电力系统二次连续采样值有效性判别方法技术方案

电力系统二次连续采样值有效性判别方法，根据电力系统电流电压波形曲线特点，建立曲线连续点采样值的跃变门槛公式和曲线间断点采样值越变门槛公式，跃变值超过曲线连续点采样值的跃变门槛的采样点，将成为曲线的间断点，但作为曲线的有效采样值，其跃变值将小于曲线间断点采样值越变门槛；并且分析了互感器最小精工门槛的限制和电流电压信号的周期性特点的在采样值有效性判断过程中的应用。在此基础上，发明专利技术了采样值的带延时３点连续有效判别法及采样值的无延时３点连续有效判别法，其确保采样数据的正确可靠性，避免保护测控装置等的拒动或误动，保护电力系统安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力系统二次采样数据有效性的判别方法，特别是一种异常采样 值的实时辨识方法。
技术介绍
在国家电网大力推广的以特高压为骨干网的坚强智能电网建设中，智能变电站是 其一个重要节点。信息共享是智能变电站的一个重要特征，其中便包括采样数据共享。其 实现过程是，数据采样过程受合并单元(MU)控制，并由电子互感器或MU完成采集任务，采 样数据经MU汇总、组包和传输，供保护装置等多种间隔层设备使用。由于数据采集传输过 程复杂，为确保共享采样数据的正确可靠，避免无效数据引起保护装置误动或拒动，引起不 必要的停电事故或导致事故扩大化，危及电力系统安全运行，在2010年4月颁布的《合并单 元技术条件》(修订稿)中明确指出MU应对其转发的采样值的有效性作出判断。目前尚未见到可用于保护测控装置及其他实时性要求较高场合的有关采样值有 效性判断方法的公开报道。其原因是电流电压在系统正常运行和故障暂停期间有很大的 差异(以电流分量为例，其正常运行时为幅值较小的基波正弦曲线，故障后不但幅值会有 几十倍或上百倍的增长，还会含有大量衰减的谐波分量和直流分量，曲线形状十分复杂)， 使异常采样值和系统故障时的正常采样值很难区分。电力系统状态估计中大量采用的坏数 据检测辨识方法，参见张永超.《电力系统不良数据检测和辨识方法研究》·西南交通大学 研究生学位论文，2006，因仅适用线性系统而无法应用于波形曲线以正弦为主要特征的电 流电压的二次采样值的异常点数据的判断。最小二乘法理论上可以通过曲线拟合对异常采 样点进行甄别，但其需已知被测曲线的近似拟合函数，这在系统故障暂态过程中很难做到， 且为辨识连续多个异常采样值，必须采用很长的数据窗，由此带来的处理延时和庞大计算 量均为实时系统所无法忍受。专利技术专利《数字化保护测控装置采样值处理方法》(申请人 周斌，黄国芳等。申请专利号200810196354)中提出用采样值的大小和变化量判断采样 值有效性的方法，本质上属于噪声处理中常用的超值滤波法和突变量滤波法，这些方法由 于不能科学地给出采样值幅值门槛或变化量门槛，为避免系统故障状态下正常采样值的误 判，只能设置较大的幅值门槛或变化量门槛，故仅能检出少量典型异常值。李春，等，在《基 于小波的继电保护装置电磁干扰软件防护快速算法研究》，电力自动化设备，2008年11期， 中提出了基于S变换的改进的快速算法，通过选择合适的差分门槛值检测出信号中的奇异 点，分析奇异点附近差分值的正负特性可以检测出该奇异点是正常的故障信号或是受干扰 信号。但其未给出门槛值的选取方法，且不适应于连续坏数据的检测甄别，同时存在数据计 算量大，对装置硬件水平要求高等问题。
技术实现思路
本专利技术要解决技术问题是克服现有技术的上述不足，本专利技术提供了电力系统二 次连续采样值有效性判别方法，其包括有一种采样值的带延时3点连续有效判别法，以及一种采样值的无延时3点连续有效判别法，确保采样数据的正确可靠性，避免保护测控装 置等的拒动或误动，保护电力系统安全稳定运行。为了解决以上技术问题，本专利技术提供的采样值的带延时3点连续有效判别法，其 特征是设置有长度等于3的数据缓冲区，采样值以先入先出地形式依次移入、移出数据缓 冲区，具体判别方法包括以下步骤A、对移入数据缓冲区内的3点连续采样值f(xk_2)、f (Xk^1)、f(xk)进行实时判断， f(xk-2)、f (Xk^1)、f(xk)分别表示第k-2、k-1、k采样点的采样值，Xk表示第k采样点的采样 时刻，如果所述3点采样值均小于互感器最小精工门槛，则将所述3点采样值的临时状态设 置为有效，并转至步骤D，否则转至步骤B ；B、判断不等式(1)是否成立，如果该不等式成立，将所述3点采样值的临时状态设 置为有效，并转至步骤C; 不等式(1)中， 为曲线 连续可导下差分误差门槛，S1 = Hi1A1 (COTs)^m1为第一可靠系数，HI1的取值范围为[2，7]， A1是系统电流电压的最大基波幅值，ω为额定角频率，Ts为采样间隔时间；C、若数据缓冲区内第一个采样值f(xk_2)的临时状态为有效，采样值f(xk_2)小 于或等于采样值最大值门槛，并且其不为连续周波不变的非零常数，则维持该采样值 f(xk-2)的临时状态并转至步骤D，否则采样值f(xk_2)的临时状态设置为无效并转至步骤D ；D、如果采样值f(xk_2)的临时状态为有效，则判定该采样值f(xk_2)有效，否则该采 样值f(Xk-2)无效。本方法步骤A的理论依据如下电力系统中各类电流电压互感器虽然由于工作原理和实现方法的不同，其具备特 有的最小精确工作点(简称最小精工门槛)，但他们在最小精确工作点下的表现情况大致 相同，即采样值均以背景噪声为主，幅值小，随机性强，表现出很强的非线性。为保证在此情 况下采样值判断结果的有效性，当连续3点采样值均小于互感器的最小精工门槛时，可不 进行采样值的有效性判断，简单认为采样数据有效。步骤B中通过中间采样值的前、后向差分之差的绝对值与差分误差门槛ε工进行 比较，判断采样点的有效性。根据电力系统常识，正常运行时，可认为系统内仅有非衰减基波分量存在，电流电 压均为连续可导的光滑曲线。在系统发生故障或有断路器操作时，由于网络结构的突然改 变，系统的电流电压将重新分配，并有可能出现衰减的直流和各次谐波分量，系统内不同点 处的电量值会存在不同程度的跃变，当此跃变值较大时，将使其波形曲线在此处出现间断 点。如系统发生接地故障时，接地点电压从近似额定值瞬时降到零伏左右，故障前后瞬间电 压值跃变明显。除间断点外，电力系统电流电压的波形曲线在其他任意点处连续可导，且其导数 同样分段连续。这一特性为我们判断采样值的有效与否提供了理论依据，即一般情况下，如 采样值满足电力系统电流电压通用表达式所描述的分段连续可导函数，或由采样值构成的 曲线分段连续可导，则采样值有效。但由于电量波形的函数表达式很难实时求得，不便用之 实时检验各采样值的有效性。又因采样数据为离散量，直接用之判断由其构成的曲线是否连续可导，进而判断出某一采样值是否有效同样存在一定困难。根据数学知识，函数f(x)在Xk点可导，则其在此点处的左、右导数存在且相 等。对于离散的采样数据，当采样步长充分小时，其在某点处的左、右导数可用前后相邻 采样点通过前向差商和后向差商获得。由于采样周期相等，某点采样值左、右导数相等 的判断进而可转化为其前、后向差分相等来进行。考虑采样误差和波形变化情况，各点采 样值的前、后向差分之间允许存在一定的偏差，该允许的偏差值即为门槛S1，门槛￡1可 被称为曲线连续可导下差分误差门槛。基于电力系统电流电压通用表达式f(t)，可得 式中，η为谐波次数，ρη为η次谐波幅值与基波幅值的比 值。故可令h = Hi1A1(CoTs)2,其中ml =En2P1^m1为第一可靠系数，其值由故障过程中各 种谐波或直流分量占基波的百分比决定，正常情况下可在2 7之间取值。一般情况下，可 Hi1取3，对于谐波丰富的应用场所，应根据情况适当取较大值。A1是系统电流电压的最大基 波幅值，由系统运行方式决定。为整定计算方便，A1可简单用电流电压额定值的倍数值替 代，如电流分量取20倍的额定值，电本文档来自技高网...

【技术保护点】
采样值的带延时３点连续有效判别法，其特征是：设置有长度等于３的数据缓冲区，采样值以先入先出地形式依次移入、移出数据缓冲区，具体判别方法包括以下步骤：Ａ、对移入数据缓冲区内的３点连续采样值ｆ（ｘ↓［ｋ－２］）、ｆ（ｘ↓［ｋ－１］）、ｆ（ｘ↓［ｋ］）进行实时判断，ｆ（ｘ↓［ｋ－２］）、ｆ（ｘ↓［ｋ－１］）、ｆ（ｘ↓［ｋ］）分别表示第ｋ－２、ｋ－１、ｋ采样点的采样值，ｘ↓［ｋ］表示第ｋ采样点的采样时刻，如果所述３点采样值均小于互感器最小精工门槛，则将所述３点采样值的临时状态设置为有效，并转至步骤Ｄ，否则转至步骤Ｂ；Ｂ、判断不等式（１）是否成立，如果该不等式成立，将所述３点采样值的临时状态设置为有效，并转至步骤Ｃ；｜Δｆ（ｘ↓［ｋ－１］）－▽ｆ（ｘ↓［ｋ－１］）｜≤ε↓［１］（１）不等式（１）中，Δｆ（ｘ↓［ｋ－１］）＝ｆ（ｘ↓［ｋ］）－ｆ（ｘ↓［ｋ－１］），▽ｆ（ｘ↓［ｋ－１］）＝ｆ（ｘ↓［ｋ－１］）－ｆ（ｘ↓［ｋ－２］），ε↓［１］为曲线连续可导下差分误差门槛，ε↓［１］＝ｍ↓［１］Ａ↓［１］（ωＴ↓［ｓ］）↑［２］，ｍ↓［１］为第一可靠系数，ｍ↓［１］的取值范围为［２，７］，Ａ↓［１］是系统电流电压的最大基波幅值，ω为额定角频率，Ｔｓ为采样间隔时间；Ｃ、若数据缓冲区内第一个采样值ｆ（ｘ↓［ｋ－２］）的临时状态为有效，采样值ｆ（ｘ↓［ｋ－２］）小于或等于采样值最大值门槛，并且其不为连续１／２周波不变的非零常数，则维持该采样值ｆ（ｘ↓［ｋ－２］）的临时状态并转至步骤Ｄ，否则采样值ｆ（ｘ↓［ｋ－２］）的临时状态设置为无效并转至步骤Ｄ；Ｄ、如果采样值ｆ（ｘ↓［ｋ－２］）的临时状态为有效，则判定该采样值ｆ（ｘ↓［ｋ－２］）有效，否则该采样值ｆ（ｘ↓［ｋ－２］）无效。...

【技术特征摘要】
采样值的带延时3点连续有效判别法，其特征是设置有长度等于3的数据缓冲区，采样值以先入先出地形式依次移入、移出数据缓冲区，具体判别方法包括以下步骤A、对移入数据缓冲区内的3点连续采样值f(xk 2)、f(xk 1)、f(xk)进行实时判断，f(xk 2)、f(xk 1)、f(xk)分别表示第k 2、k 1、k采样点的采样值，xk表示第k采样点的采样时刻，如果所述3点采样值均小于互感器最小精工门槛，则将所述3点采样值的临时状态设置为有效，并转至步骤D，否则转至步骤B；B、判断不等式(1)是否成立，如果该不等式成立，将所述3点采样值的临时状态设置为有效，并转至步骤C； <mrow><mo>|</mo><mi>&Delta;f</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>x</mi><mrow> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn></mrow> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>&dtri;</mo><mi>f</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>x</mi><mrow> <mi>k</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn></mrow> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>|</mo><mo>&le;</mo><msub> <mi>&epsiv;</mi> <mn>1</mn></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>不等式(1)中，Δf(xk 1)＝f(xk) f(xk 1)，ε1为曲线连续可导下差分误差门槛，ε1＝m1A1(ωTs)2，m1为第一可靠系数，m1的取值范围为[2，7]，A1是系统电流电压的最大基波幅值，ω为额定角频率，Ts为采样间隔时间；C、若数据缓冲区内第一个采样值f(xk 2)的临时状态为有效，采样值f(xk 2)小于或等于采样...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋雷海，陈建玉，俞拙非，张哲，吴通华，曹团结，张青杰，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院，南京南瑞集团公司，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]