017] 在步骤（1)中，采样频率为4KHz，每周波取80个采样点。
[0018] 在步骤（2)中，本发明采取对半取点法，即每周波采样为80点，数据窗口大小则为 41 (二次电流峰值左右各取20个采样点，包括峰值点在内组成一个数据窗口）。
[0019] 在步骤（5)中，偏度系数定值K优选为0.2973 (已给出定值）。
[0020] 本发明的有益效果：
[0021] 本发明所提出的基于概率统计学中偏态分布的相关理论实现保护用电流互感器 发生饱和时的检测方法，其具有检测精度高、检测速率快等特点。首先，本发明对电流互感 器二次电流采样取点、变换波形、计算偏度系数。然后，与整定定值相比较来判断CT是否发 生饱和。这其中所用的算法仅需饱和发生后半个周波内的数据即可，提高了算法的计算速 度。对半周期采样电流进行波形镜像变换，有效地规避了半周波正弦波离散程度较大的缺 陷。偏态分布可以很好地反应样本数据峰值与平均值之间的偏离程度，本发明紧紧抓住未 饱和的电流互感器二次电流基本为正弦波形式，而饱和电流互感器的二次电流波形则呈现 明显畸变，在峰值附近样本数据的离散度不同的特点，仅用简单实用的算法即可有效区分 CT是否发生饱和以及饱和程度大小。无论对于何种形式下的CT饱和，本发明均可在半周波 内检测出饱和的发生。同时，算法简便，易于编程实现，对微机软硬件要求均不高是本发明 一大特点。因此，本发明对提高继电保护的可靠性、确保其准确可靠动作等方面具有一定的 实际意义。
【附图说明】
[0022] 图1为电流互感器等效电路图；
[0023] 图2为仿真模拟实验所用系统仿真模型；
[0024] 图3为波形镜像变换不意图；
[0025] 图4偏度分布函数图（从左至右分别为左偏、正态和右偏）；
[0026] 图5仿真模拟故障时的饱和二次电流波形与理想二次电流波形图；
[0027] 图6为数据窗截取经镜像后的饱和二次电流波形；
[0028] 图7为本发明提出的基于偏态分布的保护用电流互感器饱和检测方法流程图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细介绍。
[0030] 本发明提出一种基于偏态分布的保护用电流互感器饱和检测方法，并能够准确快 速地检测出电流互感器的