基于采樣序列絕對(duì)值偏態(tài)分布的變壓器勵(lì)磁涌流鑒別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及變壓器繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于采樣序列絕對(duì)值偏態(tài)分 布的變壓器勵(lì)磁涌流鑒別方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 變壓器是電力系統(tǒng)中十分重要的電氣設(shè)備，電網(wǎng)中的電力變壓器往往容量巨大， 造價(jià)昂貴，必須由繼電保護(hù)裝置保證其安全、可靠運(yùn)行?？v聯(lián)差動(dòng)保護(hù)靈敏度高，選擇性好， 工程中常作為變壓器的主保護(hù)。但是，變壓器的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)需要避開(kāi)流過(guò)差動(dòng)回路的不 平衡電流。
[0003] 當(dāng)變壓器空載投入或外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，差動(dòng)回路中可能出現(xiàn)數(shù)值很大 的勵(lì)磁涌流。某些情況下，勵(lì)磁涌流的大小甚至可與故障電流相比擬，變壓器縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù) 難以通過(guò)比率制動(dòng)避開(kāi)此電流，保護(hù)將誤動(dòng)作。因此，正確鑒別勵(lì)磁涌流，對(duì)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù) 進(jìn)行準(zhǔn)確制動(dòng)是保證變壓器保護(hù)可靠動(dòng)作的關(guān)鍵之一。
[0004] 工程中主要利用二次諧波判據(jù)制動(dòng)、間斷角閉鎖原理來(lái)防止勵(lì)磁涌流造成差動(dòng)保 護(hù)誤動(dòng)作。但是，隨著電力系統(tǒng)快速發(fā)展，長(zhǎng)距離高壓輸電線(xiàn)路串補(bǔ)電容和各種新型無(wú)功補(bǔ) 償裝置廣泛存在，當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重內(nèi)部故障時(shí)，諧振可能使故障電流中的二次諧波含量顯著增 大，容易導(dǎo)致二次諧波制動(dòng)裝置阻止差動(dòng)保護(hù)的正確動(dòng)作；現(xiàn)代變壓器鐵心材料的磁飽和 點(diǎn)已大幅降低，勵(lì)磁涌流的二次諧波分量最少僅為7 %，此時(shí)，二次諧波判據(jù)將難以有效閉 鎖差動(dòng)保護(hù)。此外，變壓器鐵芯材料不斷改進(jìn)，新型電力電子裝置大量接入，也會(huì)使特定情 況下的勵(lì)磁涌流波形間斷角變得很小，嚴(yán)重影響了間斷角閉鎖方法的可靠性。
[0005] 針對(duì)上述問(wèn)題，專(zhuān)家、學(xué)者們進(jìn)行了廣泛的研究，并提出了許多新型的勵(lì)磁涌流鑒 別方法。但是，這些方法種類(lèi)繁多，性能各異，理論上還不夠完善，性能上有待實(shí)踐檢驗(yàn)。例 如，電感參數(shù)識(shí)別法、磁通特性法等，原理清晰，效果優(yōu)良，但需獲取電壓信息，使保護(hù)硬件 配置復(fù)雜，且容易受電壓互感器飽和或二次回路斷線(xiàn)影響而退出運(yùn)行；小波分析法、波形分 布特征法等，僅依據(jù)電流波形信息即可正確區(qū)分勵(lì)磁涌流與故障電流，但對(duì)采樣率要求高， 對(duì)數(shù)據(jù)的處理過(guò)程復(fù)雜，不利于現(xiàn)場(chǎng)裝置實(shí)現(xiàn)；積分面積比較法辨識(shí)勵(lì)磁涌流，擁有計(jì)算簡(jiǎn) 單、不受高次諧波影響的優(yōu)點(diǎn)，但需測(cè)算變壓器投入時(shí)刻，且投入時(shí)刻的計(jì)算誤差容易導(dǎo)致 方法失效。
[0006] 事實(shí)上，變壓器勵(lì)磁涌流與非勵(lì)磁涌流的采樣數(shù)據(jù)取絕對(duì)值后，其數(shù)值分布存在 很大差異：
[0007] (1)變壓器的非勵(lì)磁涌流（內(nèi)部故障電流、外部故障電流、負(fù)荷電流等）為正弦信 號(hào)或準(zhǔn)正弦信號(hào)，其導(dǎo)數(shù)為余弦函數(shù)，所以，在波峰處其導(dǎo)數(shù)為零，在過(guò)零點(diǎn)處其導(dǎo)數(shù)達(dá)到 最大，并且導(dǎo)數(shù)隨信號(hào)波形緩慢變化。不難發(fā)現(xiàn)，正弦曲線(xiàn)波峰附近，導(dǎo)數(shù)較小，采樣點(diǎn)分布 也較為稠密；而正弦曲線(xiàn)過(guò)零點(diǎn)附近，導(dǎo)數(shù)較大，采樣點(diǎn)分布較為稀疏。如圖2(a)所示，正 弦（或準(zhǔn)正弦）電流信號(hào)波形采樣數(shù)據(jù)取絕對(duì)值后，其數(shù)值分布稠密區(qū)位于數(shù)值分布稀疏 區(qū)的上方，呈負(fù)偏態(tài)。對(duì)變壓器差動(dòng)電流進(jìn)行以指定的采樣頻率進(jìn)行采樣，取1個(gè)工頻周期 (即0. 02秒）內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，根據(jù)偏態(tài)分布系數(shù)計(jì)算公式計(jì)算的偏態(tài)分布系 數(shù)小于0。
[0008] ⑵勵(lì)磁涌流波形有多種顯著特征，都影響著采樣點(diǎn)的分布。間斷角特征將使采樣 點(diǎn)數(shù)據(jù)在間斷角處分布十分稠密；涌流波形也往往偏向時(shí)間軸的一側(cè)，使波形在靠近時(shí)間 軸處變化緩慢，形成了另一個(gè)采樣點(diǎn)稠密分布區(qū)。此外，涌流具有尖頂波特征，雖然在波峰 處導(dǎo)數(shù)也為零，但因其為尖頂波，導(dǎo)數(shù)急劇變化，采樣點(diǎn)也會(huì)較為稀疏；從機(jī)理方面也可以 得到印證，因?yàn)橛苛骷忭敳w根到底是由正弦信號(hào)經(jīng)非線(xiàn)性勵(lì)磁曲線(xiàn)傳導(dǎo)而來(lái)的，而勵(lì)磁 曲線(xiàn)過(guò)拐點(diǎn)后斜率變得很小，形成涌流的尖頂波，所以涌流尖頂波處采樣點(diǎn)可看作正弦信 號(hào)采樣點(diǎn)的分散（或稀釋?zhuān)?，涌流信?hào)在尖頂波處采樣點(diǎn)分布自然比較稀疏。如圖2(b)所 示，變壓器勵(lì)磁涌流信號(hào)波形采樣數(shù)據(jù)取絕對(duì)值后，其數(shù)值分布稠密區(qū)位于數(shù)值分布稀疏 區(qū)的下方，呈正偏態(tài)。取差動(dòng)電流1個(gè)工頻周期內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，根據(jù)偏態(tài)分 布系數(shù)計(jì)算公式計(jì)算的偏態(tài)分布系數(shù)大于0。
[0009] 總之，變壓器勵(lì)磁涌流和非勵(lì)磁涌流的采樣數(shù)據(jù)絕對(duì)值的偏態(tài)分布系數(shù)分別大于 和小于零，差異顯著，可以利用差動(dòng)電流采樣數(shù)據(jù)絕對(duì)值的偏態(tài)分布系數(shù)的符號(hào)來(lái)鑒別勵(lì) 磁涌流與非勵(lì)磁涌流（故障電流等）。
[0010] 基于上述原理，本專(zhuān)利提出基于采樣序列絕對(duì)值偏態(tài)分布的變壓器勵(lì)磁涌流鑒別 方法，采用該方法能夠有效鑒別變壓器勵(lì)磁涌流與其它電流，保證變壓器差動(dòng)保護(hù)的可靠 性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種判據(jù)清晰，區(qū)分明顯、 鑒別正確率高、可靠性強(qiáng)、對(duì)裝置的硬件要求低，不需要人為整定值，實(shí)現(xiàn)方便的基于采樣 序列絕對(duì)值偏態(tài)分布的變壓器勵(lì)磁涌流鑒別方法。
[0012] 本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0013] -種基于采樣序列絕對(duì)值偏態(tài)分布的變壓器勵(lì)磁涌流鑒別方法，包括以下步驟：
[0014] 步驟1 :以設(shè)定的采樣頻率fs= 50N赫茲（N為正整數(shù)）對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的差動(dòng) 電流x(t)進(jìn)行采樣，得到差動(dòng)電流的采樣值序列{x(i)}，i為正整數(shù)；
[0015] 步驟2 :對(duì)差動(dòng)電流的米樣值序列{x (i)}進(jìn)行差分運(yùn)算，得到差動(dòng)電流的米樣值 差分序列{y(i)}，i為正整數(shù)；
[0016] 步驟3 :對(duì)差動(dòng)電流的采樣值差分序列{y(i)}的各元素取絕對(duì)值，形成樣本數(shù)據(jù) 序列l(wèi)z(i)}，i為正整數(shù)；
[0017] 步驟4 :計(jì)算樣本數(shù)據(jù)序列{z (i)}的最新N個(gè)元素的偏態(tài)分布系數(shù)S ;
[0018] 步驟5 :如果所計(jì)算的樣本數(shù)據(jù)序列{z (i)}的最新N個(gè)元素的偏態(tài)分布系數(shù)S大 于〇,則判定當(dāng)前變壓器差動(dòng)保護(hù)的差動(dòng)電流是勵(lì)磁涌流；否則，判定當(dāng)前變壓器差動(dòng)保護(hù) 的差動(dòng)電流不是勵(lì)磁涌流。
[0019] 優(yōu)選地，所述步驟1中N為一個(gè)工頻周期內(nèi)差動(dòng)電流的采樣點(diǎn)數(shù)，N取大于等于 24、小于等于100的整數(shù)值。
[0020] 優(yōu)選地，所述步驟2中的差動(dòng)電流的采樣值差分序列{y(i)}由式（1)計(jì)算獲得：
[0021] y ⑴=X ⑴-X (i_b) (1)
[0022] 式⑴中，i為正整數(shù)；y⑴為差動(dòng)電流的采樣值差分序列{y(i)}的第i個(gè)元素； b = [N/4]，其中□為取整符號(hào)；x(i)、x(i-b)分別為差動(dòng)電流的采樣值序列{x(i)}的第 i個(gè)元素和第i-b個(gè)元素。
[0023] 優(yōu)選地，所述步驟4中樣本數(shù)據(jù)序列{z (i)}的最新N個(gè)元素的偏態(tài)分布系數(shù)S根 據(jù)式（2)進(jìn)行計(jì)算：
[0025] 式（2)中，S表示樣本數(shù)據(jù)序列|z(i)}的最新N個(gè)元素的偏態(tài)分布系數(shù)；k表示 樣本數(shù)據(jù)序列Iz(i)}中最新一個(gè)元素的序號(hào)；z(i)表示樣本數(shù)據(jù)序列Iz(i)}的第i個(gè)元 素；F表示樣本數(shù)據(jù)序列Iz(i)}的最新N個(gè)元素的平均值，f的計(jì)算公式如式（3)所示：
[0027] 式（3)中，I表示樣本數(shù)據(jù)序列|z(i)}的最新N個(gè)元素的平均值；k表示樣本數(shù) 據(jù)序列Iz(i)}中最新一個(gè)元素的序號(hào)；z(i)表示樣本數(shù)據(jù)序列Iz(i)}的第i個(gè)元素。
[0028] 本發(fā)明基于采樣序列絕對(duì)值偏態(tài)分布的變壓器勵(lì)磁涌流鑒別方法具有下述優(yōu) 占.
[0029] (1)發(fā)明依據(jù)變壓器差動(dòng)電流的采樣數(shù)據(jù)的數(shù)值分布特征，利用差動(dòng)電流波形在 變壓器勵(lì)磁涌流狀態(tài)與內(nèi)部故障狀態(tài)下采樣序列絕對(duì)值偏態(tài)分布系數(shù)的不同來(lái)鑒別勵(lì)磁 涌流。在變壓器內(nèi)部故障情況下，差動(dòng)電流波形為正弦波或準(zhǔn)正弦波，其采樣序列絕對(duì)值偏 態(tài)分布系數(shù)的值為負(fù)；變壓器發(fā)生勵(lì)磁涌流時(shí)，其差動(dòng)電流波形明顯偏離正弦波，呈現(xiàn)出偏 向時(shí)間軸一側(cè)、間斷角、尖頂波等特點(diǎn)，其采樣序列絕對(duì)值偏態(tài)分布系數(shù)的值為正。本發(fā)明 利用這一原理鑒別變壓器勵(lì)磁涌流與內(nèi)部故障電流，判據(jù)清晰，區(qū)分明顯，鑒別正確率高、 可靠性高。
[0030] (2)發(fā)明針對(duì)變壓器差動(dòng)電流的采樣值序列，并不刻意限定所提取數(shù)據(jù)的起始時(shí) 亥IJ，不需要同步采樣，只提取最新的連續(xù)一個(gè)工頻周波的差動(dòng)電流采樣值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，因 此勵(lì)磁涌流鑒別時(shí)間為1個(gè)工頻周期（即20毫秒），判斷時(shí)間短、實(shí)時(shí)性好，有利于變壓器 保護(hù)的快速性，工程實(shí)用價(jià)值高。
[0031] (3)本發(fā)明對(duì)繼電保護(hù)裝置的AD轉(zhuǎn)換器分辨率和采樣頻率的要求都不高；勵(lì)磁涌 流鑒別過(guò)程計(jì)算量小，所需存儲(chǔ)量也較小。因此，實(shí)施本發(fā)明方法對(duì)硬件裝置要求低，簡(jiǎn)單 實(shí)用，便于微機(jī)保護(hù)裝置的實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例方法的基本流程示意圖。
[0033] 圖2(a)與圖2(b)分別為本發(fā)明方法中勵(lì)磁涌流與正弦電流采樣數(shù)值分布聚集區(qū) 域分析圖。
[0034] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中所搭建的仿真模型。
[0035] 圖4(a)與圖4(b)分別為本發(fā)明實(shí)施例1中所仿真的勵(lì)磁涌流波形圖與其采樣序 列絕對(duì)值偏態(tài)分布系數(shù)變化圖。