一种基于动态模糊识别的CT饱和识别方法与流程

本发明涉及一种识别ct饱和深度的方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术：

继电保护装置的电流输入量通常取自断路器附近的电流互感器(ct)，因此ct能够准确传变是保护装置正确动作的可靠保证。而且，母线保护的误动很可能导致全站停电的严重事故。为确保电力系统的稳定运行，减少微机型母线保护装置的误动，提高保护装置的可靠性，必须确保ct饱和判据可靠。

目前，在识别ct饱和方面，通常有同步识别法、附加制动区法、时差法、动态模拟磁通法、波形对称法、谐波制动法等。以上方法，有的需要较为复杂的系数，有的实现起来不太方便，有的使用起来有一定的局限性，都无法提供一种简单实用、可靠性高、效果良好的ct饱和识别方案。

技术实现要素：

本发明提出了一种基于动态模糊识别的ct饱和识别方法，其目的是：提供一种简单实用、可靠性高、效果良好的ct饱和识别方案，保证母线保护装置可靠地动作。

本发明技术方案如下：

一种基于动态模糊识别的ct饱和识别方法，其特征在于：使用暂稳态异步识别方法和波形凹陷谐波识别方法综合判断ct饱和是否是由区外故障导致的；并通过解锁判据判断是否满足解锁条件，根据判断结果进行解锁。

作为本方法的进一步改进，具体步骤为：

步骤一、采集原始各支路采样电流信号和各母线段电压信号；

步骤二、利用“和电流采样值突变量元件”和“差流越限元件”识别故障；如果通过“和电流采样值突变量元件”识别到故障起始时刻，则转至步骤三；如果通过“差流越限元件”识别到故障，则转至步骤四；

步骤三、利用t/4数据窗进行暂态识别，如果为区外故障导致的ct饱和，则将区外故障标志置为1，然后转至步骤四，否则不闭锁且结束本方法；

步骤四、进行解锁判据判断，如果满足解锁判据，则解除闭锁并结束，否则转至步骤五；

步骤五、引入稳态识别和波形凹陷谐波识别，分别计算二者的权重值，通过权重值进行表决，进一步判断是否为区外故障导致的ct饱和；如果判定为区外故障导致的ct饱和，先将区外故障标志置为1，并闭锁两周波，然后返回步骤四；否则直接转至步骤四。

作为本方法的进一步改进：设采样周期为t，每个采样周期内的采样点数位n；

步骤三中的暂态识别的具体方法为：利用t/4数据窗，判断在t/4数据窗内的各采样点是否分别满足以下公式：

式中，idn为第n个差流采样点值，idset为差动保护启动电流定值，ij为各第j个支路电流采样值，m为支路总数，ksat1为第一饱和识别制动系数；

根据t/4数据窗中连续满足上述公式的采样点的个数是否超过预设的门槛值，判定是否为区外故障导致的ct饱和。

作为本方法的进一步改进：步骤四的解锁判据为三项，满足其中任意一项即可解除闭锁：

(1)判据一

如果连续1.25个采样周期内的采样值都满足下面的解锁条件，自动解除ct饱和闭锁：

上式中，idn为差流工频全周有效值，irn为和电流工频全周有效值，ksat2为第二饱和识别制动系数，idset为差动保护启动电流定值，；

(2)判据二

在判据一的基础上，使用大于ksat2的饱和识别制动系数ksat3代替ksat2，将满足条件的连续时间设定为小于1.25个采样周期的数值，其它条件不变；

(3)判据三

如果连续0.5个采样周期内的采样值都满足下面的解锁条件，自动解除饱和闭锁：

上式中，id1为差流工频基波量，id2为差流二次谐波量，id3为差流三次谐波量；k2和k3为预设的谐波含量门槛。

作为本方法的进一步改进：步骤五中稳态识别的具体方法为：在起始时刻t之后到故障或扰动返回，循环使用t数据窗，判断在各t数据窗内的各采样点是否满足以下公式：

根据t数据窗中连续满足上述公式的采样点的个数设定暂稳态异步识别原理的权重值为a，权重值为a的取值范围为0至1，个数越多则权值a越大。

作为本方法的进一步改进：步骤五中波形凹陷谐波识别的具体方法为：循环使用t数据窗，根据各t数据窗内的数据进行如下计算：

上式中，id1为差流工频基波量，id2为差流二次谐波量，id3为差流三次谐波量；

设波形凹陷谐波识别原理的权重值为b，根据b1及b2的大小取b值，权重值为b的取值范围为0至1，b1及b2越大则权值b越大。

作为本方法的进一步改进：步骤五中所述的“通过权重值进行表决”是指：

计算稳态识别与波形凹陷谐波识别的综合权重值a+b；并设定总的可信度权重值的门槛值c1、稳态异步识别的绝对可信度权重值的门槛值c2以及波形凹陷谐波识别的绝对可信度权重值的门槛值c3；

当以下三个条件任意一项满足时：a+b≥c1、或a≥c2、或b≥c3，判定为区外故障导致的ct饱和。

相对于现有技术，本发明具有以下积极效果：本方法使用暂稳态异步识别原理和波形凹陷谐波识别原理分别计算各自的权重值，然后与各自的门槛值以及权重值和的门槛值相比较，从而判断出ct是否饱和，确保区外故障转区内故障时保护装置能够快速动作，同时还结合不同的工况，使用多种解锁判据，快速响应解锁，开放保护动作条件，及时切除区内故障。本方法简单可靠，效果良好，可保证母线保护装置可靠地动作。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的技术方案：

如图1，一种基于动态模糊识别原理的ct饱和识别方法，包括如下步骤：

步骤一、利用每周波n点的定间隔采集原始各支路采样电流信号和各母线段电压信号，作为基础的采样数据。其采样频率为n×fe，fe为电力系统额定频率，n为额定频率每周波采样点数，t为采样周期。

本实施例中，设置装置每周波40点采样计算，为保证启动时刻的精确捕捉，在采样中断中进行启动判断，设置启动计数器dw87bpickcnt。

步骤二、在故障或扰动初始阶段，利用“和电流采样值突变量元件”和“差流越限元件”识别故障。如果通过“和电流采样值突变量元件”识别到故障起始时刻，则转至步骤三；如果通过“差流越限元件”识别到故障，则转至步骤四。

步骤三、进行暂态识别：以故障起始时刻为基点、到第一个t/4周期结束为止(即当dw87bpickcnt小于等于10时)，利用t/4数据窗的采样值检测差流大小、和电流的延迟情况及ct饱和闭锁比率特性，得出t/4数据窗逐点分布率，识别初始阶段是否为区外故障的导致ct饱和。

t/4数据窗的具体判断方法为：判断在t/4数据窗内的各采样点是否分别满足以下公式：

式中，idn为第n个差流采样点值，idset为差动保护启动电流定值，ij为各第j个支路电流采样值，m为支路总数，ksat1为第一饱和识别制动系数。

设暂稳态异步识别原理的权重值为a，根据满足上述判断公式的连续采样点个数取a值，具体策略为：

n∈0，a＝0％

n∈1，a＝10％

n∈2，a＝30％

n∈3，a＝40％

n∈4，a＝60％

n∈5～6，a＝70％

n∈7，a＝80％

n∈8，a＝90％

n∈9～10，a＝100％。

以“n∈8，a＝90％”为例，其含义是：在t/4数据窗内有连续8个采样点满足t/4数据窗的判断公式，则a＝90％。

设暂稳态异步识别原理绝对可信度权重值的门槛值c2为0.6。当a≥c2时，判定为区外故障导致的ct饱和，区外故障标志置为1，其固有延时2t，然后转至步骤四。

如果a＜c2，则识别为内部故障导致的ct饱和，区外故障标志仍为0，不闭锁，本方法结束。

在母线发生区内故障时，由于差流就是故障的实际反映且同步发生的，而且其制动系数也会立即进入动作区，因此是不会满足上述ct饱和识别条件的。

步骤四、dw87bpickcnt大于40时，在区外故障导致ct饱和确认后，对于发生区外故障转区内故障的情况时，根据不同的工况采用多种判据快速响应解锁，开放保护动作条件，及时切除区内故障。

判断是否满足以下解锁判据中的任意一项：如果满足解锁判据则解锁，然后本方法结束，否则转至步骤五。

解锁判据包括：

(1)判据一

在判据识别出区外故障引起ct饱和后，一旦故障转换为区内故障时，将立即产生高值的差流。如果连续1.25t内的采样值都满足下面的解锁条件，自动解除本判据的ct饱和闭锁：

上式中，idn为差流工频全周有效值，irn为和电流工频全周有效值，ksat2为第二饱和识别制动系数。

该判据的有效期间为故障启动t延时之后，且在识别出为区外故障导致ct饱和的情况。

(2)判据二

在判据一的基础上取ksat3为大于ksat2的饱和识别制动系数，取满足条件的连续时间小于1.25t，其它条件不变。

(3)判据三

如果连续0.5t内的采样值都满足下面的解锁条件，自动解除本判据的ct饱和闭锁：

上式中，id1为差流工频基波量，id2为差流二次谐波量，id3为差流三次谐波量，k2、k3为谐波含量门槛。

步骤五、当dw87bpickcnt大于80时，引入稳态识别和波形凹陷谐波识别，通过权重值进行表决，进一步判断是否为区外故障导致的ct饱和：

(1)稳态识别：在起始时刻t之后到故障或扰动返回，循环利用t数据窗的采样值检测差流大小、和电流的延迟情况及ct饱和闭锁比率特性，得出其t数据窗逐点分布率，在第一个t数据窗之后识别是否为区外故障导致的ct饱和。

设t数据窗内有一定的线性传变区，在此区间ct饱和会迅速恢复，依据此识别是否为区外故障引起的ct饱和，其固有延时2t。

t数据窗的具体判断方法为，判断在t数据窗内的各采样点是否满足以下公式：

设暂稳态异步识别原理的权重值为a，根据满足上述判断公式的连续采样点个数取a值，具体策略为：

n∈0，a＝0％

n∈1～3，a＝10％

n∈4～6，a＝30％

n∈7～9，a＝40％

n∈10～11，a＝50％

n∈11，a＝55％

n∈12，a＝60％

n∈13～14，a＝65％

n∈15～16，a＝70％

n∈17～20，a＝80％

n∈20～30，a＝90％

n∈30～40，a＝100％。

以“n∈12，a＝60％”为例，其含义是：在t数据窗内有连续12个采样点满足t数据窗的判断公式，则a＝60％。

(2)波形凹陷谐波识别：虽然由故障引起的ct饱和波形虽然会发生严重畸变，但也存在一定的显著特征，即在启动暂态瞬间和每个周波的过零点附近仍然能够正确传变电流，从而导致差流也具有波形凹陷或缺损特征。而区内故障即使出现ct饱和了，由于其导致的差流很大，其谐波含量不会太大，不满足区外故障ct饱和的识别判据。波形凹陷谐波识别原理就是利用这些显著特征，解析差流中的二次谐波分量和三次谐波分量，当二者与工频基波量的比值分别大于预定的值时，再辅助结合波形的连续性识别，就可以识别是否区外故障导致的ct饱和。

循环使用t数据窗，根据各t数据窗内的数据进行如下计算：

上式中，id1为差流工频基波量，id2为差流二次谐波量，id3为差流三次谐波量。和电流突变量启动一周波后开始计算谐波，二次谐波和三次谐波采用傅氏算法计算。本原理算法的数据窗仍为t，其固有延时2t。

设定比率系数k2、k3的值分别为0.2、0.1。

设波形凹陷谐波识别原理的权重值为b，根据b1、b2与比率系数k2、k3的关系取b值，具体策略为：

b1∈k2×0～10％、b2∈k3×0～10％，b＝0％

b1∈k2×10％～50％、b2∈k3×10％～50％，b＝30％

b1∈k2×50％～70％、b2∈k3×50％～70％，b＝40％

b1∈k2×80％～90％、b2∈k3×80％～90％，b＝50％

b1∈k2×90％～110％、b2∈k3×90％～110％，b＝60％

b1∈k2×110％～140％、b2∈k3×110％～140％，b＝70％

b1∈k2×140％～180％、b2∈k3×140％～180％，b＝80％

b1∈k2×180％～220％、b2∈k3×180％～220％，b＝90％

b1∈k2×220％～、b2∈k3×220％～，b＝100％。

以“b1∈k2×90％～110％、b2∈k3×90％～110％，b＝60％”为例，其含义是：b1和b2分别在对应的范围内时，b＝60％。

(3)计算稳态识别与波形凹陷谐波识别的综合权重值：a+b。

设定总的可信度权重值的门槛值c1为1，设暂稳态异步识别原理绝对可信度权重值的门槛值c2为0.6，设波形凹陷谐波识别原理绝对可信度权重值的门槛值c3为0.6。当以下三个条件任意一项满足时：a+b≥c1、或a≥c2、或b≥c3，判定为区外故障导致的ct饱和，先将区外故障标志置为1，并闭锁两周波，然后返回步骤四；否则直接转至步骤四。