一种智能变电站电流测量回路的隐藏故障诊断方法

本发明涉及智能变电站故障诊断邻域，更具体地，涉及一种智能变电站电流测量回路的隐藏故障诊断方法。

背景技术：

在常用的继电保护方法中，基于电流原理的继电保护是电力系统中应用最广泛的继保方法。对于母线保护、站域保护及广域电流保护而言，当电流测量回路异常时容易引发保护误动或拒动，将造成区域性大面积停电，是电力系统应极力预防的高风险事件。

继电保护运行经验表明，保护系统各环节出现隐藏故障的概率并不相同，出现隐藏故障后所造成的后果也不相同，这些隐藏性故障都在测量回路中反应出来，因此，基于电流测量回路隐藏故障诊断变得十分迫切。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种智能变电站电流测量回路的隐藏故障诊断方法，该方法可以根据电流保护原理，构建电流测量回路广义变比，根据变比来诊断隐藏故障，具有较高的效率。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种智能变电站电流测量回路的隐藏故障诊断方法，包括以下步骤：

s1.对电流测量回路各相电流值进行采样；

s2.计算电流测量回路各相各回路的广义变比；

s3.基于计算所得的各相各回路的广义变比与其相对应的电流互感器理想变比进行比较即可判定电流测量回路是否存在故障。

优选地，所述步骤s1采用分时采样技术对电流测量回路各相电流值进行采样。

优选地，所述步骤s2的广义变比定义如下：

ii1＝ngii2i(1)

式中：ngi为第i条支路电流测量回路的广义变比；ii1为i时刻一次电流；i2i为i时刻保护的二次电流采样值。

优选地，所述步骤s2计算电流测量回路各相各回路的广义变比的具体过程如下：

根据一次系统的拓扑关系，利用基尔霍夫电流定律建立继电保护装置各电流测量回路的约束关系：

∑i1i＝0(2)

将式(2)代入式(1)，等式两边同时除以理想变比n，则任意时刻有：

式中：ngi为第i条支路电流测量回路广义变比的标幺值，即为第i条支路电流测量回路广义变比的有名值ngi与其理想变比n的比值；

设对测量回路的监视时间段为t1～tm，其中第i个时间段第j条支路的保护cpu计算值为每组计算值均应满足式(1)，则m(m>n)个时刻的计算值可列出如下方程组：

ang＝0(4)

其中

上面方程组中方程数量大于未知量个数，a∈r^m×n，由奇异值理论可将a分解为：

a＝svd(6)

式中：s和d分别是m×m阶和n×n阶正交矩阵；v＝(λ1,λ2,...,λn)是对角矩

阵，其对角元素λn为a的奇异值，并按降序排列；

实际计算中可使采样组数m远大于电流测量回路数n，由式(1)、(2)可知a的列向量是线性相关的，且当m足够大时，可使rank(a)＝n-1，此时超定齐次方程组(4)只有1个基础解系，为排除零解，加入约束条件||nv||＝1；将式(5)代入式(4)可得如下转换：

a^tang＝(svd)^t(svd)ng＝d^t(v^tv)dng＝0(7)

其中单位正交矩阵d^t可逆，上式可化简为

(v^tv)dng＝0(8)

式中d＝[d1,d2,...,dn]^t；

由此可得dng＝(0，0，...0,1)^t,故可解得：

式中，为任意非0实数，dn为正交矩阵d的最后一行。

优选地，所述步骤s3判定电流测量回路是否存在故障的具体过程如下：

定义第i条支路电流测量回路故障判据pi的表达式：

正常运行状态下，电流测量回路综合误差ε应小于10％，第i条支路电流测量回路故障判据特征值pi:

若pi,a(b,c)∈(0.0909,0.1111)，则gi,a(b,c)＝1，表示电流保护装置i的a(b,c)相测量回路不存在故障；若则gi,a(b,c)＝0，表示电流保护装置i的a(b,c)相测量回路存在故障。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的方法的核心是根据电流保护原理，将从电流互感器到继电保护装置计算用cpu所获取数据的所有环节变换过程考虑为一个整体，将一次电流与cpu所感知的二次数字值之比定义为电流测量回路广义变比，电流回路任意环节的异常均表现为该广义变比数值的异常，由此实现智能变电站电流测量回路的隐藏故障诊断。本发明提供的方法仅通过软件算法即可实现，无需加装硬件装置，是一种简单高效的继电保护电流测量回路在线诊断方法。可方便集成于母线电流差动保护及站域、广域电流差动保护中，也可方便地应用于智能变电站二次回路高级诊断系统中。

附图说明

图1为本发明的智能变电站电流测量回路的隐藏故障诊断方法的流程图。

图2为本发明的电流测量回路的故障诊断流程图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

本发明提供了一种智能变电站电流测量回路的隐藏故障诊断方法，如图1、2所示，包括以下步骤：

s1.对电流回路各相电流值进行采样。继电保护有多个电流测量回路，与保护装置相关就有多个未知的广义变比，采用分时采样技术，获取多个保护回路电流不同时刻的采样值，可建立多个包含广义变比的测量方程。

i11、i12、...、i1i、...、i1n为流过母线某节点的某相各一次电流，经电流测量回路转换为相对应的保护二次采样电流根据i21、i22、...、i2i、...、i2n广义变比定义：

ii1＝ngii2i(1)

式中：ngi为第i条支路电流测量回路的广义变比；ii1为i时刻一次电流；i2i为i时刻保护的二次电流采样值。

s2.计算电流测量回路各相各回路的广义变比。根据采用的电流数值以及相关公式求出各电流测量回路各相回路的广义变比。

s3.电流测量回路故障判别。比较计算所得的电流测量回路广义变比与其相对应的电流互感器理想变比即可判定电流测量回路是否存在故障。

所述步骤s2中，计算电流测量回路各相各回路的广义变比：

根据一次系统的拓扑关系，利用基尔霍夫电流定律，即在任一瞬时，流出(或流入)某元件的电流的代数和恒等于0，可建立继电保护装置各电流测量回路的约束关系：

∑i1i＝0(2)

将式(2)代入式(1)，等式两边同时除以理想变比n，则任意时刻有：

式中ngi为第i条支路电流测量回路广义变比的标幺值，即为第i条支路电流测量回路广义变比的有名值ngi与其理想变比n的比值。设对测量回路的监视时间段为t1～tm，其中第i个时间段第j条支路的保护cpu计算值为每组计算值均应满足式(1)，则m(m>n)个时刻的计算值可列出如下方程组：

ang＝0(4)

其中

上面方程组中方程数量大于未知量个数，a∈r^m×n，由奇异值理论可将a分解为：

a＝svd(6)

式中：s和d分别是m×m阶和n×n阶正交矩阵；v＝(λ1,λ2,...,λn)是对角矩阵，其对角元素λn为a的奇异值，并按降序排列。

实际计算中可使采样组数m远大于电流测量回路数n，由式(1)、(2)可知a的列向量是线性相关的，且当m足够大时，可使rank(a)＝n-1，此时超定齐次方程组(4)只有1个基础解系，为排除零解，加入约束条件||nv||＝1。将式(5)代入式(4)可得如下转换：

a^tang＝(svd)^t(svd)ng＝d^t(v^tv)dng＝0(7)

其中单位正交矩阵d^t可逆，上式可化简为

(v^tv)dng＝0(8)

式中d＝[d1,d2,...,dn]^t。

由此可得dng＝(0，0，...0,1)^t,故可解得：

式中，为任意非0实数，dn为正交矩阵d的最后一行。

所述步骤s3中，电流测量回路故障判别步骤为：

比较计算所得的电流测量回路广义变比ngi与其相对应的电流互感器理想变比ni即可判定电流测量回路是否存在故障。由此，定义第i条支路电流测量回路故障判据pi的表达式：

正常运行状态下，电流测量回路综合误差ε应小于10％，第i条支路电流测量回路故障判据特征值pi:

当测量回路正常时，误差在规定范围内，即pi∈(0.0909,0.1111)；当测量回路异常时，广义变比超过上述范围。因此根据pi的取值范围可判定第i条支路电流测量回路某相是否存在故障。

上述方法分别应用于系统a、b、c三相的电流测量回路，然后通过逻辑判定即可辨识整个电流测量回路是否异常。为了清晰故障判据，进行如下定义：

若pi,a(b,c)∈(0.0909,0.1111)，则gi,a(b,c)＝1，表示电流保护装置i的a(b,c)相测量回路不存在故障；若则gi,a(b,c)＝0，表示电流保护装置i的a(b,c)相测量回路存在故障。延时5秒再计算一次是为了保证避免类似磁饱和等电磁式互感器的固有不足。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。