生成振荡信号的方法以及带有振荡识别装置的电气保护或测量设备的制作方法

专利名称：生成振荡信号的方法以及带有振荡识别装置的电气保护或测量设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生成指示供电电网内的振荡的振荡信号的方法，其中，采集 表征供电电网的测量位置处的电流和电压的测量值，并且将测量值转化为数字电流矢量测 量值和数字电压矢量测量值，并且从电流矢量测量值和电压矢量测量值中计算复数平面内 的阻抗值。观察通过阻抗值形成的曲线历程并且通过考虑曲线历程的特征特性生成振荡信 号。本发明还涉及一种带有振荡识别装置的电气保护或测量设备。
背景技术：
供电电网通常部分地使用所谓的保护设备监测不允许的运行状态，例如短路或接 地故障。在出现这样的不允许的运行状态时，保护设备通过断开相应的功率开关将受到故 障影响的供电电网的部分与剩余电网分离，并且因此避免危及人员和供电电网的部件。为 了监测供电电网的单独的部分，保护设备执行所谓的保护算法。在此，通过使用例如可涉及 表征供电电网的测量位置处的电流和电压的测量值，来判断存在允许的还是不允许的运行 状态。在此方面，经常使用的保护算法根据所谓的距离保护方法工作，其中，从电流测量 值和电压测量值中计算复数平面内的阻抗值，并且检查阻抗值是否在也称为触发多边形的 预先给定的区域内。只要阻抗值在该预先给定的区域内，则距离保护设备确定在由其监测 的供电电网的部分上的不允许的运行状态，并且向一个或多个限制部分的功率开关发出触 发信号，以将有故障的部分与剩余的供电电网分离。在突然的负载变化或供电电网结构变化时(例如通过接通或断开较大的电源)， 在供电电网内可能出现所谓的振荡过程或电网振荡，为简单起见在下文中将其称为“振 荡”，这是因为供电电网的馈入位置上的发电机必须根据新的负载情况调整。这通常以衰减 振动的形式发生，直至供电电网的新工作点已稳定。在振荡期间，电流和电压可以说沿供电 导线在高值和低值之间振荡，因此，在振荡中通常发生的是电气距离保护设备在其测量位 置上同时测量到低电压和高电流，并且由此计算出处于触发多边形内的小阻抗值。因为衰 减的(也称为同步的)振荡通常不描述供电电网的危险运行状态，所以在此情况中不应触 发。但在仅使用距离保护功能时，距离保护设备识别出不允许的运行状态，并且将供电电网 的被监测的部分断开。由此可能发生供电电网的一定部分的不希望的错误断开，这通常与 供电电网的运营商的高成本相关联。此外，可通过因错误断开导致的电网结构突变造成供 电电网的仍接通部分的过载，这可能导致级联的断开直至所谓的全断。为完整性起见，在此应提到，后文中描述的本发明除可用于识别同步振荡外也可 用于识别所谓的非同步振荡，其中振荡通过完整的阻抗轨迹曲线。因此，在下文中，概念“振 荡”理解为此意义(同步或非同步)。为在振荡时避免不希望的错误触发，通常提供所谓的振荡识别装置。当识别到振 荡时振荡识别装置发出振荡信号。该振荡信号例如可用于向电气功率开关给出触发信号，通过所述触发信号阻断距离保护设备。振荡识别装置在此可形成为距离保护设备的整体部 分或形成为与距离保护设备工作连接的分开的装置。带有整体式振荡识别的距离保护设备由本发明申请人例如以名称“SIPR0TEC Distanzschutz 7SA6”给出。相应的设备从Siemens AG的2002年的设备使用手册 "SIPROTEC Distanzschutz 7SA6V4. 3”，Siemens AG 预定号 C53000-G1100-C156-3 中已知。 在该设备手册中在段落2. 3 "Massnahmen bei Netzpendelung”中，描述了为识别振荡，检 查由阻抗值在复数平面内形成的曲线历程的特征性特点，例如“连续性”、“单调性”和“突变 特性”，并且根据检查结果在识别到振荡时生成振荡信号。

发明内容
本发明的任务在于，给出对于已知方法的替代或互补的可使用的用于可靠地识别 供电电网内的振荡的可能性。根据本发明，该任务通过前述类型的方法解决，其中，如果阻抗值与振荡中心点的 距离基本上保持相同则生成第一振荡怀疑信号，并且如果阻抗值在曲线历程上前行的速度 基本上保持相同则生成第二振荡怀疑信号。如果第一振荡怀疑信号和第二振荡怀疑信号都 存在时，生成振荡信号。根据本发明的方法出于如下认知，即，在振荡时由阻抗值描述的曲 线历程基本上遵循椭圆历程，并且具有持续的而非突变的运动过程。因此，以所述的方式可 在供电电网内识别到很可靠的振荡。振荡信号例如可被保护设备内执行的算法考虑以用于 确定允许或不允许的运行状态，和/或以消息的形式供电网调度中心(Netzleitstelle)使 用。根据依据本发明的有利的扩展，为了生成第一振荡怀疑信号，对于位于曲线历程 上的阻抗值分别确定从振荡中点发出的阻抗矢量，并且计算各阻抗矢量的幅值。如果两个 直接相继的阻抗矢量的幅值的比值在值1附近的预先给定的区域内，则生成第一振荡怀疑 信号。按照这种方式，第一振荡怀疑信号的生成以相对简单的计算手段执行。根据本发明的方法的另一种有利实施形式，为生成第二振荡怀疑信号，对于位于 曲线历程上的阻抗值分别确定从振荡中点发出的阻抗矢量，并且对于当前的阻抗矢量及其 前一个阻抗矢量分别确定角速度。如果角速度差异低于预先给定的角速度阈值，则生成第 二振荡怀疑信号。以此，第二振荡怀疑信号以相对简单的计算手段生成。在此方面，进一步有利的是，为了确定角速度，对于所考虑的阻抗矢量与其前一个 阻抗矢量之间角度分别进行考虑。即，在通过均勻地取样电流和电压时生成的电流矢量测 量值和电压矢量测量值时，角速度可视作与两个阻抗矢量之间扫过的角度成比例，使得通 过简单的角度确定而足以计算角速度。根据本发明的方法的另一种有利实施形式，如果阻抗值在曲线历程上前行的加速 度基本上保持相同，则生成第三振荡怀疑信号。当存在第一振荡怀疑信号和第三振荡怀疑 信号时生成振荡信号。按照这种方式，根据本发明的方法可为振荡识别更可靠地执行，因为 在不危险振荡的单独情况中发生如下情况，即振荡的角速度虽然改变，但所述改变却以均 勻的方式发生。在此情况中，因此不存在第二振荡怀疑信号。但因为存在该均勻方式的改 变，并且因此角加速度很大程度上是恒定的，所以存在第三振荡怀疑信号，并且在第一振荡 怀疑信号和第三振荡怀疑信号并列时生成振荡信号。
在此方面，为降低确定第三振荡怀疑信号所需的计算量，可优选地仅当第一振荡 怀疑信号存在时生才成第三振荡怀疑信号。在这种情况中，仅在缺少第二振荡怀疑信号时 需要检查用于第三振荡怀疑信号的标准。在此方面，根据本发明的方法的另一种有利的实施形式，为了生成第三振荡怀疑 信号，对于位于曲线历程上的阻抗值分别确定从振荡中点发出的阻抗矢量，并且对于当前 的阻抗矢量及其前一个阻抗矢量分别确定角加速度。当角加速度的差异低于预先给定的加 速度阈值时生成第三振荡怀疑信号。在均勻地取样电流和电压时，为确定角加速度仅考虑 每个扫过的角度足以。在振荡中点的确定方面，根据本发明的方法的有利扩展，为确定振荡中点，对于当 前的阻抗值及其前数个阻抗值分别确定部分中点，并且将带有最大和最小虚部的那些部分 中点去除。从剩余的部分中点确定振荡平均值。按照这种方式，也可补偿由阻抗值所形成 的曲线历程与理想的椭圆历程的轻微偏差，因为将部分中点的因偏差产生的过大或过小的 虚部从进一步的考虑中去除。对于部分中点和振荡中点的实部，以很好的近似认为其值为 零；因此，振荡中点即位于阻抗平面的虚轴上。在此方面，可以更精确和可靠地执行中点计算，根据依据本发明的方法的另一种 有利实施形式，从剩余的部分中点中仅当部分中点分布的标准差在预先给定的可能性阈值 以下时才确定振荡中点。在中点计算方面，根据本发明的方法的另一种有利实施形式是，通过最小二乘估 计方法执行部分中点的确定。例如在Siemens AG的德国专利文献DE 19746719 Cl中描述 这种中点确定。根据依据本发明的方法的另一种有利实施形式，当曲线历程具有单调特性时生成 第四振荡怀疑信号，并且仅当也存在第四振荡怀疑信号时才生成振荡信号。为了进一步提 高振荡信号生成的可靠性，可以进一步地，当每两个直接相邻的阻抗值之间的距离上超预 先给定的距离阈值时生成第五振荡怀疑信号，并且仅当也存在第五振荡怀疑信号时才生成 振荡信号。通过共同或分别采用最后的两个措施，振荡信号能够以更高的可靠性生成，因为 将已知的标准“单调性”和“连续性”另外地与前述标准结合。为了在出现阻抗值的实部或虚部的跳跃时也能够以高可靠性将振荡与不允许的 运行状态区分开，根据依据本发明的方法另一种有利的实施形式，如果识别到两个直接相 邻的阻抗值之间的虚部突变则生成第一跳跃信号，并且如果识别到两个直接相邻的阻抗值 之间的实部突变则生成第二跳跃信号。仅当两个跳跃信号之一存在并且同时第一和第二或 第一和第三振荡怀疑信号存在时才生成振荡信号。而如果两个跳跃都存在则不生成振荡信 号。根据本发明的方法的另一种有利实施形式，通过使用阻抗值也执行距离保护方 法；并且当出现振荡信号时通过距离保护方法阻断触发信号的生成。在此方面根据有利的实施形式，在执行距离保护方法时检查阻抗值是否位于预先 给定的触发多边形内，并且仅当至少当前的阻抗值位于围绕触发多边形的振荡多边形内时 才生成振荡信号。因为在此情况中，仅当至少一个阻抗值位于振荡多边形内即位于触发多 边形附近时才生成振荡信号，所以当该振荡在供电电网的足够远离不允许的运行状态的也 称为“负载波动”的运行状态中发生时，可实现使得对于保护设备的操作者使用该振荡识别功能通过存在的振荡信号避免了迷惑消息。最后，上面提到的任务还通过带有振荡识别装置的设计为执行前述方法之一的保 护或测量设备解决。在此，振荡识别装置可在供电电网内整体地实施或以测量设备的形式 作为分开的单元实施。


在下文中根据实施例详细解释本发明。为此附图中图1示出了布置在供电电网的测量位置上的带有整体式振荡识别装置的距离保 护装置的示意性图示；图2示出了在R-X图中的复数阻抗值的序列；图3示出了用于解释第一和第二振荡怀疑信号的生成的R-X图；图4示出了用于解释振荡中点确定的另一 R-X图；图5示出了用于解释振荡识别装置的第一实施例的方框图；图6示出了用于解释振荡识别装置的第二实施例的另一方框图；图7示出了用于解释第三振荡怀疑信号的形成的R-X图；图8示出了用于解释振荡识别装置的第三实施例的另一方框图；图9示出了用于解释振荡识别装置的第四实施例的另一方框图；图10示出了用于解释振荡识别装置的第五实施例的另一方框图；和图11示出了绘有触发多边形和振荡多边形的R-X图。
具体实施例方式图1按照示意图示出了其他方面未详细图示的供电电网的一个部分10。部分10 例如可以是交流电网的三相交流供电导线。为了监测部分10的例如短路或接地故障的不 允许运行状态，在测量位置11处提供了电气距离保护设备12。在测量位置11上通过仅示 意性地指示的电压变换器13a和电流变换器1 采集了表征测量位置11处的电压和电流 的测量值u和i，并且将这些测量值传输到距离保护设备12。距离保护设备12具有测量值 采集和预处理装置14，使用该装置14采集测量值u和i并且首先变换为适合于设备内部的 继续处理的电压水平和电流水平。然后，进行测量值u和i的模-数转换。根据数字化的测量值，例如通过借助于数 字滤波器生成电压矢量测量值和电流矢量测量值。这些电压矢量测量值和电流矢量测量值 包括关于被测量的电压和电流在各测量时刻的幅值和相位的信息，并且通常被描述为复数 平面内的矢量，在该情况下所述复数平面也被称为阻抗平面。在测量值采集和预处理装置 14内从电流矢量测量值和电压矢量测量值中还进行阻抗值Z的计算，其中所计算的阻抗测 量值Z同样位于也被称为阻抗平面的复数平面内。与根据图1的图示不同，向适合于电气距离保护设备12的电流水平和电压水平的 变换以及模-数转换，也可以在电气距离保护设备12外部进行。在该情况中，测量值采集 和预处理装置14仅进行电流和电压矢量计算以及确定所属的阻抗值Z。阻抗值Z被传送到距离保护设备12的控制装置15。控制装置15具有距离保护装 置16，在所述距离保护装置16内通过使用所谓的距离保护算法从阻抗值Z中做出关于供电电网的部分10上存在允许还是不允许的运行状态的决定。为解释此过程，另外地参考图2。图2在所谓的R-X图(即在复阻抗平面)中示 出了所绘出的阻抗值z-t，Zpehler, Zk, zk_1; zk_2和zk_3。这些阻抗值根据如下复数表达形式描 述Z = R+jX,其中，实部R给出了阻抗的所谓的电阻部分(欧姆阻抗部分)，而虚部X给出了阻 抗的所谓的电抗部分(通过电容器和电感器导致的阻抗部分)，其中j表示虚数单位/1。由距离保护装置16执行的距离保护算法检查阻抗值Z是否在R-X图中的通过所 谓的触发多边形20描述的区域内。通常，该触发多边形20处于低实部和虚部的阻抗中。在 正常的负载情况中，阻抗^ast的工作点位于相对恒定地带有相对高的实部和虚部的阻抗值 处，而在发生故障时，例如在短路时，由于在故障位置处流动的高故障电流，发生由箭头21 指示的向低阻抗值的跳变，这通过阻抗值4- 指示出。如果距离保护装置16 (见图1)由 位于触发多边形20内的计算的阻抗值识别到不允许的运行状态，则距离保护装置16在电 气距离保护设备12的输出处发出触发信号A，所述触发信号A传送到功率开关17，所述功 率开关17据此导致其开关触点断开，并且将部分10从供电电网的剩余部分分离。在发生振荡时，电流和电压振荡，并且因此可以说电功率沿供电导线在多个发电 机和电气负荷之间往复振荡，直至在衰减振荡的情况中最终再次建立稳定的运行点。通过 这样的电振荡可在供电电网的测量点处确定阻抗值，所述阻抗值位于触发多边形20内但 不指示不允许的运行状态，而是指示振荡。与有故障的情况相反，在振荡情况中阻抗值Zk_3， zk_2，zk_i和τ、缓慢移动，即从工作点沿大致椭圆的曲线历程向触发多边形20移动，并 且最终以阻抗值4进入触发多边形20。在该情况中，虽然存在位于触发多边形20内的阻 抗值，但距离保护设备不断开所属的功率开关。为避免不希望的错误触发，因此必须可靠地 识别振荡过程，以便可例如防止所涉及的功率开关的触发。用于振荡识别的算法必须因此 设计为识别突然出现的故障情况和逐渐的振荡，以在振荡情况中抑制向功率开关发出触发 信号。距离保护设备12的控制装置15(见图1)因此具有振荡识别装置18，所述振荡识 别装置18根据阻抗值检查是否在供电电网的部分10上存在振荡，并且在此振荡的情况中 向距离保护装置16发出振荡信号P，以在距离保护装置16处阻断触发信号A的发出。换言 之，在识别到振荡的情况中，不应发出触发信号A，因为在此情况中不涉及供电电网的部分 10上的不允许的运行状态。与根据图1的图示相反，振荡识别装置18也可以布置为外部振荡识别装置，即布 置在电气距离保护设备12外部，并且在相应的距离保护设备的输入处发出相应的振荡信 号，以便向距离保护设备的控制装置指示识别到的振荡。在下文中结合图5、图6和图8至图10描述可用作根据图1的振荡识别装置18或 外部振荡识别装置的实施例。电振荡的识别的功能方式将根据图3详细图示。图3在复数的R-X图中示出了阻 抗值zk，zk_1; zk_2和zk_3的序列。阻抗值4至zk_3仅表示从根据所记录的电流和电压测量值 i和u计算的阻抗值中选出的阻抗值。在此，Zk表示当前得到的阻抗值，Zk^1是正好前一个 取样时钟确定的阻抗值，即当前阻抗值的\前一个阻抗值。以相应的方式，Zk_2和zk_3形成了在Zlri之前的阻抗值。由阻抗值\至Zk_3描述的曲线历程如在图2中图示指示了振荡。 为了可靠地识别振荡，首先形成所谓的振荡中点\，该振荡中点\位于虚轴上，并且形成由 阻抗值4至Zk_3描述的大致椭圆的曲线历程的中心点。如果相继的阻抗值与振荡中点\ 的距离基本上相符，则这作为发生振荡的指示。具体地，关于距振荡中点\的相同距离的 检查例如可通过如下方式执行，即形成从振荡\发出的阻抗矢量厶，4-1，4-2和4-3，所述阻 抗矢量以振荡中点\为起点并且到达直至各阻抗值4至zk_3。如果相继的阻抗矢量的幅值 大致相符，则距离几乎保持相同。此外，考虑时间上相继得到的阻抗值\至Zk_3在曲线历程上前行的速度。如果相 继的阻抗值的速度也大致恒定，则这也视作振荡的指示。为确定阻抗值4至zk_3在曲线历 程上前行的速度，例如可考虑从振荡中点\发出的各阻抗矢量Zk至Zk-3进行旋转时的角速 度。如果角速度保持恒定，则在距振荡中点\的距离保持相同的同时，阻抗值4至zk_3在 曲线历程上的角速度也保持相同。保持相同的角速度可视作电振荡的另外的指示。因为在以恒定的取样率取样表征电流和电压的测量值i和U时(见图1)各阻抗 矢量Zk至Zk-3之间的时间距离总是恒定，所以角速度可被认为与每个扫过的角度至(Pk-3 成比例。因此，当前阻抗矢量Zk的角速度与前一个阻抗矢量Zh所扫过的角度成比例。 与阻抗矢量么-工相关的角速度与所述阻抗矢量Zh的前一个阻抗矢量Zk-2扫过的角度Ψμ成 比例。另外的角速度以相应的方式确定。如果各阻抗矢量之间的时间距离已知，例如厶和么-工之间的时间距离已知，则角速 度也可通过从各扫过的角度和此时间距离之间的求商来显式的确定；为了在振荡识别中进 行考虑，当然在恒定的取样率下扫过的角度是充分的。如果在下文中提及角速度，则该概念 应理解为显式确定的角速度以及在假定保持相同的取样率下与角速度成比例的角度。相应 的理解也适合于下文中详细论述的角加速度。根据图4将详细解释振荡中点\的计算。振荡中点\借助于最小二乘估计方法 确定，如例如在本文开始部分提到的德国专利文献DE 19746719中所描述的那样。在此，一 方面足够精确地假设振荡中点\位于R-X图的虚轴上，使得仅须确定振荡中点\的虚部。 振荡中点\由多个部分中点XcT确定。通过使用最小二乘估计，根据如下等式得到所谓的 部分中点V X: = ^監丸‘
η其中，m表示各取样时刻，&给出各阻抗值的虚部(电抗)，^ 给出各阻抗值的实 部(电阻)。电抗和电阻ττ的推导使用二阶方法根据如下等式进行dZr = Zrm-Ziv1 禾口dZx = Zxm-Zxm_10通过求算术平均值可由多个部分中点X；1形成振荡中点\。这将在下文中简要解 释。为此，假设所观察的阻抗值的各部分中点X；1通过使用前述等式分别通过考虑所 观察的阻抗值自身以及其前一个阻抗值二者而得到。当前阻抗值\的部分中点因此通 过考虑阻抗值zk，Zlri和zk_2得到。阻抗值zk_i的部分中点XtlH相应地通过考虑阻抗值Zk_1; zk-2和Zk_3得到。
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为了确定振荡中点\，现在将一定数量的这种部分中点XcT求算术平均，其中如果 振荡中点\每个通过使用最近8个部分中点XcT生成，则部分中点Xc;的数量可取为8。在 此情况中，为确定当前阻抗值\的振荡中点\，考虑为阻抗值\至Zk_7计算的部分中点Xtl15 至)C_7，并且对其求算术平均。通过使得振荡中点\的确定分别仅关于有限数量的阻抗值进行，可相应地考虑逐 渐的中点移动，例如多次通过在振荡时通常的椭圆曲线历程时所出现的中点移动，使得这 种中点移动可被考虑到并且不必然地导致不发出振荡信号。为了也在略微不均勻地走向的曲线历程的情况中也获得振荡中点\的可靠值，可 在由单独的部分中点Xe确定中点\时去除带有最大虚部的部分中点XcTmax和带有最小虚 部的部分中点Xommin，并且由剩余的部分中点Xom通过使用算术平均来确定振荡中点\。在图4的示例中可见，阻抗值Zk_5是所谓的偏离点，即阻抗值Zk_5不位于带有剩余 的阻抗值4至zk_4，Zk_6和Zk_7的理想的椭圆轨迹曲线上。在此，得到在图4中每个夸张地 图示的变形的部分中点Xommin和Xommax，它们对于振荡中点\的确定可具有负面影响。这样 的偏离点通过如下方式补偿，即将最大部分中点Xommax和最小部分中点Xommin从求算术平均 中去除，并且仅对于剩下的部分中点求算术平均，以用于确定振荡中点\。为了避免在阻抗值的完全不规则的曲线历程时形成振荡中点\，此外可以关于剩 余的部分中点进行检查，以检查这些部分中点的发散是否在一定的范围内。因此，可例如 关于这些部分中点确定标准差，并且仅当标准差在一定的可能性阈值以下时计算振荡中点 )(。，所述阈值例如可为10%和15%。如果不满足该可能性检查，则部分中点可能分布过于 发散。在此情况中，为能够可靠判断是否促在振荡的振荡中点\计算不能以足够的精度执 行。因此，在不满足可能性检查的情况中，终止振荡中点的\计算，并且继续采集下一个阻 抗值。图5示出了振荡识别装置50的实施例。根据图5的振荡识别装置50用于以图3 描述的标准识别指示振荡的曲线历程。在根据图5的第一功能块51中，如在图4中描述，确定各当前阻抗值\的振荡中 心\。在下一个功能块52中，对于阻抗值\计算阻抗矢量&，所述阻抗矢量Zn在各中心\ 处开始，并且在各阻抗值4处结束。对于每个阻抗矢量&，确定其幅值|&|、即其长度，以 及从前一个阻抗值τα扫过的角度φη。在另外的功能块53中检查各阻抗值4距共同的振荡中心\的距离是否基本上保 持恒定。为此，从当前的阻抗矢量厶的幅值及其前一个阻抗矢量Zlri的幅值中确定比值Zk/ Zkf如果这两个幅值相符，则结果接近值1，例如在从0.95至1.05的范围内。如果在功能 步骤53处识别到阻抗矢量Zk和Zlri (并且因此阻抗矢量&距振荡中心V)的距离几乎保持 恒定，则生成第一振荡怀疑信号PV1，并且将其提供到逻辑“与”门的第一输入。信号的生成在数据处理的意义上通常意味着生成所谓的“高”信号，即逻辑“1”，而 信号的不生成或不存在对应于所谓的“低”信号或逻辑“0”。在本专利申请中的用于振荡识 别方面的实施例中，在此意义上理解信号。为了更简单地计算，也可首先检查两个幅值Zk或Zlri哪个更大。然后，可通过将两 个幅值中较大的一个作为分母来求商。在此情况中，则必然仅执行唯一的阈值比较，以比较 商是否位于阈值以下，因为作为结果的商总是小于1。因而不必检查带有上阈值和下阈值的范围。在平行于功能块53执行的另外的功能块M中，检查阻抗值在曲线历程上的速度 是否保持恒定。为此，考虑各扫过的角度，并且确定当前角度和前一个阻抗值的角度之间的 差异Icpk-cpwl。如果该求差的幅值在速度阈值以下，则阻抗值在曲线历程上的速度很大程 度上保持恒定，并且生成第二振荡怀疑信号PV2，并且将其提供到“与”门55的第二输入。如果两个振荡怀疑信号PVl和PV2都存在于“与”门55的输入上，则由振荡识别 装置50生成振荡信号P，所述振荡信号P指示了存在振荡。在图5中描述的实施例中，参考单独的功能块(例如，功能块51、52、53、54)和逻 辑关联模块(例如，“与”门5 。通常，这些功能模块和逻辑关联与图5的示意性图示不同， 即不仅实现为分块的连接单元，而且以具有由例如微处理器的计算装置处理的软件的形式 实现。以分立的连接单元的形式的实施当然也是可以的，但带有更高的费用。这也适用于 在下文中描述的另外的实施例。图6示出了振荡识别装置60的另一种实施例。振荡识别装置60也可靠地识别了 如下振荡，即在所述振荡中单独的阻抗值在曲线历程上前行的速度不恒定但处在恒定的加 速度(正或负)。该特性也可作为存在振荡的指示。为此，首先考虑图7，图7又在R-X图中示出了沿近似椭圆的曲线历程分布的阻抗 值^至？㈣的历程。可识别到每两个相继的阻抗值之间的扫过的角度持续增加(因此，例 如阻抗值4至Zlri之间的角度明显大于阻抗值Zk_2至Zk_3之间的角度)。但角度升高以均 勻形式发生，使得存在阻抗矢量Zk至么-3的恒定的角加速度。因为恒定的角加速度的情况也可指示振荡，所以根据图6提供了另外的功能块 61，所述功能块61与从图5中已知的功能块53(距振荡中点\的恒定距离)和功能块 M (恒定角加速度)平行地执行。根据该新添加的功能块61，检查角加速度是否几乎恒定。 为此，求角速度(或扫过的角度φ)的时间导数，并且如果该差异在加速度阈值以下并因此 角加速度几乎恒定，则生成第三振荡怀疑信号PV3。将第三振荡怀疑信号PV3提供到“或”门62的输入处。将功能步骤M中生成的 振荡怀疑信号PV2提供到“或”门62的另一个的输入。“或”门62的输出提供到“与”门63 的输入侧，而“与”门63的另一个输入被提供以振荡怀疑信号PV1。因此，如果第一振荡怀 疑信号PVl和第二振荡怀疑信号PV2存在或者第一振荡怀疑信号PVl和第三振荡怀疑信号 PV3存在，则振荡识别装置60给出振荡信号P。为了限制所需的计算能力并提高反应速度，在能够进行振荡信号P的决定前，可 以此外仅当第二振荡怀疑信号PV2不生成时，即仅当角速度不保持相同时，才激活功能块 61。在该情况中，如果箭头64指示，当不存在第二振荡怀疑信号PV2时，功能块61可由功 能块M激活，而在存在第二振荡怀疑信号PV2时，将功能块61保持禁止。图8示出了振荡识别装置80的另一种实施例，使用该实施例可执行更可靠的振荡 识别。振荡识别装置80与根据图6的振荡识别装置60的区别在于另外的功能块81，在该 功能块81中检查阻抗值&的单调特性。在此，检查阻抗值的其虚部或其实部单调下降还 是单调上升，并且如果至少虚部或实部存在单调特性，则生成第四振荡怀疑信号PV4。第四振荡怀疑信号PV4被提供到另外的“与”门82，已在图6中示出的“与”门63 被引导到“与”门82的另一个输入。根据图8，如果第一、第二和第四或者第一、第三和第四振荡怀疑信号并存，则由振荡识别装置80生成振荡信号P。通过检查单调特性，至少实部或 虚部的单调特性，识别出不表明振荡的过强波动的阻抗值，并且可防止生成振荡信号。在图9中示出了带有振荡识别装置90的另一种实施例。振荡识别装置90与根据 图8的振荡识别装置80的区别在于另外的功能块91，在所述功能块91内检查阻抗值\的 连续运动。在此，检查单独的阻抗值4的实部或虚部之间是否低于最小距离。如果阻抗值 Zn相距过于紧密，则这不指示振荡而是指示相对稳定的故障，其中阻抗值\被按照大致恒 定的值确定。如果在功能块91中确定了阻抗值\的连续运动，则生成第五振荡怀疑信号PV5， 并且将其提供到“与”门92。“与”门92进一步被提供以第四振荡怀疑信号以及“与”门63 的输出(见图6)。因此，如果第一、第二、第四和第五振荡怀疑信号存在，或者第一、第三、第 四和第五振荡怀疑信号存在，则振荡识别装置90生成振荡信号P。图10示出了振荡识别装置100的最后的实施例。振荡识别装置100另外检查通过 阻抗值4描述的曲线历程是否具有突变。为此，提供了功能块101，该功能块101检查两个 相继的阻抗值4的虚部之间是否具有突变。如果两个相继的阻抗值的虚部改变低于预先给 定的确定的阈值或低于与阻抗值的当前历程动态匹配的阈值，则例如可检查到该突变。如 果在功能块101中确定了两个相继的阻抗值的虚部之间的突变，则在所谓的“与非”门103 的输入出给出第一跳跃信号Si。另外的功能块102执行两个相继的阻抗值的实部的相应的检查，并且如果识别到 两个相继的阻抗值的实部之间的突变，则在“与非”门103的输入处给出第二跳跃信号S2。如果“与非”门103的输入不存在或存在其输入的最多一个，即如果最多出现第一 或第二跳跃信号，则“与非”门103给出输出信号。在该情况中，“与非”门103将输出信号 给出到“与”门104的输入上，所述“与”门104的另一个输入上施加以“与”门63的输出 (见图6)。如果“与”门104在其两个输入处得到输入信号，则“与”门104将输出信号给出 到“与”门105上，该“与”门105的另外的输入上施加以在图8和图9中已论述的振荡怀疑 信号PV4和PV5。如果“与”门105的每个输入都施加以输入信号，则振荡怀疑装置100在 输出侧上给出振荡信号P。总之，在根据图10的实施例中因此检查通过阻抗值&描述的曲线历程是否具有 突变特性。如果检测到涉及两个相继的阻抗值的虚部和实部的跳跃，则这意味着故障，则不 应给出振荡信号P。在此情况中，“与非”门103不给出输出信号，因为所述“与非”门103 被施加以第一跳跃信号Sl以及第二跳跃信号S2。因此，“与”门104不生成输出信号，由此 也阻止“与”门105给出输出信号。但是，如果仅第一跳跃信号Sl或仅第二跳跃信号S2存在，这意味着两个相继的阻 抗值之间识别出的跳跃仅涉及虚部或仅涉及实部，则可以在存在其余的振荡怀疑条件时生 成振荡信号。这样的仅涉及虚部或仅涉及实部的跳跃例如可出现在由阻抗值&通过的椭圆曲 线历程的转折点(即最上、最下、最右、最左的点)处。例如，在下转折点处，相继的阻抗值 的虚部仅微小地改变，而相继的阻抗值的实部具有更大的改变。因为在此情况中，仅描述了 在振荡中通常椭圆的曲线历程，这也意味着振荡，并且不应抑制振荡信号。如果既不存在虚部跳跃也不存在实部跳跃，则也不应抑制振荡信号。
最后，在图11中按照R-X图示了一系列相继的阻抗值4至Zk_3。图11此外示出 了用于执行距离保护的触发多边形110。如已结合图2解释那样，将距离保护算法调整为 使得当阻抗值出现在触发多边形内时在功率开关上给出触发信号，只要所述触发信号不被 振荡识别装置的振荡信号抑制的话。图11还示出了围绕触发多边形以一定距离(例如，以 5 Ω的距离)建立的所谓的振荡多边形111。振荡多边形111的功能是仅当第一阻抗值进 入到振荡多边形内时给出振荡信号，所述振荡信号通常也以指示振荡的消息的形式输出给 供电电网的运行商。以此，禁止了向供电电网运行商给出不必要的迷惑的振荡消息，因为距 触发多边形110足够大距离的振荡不表示危险，并且也与距离保护功能的执行不相关。总之，所解释的实施例描述了对于通过阻抗值描述的曲线历程的特征进行分析的 多种可能性，所述分析用于确定所述特征意味着振动时通常的特性，还是意味着供电电网 内的故障。如果特征表现出振荡中出现的曲线历程，则可根据相应的信号的逻辑关联生成 振荡信号，该振荡信号阻止了通过距离保护设备给出的触发信号，以便在原理上不危险的 电网振荡的情况中不将所涉及的电源与剩余的电网分离。
权利要求
1.一种用于生成指示供电电网内振荡的振荡信号的方法，其中-采集表征供电电网的测量位置处的电流和电压的测量值，并且将测量值转化为数字 电流矢量测量值和数字电压矢量测量值；和-从电流矢量测量值和电压矢量测量值中计算复数平面内的阻抗值；以及 -观察通过阻抗值形成的曲线历程并且通过考虑曲线历程的特征特性生成振荡信号； 其特征在于，-如果阻抗值与振荡中心点的距离基本上保持相同，则生成第一振荡怀疑信号； -如果阻抗值在曲线历程上前行的速度基本上保持相同，则生成第二振荡怀疑信号；和-如果第一振荡怀疑信号和第二振荡怀疑信号都存在，则生成振荡信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 为了生成第一振荡怀疑信号，-对于位于曲线历程上的阻抗值分别确定从振荡中点发出的阻抗矢量；和 -计算各阻抗矢量的幅值，并且如果两个直接相继的阻抗矢量的幅值的比值在值1附 近的预先给定的区域内，则生成第一振荡怀疑信号。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于， 为了生成第二振荡怀疑信号，-对于位于曲线历程上的阻抗值分别确定从振荡中点发出的阻抗矢量； -对于当前的阻抗矢量及其前一个阻抗矢量分别确定角速度；和 -如果角速度差异低于预先给定的角速度阈值，则生成第二振荡怀疑信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，-为了确定角速度，对于所考虑的阻抗矢量与其前一个阻抗矢量之间角度分别进行考虑
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，-如果阻抗值在曲线历程上前行的加速度基本上保持相同，则生成第三振荡怀疑信号；和-如果存在第一振荡怀疑信号和第三振荡怀疑信号，则生成振荡信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，-仅当第一振荡怀疑信号存在时才生成第三振荡怀疑信号。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于， 为了生成第三振荡怀疑信号，-对于位于曲线历程上的阻抗值分别确定从振荡中点发出的阻抗矢量； -对于当前的阻抗矢量及其前一个阻抗矢量分别确定角加速度；和 -如果角加速度的差异低于预先给定的加速度阈值，则生成第三振荡怀疑信号。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于， 为了确定振荡中点，-对于当前的阻抗值及其前数个阻抗值分别确定部分中点； -将带有最大和最小虚部的那些部分中点去除；和 -从剩余的部分中点中将振荡平均值确定为算术平均值。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，-从剩余的部分中点中仅当部分中点分布的标准差在预先给定的可能性阈值以下时才 确定振荡中点。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于， -通过最小二乘估计方法执行所述部分中点的确定。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，-如果曲线历程具有单调特性，则生成第四振荡怀疑信号；和 -仅当也存在第四振荡怀疑信号时才生成振荡信号。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，-如果每两个直接相邻的阻抗值之间的距离上超预先给定的距离阈值，则生成第五振 荡怀疑信号；和-仅当也存在第五振荡怀疑信号时才生成振荡信号。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，-如果识别到两个直接相邻的阻抗值之间的虚部突变，则生成第一跳跃信号； -如果识别到两个直接相邻的阻抗值之间的实部突变，则生成第二跳跃信号； -仅当两个跳跃信号之一存在并且同时 -第一和第二振荡怀疑信号存在，或者 -第一和第三振荡怀疑信号存在时才生成振荡信号；并且 -如果两个跳跃都存在，则阻断所述振荡信号。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于， -通过使用阻抗值也执行距离保护方法；和-如果出现所述振荡信号，则通过距离保护方法阻断触发信号的生成。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，-在执行距离保护方法时检查阻抗值是否位于预先给定的触发多边形内；和 -仅当至少当前的阻抗值位于围绕触发多边形的振荡多边形内时才生成所述振荡信号。
16.一种用于监测供电电网的电气保护或测量设备(12)，包括-测量值采集和预处理装置(14)，用于采集和处理表征供电电网的测量位置(11)处的 电流和电压的测量值；-控制装置(15)，用于处理所述测量值；和 -振荡识别装置(18)； 其特征在于，-所述振荡识别装置(18)被设置用于执行根据权利要求1至14中任一项所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于生成指示供电电网内振荡的振荡信号的方法，其中采集表征供电电网的测量位置处的电流和电压的测量值，并且将测量值转化为数字电流矢量测量值和数字电压矢量测量值，并且从电流矢量测量值和电压矢量测量值中计算复数平面内的阻抗值。观察通过阻抗值形成的曲线历程并且可通过考虑曲线历程的特征特性生成振荡信号。为了给出可尽可能可靠地识别振荡的此方法，建议当阻抗值与振荡中心点的距离基本上保持相同时生成第一振荡怀疑信号，并且当阻抗值在曲线历程上前行的速度基本上保持相同时生成第二振荡怀疑信号。当第一振荡怀疑信号和第二振荡怀疑信号都存在时，生成振荡信号。本发明还涉及一种带有相应的振荡识别装置的保护或测量设备。
文档编号H02H3/44GK102077436SQ200880130082
公开日2011年5月25日 申请日期2008年6月26日 优先权日2008年6月26日
发明者伊尔玛兹·耶尔金 申请人:西门子公司