一種電力系統(tǒng)故障電流的快速識(shí)別系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力系統(tǒng)電流檢測(cè)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種電力系統(tǒng)故障電流的快速識(shí)別 系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電力系統(tǒng)或工業(yè)用戶的用電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，為了盡可能減小短路造成的 不利影響，要求繼電保護(hù)或其它輔助電子裝置能夠W最快速度識(shí)別短路故障并準(zhǔn)確預(yù)測(cè)短 路電流的水平，并在第一時(shí)間按一定策略控制斷路器或其它開(kāi)斷裝置動(dòng)作來(lái)切斷故障回 路。傳統(tǒng)短路故障識(shí)別方法需要采用傅立葉變換提取基波分量，該種方式判別速度較慢，常 常需要20msW上的時(shí)間。而采用純硬件電路，利用電流i及電流變化率diMt兩個(gè)判據(jù)， 通過(guò)邏輯運(yùn)算的手段來(lái)識(shí)別故障電流是否超過(guò)預(yù)先設(shè)定的口檻來(lái)識(shí)別故障電流，此方法雖 可W取得識(shí)別的快速性，但該方法只能知道本次故障電流是否超過(guò)口檻，卻無(wú)法知道本次 故障的確切量值，故而在實(shí)際應(yīng)用上受到一定的局限。此外，采用硬件或數(shù)值運(yùn)算得到電流 一階導(dǎo)數(shù)及二階導(dǎo)數(shù)來(lái)計(jì)算短路電流周期分量峰值，雖然可W達(dá)到快速定量識(shí)別的效果， 但硬件和軟件開(kāi)銷(xiāo)比較大，系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種電力系統(tǒng)故障電流的快 速識(shí)別系統(tǒng)及方法，具有簡(jiǎn)單實(shí)用、迅速可靠的特點(diǎn)。
[0004] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明電力系統(tǒng)故障電流的快速識(shí)別系統(tǒng)，采用的技術(shù)方案 為；包括經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)與負(fù)載相連的電源，負(fù)載的進(jìn)線上設(shè)置有電流傳感器，電流傳感器將檢測(cè) 到的電流信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路預(yù)處理后，傳輸至信號(hào)處理裝置進(jìn)行數(shù)值采樣，并通過(guò)采樣 數(shù)值獲取電流周期分量的峰值；所述的信號(hào)處理裝置將該峰值與預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行比較，并 根據(jù)比較結(jié)果對(duì)開(kāi)關(guān)實(shí)施控制，若檢測(cè)峰值大于預(yù)先設(shè)定值，則控制開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。
[0005] 所述的信號(hào)調(diào)理電路包括對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行變換、緩沖、放大及濾波的模塊。
[0006] 所述的信號(hào)處理裝置包括用于對(duì)數(shù)值進(jìn)行等時(shí)間間隔采樣的模塊，W及用于將所 獲取峰值與預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行數(shù)值比較的比較器。
[0007] 所述的信號(hào)處理裝置通過(guò)執(zhí)行電路與開(kāi)關(guān)連接。
[000引所述的信號(hào)處理裝置為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或單片機(jī)系統(tǒng)。
[0009] 所述的單片機(jī)系統(tǒng)為MCU、DSP或FPGA模塊。
[0010] 本發(fā)明電力系統(tǒng)故障電流的快速識(shí)別方法，采用的技術(shù)方案包括如下步驟：
[0011] a.通過(guò)信號(hào)處理裝置對(duì)輸入電流信號(hào)進(jìn)行等時(shí)間間隔At的連續(xù)采樣，獲得電流 的離散值序列，并從所獲電流的離散值序列中選取時(shí)間間隔為P?At的若干個(gè)采樣值，P為 正整數(shù)；
[001引b.短路發(fā)生瞬間，t= 0,根據(jù)1。= 1。3111(0-(1)'），得出短路電流表達(dá)式為；
[001 引 (I)
[0014] 其中4'為短路前電路的功率因數(shù)角，4為短路后電路的功率因數(shù) 角，T為短路后電路的時(shí)間常數(shù)，IpmSin(Wt+a-4)為暫態(tài)電流中的周期分量，
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電力系統(tǒng)故障電流的快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于：包括經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)（4)與負(fù)載（6) 相連的電源（3)，負(fù)載（6)的進(jìn)線上設(shè)置有電流傳感器（5)，電流傳感器（5)將檢測(cè)到的電 流信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路（1)預(yù)處理后，傳輸至信號(hào)處理裝置（2)進(jìn)行數(shù)值采樣，并通過(guò)采 樣數(shù)值獲取電流周期分量的峰值；所述的信號(hào)處理裝置（2)將該峰值與預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行比 較，并根據(jù)比較結(jié)果對(duì)開(kāi)關(guān)（4)實(shí)施控制，若檢測(cè)峰值大于預(yù)先設(shè)定值，則控制開(kāi)關(guān)（4)斷 開(kāi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)故障電流的快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于：所述的信 號(hào)調(diào)理電路（1)包括對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行變換、緩沖、放大及濾波的模塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)故障電流的快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于：所述的信 號(hào)處理裝置（2)包括用于對(duì)數(shù)值進(jìn)行等時(shí)間間隔采樣的模塊，以及用于將所獲取峰值與預(yù) 先設(shè)定值進(jìn)行數(shù)值比較的比較器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的電力系統(tǒng)故障電流的快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于：所述 的信號(hào)處理裝置（2)通過(guò)執(zhí)行電路（7)與開(kāi)關(guān)（4)連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)故障電流的快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于：所述的信 號(hào)處理裝置（2)為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或單片機(jī)系統(tǒng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電力系統(tǒng)故障電流的快速識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于：所述的單 片機(jī)系統(tǒng)為MCU、DSP或FPGA模塊。
7. -種電力系統(tǒng)故障電流的快速識(shí)別方法，其特征在于，包括如下步驟： a. 通過(guò)信號(hào)處理裝置（2)對(duì)輸入電流信號(hào)進(jìn)行等時(shí)間間隔At的連續(xù)采樣，獲得電流 的離散值序列，并從所獲電流的離散值序列中選取時(shí)間間隔為P · At的若干個(gè)采樣值，p為 正整數(shù)； b. 短路發(fā)生瞬間，t = 0,根據(jù)L= I msin(a - φ'），得出短路電流表達(dá)式為： t i = /prilsin(rtit + α-φ)+[ /msin(a - φ')~ Z0il1 sin(<2 -φ)] e-T ( I ) 其中Φ'為短路前電路的功率因數(shù)角，Φ為短路后電路的功率因數(shù)角， T為短路后電路的時(shí)間常數(shù)，IpniSin (ω t+ a - φ)為暫態(tài)電流中的周期分量， [7msin(a-彳）-/|inisin(a-^)]e為暫態(tài)電流中的直流分量； c. 設(shè)Z 1 = ω Δ t+α-φ，得出步驟b所述短路電流表達(dá)式對(duì)應(yīng)步驟a所選取的若干 個(gè)采樣值的表達(dá)式； d. 將步驟c相鄰采樣值對(duì)應(yīng)的短路電流表達(dá)式做差運(yùn)算，得到時(shí)間間隔為p · Λ t的短 路電流表達(dá)式；由于暫態(tài)電流中的直流分量在P · Δ t時(shí)間間隔內(nèi)的衰減很有限，所以工程 上近似地認(rèn)為直流分量差值等于零；聯(lián)立表達(dá)式，求解Ipm; e. 信號(hào)處理裝置⑵將計(jì)算出的1_與預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果對(duì)開(kāi)關(guān) (4)實(shí)施控制，若大于預(yù)先設(shè)定值，則控制開(kāi)關(guān)（4)斷開(kāi)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電力系統(tǒng)故障電流的快速識(shí)別方法，其特征在于：所述的步 驟a.信號(hào)處理裝置（2)對(duì)輸入電流信號(hào)進(jìn)行等時(shí)間間隔At的連續(xù)采樣，獲得電流的離散 值序列：I(〇)、I(At)、I(2At)、I(3At)、……、I(nAt)、……、I (m Δ t)，并從序列中選取 時(shí)間間隔為P · Δ t的三個(gè)采樣值：Ι ( Δ t)、I ( Δ t+p · Δ t)、I ( Δ t+2p · Δ t)，n、m、P均為 正整數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電力系統(tǒng)故障電流的快速識(shí)別方法，其特征在于：所述 的步驟c設(shè)Z 1 = ωΔ?+α-φ，于是步驟b所述短路電流表達(dá)式對(duì)應(yīng)采樣值表示為：
進(jìn)而， Ι(Δ?+ρ · At)-I(At) = Ipm[sin( Z 1+2ωρ · At)_sin Z 1] +直流分量差值 1 ; I ( Δ t+2p · Δ t) -I ( Δ t+p · Δ t) = Ipm [sin ( Z 1+2 ω p · Δ t) -sin ( Z 1+ ω p · Δ t) ] + 直流分量差值2 ; 所述的步驟d由于暫態(tài)電流中的直流分量在p · At時(shí)間間隔內(nèi)的衰減很有限，所以工 程上近似地認(rèn)為直流分量差值1和直流分量差值2等于零，于是有： I ( Δ t+p · Δ t) -I ( Δ t) ^ Ipm[sin ( Z 1+ωρ · At) -sin Z 1] ( II ) I ( Δ t+2p · Δ?)-Ι(Δ?+ρ · Δ t) ^ Ipm [sin ( Z 1+2 ωρ · At)-sin( Z 1+ωρ · At)] (III)
角函數(shù) sin ( α + β ) = sin α cos β +cos α sin β 的公式，得到：
根據(jù)（IV)式算出Z 1，然后代入（II )式或（III)式計(jì)算出Ipm。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的電力系統(tǒng)故障電流的快速識(shí)別方法，其特征在于：所述 的p · Δ t在0· 5ms~1.0 ms間取值。
【專(zhuān)利摘要】一種電力系統(tǒng)故障電流的快速識(shí)別系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括經(jīng)開(kāi)關(guān)與負(fù)載相連的電源，負(fù)載的進(jìn)線上設(shè)置有電流傳感器，電流傳感器將檢測(cè)到的電流信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路預(yù)處理后，傳輸至信號(hào)處理裝置進(jìn)行數(shù)值采樣，并通過(guò)采樣數(shù)值獲取電流周期分量的峰值；信號(hào)處理裝置將該峰值與預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果對(duì)開(kāi)關(guān)實(shí)施控制。識(shí)別方法通過(guò)信號(hào)處理裝置連續(xù)地對(duì)輸入電流信號(hào)進(jìn)行等時(shí)間間隔采樣，獲得電流的離散值序列，從序列中選取固定時(shí)間間隔的多個(gè)采樣值，通過(guò)對(duì)選取值進(jìn)行數(shù)學(xué)差值及三角函數(shù)運(yùn)算，得到電流周期分量的峰值，將該峰值與預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行比較，若檢測(cè)峰值大于預(yù)先設(shè)定值，則控制開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。本發(fā)明對(duì)故障電流識(shí)別快速，并且節(jié)省開(kāi)銷(xiāo)。
【IPC分類(lèi)】G01R31-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104880638
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510239601
【發(fā)明人】羅萬(wàn)興, 李品德, 賀鴻祺, 宋義, 掃智禮
【申請(qǐng)人】國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司咸陽(yáng)供電公司, 陜西中試電力科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年5月12日