一种基于相位比较的采样坏点识别和校正方法技术

本发明专利技术公开了一种基于相位比较的采样坏点识别和校正方法，通过设计一种幅频特性一致的滤波器计算已知短数据窗区域内有效采样点的相位来预测下一段时间区域内采样点的相位，比较后剔除坏点，恢复由于干扰或AD截波等原因造成的数据丢失，恢复相电流和差电流为正确波形轨迹。本发明专利技术当检测到无效数据时暂时闭锁保护，有效的避免了由于数据失真造成的保护误动；一旦滚动检测到实际采样点的相位与预测相位相一致时，立即开放保护，根据恢复后的相电流或差电流数据值进行动作条件计算，满足条件瞬时跳闸，避免了由于无效数据造成的保护计算数据窗延时，提高了保护动作的可靠性和快速性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相位比较的采样坏点识别和校正方法
本专利技术涉及一种基于相位比较的采样坏点识别和校正方法，属于智能变电站保护

技术介绍
随着电力系统智能变电站的推广应用，电子式互感器等智能一次设备的使用越来越普及。由于智能一次设备与传统一次设备相比较，无论在其物理原理还是与二次设备的接口上都有很大的不同，这造成智能变电站保护装置与传统的微机保护装置在数据采集及开入开出方式上存在着很大的不同。所以传统微机保护的数据处理方式和部分判据原理将不再适用于智能变电站的保护。故需要提出能够适用于智能变电站保护数据处理的新方法。对于智能变电站的保护，在数据传输和处理上与传统微机保护主要有以下几点不同：1.智能变电站保护的模拟量数据是通过光纤通信从电子式互感器的合并单元获得。保护装置与电子式互感器的数据传输协议主要为IEC61850-9-1或9-2协议。当通信信道受到干扰或通信误码的影响，会造成保护获得的采集数据不准确或丢失，容易引起保护的不正确动作。2.模拟量数据的AD采集是在电子式互感器的采集器中实现。由于电子式互感器的采集器就近安装在一次输电线旁边，周围电磁环境恶劣，AD采集系统极易受到干扰，从而出现个别数值较大的坏点，传输给保护后计算出的有效值会较大，引起保护误动，如变压器保护的差动速断。3.由于电子式互感器是利用电磁感应原理的Rogowski线圈或法拉第磁旋光效应等纯光学器件实现。不存在传统互感器中由于铁心磁通饱和造成的CT饱和现象。而随之带来的是受采集器AD芯片采集范围限制，在大电流故障下造成的AD截波。由于不能真实反映一次故障电流，容易造成误动。专利技术内容为解决现有技术的不足，本专利技术提供一种基于相位比较的采样坏点识别和校正方法，通过计算已知短数据窗区域内有效采样点的相位来预测下一段时间区域内采样点的相位和数值，剔除坏点，还原AD截波造成的采样点数据丢失，恢复相电流和差电流为正确的波形轨迹。为达到以上目的，本专利技术采用以下技术方案来实现：一种基于相位比较的采样坏点识别和校正方法，包括以下步骤：1)设计基于幅频特性一致的短数据窗滤波器，用于计算基波的实部和虚部，二次谐波的实部和虚部，和三次谐波的实部和虚部；2)从设定的初始时刻0时刻为第0个点，到第M-1点为第一个长度为M的短数据窗，根据步骤1)设计的短数据窗滤波器，计算求得第M-1点的基波相角α1M-1和幅值I1，二次谐波相角α2M-1和幅值I2，三次谐波相角α3M-1和幅值I3；3)判断采样点数据的有效性，并确定初始基准值；4)确定有效数据窗后，以此数据窗的基波相角为基准相角，对下一个采样点通过比较预测下一采样点的基波相角和实际采样的下一采样点的基波相角来确定是否有效；当采样点无效时暂时闭锁保护或延时跳闸，并采用预测的基波相角通过步骤1)的短数据窗滤波器公式反计算得到预测采样值，替换无效数值；5)继续滚动对下一采样点进行预测并判断是否有效，直至实际检测出的基波相角值与预测的基波相角值之间误差在设定的基波相角差门槛值范围内，重新开放保护；6)根据恢复后的波形数据进行保护逻辑计算，满足保护动作条件时瞬时跳闸。前述的步骤1)中，设计短数据窗滤波器如下：正弦滤波器：余弦滤波器：其中，x(n)为当前采样点，x(n-k)为前第k个采样点，M为采样点数，i＝1,2,3分别表示基波、二次谐波、三次谐波，即bs1(k)和bc1(k)为基波的正弦滤波器系数和余弦滤波器系数，bs2(k)和bc2(k)为二次谐波的正弦滤波器系数和余弦滤波器系数，bs3(k)和bc3(k)为三次谐波的正弦滤波器系数和余弦滤波器系数，ys1(n)和yc1(n)为计算得到的基波实部和虚部，ys2(n)和yc2(n)为计算得到的二次谐波实部和虚部，ys3(n)和yc3(n)为计算得到的三次谐波实部和虚部。前述的bsi(k)和bci(k)通过以下方程获得：Ai*bci(k)＝vci；Ai*bsi(k)＝vsi；其中，Ai为：vsi＝[0，0，…，sinθi，-cosθi]T；vci＝[0，0，…，cosθi，sinθi]T；其中，N为每周波内采样点数，j为需要滤除掉的谐波，j取0时即矩阵中第1行为滤除直流，θi根据正余弦滤波器幅频特性一致的约束条件下求解得到。前述的步骤3)中判断采样点数据的有效性，具体方法为：设定谐波含量门槛z，若在第一个长度为M的短数据窗内，基波，二次谐波和三次谐波满足下式：则认为此段数据窗内数据有效，并以此数据窗为基准值；若式(1)不成立，则依次计算至采样第M点的长度为M的短数据窗内基波相角α1M，二次谐波相角α2M，三次谐波相角α3M和计算至采样第M+1点的长度为M的短数据窗内基波相角α1M+1，二次谐波相角α2M+1，三次谐波相角α3M+1；若满足下式：则认为此从0到M+1采样点的数据窗内数据有效，此时计算出的相角α1M+1，α2M+1和α3M+1作为基准值；若无效，则连续滚动计算直至满足式(2)，来确定作为基准值的有效数据窗。前述的长度为M的短数据窗时间长度控制在3ms～5ms，并且数据窗内点数M不小于7点。前述的步骤4)，设α为已知的基准基波相角，满足式(1)，α为α1M-1，不满足式(1)满足式(2)，则α为α1M+1；预测的下一采样点的基波相角值为：若满足下式：|αlm-α1v|＜Δφlset则采样点数据有效，若不满足，则采样点数据无效，其中，α1m为实际采样的下一个采样点根据步骤1)的短数据窗滤波器计算出的相角值。前述的步骤5)中，若连续p个采样点数据值均无效，则返回步骤3)重新寻找作为基准值的有效数据窗。前述的p设定为不大于1/4周波采样点数。本专利技术的有益效果是：本专利技术智能变电站保护装置在保护启动后，实时滚动计算短数据窗内的相角值，预测下一段时间区域内的采样点相角，通过比较预测相角和实际相角来判断数据窗内数据的有效性，恢复无效采样点数值和采样波形，保证保护计算值的可靠性。本专利技术在检测到无效数据时暂时闭锁保护，有效的避免了由于数据失真造成的保护误动，当一旦滚动检测到实际采样点的相位与预测相位相一致时，立即开放保护，根据恢复后的相电流或差电流数据值进行动作条件计算，满足条件瞬时跳闸，避免了由于无效数据造成的保护计算数据窗的延时，提高了保护动作的快速性。附图说明图1为实施例1中区外故障采集器受到干扰时差动电流失真波形图；图2为实施例1中区外故障采集器受到干扰时差动电流恢复后波形图；图3实施例2中故障时采集器AD截波时相电流失真波形图；图4实施例2中故障时采集器AD截波时相电流波形恢复后波形图。具体实施方式下面对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。智能变电站保护的模拟量输入以恒定的采样频率进行电流电压采样，每周波内采样点数为N。保护启动后，每个采样时刻，选取长度固定为M的数据窗进行相角计算。此数据窗时间长度不超过5ms，并保证此数据窗内点数M不小于7点。1)设计一种基于幅频特性一致的短数据窗滤波器，分别为计算基波实部的正弦滤波器和计算基波虚部的余弦滤波器，计算二次谐波实部和虚部的正弦滤波器和余弦滤波器，计算三次谐波实部和虚部的正弦滤波器和余弦滤波器。对于保护，计算到三次谐波已足够精确。若考虑更高精本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于相位比较的采样坏点识别和校正方法，其特征在于，包括以下步骤：1)设计基于幅频特性一致的短数据窗滤波器，用于计算基波的实部和虚部，二次谐波的实部和虚部，和三次谐波的实部和虚部；2)从设定的初始时刻0时刻为第0个点，到第M‑1点为第一个长度为M的短数据窗，根据步骤1)设计的短数据窗滤波器，计算求得第M‑1点的基波相角α1M‑1和幅值I1，二次谐波相角α2M‑1和幅值I2，三次谐波相角α3M‑1和幅值I3；3)判断采样点数据的有效性，并确定初始基准值；4)确定有效数据窗后，以此数据窗的基波相角为基准相角，对下一个采样点通过比较预测下一采样点的基波相角和实际采样的下一采样点的基波相角来确定是否有效；当采样点无效时暂时闭锁保护或延时跳闸，并采用预测的基波相角通过步骤1)的短数据窗滤波器公式反计算得到预测采样值，替换无效数值；5)继续滚动对下一采样点进行预测并判断是否有效，直至实际检测出的基波相角值与预测的基波相角值之间误差在设定的基波相角差门槛值范围内，重新开放保护；6)根据恢复后的波形数据进行保护逻辑计算，满足保护动作条件时瞬时跳闸。

【技术特征摘要】
1.一种基于相位比较的采样坏点识别和校正方法，其特征在于，包括以下步骤：1)设计基于幅频特性一致的短数据窗滤波器，用于计算基波的实部和虚部，二次谐波的实部和虚部，和三次谐波的实部和虚部；2)从设定的初始时刻0时刻为第0个点，到第M-1点为第一个长度为M的短数据窗，根据步骤1)设计的短数据窗滤波器，计算求得第M-1点的基波相角α1M-1和幅值I1，二次谐波相角α2M-1和幅值I2，三次谐波相角α3M-1和幅值I3；3)判断采样点数据的有效性，并确定初始基准值；4)确定有效数据窗后，以此数据窗的基波相角为基准相角，对下一个采样点通过比较预测下一采样点的基波相角和实际采样的下一采样点的基波相角来确定是否有效；当采样点无效时暂时闭锁保护或延时跳闸，并采用预测的基波相角通过步骤1)的短数据窗滤波器公式反计算得到预测采样值，替换无效数值；5)继续滚动对下一采样点进行预测并判断是否有效，直至实际检测出的基波相角值与预测的基波相角值之间误差在设定的基波相角差门槛值范围内，重新开放保护；6)根据恢复后的波形数据进行保护逻辑计算，满足保护动作条件时瞬时跳闸。2.根据权利要求1所述的一种基于相位比较的采样坏点识别和校正方法，其特征在于，所述步骤1)中，设计短数据窗滤波器如下：正弦滤波器：余弦滤波器：其中，x(n)为当前采样点，x(n-k)为前第k个采样点，M为采样点数，i＝1,2,3分别表示基波、二次谐波、三次谐波，即bs1(k)和bc1(k)为基波的正弦滤波器系数和余弦滤波器系数，bs2(k)和bc2(k)为二次谐波的正弦滤波器系数和余弦滤波器系数，bs3(k)和bc3(k)为三次谐波的正弦滤波器系数和余弦滤波器系数，ys1(n)和yc1(n)为计算得到的基波实部和虚部，ys2(n)和yc2(n)为计算得到的二次谐波实部和虚部，ys3(n)和yc3(n)为计算得到的三次谐波实部和虚部。3.根据权利要求2所述的一种基于相位比较的采样坏点识别和校正方法，其特征在于，所述bsi(k)和bci(k)通过以下方程获得：Ai*bci(k)＝vci；Ai*bsi(k)＝vsi；其...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭晓，行武，王哲，史博伦，
申请(专利权)人：南京国电南自电网自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32