用直流法校验电流互感器电磁暂态模型参数的方法及系统与流程

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，尤其涉及用直流法校验电流互感器电磁暂态模型参数的方法及系统。

背景技术：

随着电力行业的快速发展，电网规模日渐增大、结构愈发复杂，发电机组单机容量不断提高，电力系统中复杂的暂态过程对保护用电流互感器的性能提出了更高的要求。近些年来电网发生过多起因变压器涌流或区外故障导致变压器、发电机差动保护误动的事件，对设备本身安全和系统稳定运行构成了危害。经分析，电网电磁暂态过程中电流互感器发生饱和是引起的差动保护异常的主要原因之一。由于影响互感器饱和的因素众多，如一次系统短路时的短路电流水平、非周期分量的大小及衰减时长，空合变压器时所产生的励磁涌流及和应涌流的大小、衰减速率和负荷水平，电流互感器铁芯结构和材料(tpy、p、pr型)及二次负载阻抗大小等，常规的手工计算分析方法很难计算出电流互感器的在上述各种暂态过程中的响应输出。

目前常用于电流互感器励磁特性计算的方法有解析计算、电磁暂态仿真两种方法。前者只适用于互感器铁芯磁化曲线的线性段，在磁化曲线的非线性段，由于磁导率不是常数，且其表达式非常复杂，难以进行解析计算。后者则存在电流互感器模型所需参数不易获取的问题，虽然已有文献提出了各种计算模型参数的方法，但应用中缺乏可靠手段来校验模型参数的设置是否合理。

因此，目前常用于电流互感器励磁特性计算的方法中缺乏可靠手段来校验模型参数的设置是否合理为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种用直流法校验电流互感器电磁暂态模型参数的方法及系统，解决了目前常用于电流互感器励磁特性计算的方法中缺乏可靠手段来校验模型参数的设置是否合理的技术问题。

本发明实施例提供了一种用直流法校验电流互感器电磁暂态模型参数的方法，其特征在于，包括：

s1：向电流互感器的一次侧施加直流电流使得所述电流互感器的铁芯饱和，得到实测二次侧电流波形；

s2：获取到的与所述电流互感器相对应的电流互感器模型，并向所述电流互感器模型的一次侧施加所述直流电流，得到仿真二次侧电流波形；

s3：判断所述实测二次侧电流波形与所述仿真二次侧电流波形的偏差是否大于预置偏差值，若大于，确定所述电流互感器模型的参数不合格，若不大于，确定所述电流互感器模型的参数合格。

优选地，所述电流互感器模型的励磁特性与所述电流互感器的励磁特性相对应，其中，所述励磁特性包括伏安特性和磁化曲线。

优选地，步骤s2具体包括：

s201：获取到对所述电流互感器施加所述直流电流的过程中的一次回路参数和二次回路参数；

s202：根据所述一次回路参数、所述二次回路参数建立仿真试验模型中的直流电源模型、一次系统电阻模型、一次系统电抗模型、断路器模型、断路器控制子模型、二次负载模型和波形记录及输出子模型；

s203：通过参数辨识计算方法根据所述电流互感器的励磁特性建立所述电流互感器模型；

s204：运行所述仿真试验模型，通过所述直流电源模型向所述电流互感器模型的一次侧施加所述直流电流，得到仿真二次侧电流波形。

优选地，步骤s3具体包括：

以开始施加所述直流电流的时刻为参考时刻，将实测二次侧电流波形从零上升到30％峰值时的点作为取样起点，将实测二次侧电流波形从峰值下降到30％峰值的点作为取样终点，再将所述取样起点和所述取样终点之间的区间作为取样区间，对位于所述取样区间内的所述实测二次侧电流波形和所述仿真二次侧电流波形进行逐点取样，得到实测电流序列和仿真电流序列，通过预置公式判断所述实测电流序列和所述仿真电流序列之间的偏差是否大于预置偏差值，若大于，确定所述电流互感器模型的参数不合格，若不大于，确定所述电流互感器模型的参数合格；

其中，所述预置公式为：

其中，r为偏差，an为实测电流序列，bn为仿真电流序列，n为取样的总点数。

优选地，所述预置偏差值为0.1。

优选地，本发明实施例还提供了一种用直流法校验电流互感器电磁暂态模型参数的系统，包括：直流电流发生器、可调电阻、电流互感器、波形记录仪和电磁暂态仿真终端；

所述直流电流发生器与所述电流互感器的一次侧连接；

所述可调电阻与所述电流互感器的二次侧串联；

所述波形记录仪和所述电流互感器连接；

所述电磁暂态仿真终端与所述波形记录仪连接；

所述直流电流发生器用于向所述电流互感器的一次侧施加直流电流使得所述电流互感器的铁芯饱和，得到实测二次侧电流波形；

所述电磁暂态仿真终端用于获取到的与所述电流互感器相对应的电流互感器模型，并向所述电流互感器模型的一次侧施加所述直流电流，得到仿真二次侧电流波形；

所述电磁暂态仿真终端还用于判断所述实测二次侧电流波形与所述仿真二次侧电流波形的偏差是否大于预置偏差值，若大于，确定所述电流互感器模型的参数不合格，若不大于，确定所述电流互感器模型的参数合格。

优选地，所述电流互感器模型的励磁特性与所述电流互感器的励磁特性相对应，其中，所述励磁特性包括伏安特性和磁化曲线。

优选地，所述电磁暂态仿真终端具体还用于：

获取到对所述电流互感器施加所述直流电流的过程中的一次回路参数和二次回路参数；

根据所述一次回路参数、所述二次回路参数建立仿真试验模型中的直流电源模型、一次系统电阻模型、一次系统电抗模型、断路器模型、断路器控制子模型、二次负载模型和波形记录及输出子模型；

通过参数辨识计算方法根据所述电流互感器的励磁特性建立所述电流互感器模型；

运行所述仿真试验模型，通过所述直流电源模型向所述电流互感器模型的一次侧施加所述直流电流，得到仿真二次侧电流波形。

优选地，所述电磁暂态仿真终端还用于以开始施加所述直流电流的时刻为参考时刻，将实测二次侧电流波形从零上升到30％峰值时的点作为取样起点，将实测二次侧电流波形从峰值下降到30％峰值的点作为取样终点，再将所述取样起点和所述取样终点之间的区间作为取样区间，对位于所述取样区间内的所述实测二次侧电流波形和所述仿真二次侧电流波形进行逐点取样，得到实测电流序列和仿真电流序列，通过预置公式判断所述实测电流序列和所述仿真电流序列之间的偏差是否大于预置偏差值，若大于，确定所述电流互感器模型的参数不合格，若不大于，确定所述电流互感器模型的参数合格；

其中，所述预置公式为：

其中，r为偏差，an为实测电流序列，bn为仿真电流序列，n为取样的总点数。

优选地，所述预置偏差值为0.1。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供了一种用直流法校验电流互感器电磁暂态模型参数的方法及系统，其中，该方法包括：向电流互感器的一次侧施加直流电流使得所述电流互感器的铁芯饱和，得到实测二次侧电流波形；获取到的与所述电流互感器相对应的电流互感器模型，并向所述电流互感器模型的一次侧施加所述直流电流，得到仿真二次侧电流波形；判断所述实测二次侧电流波形与所述仿真二次侧电流波形的偏差是否大于预置偏差值，若大于，确定所述电流互感器模型的参数不合格，若不大于，确定所述电流互感器模型的参数合格。本发明以对比实体电流互感器突加直流电流的实时暂态响应和仿真电流互感器模型突加直流电流的实时暂态响应为基础，校验保护用电流互感器电磁暂态仿真模型的参数，以此建立的电流互感器仿真模型具有与原型高度一致的暂态响应性能，能极大地提高电流互感器暂态传变性能仿真分析的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的用直流法校验电流互感器电磁暂态模型参数的方法的一个实施例的流程示意图；

图2为本发明提供的用直流法校验电流互感器电磁暂态模型参数的方法的另一个实施例的流程示意图；

图3为本发明提供的用直流法校验电流互感器电磁暂态模型参数的系统的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种用直流法校验电流互感器电磁暂态模型参数的方法及系统，解决了目前常用于电流互感器励磁特性计算的方法中缺乏可靠手段来校验模型参数的设置是否合理的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供的一种用直流法校验电流互感器电磁暂态模型参数的方法的一个实施例，包括：

101、向电流互感器的一次侧施加直流电流使得电流互感器的铁芯饱和，得到实测二次侧电流波形；

需要说明的是，步骤101中向电流互感器的一次侧突然施加直流电流使得电流互感器的铁芯饱和，得到实测二次侧电流波形。

102、获取到的与电流互感器相对应的电流互感器模型，并向电流互感器模型的一次侧施加直流电流，得到仿真二次侧电流波形；

在本实施例中，向电流互感器模型的一次侧施加的直流电流与步骤101中向实体电流互感器施加的直流电流的大小和过程相同。

103、判断实测二次侧电流波形与仿真二次侧电流波形的偏差是否大于预置偏差值，若大于，确定电流互感器模型的参数不合格，若不大于，确定电流互感器模型的参数合格。

本发明以对比实体电流互感器突加直流电流的实时暂态响应和仿真电流互感器模型突加直流电流的实时暂态响应为基础，校验保护用电流互感器电磁暂态仿真模型的参数，以此建立的电流互感器仿真模型具有与原型高度一致的暂态响应性能，能极大地提高电流互感器暂态传变性能仿真分析的准确度。

以上为一种用直流法校验电流互感器电磁暂态模型参数的方法的一个实施例，为进行更具体的说明，下面提供一种用直流法校验电流互感器电磁暂态模型参数的方法的另一个实施例，请参阅图2，本发明提供的一种用直流法校验电流互感器电磁暂态模型参数的方法的另一个实施例，包括：

201、向电流互感器的一次侧施加直流电流使得电流互感器的铁芯饱和，得到实测二次侧电流波形；

需要说明的是，步骤201中的电流互感器为实体电流互感器，该电流互感器的一次侧连接有直流电流发生器，二次侧连接有作为二次负载的可调电阻。

202、获取到对电流互感器施加直流电流的过程中的一次回路参数和二次回路参数；

203、根据一次回路参数、二次回路参数建立仿真试验模型中的直流电源模型、一次系统电阻模型、一次系统电抗模型、断路器模型、断路器控制子模型、二次负载模型和波形记录及输出子模型；

可以理解的是，在电磁暂态仿真软件中根据一次回路参数、二次回路参数建立仿真试验模型，该模型中的直流电源模型、一次系统电阻模型、一次系统电抗模型、断路器模型、断路器控制子模型、二次负载模型的参数均与一次回路参数、二次回路参数一致，即该仿真试验模型的一次回路、二次回路的参数与步骤202中获得的一次回路参数和二次回路参数一致。

204、通过参数辨识计算方法根据电流互感器的励磁特性建立电流互感器模型；

在本实施例中，电流互感器模型的励磁特性与电流互感器的励磁特性相对应，其中，励磁特性包括伏安特性和磁化曲线。通过参数辨识计算方法根据电流互感器的励磁特性建立电流互感器模型为本领域内已有技术，该计算过程不再赘述。

205、运行仿真试验模型，通过直流电源模型向电流互感器模型的一次侧施加直流电流，得到仿真二次侧电流波形；

需要说明的是，仿真试验的过程与对实体电流互感器一次侧施加直流电流的过程相似，开启直流电源模型使得直流电源模型对电流互感器模型的一次侧施加直流电流。

可以理解的是，仿真试验中的一次系统完全依照与实体电流互感器施加直流电流试验相同的参数建立，因此仿真试验施加的一次电流大小和过程与实体试验是一致的。

206、以开始施加直流电流的时刻为参考时刻，将实测二次侧电流波形从零上升到30％峰值时的点作为取样起点，将实测二次侧电流波形从峰值下降到30％峰值的点作为取样终点，再将取样起点和取样终点之间的区间作为取样区间，对位于取样区间内的实测二次侧电流波形和仿真二次侧电流波形进行逐点取样，得到实测电流序列和仿真电流序列，通过预置公式判断实测电流序列和仿真电流序列之间的偏差是否大于预置偏差值，若大于，确定电流互感器模型的参数不合格，若不大于，确定电流互感器模型的参数合格。

在本实施例中，预置偏差值为0.1。需要说明的是，步骤206取样区间的确定是以实测二次侧电流波形为基准进行确定的，具体是以实测二次侧电流波形从零上升到30％峰值时的点作为取样起点，将实测二次侧电流波形从峰值下降到30％峰值的点作为取样终点，再将所述取样起点和所述取样终点之间的区间作为取样区间，再对实测二次侧电流波形、仿真二次侧电流波形位于该取样区间内的所有数值进行取样。

其中，预置公式为：

其中，r为偏差，an为实测电流序列，bn为仿真电流序列，n为取样的总点数。

本发明实施例提供了一种用直流法校验电流互感器电磁暂态模型参数的方法，以对比实体电流互感器突加直流电流的实时暂态响应和仿真电流互感器模型突加直流电流的实时暂态响应为基础，校验保护用电流互感器电磁暂态仿真模型的参数，以此建立的电流互感器仿真模型具有与原型高度一致的暂态响应性能。利用本发明，能极大地提高电流互感器暂态传变性能仿真分析的准确度。

由于保护用电流互感器的饱和磁通密度较高，如采用常用的施加工频交流电流或交流电流叠加非周期分量的方法，需要施加十几倍到几十倍的额定电流，通常比较难于实施。相比之下，突加直流电流作用下电流互感器铁芯更易饱和，所需施加的直流电流一般不大于额定电流，因此这种试验方法对于校验保护用电流互感器的暂态仿真模型参数来说显然更易于实施，也能更准确地反映互感器铁芯工作在磁化曲线非线性段的情况。

请参阅图3，本发明实施例还提供了一种用直流法校验电流互感器电磁暂态模型参数的系统，包括：直流电流发生器301、可调电阻302、电流互感器303、波形记录仪304和电磁暂态仿真终端305；

直流电流发生器301与电流互感器303的一次侧连接；

可调电阻302与电流互感器303的二次侧串联；

波形记录仪304和电流互感器303连接，波形记录仪304用于显示和记录电流互感器的电流波形；

电磁暂态仿真终端305与波形记录仪304连接；

直流电流发生器301用于向电流互感器的一次侧施加直流电流使得电流互感器的铁芯饱和，得到实测二次侧电流波形；

电磁暂态仿真终端305用于获取到的与电流互感器相对应的电流互感器模型，并向电流互感器模型的一次侧施加直流电流，得到仿真二次侧电流波形；

电磁暂态仿真终端305还用于判断实测二次侧电流波形与仿真二次侧电流波形的偏差是否大于预置偏差值，若大于，确定电流互感器模型的参数不合格，若不大于，确定电流互感器模型的参数合格。

在本实施例中，电流互感器模型的励磁特性与电流互感器的励磁特性相对应，其中，励磁特性包括伏安特性和磁化曲线。

在本实施例中，电磁暂态仿真终端305具体还用于：

获取到对电流互感器施加直流电流的过程中的一次回路参数和二次回路参数；

根据一次回路参数、二次回路参数建立仿真试验模型中的直流电源模型、一次系统电阻模型、一次系统电抗模型、断路器模型、断路器控制子模型、二次负载模型和波形记录及输出子模型；

通过参数辨识计算方法根据电流互感器的励磁特性建立电流互感器模型；

运行仿真试验模型，通过直流电源模型向电流互感器模型的一次侧施加直流电流，得到仿真二次侧电流波形。

在本实施例中，电磁暂态仿真终端305还用于以数值为30％电流峰值的两个电流值为基点，对实测二次侧电流波形与仿真二次侧电流波形的两个基点之间的电流值进行取样，得到实测电流序列和仿真电流序列，通过预置公式判断实测电流序列和仿真电流序列之间的偏差是否大于预置偏差值，若大于，确定电流互感器模型的参数不合格，若不大于，确定电流互感器模型的参数合格；

其中，预置公式为：

其中，r为偏差，an为实测电流序列，bn为仿真电流序列，n为取样的总点数。

在本实施例中，预置偏差值为0.1。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。