專利名稱：一種短路故障電流模型及基于此模型的電流零點(diǎn)預(yù)測算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力高壓開關(guān)領(lǐng)域，涉及一種短路故障電流模型及基于此模型的電流零點(diǎn)預(yù)測算法。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，時(shí)常會(huì)發(fā)生故障，如短路故障。當(dāng)這類故障發(fā)生時(shí)，線路上的斷路器需要立即分?jǐn)嚯娐芬员Ｗo(hù)連接在系統(tǒng)上的其它設(shè)備。高壓交流斷路器開斷過程中會(huì)產(chǎn)生電弧，當(dāng)電流過零且觸頭開距足夠時(shí)，電弧熄滅。在電流開斷過程中，斷路器的開觸頭承受很高的電弧熱壓力和絕緣強(qiáng)度壓力，為了保證短路故障電流的成功開斷，要求觸頭在電流過零點(diǎn)前有一個(gè)最小的開距。這個(gè)開距對(duì)應(yīng)電流在電流零點(diǎn)成功開斷前的最小燃弧時(shí)間。而過長的燃弧時(shí)間會(huì)給滅弧室注入大量熱量，使觸頭燒蝕嚴(yán)重，減少斷路器的壽命，因此預(yù)計(jì)短路故障電流的行為并在系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間內(nèi)快速預(yù)測電流零點(diǎn)，選擇最佳燃弧時(shí)間開斷電流，實(shí)現(xiàn)短路故障電流的選相開斷 (controlled faultinterruption，CFI)具有重要意義。短路故障電流選相開斷(CFI)比穩(wěn)態(tài)電力系統(tǒng)中的負(fù)載相控投切困難。這是由短路故障電流的暫態(tài)特性決定的，表現(xiàn)為非周期性，而它使電流零點(diǎn)難以預(yù)測。

圖1描述了短路故障的開斷過程，在一般的非選相分?jǐn)噙^程中(non-CFI)，短路故障在、時(shí)刻發(fā)生，保護(hù)系統(tǒng)經(jīng)過一段響應(yīng)時(shí)間tPTOT后(繼電保護(hù)系統(tǒng)完成故障檢測和處理需要的時(shí)間)，在、時(shí)刻發(fā)出分閘命令，經(jīng)過斷路器的固有分閘時(shí)間t。B ^pen后觸頭分離，再經(jīng)過一段燃弧時(shí)間tAKC DIKECT后在電流零點(diǎn)處熄弧，完成開斷過程。選相開斷(CFI)的過程則是在短路故障發(fā)生后，找到一個(gè)目標(biāo)電流零點(diǎn)T，在特定的時(shí)刻、給出斷路器分閘命令， 使得斷路器觸頭在t3時(shí)刻分離后，經(jīng)過最佳燃弧時(shí)間tTAKeETAK，在目標(biāo)電流零點(diǎn)處熄弧，完成開斷過程。可見要完成選相開斷的任務(wù)，首先要預(yù)測目標(biāo)電流零點(diǎn)。在近年來的短路故障電流選相開斷(CFI)方案中，通常用于預(yù)測電流的故障電流模型如下，I (t) = X1 · sin ω t+X2 · cos ω t+X3 · exp (_t/ τ ) (1)其中t為時(shí)間，ω為電源角頻率，τ為電路時(shí)間常數(shù)，I(t)為電流，X1J2J3為三個(gè)待定參數(shù)。P艦i/提出了“安全點(diǎn)算法”預(yù)測短路電流過零點(diǎn)(Poltl A，F(xiàn)rOhlich K. A newalgorithm enabling controlled short circuit interruption[J]. IEEE Trans. Power Delivery, July2003, Vol. 18(3) :802-808.)。該算法定義了三類安全點(diǎn)，針對(duì)不同的故障類型，使用不同的安全點(diǎn)替代過零點(diǎn)作為選相開斷的目標(biāo)相位，并因此提出了一種快速識(shí)別短路故障類型的算法。但是，由于所用的電流模型過于簡單，將直流衰減分量作為常數(shù)處理，算法的精度不高。文獻(xiàn)(Thomas R. An adaptive self-checkingalgorithm for control led fault interruption. International Conference on Power SystemsTransients, Montreal, Canada, June 19-23,2005, No. IPST05-011)提出了基于自適應(yīng)神經(jīng)元的短路電流參數(shù)提取算法；并使用加權(quán)遞歸最小均方根算法辨識(shí)短路電流參數(shù)。以上算法都是將短路故障電流的非周期分量做泰勒級(jí)數(shù)展開，在短路故障發(fā)生后，根據(jù)采樣的電流和電壓值，使用某種算法來求取各未知量。各算法都有共同的困難之處，即對(duì)指數(shù)函數(shù)的處理，在系統(tǒng)回路的時(shí)間常數(shù)很小的時(shí)候，難以收斂到真值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種更通用的短路故障電流模型，并基于此模型對(duì)短路故障電流零點(diǎn)實(shí)現(xiàn)快速預(yù)測。本發(fā)明的技術(shù)方案是在本發(fā)明中，提出如下電流模型I (t) = A · I (t_Ts)+B · sincot+C · coscot (2)式中，t為時(shí)間，Ts為采樣間隔周期，ω為電源角頻率，I(t)為當(dāng)前時(shí)刻的電流， I (t-Ts)為上一時(shí)刻的電流，A、B、C為三個(gè)待定參數(shù)。對(duì)于穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，A、B、C的值是不變的。以下是基于此模型的電流零點(diǎn)預(yù)測算法。若已知電流采樣點(diǎn)I (t)、I (t+Ts)、I (t+2Ts) ...I (T+nTs)，由式(2)可得
權(quán)利要求
1.一種短路故障電流模型，用于實(shí)現(xiàn)短路故障電流的選相開斷(CFI)，其特征在于，電流表達(dá)式為I (t) = A · I (t-Ts) +B · sin ω t+C · cos ω t式中，t為時(shí)間，Ts為采樣間隔周期，ω為電源角頻率，I(t)為當(dāng)前時(shí)刻的電流， I (t-Ts)為上一時(shí)刻的電流，A、B、C為三個(gè)待定參數(shù)。
2.基于權(quán)利要求1所述模型的電流零點(diǎn)預(yù)測算法，其特征在于，使用漸消記憶遞推最小二乘法來求得A、B、C的值，得出電流表達(dá)式，從而預(yù)測電流零點(diǎn)；若已知采樣點(diǎn)I (t)、 I (t+Ts)、I (t+2Ts)... I (t+nTs)，則有Γ I(t + Ts) Γ I{t) sin6>(/+ Ts.) cos0(t + Ts) I(t + 2TS) I(t + Ts) sina(t + 2T,) cosa(t + 2Ts)‘ = ‘ ι χ 5I' * *I· ■ ·■ · ·■ · *ιy(t + nTs) \_I(t + (n-V)Ts) sinm(t + nTs) cosiy(i + D」L」如果用[Y]表示左側(cè)的電流采樣值矩陣，用[H]表示上式右側(cè)的系數(shù)矩陣，用[X]表示待定參數(shù)組成的矩陣，y(k+l) = I(t+Ts)，h(k+1)為[H]新增的項(xiàng)，改進(jìn)后的參數(shù)估計(jì)向量為x(k+i)，p(k) = [tfGOHGOr1，[K]為一個(gè)中間矩陣，則'X(k + 1) = X(^) + K(k + l)[y(k + 1)-h(k + 1)X(^)]< K(k + 1) = P⑷/zT (k + l)[h(k + 1)P_T (眾 +1) + A2 ]"'￥(k + 1) =兒-2 [P(^) - P(k)hT (k + l)[h(k + l)Y(k)hT (^: + 1) + A2 Γ1 h(k + 1)P(^)]令P = λ2，P即為遺忘因子，選擇0.95彡P(guān)彡1。
全文摘要
本發(fā)明提出一種短路故障電流模型及基于此模型進(jìn)行短路故障電流零點(diǎn)預(yù)測算法，實(shí)現(xiàn)短路故障電流的選相開斷(CFI)。模型的表達(dá)式為I(t)＝A·I(t-TS)+B·sinωt+C·cosωt，其中的待定參數(shù)A、B、C用漸消記憶遞推最小二乘法得到，并用它來計(jì)算估計(jì)的電流表達(dá)式，從而預(yù)測短路故障電流零點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)短路故障電流選相分?jǐn)?CFI)控制。本發(fā)明能夠快速準(zhǔn)確地預(yù)測電流過零點(diǎn)，理論上沒有截?cái)嗾`差，且參數(shù)計(jì)算只需要電流數(shù)據(jù)，易于擴(kuò)展到復(fù)雜的三相電力系統(tǒng)中。采用本發(fā)明的算法能夠滿足CFI算法精度的要求，并能協(xié)同繼電保護(hù)裝置完成對(duì)系統(tǒng)的短路故障保護(hù)。
文檔編號(hào)G01R19/175GK102495962SQ201110400209
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者萬慧明, 廖敏夫, 段雄英, 鄒積巖, 黃智慧 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)