一种基于冗余数据的电容器综合在线监测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于冗余数据的电容器综合在线监测方法，属于电力系统技术领域。技术方案是：将信息融合技术引入电容器在线监测，充分利用多数据源的冗余信息，依据加权数据融合算法，参照电容器交接试验和例行试验数据，获取各独立算法的权值系数，进而获得最终电容值。本发明专利技术可集成在现有电容器保护测控装置中，减少新设备投资，简化接线；当任一个传感器故障时，在线监测系统都能检测出故障位置并发出传感器故障信号，不影响电容器真实电容值的测量，不会误发电容器告警信号；当电容器本身发生熔断器熔断或电容器元件击穿等故障时，本方法能实时检测出故障位置并发电容器告警信号，具有较高的可靠性和精确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于冗余数据的电容器综合在线监测方法
本专利技术涉及一种基于冗余数据的电容器综合在线监测方法，属于电力系统

技术介绍
近年来，并联电容器组在日常运行中常出现电容器损坏的现象，电容器装置故障率偏高，并多次发生群爆、群伤故障，导致电网电压明显波动、有功和无功损耗增加、电容器的使用寿命降低、影响电网的安全运行。从运行方面来讲，断路器投切电容器操作引起的过电压冲击是造成并联电容器发生故障的主要原因。单台电容器是由电容元件经串并联组成的，当电容器组内部受到过电压冲击后，个别绝缘薄弱的电容元件会首先击穿损坏，造成相邻电容元件承受过电压而相继击穿，这种循环不断进行，发展到一定程度就引起并联电容器故障。这个过程中电容器组的电容值会发生显著变化，因此，可通过实时计算并联电容器组的电容值，通过观察电容值的变化量来确定并联电容器的健康状况。当前电容器组在线监测系统中，有利用SCADA系统数据进行监测的方法，但计算精度并不理想；有利用放电线圈电压和电流互感器电流计算电容值进行监测的方法，但当互感器发生故障时会发生误报警，容错性较低。为此，需要一种电容器综合在线监测方法，能充分利用系统中各个互感器测量值的冗余数据，不受单一互感器故障的影响，具有较高的测量精度，并且能充分利用现有装置，减少新设备投资。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种基于冗余数据的电容器综合在线监测方法，该方法将信息融合技术引入电容器在线监测，充分利用多数据源的冗余信息(电容器保护CT数据、测量CT数据、母线电压数据、放电线圈电压数据、中性点电压数据)，依据加权数据融合算法，参照电容器交接试验和例行试验数据，获取各独立算法的权值系数，进而获得最终电容值，是一种鲁棒性很强的电容器在线监测方法。该方法可集成在现有电容器保护测控装置中，减少新设备投资，简化接线。采用数据窗内取电容值中位数的方法，能有效减小电容器投切过程中对计算精度的影响。依据本方法提出的判据，当任一个传感器故障时，在线监测系统都能检测出故障位置并发出传感器故障信号，不影响电容器真实电容值的测量，不会误发电容器告警信号。此外，当电容器本身发生熔断器熔断或电容器元件击穿等故障时，本方法能实时检测出故障位置并发电容器告警信号，具有较高的可靠性和精确性，有效地解决了
技术介绍
中存在的上述问题。本专利技术的技术方案是：一种基于冗余数据的电容器综合在线监测方法，包含以下步骤：(1)判断开关位置，若电容器开关在分位，则闭锁计算；(2)算法1利用放电线圈电压和保护CT电流直接计算各相电容值：其中f＝50Hz为系统频率，Ua,Ub,Uc分别为放电线圈三相电压相量，Iap,Ibp,Icp分别为保护CT三相电流相量；(3)若系统中存在零序电压互感器，即电容器中性点电压已知，采用算法2利用三相母线电压、测量CT电流和中性点电压计算各相电容值：其中Za、Zb、Zc分别为各相电阻、电抗和电容的总阻抗值，Usa,Usb,Usc分别为母线电压互感器三相电压相量，Iam,Ibm,Icm分别为测量CT三相电流相量，Uo为中性点电压。又由于各相总阻抗ω＝2πf，可得算法2计算出的三相电容值：若系统中没有零序电压互感器，即电容器中性点电压未知，算法3利用三相母线电压、测量CT电流计算各相电容值：公式与算法2相同，但由于中性点电压相量Uo未知，三个方程四个未知量无法求解。高压并联电容器组大多数故障是从局部单一故障开始的，因此我们不妨假设两个非故障相总阻抗近似相等。假设B相电容器发生故障，则|Zb|的值必然变大或变小，相应地|Ibm|变小或变大，此时必有：依据此判据可选出电流相量模值差的绝对值最小的两相为非故障相，另一相为故障相。以B相故障为例，此时有Za＝Zc，与联立求解可得：当A相或C相故障时Za、Zb、Zc的计算公式同理可得。再依据各相总阻抗ω＝2πf可得算法3计算出的三相电容值：(4)在得到电容计算值C1(Ca1、Cb1、Cc1)和C2(3)(Ca2(3)、Cb2(3)、Cc2(3))后，为了防止其中某个传感器发生故障导致最终电容值CF(CFa、CFb、CFc)不可信，应用判据：其中，CN为电容器的额定电容值(可取电容器的出厂值)，C1为算法1计算而得的电容值，C2(3)为算法2或算法3计算而得的电容值。若满足此判据，则转入步骤5继续执行；若不满足此判据，则转入步骤6执行。(5)若系统中存在零序电压互感器，即电容器中性点电压已知，算法4_1应用加权数据融合算法，采用算法1和算法2计算而得的冗余数据可得最终电容值：其中，σ12、σ22分别为利用先验知识或仿真数据应用算法1和算法2计算电容值的均方误差，ω1、ω2分别为算法1和算法2电容计算值的权值系数。在现场运行中，可通过各算法计算的电容值与电容器定期试验数据进行校核，对各算法的权值系数进行修正。若中性点电压未知，算法4_2应用加权数据融合算法，采用算法1和算法3计算而得的冗余数据可得最终电容值：其中，σ12、σ22分别为利用先验知识或仿真数据应用算法1和算法3计算电容值的均方误差，ω1、ω2分别为算法1和算法3电容计算值的权值系数。在现场运行中，可通过各算法计算的电容值与电容器定期试验数据进行校核，对各算法的权值系数进行修正。(6)当|C1-CN|＞|C2(3)-CN|时，判断电容值C1不可信，即放电线圈电压互感器或保护用电流互感器故障，此时取ω1＝0，ω2＝1，即CF＝C2(3)；当|C1-CN|＜|C2(3)-CN|时，判断电容值C2(3)不可信，即母线电压互感器(对于算法2还可能为零序电压互感器)或测量用电流互感器故障，此时取ω1＝1，ω2＝0，即CF＝C1。(7)当CF满足：判据时(可根据现场情况和实际需求调整定值)，判断电容器故障，发电容器告警信号，否则等待进行下一周期的计算。本专利技术的有益效果是：该方法充分利用现有测量设备的冗余度，当任一个传感器故障时，本方法都能检测出故障位置并发出传感器故障信号，不影响电容器真实电容值的测量，不会误发电容器告警信号，是一种鲁棒性很强的电容器在线监测方法。该方法可集成在现有电容器保护测控装置中，减少新设备投资，简化接线。采用数据窗内取电容值中位数的方法，能有效减小电容器投切过程中对计算精度的影响。此外，当电容器本身发生熔断器熔断或电容器元件击穿等故障时，本方法能实时检测出故障位置并发电容器告警信号，具有较高的可靠性和精确性。附图说明图1是并联电容器组系统示意图；图2为并联电容器组PSCAD/EMTDC模型；图3为并联电容器综合在线监测方法流程图；图4为加权数据融合算法原理图；图5为故障4(母线B相电压互感器故障，导致B相电压为实际值的85％)发生时各传感器电压电流波形；图6为故障4(母线B相电压互感器故障，导致B相电压为实际值的85％)发生时各算法电容值变化曲线(B相)；图7为电容器投切试验过程中母线三相电压和测量CT三相电流波形；图8为电容器投切试验过程中放电线圈三相电压和保护CT三相电流波形；图9为电容器投切试验过程中应用算法4_2计算得到的各相电容值变化曲线。具体实施方式以下结合附图，通过实施例对本专利技术作进一步说明。一种基于冗余数据的电容器综合在线监测方法，图1所示即为并联电容器组系统示意图。图1中，TV1为电容器组所在母本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于冗余数据的电容器综合在线监测方法，其特征在于包含以下步骤：(1)判断开关位置，若电容器开关在分位，则闭锁计算；(2)算法1利用放电线圈电压和保护CT电流直接计算各相电容值：

【技术特征摘要】
1.一种基于冗余数据的电容器综合在线监测方法，其特征在于包含以下步骤：(1)判断开关位置，若电容器开关在分位，则闭锁计算；(2)算法1利用放电线圈电压和保护CT电流直接计算各相电容值：其中f＝50Hz为系统频率，Ua,Ub,Uc分别为放电线圈三相电压相量，Iap,Ibp,Icp分别为保护CT三相电流相量；(3)若系统中存在零序电压互感器，即电容器中性点电压已知，采用算法2利用三相母线电压、测量CT电流和中性点电压计算各相电容值：其中Za、Zb、Zc分别为各相电阻、电抗和电容的总阻抗值，Usa,Usb,Usc分别为母线电压互感器三相电压相量，Iam,Ibm,Icm分别为测量CT三相电流相量，Uo为中性点电压；又由于各相总阻抗ω＝2πf，可得算法2计算出的三相电容值：若系统中没有零序电压互感器，即电容器中性点电压未知，算法3利用三相母线电压、测量CT电流计算各相电容值：公式与算法2相同，但由于中性点电压相量Uo未知，三个方程四个未知量无法求解；高压并联电容器组大多数故障是从局部单一故障开始的，因此我们不妨假设两个非故障相总阻抗近似相等；假设B相电容器发生故障，则|Zb|的值必然变大或变小，相应地|Ibm|变小或变大，此时必有：依据此判据可选出电流相量模值差的绝对值最小的两相为非故障相，另一相为故障相。以B相故障为例，此时有Za＝Zc，与联立求解可得：当A相或C相故障时Za、Zb、Zc的计算公式同理可得。再依据各相总阻抗ω＝2πf可得算法3计算出的三相电容值：(4)在得到电容计算值C1(Ca1、Cb1、Cc1)和C2(3)(Ca2(3)、Cb2(3)、Cc2(3))后，为了防止其中某个传感器发生故障导致最终电容值...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈学伟，甘景福，张剑飞，王娜，赵昕，王钦，
申请(专利权)人：国网冀北电力有限公司唐山供电公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13