一种能自适应频率变化的插值式采样值保护方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种能自适应频率变化的插值式采样值保护方法，属于电力系统的继 电保护技术领域。
【背景技术】
[0002] 采样值保护是微机保护特有的一种保护形式，它直接利用离散的瞬时采样值来构 成保护判据。传统的采样值保护一般遵循"R取S规则"，其基本原理是：取连续R点的数据 窗，对数据窗内每个点进行判别，如果数据窗内有S点满足动作条件，则认为是故障，动作 出口。但是传统的采样值保护存在动作模糊区大的缺点，动作门槛精确度不高。为了提高 采样值保护的动作精度，近年来提出了插值式采样值保护，改进了 "R取S规则"，其基本原 理是：利用二次插值算法来生成虚拟的过零点采样值，计算数据窗内满足动作条件的时间 和数据窗时间的比值，进而将该比值和内部定值进行比较，将比较结果作为保护判据。插值 式采样值保护能够消除动作模糊区，具有动作精度高、动作速度快、可靠性高的特点。
[0003] 但是不管是传统的采样值保护还是插值式采样值保护，其数据窗的选取及判据的 设定都是基于交流量为工频的情况，如果交流量频率是变化的，当交流量频率偏离工频时， 保护特性就会受到影响。当交流量频率严重偏离工频时，可能会造成采样值保护误动或拒 动。例如，我国电力系统的工频为50Hz，现有的采样值保护原理都是基于50Hz工频来设计， 但是在发电机启停机过程中，或者抽水蓄能机组SFC变频启动过程中，或者大型燃气轮发 电机组的LCI变频启动过程中，交流量频率可能严重偏离工频，甚至会低于5Hz，此时采样 值保护不能正常工作，需要退出运行，在这些工况下需要采取其他的保护措施，采样值保护 的应用场合受到一定的局限。
【发明内容】
[0004] 目的：为了克服现有技术中存在的不足，解决的现有技术中采样值保护不能自适 应交流量频率的变化，本发明提供一种能自适应频率变化的插值式采样值保护方法，通过 对正弦交流量的周期进行实时测量，数据窗自动根据交流量周期测量结果进行实时动态调 整，这样保护的性能不受交流量频率的影响，同时能够消除动作模糊区，具有动作精度高、 速度快、可靠性高的特点，特别适用于交流量频率变化范围较大的场合，具有良好的应用前 景。
[0005] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0006] 一种能自适应频率变化的插值式采样值保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0007] 步骤一，设置插值式采样值保护的定值，包括三个用户可整定定值和四个内部定 值；三个用户可整定定值为Isrt、UP t ，四个内部定值为：Iisrt、、Kisrt tjpt和K isrt_rrt; 其中，Isrt为交流量的动作门槛定值，按有效值整定，K 为返回系数定值，t 为延时定值； 内部定值Iisert为采样值门滥定值，内部定值为相位角定值，内部定值Kise^ pt为比率动作 定值，内部定值Kiset_Mt为比率返回定值；将定值I isrt传送给步骤六，将定值K Kisrt_rat 传送给步骤十；
[0008] 步骤二，微机保护装置对正弦交流信号进行离散化采样，采样间隔时间为固定时 间At，得到正弦交流信号的离散化采样值序列0,将采样值序列0传送给步骤三和步骤 五；
[0009] 步骤三，根据步骤二传送的采样值序列0,通过插值法计算采样值序列0的过零 点，生成虚拟的过零点采样值；采样值序列〇加上通过插值法生成的虚拟过零点采样值，构 成采样值序列4,将采样值序列4传送给步骤四；
[0010] 步骤四，根据步骤三传送的采样值序列4,计算相邻的两个同向过零点之间的时间 间隔，得到正弦交流信号的周期Ti,将周期1\传送给步骤八；
[0011] 步骤五，根据步骤二传送的采样值序列〇,对采样值序列〇中每个采样值进行取绝 对值运算，得到采样值序列1，将采样值序列1传送给步骤六；
[0012] 步骤六，根据步骤五传送的采样值序列1和步骤一传送的定值Iisrt，对采样值序列 1中每个采样值进行减去I isrt运算，得到采样值序列2,将采样值序列2传送给步骤七；
[0013] 步骤七，根据步骤六传送的采样值序列2,通过插值法计算采样值序列2的过零 点，生成虚拟的过零点采样值；采样值序列2加上通过插值法生成的虚拟过零点采样值，构 成采样值序列3,将采样值序列3传送给步骤八；
[0014] 步骤八，根据步骤七传送的采样值序列3和步骤四传送的周期Ti,对采样值序列 3,从当前采样点开始往前取时间为t w的连续数据窗，数据窗t ￥的时间宽度等于T i;在数据 窗内，对采样值大于零的采样间隔时间进行累加运算，采样值大于零的累积时间为th;将t h 和1：￥传送给步骤九；
[0015] 步骤九，根据步骤八中传送的t，tw，计算K值，K ，将K值传送给步骤十；
[0016] 步骤十，根据步骤九中传送K值和步骤一中传送的内部定值Kisrt _、Kisrt ，将K 分别和Kisrt ()pt、Kisrt_Mt进行比较，将比较结果传送给步骤十一；
[0017] 步骤十一，根据步骤十传送的K值和内部定值Kisrt _、Kisrt 的比较结果进行保 护逻辑判别，确定过量保护或者欠量保护的动作行为。
[0018] 所述步骤一中，用户定值Isert为交流量的动作门滥定值，按有效值整定，用户定值 Krat为返回系数定值，用户定值t se;t为延时定值；内部定值I isrt为采样值门滥定值，内部定 值Ket为相位角定值，Iiset和仍-?与刚好满足条件的正弦交流信号有效值I的关系为：
[0019]
【主权项】
1. 一种能自适应频率变化的插值式采样值保护方法，其特征在于，包括w下步骤： 步骤一，设置插值式采样值保护的定值，包括=个用户可整定定值和四个内部定值；= 个用户可整定定值为Iwt、Kut和t wt，四个内部定值为；liwt、0set、Kiwt wt和K iwt ut;其中， Iwt为交流量的动作口槛定值，按有效值整定，Kut为返回系数定值，t wt为延时定值；内部定 值liwt为采样值口槛定值，内部定值巧SW为相位角定值，内部定值为比率动作定值， 内部定值Kkeuet为比率返回定值；将定值I ket传送给步骤六，将定值K ketjpt、Kkeuet传送 给步骤十； 步骤二，微机保护装置对正弦交流信号进行离散化采样，采样间隔时间为固定时间 At,得到正弦交流信号的离散化采样值序列0,将采样值序列0传送给步骤=和步骤五； 步骤=，根据步骤二传送的采样值序列0,通过插值法计算采样值序列0的过零点，生 成虚拟的过零点采样值；采样值序列0加上通过插值法生成的虚拟过零点采样值，构成采 样值序列4,将采样值序列4传送给步骤四； 步骤四，根据步骤=传送的采样值序列4,计算相邻的两个同向过零点之间的时间间 隔，得到正弦交流信号的周期Ti，将周期Ti传送给步骤八； 步骤五，根据步骤二传送的采样值序列0,对采样值序列0中每个采样值进行取绝对值 运算，得到采样值序列1，将采样值序列1传送给步骤六； 步骤六，根据步骤五传送的采样值序列1和步骤一传送的定值liwt，对采样值序列1中 每个采样值进行减去liwt运算，得到采样值序列2,将采样值序列2传送给步骤走； 步骤走，根据步骤六传送的采样值序列2,通过插值法计算采样值序列2的过零点，生 成虚拟的过零点采样值；采样值序列2加上通过插值法生成的虚拟过零点采样值，构成采 样值序列3,将采样值序列3传送给步骤八； 步骤八，根据步骤走传送的采样值序列3和步骤四传送的周期Ti，对采样值序列3,从 当前采样点开始往前取时间为t，的连续数据窗，数据窗t，的时间宽度等于T在数据窗内， 对采样值大于零的采样间隔时间进行累加运算，采样值大于零的累积时间为th;将t h和t， 传送给步骤九； 步骤九，根据步骤八中传送的th和t，，计算K值，K ，将K值传送给步骤十； 步骤十，根据步骤九中传送K值和步骤一中传送的内部定值、Kiwt jet，将K分别 和町％1_。。〇町％。6进行比较，将比较结果传送给步骤十一； 步骤十一，根据步骤十传送的K值和内部定值Kiwu。,的比较结果进行保护逻 辑判别，确定过量保护或者欠量保护的动作行为。
2. 根据权利要求1所述的一种能自适应频率变化的插值式采样值保护方法，其特征在 于；所述步骤一中，用户定值Iwt为交流量的动作口槛定值，按有效值整定，用户定值K ut为 返回系数定值，用户定值twt为延时定值；内部定值I iwt为采样值口槛定值，内部定值巧se* 为相位角定值，Iket和巧se,与刚好满足条件的正弦交流信号有效值I的关系为： /iset =?G/sin(巧一) 内部定值Kket wt为比率动作定值，K ket wt与從et的关系为； 2 Ki晚。。t=i-乃 内部定值Kiwt ut为比率返回定值，Kiwt tpt与巧set的关系为；
内部定值巧，W的取值范围为： 巧/ /凡 y ^ 巧、,.，^ ^ 6 3 。
3. 根据权利要求1所述的一种能自适应频率变化的插值式采样值保护方法，其特征在 于：步骤二中，采样间隔时间为固定时间At,可根据交流信号在工频情况下的采样率要求 来确定At,当交流信号频率偏离工频时，采样间隔时间保持At不变；采样值序列0是原 始的采样值序列，或者是一组或多组原始采样值序列经过线性运算得到的采样值序列。
4. 根据权利要求1所述的一种能自适应频率变化的插值式采样值保护方法，其特征在 于；步骤S和步骤走中，所采用的插值法包括Lagrange插值法、逐次线性插值法、Newton插 值法、化rmite插值法、分段插值法和样条插值法。
5. 根据权利要求1所述的一种能自适应频率变化的插值式采样值保护方法，其特征在 于；步骤八中，数据窗t，的时间宽度等于T 1，t，根据T i的测量结果自动实时调整。
6. 根据权利要求1所述的一种能自适应频率变化的插值式采样值保护方法，其特征在 于：所述步骤十中，K值和内部定值的比较结果分为W下S种： 1化〉1(^。1_。^，说明正弦交流信号的有效值大于1; 2. K = Kiwt wt，说明正弦交流信号的有效值等于I ; 3. K<Ki，说明正弦交流信号的有效值小于I。
7. 根据权利要求1所述的一种能自适应频率变化的插值式采样值保护方法，其特征在 于：所述步骤十一中，保护逻辑判别判据分为W下两种： 1) 对于过量保护，如果K〉Kiwt^pt，当前点满足动作条件； 2) 对于欠量保护，如果K<Kiwtjpt，当前点满足动作条件。
【专利摘要】本发明公开了一种能自适应频率变化的插值式采样值保护方法，对于输入的正弦交流信号，以固定采样时间间隔Δt进行采样，采用插值算法来生成虚拟过零点采样值，进而对正弦交流量的周期Ti进行实时测量，插值式采样值保护的数据窗tw自动根据交流量周期Ti实时动态调整，计算数据窗tw内采样值大于零的累积时间th，进而计算出K值，通过将K值和定值进行比较来确定保护的动作行为。本发明解决了在信号频率严重偏离工频时传统采样值保护不能正常工作的问题，使得采样值保护的性能不受交流量频率的影响，同时能够消除采样值保护的动作模糊区，具有动作精度高、动作速度快、可靠性高的特点，特别适用于交流量频率变化范围较大的场合，具有良好的应用前景。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104598762
【申请号】CN201510082633
【发明人】江卫良, 郑作伟, 郝后堂, 马营, 李延新, 陆源
【申请人】国电南瑞科技股份有限公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年2月15日