专利名称：用于进行在线铁磁共振检测的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于进行在线铁磁共振检测的方法和系统，尤其是电力变压器铁磁共振的在线检测。
现有技术铁磁共振是在高压不稳定，尤其是在三相电气系统中高压不稳定时产生的一种现象，这种现象仅在特定条件下发生。铁磁共振对于变压器馈线或者存在双架空线部分的网角(mesh corner)或T形连接构造是非常危险的现象。实际上，当将变压器馈线与电力系统的剩余部分断开连接时，由于隔离系统的接地电容放电，变压器将趋于饱和。接着在电抗组件之间可能会发生铁磁共振，所述铁磁共振由从保留在负载上的并行线耦合电容所传输的能量维持。在发生铁磁共振时，再次供电的变压器能够引起严重的切换过电压。因此铁磁共振的检测和报警设备是必需的。铁磁共振是复杂的非线性电气共振现象，其是由与系统电容耦合的变压器的饱和电抗引起的。对于电力系统中的大多数情形都会发生该现象，由于其带来过电压、过电流以及谐波的异常率，该现象对于电力系统来说很危险，可能导致电介质和热损坏、绝缘体的性能和寿命降低、设备故障(例如保护设备的不合时宜的跳闸)、电气设备的提前老化、甚至整个系统的崩溃。铁磁共振的主要特点在于其对系统参数和初始条件高度敏感，这使得其很难被预测。根据铁磁共振电压的形状和频率，存在铁磁共振的四种不同模式，所述模式是基频模式、次谐波模式、准周期模式和混沌模式。在电力系统中，基频模式和次谐波模式比其它两种模式更常见。传统的UK实践已经适合铁磁共振的检测，其通过在铁磁共振开始时打开端子断路器的操作而自动初始化变压器与断电线路的隔离:当断电时，如果三相电压中的两相维持高电压，将发出报警。说明书结尾处的参考文献[I]描述了一种由Reyrolle公司制造的保护继电器(XR309)。在超级电网系统中，在直接连接的变压器断电之后可能会出现铁磁共振。铁磁共振可以通过感应来自通电并行电路来保持。在铁磁共振状态下，变压器的再次通电能够引起严重的切换过电压的风险，因此在存在这样的风险的情况下，铁磁共振报警继电器是必需的。因此，在系统通电或者断电时，继电器XR 309按照如下方式检测铁磁共振:-在系统断电时，次级电压下降到复位电平之下，并且三个元件掉电(drop-off.)。在发生铁磁共振的情况下，三个元件中的两个元件将保持通电。-如果在断电系统中引起铁磁共振，则继电器仅在铁磁共振的幅值高于40VAC的继电器元件吸合(pick-up)电平时才做出响应。-连线继电器触点以初始化计时器，该计时器随之初始化报警。
该现有技术方法不能覆盖所有的铁磁共振情形:例如电气轨道电路中仅一相高电压的情况。该继电器的另一缺点在于其不是数字的而是模拟的。因而，其不能被结合到新的保护继电器中。本发明涉及铁磁共振的检测以及所述铁磁共振的模式的确定，特别是在变压器馈线连接条件下，或者例如存在双电路架空线部分的网角和电路T形连接的等同条件下。本发明的目的在于着重于铁磁共振的最显著的特征-变压器铁心饱和及其频谱特性，来获得对铁磁共振的精确检测和模式识别。
发明内容
本发明涉及一种用于在高压配电网络中进行在线铁磁共振检测的方法，其特征在于所述方法包括:-超通量(overflux)检测,其作为起始要素(startelement),如果持续规定的时间段通量大于阈值，则设置超通量，-模式验证，用于识别所述铁磁共振的模式，使用模糊逻辑方法区分所述铁磁共振模式。有利地，本发明的方法是用于电力变压器馈线条件的铁磁共振检测的方法。有利地，在所述方法中，对于铁磁共振检测来说，根据去除了 DC分量的电压的积分得到所述通量，然后将所述通量与自适应阈值进行比较以确定是否存在超通量。有利地，在检测到超通量时计算多个频率分量，然后存储所述频率分量的多个(例如20个)最新值，通过对每一个频率分量的标准偏差的总和与每一个频率分量的期望值的总和进行比较首先确定稳定状态或不稳定状态。如果所述状态不稳定并且持续规定的时间段，则验证为混沌模式，如果所述状态稳定，则应用模糊逻辑来区分所述铁磁共振模式。有利地，所述频率分量是:1/5次谐波分量、1/3次谐波分量、1/2次谐波分量、基频分量和三次谐波分量。有利地，所述模糊逻辑使用自定义的“大”隶属函数，通过所述函数对相同情况下的每一个分量的值进行模糊，规则如下:-如果Cl很大并且C3也很大，则其是基频模式；-如果Cl很大并且C3不大，则其是正常状态；-如果Cl不大并且C1/2很大，则其是1/2次谐波模式；-如果Cl不大并且C1/3很大，则其是1/3次谐波模式；-如果Cl不大并且C1/5很大，则其是1/5次谐波模式；C1、C3分别是基频和三次谐波的分量；Cl/2、Cl/3、Cl/5分别是1/2、1/3、1/5次谐波的分量。其中所述“不大”的值等于“1-很大”。其中通过“最小”算子计算所述规则的前提(antecedent)。通过以具有最高前提的所述规则的相应模式作为结果来实现解模糊；如果一个以上的规则具有最高前提，则所述结果是混沌模式。有利地，如果一种模式在所述最新值中发生多于15次，则验证所述模式。有利地，始终监控所述通量，并且如果三相通量中的两相下降到低于阈值，则认为所述变压器馈线被断电。在这种情形下，用于超通量和模式验证的所述阈值减半。
有利地，所述方法包括下列步骤: 对电压进行采样，并且-在第一方式中:.通量计算，.阈值调节，.超通量检测，
.超通量报警，-在第二方式中:.分量计算， 模式验证，并且，然后:-计数，-报告。本发明还涉及一种用于在高压配电网络中进行在线铁磁共振检测的系统，其特征在于所述系统包括:-超通量检测装置，其作为开始要素，如果持续规定的时间段通量大于阈值，则设置超通量，-模式验证装置，用于识别所述铁磁共振的模式，其包括用于区分所述铁磁共振模式的模糊逻辑装置。有利地，所述系统包括用于根据去除了 DC分量的电压的积分得到所述通量的装置，以及用于将所述通量与自适应阈值进行比较以确定是否存在超通量的装置。有利地，所述系统包括用于在检测到超通量时计算多个频率分量的装置，以及用于存储多个(例如20个)最新值的装置，通过对每一个频率分量的标准偏差的总和与每一个频率分量的期望值的总和进行比较首先确定稳定状态或不稳定状态。如果所述状态不稳定并且持续规定的时间段，则验证为混沌模式，并且如果所述状态稳定，则应用模糊逻辑以区分所述铁磁共振模式。有利地，所述频率分量是:1/5次谐波分量、1/3次谐波分量、1/2次谐波分量、基频分量和三次谐波分量。有利地，所述模糊逻辑使用自定义的“大”隶属函数，通过所述函数对相同情况下的每一个分量的值进行模糊化，规则如下:-如果Cl很大并且C3也很大，则其是基频模式；-如果Cl很大并且C3不大，则其是正常状态；-如果Cl不大并且C1/2很大，则其是1/2次谐波模式；-如果Cl不大并且C1/3很大，则其是1/3次谐波模式；-如果Cl不大并且C1/5很大，则其是1/5次谐波模式；C1、C3分别是基频和三次谐波的分量，Cl/2、Cl/3、Cl/5分别是1/2、1/3、1/5次谐波分量，其中所述“不大”的值等于“1-很大”。通过“最小”算子计算所述规则的前提。通过以具有最高前提的所述规则的相应模式作为结果来实现解模糊；如果一个以上的规则具有最高前提，则所述结果是混沌模式。
有利地，如果一种模式在所述最新值中发生多于15次，则验证所述模式。有利地，始终监控所述通量，其中如果三相通量中的两相下降到低于阈值，则认为所述变压器馈线被断电。在这种情形下，用于超通量和模式验证的所述阈值减半。有利地，所述系统依次包括:-接收电压输入的滤波器，-A/D 转换器，-数据存储器，-处理器，-放大器，-报警输出设备，用于输出报警输出，并且所述系统还包括连接到所述处理器的用户接口。本发明能够在线检测铁磁共振的发生，可应用于电力变压器。本发明使用超通量作为起始要素，其中使用模糊逻辑方法评估不同的特征频率分量以验证铁磁共振发生的同时确定其模式。基于超通量检测 和模式验证的组合，本发明能够克服传统继电器算法的困难并且填充数字铁磁共振检测方法的空白。有利地，本发明能够结合到新的数字保护继电器中。其在覆盖特别是电力变压器上的铁磁共振的所有情况和模式方面更加敏感和精确。
图1是本发明系统的方框图。图2是“大”隶属函数。图3是本发明方法的组织图。图4是模式验证的组织图。
具体实施例方式本发明方案基于超通量检测和频率分量评估。铁心电感的饱和是铁磁共振的前提。因此超通量是铁磁共振的优良指示器。基于电压的150ΗΖ、50ΗΖ、25ΗΖ、162/3ΗΖ、10ΗΖ分量，其中50Hz作为基频系统频率(或者基于电压的180Hz、60Hz、30Hz、20Hz和12Hz分量，其中60Hz作为基频系统频率)，使用模糊逻辑方法确定铁磁共振的模式。如果持续规定的时间段通量保持为高，并且具有失真的电压波形，则假设已经发生了铁磁共振。I)超通量检测存在几种方式来检测超通量，例如检测V/f > Vn/fn(V:电压，f:频率)或者检测5
次谐波。但是，由于波形的失真以及铁磁共振的次谐波模式，这种方法在铁磁共振条件下不
能用于超通量检测。本发明方案采取另一种方法，通过对电压的积分直接计算通量。tAux 二 fudt + Aux0
(I)通量的初始值是未知的，通过下面的公式去除通量的DC分量:
权利要求
1.一种用于在高压配电网络中进行在线铁磁共振检测的方法，其特征在于所述方法包括: -超通量检测(23)，其作为开始要素，如果持续规定的时间段通量大于阈值，则设置超通量， -模式验证(26)，用于识别所述铁磁共振的模式，使用模糊逻辑方法区分所述铁磁共振模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法是用于电力变压器铁磁共振的在线铁磁共振检测的方法。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，根据去除了DC分量的电压的积分得到所述通量，然后将所述通量与自适应阈值进行比较以确定是否存在超通量。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在检测到超通量时计算多个频率分量，然后存储所述频率分量的多个最新值，通过对每一个频率分量的标准偏差的总和与每一个频率分量的期望值的总和进行比较来首先确定稳定状 态或不稳定状态，其中，如果所述状态不稳定并且持续规定的时间段，则验证为混沌模式，并且其中如果所述状态稳定，则应用模糊逻辑来区分所述铁磁共振模式。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述频率分量是:1/5分量、1/3分量、1/2次谐波分量、基频分量和三次谐波分量。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述模糊逻辑使用大隶属函数，通过所述函数对相同情况下的每一个分量的值进行模糊化，规则如下: -如果Cl很大并且C3也很大，则其是基频模式； -如果Cl很大并且C3不大，则其是正常状态； -如果Cl不大并且C1/2很大，则其是1/2次谐波模式； -如果Cl不大并且C1/3很大，则其是1/3次谐波模式； -如果Cl不大并且C1/5很大，则其是1/5次谐波模式； C1、C3分别是基频和三次谐波的分量，Cl/2、Cl/3、Cl/5分别是1/2、1/3、1/5次谐波的分量，其中，所述“不大”的值等于“ 1-很大”，其中，通过“最小”算子计算所述规则的前提，其中，通过以具有最高前提的所述规则的相应模式作为结果来实现解模糊；并且其中，如果多于一个的规则具有最高前提，则所述结果是混沌模式。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，如果一种模式在所述最新值中发生多于15次，则所述模式被验证。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，始终监控所述通量，其中如果三相通量中的两相下降到低于阈值，则认为所述变压器馈线被断电，并且其中，在这种情形下，用于超通量和模式验证的所述阈值减半。
9.根据权利要求1所述的方法，包括下列步骤: 对电压进行采样(20)，并且 -在第一方式中: 通量计算(21)， 阈值调节(22)， 超通量检测(23)， 超通量报警(24)， -在第二方式中:分量计算(25)，模式验证(26)， 然后: -计数(27)， -报告(28) ο
10.一种用于在高压配电网络中进行在线铁磁共振检测的系统，其特征在于所述系统包括: -超通量检测装置，其作为起始要素，如果持续规定的时间段通量大于阈值，则设置超通量， -模式验证装置，用于识别所述铁磁共振的模式，其包括用于区分所述铁磁共振模式的模糊逻辑装置。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述系统是用于电力变压器铁磁共振的在线铁磁共振检测的系统。
12.根据权利要求10所述的系统，包括用于根据去除了DC分量的电压的积分得到所述通量的装置，以及用于将所述通量与自适应阈值进行比较以确定是否存在超通量的装置。
13.根据权利要求10所述的系统，包括用于在检测到超通量时计算多个频率分量的装置，用于存储所述频率分量的多个最新值的装置，通过对每一个频率分量的标准偏差的总和与每一个频率分量的期望值的总和进行比较来首先确定稳定状态或不稳定状态，其中，如果所述状态不稳定并且持续规定的时间段，则验证为混沌模式，并且其中，如果所述状态稳定，则应用模糊逻辑以区分所述铁磁共振模式。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述频率分量是:1/5分量、1/3分量、1/2次谐波分量、基频分量和三次谐波分量。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述模糊逻辑装置使用大隶属函数，通过所述函数对相同情况下的每一个分量的值进行模糊化，规则如下: -如果Cl很大并且C3也很大，则其是基频模式； -如果Cl很大并且C3不大，则其是正常状态； -如果Cl不大并且C1/2很大，则其是1/2次谐波模式； -如果Cl不大并且C1/3很大，则其是1/3次谐波模式； -如果Cl不大并且C1/5很大，则其是1/5次谐波模式； C1、C3分别是基频和三次谐波的分量；Cl/2、Cl/3、Cl/5分别是1/2、1/3、1/5次谐波的分量，其中，所述“不大”的值等于“ 1-很大”，其中，通过“最小”算子计算所述规则的前提，其中，通过以具有最高前提的所述规则的相应模式作为结果来实现解模糊；并且其中，如果多于一个的规则具有最高前提，则所述结果是混沌模式。
16.根据权利要求13所述的系统，其中，如果一种模式在所述最新值中发生多于15次，则验证所述模式。
17.根据权利要求11所述的系统，其中，始终监控所述通量，其中如果三相通量中的两相下降到低于阈值，则认为所述变压器馈线被断电，并且其中，在这样的情形下，用于超通量和模式验证的所述阈值减半。
18.根据权利要求10所述的系统，依次包括: -接收电压输入的滤波器(10)， -A/D转换器(11)， -数据存储器(12)， -处理器(13)， -放大器(14), -输出报警输出的报警输出设备15， 并且根据权利要求10所 述的系统还包括连接到所述处理器(13)的用户接口 16。
全文摘要
本发明涉及一种在高压配电网络中进行在线铁磁共振检测的方法和系统。该方法包括超通量检测(23)，其作为起始要素，如果持续在规定的时间段通量大于阈值，则设置超通量，模式验证(26)，用于识别该铁磁共振的模式，采用模糊逻辑方法以区分该铁磁共振模式。
文档编号H02H9/00GK103155329SQ201080067201
公开日2013年6月12日 申请日期2010年10月5日 优先权日2010年6月2日
发明者董新洲, 李旭阳, 薄志谦, R·查特菲尔德, A·克利梅克 申请人:阿尔斯通技术有限公司, 清华大学