[發明專利]保護繼電器中的模擬高通濾波器

無效

• 申請號: 00800357.2
• 申請日: 2000-03-17
• 公開（公告）號: CN1296656A
• 公開（公告）日: 2001-05-23
• 發明（設計）人: L·C·H·程
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02H1/00
• 分類號: H02H1/00;H02H3/00;G01R31/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 陳霽,傅康

在監視電力系統以檢測系統故障時，保護設備的典型配置是執行各種診斷或監視程序。一種此類程序包括確定基波電流頻率分量是否處在可以接受的范圍或包絡線之內。具體地說，保護設備被配置成周期性地確定每一相電力系統電流信號的基波電力系統頻率分量。一旦確定了每一相的電流信號基波頻率分量，就將每一個分量和一個預選的理想包絡線相比較。如果確定的基波分量處在包絡線之內，這一診斷測試科目就通過了。然而，如果基波分量沒有落在包絡線之內，這種狀態就可能預示著電壓故障或者其他問題。如果這種狀態持續下去，保護設備就會動作，斷開與這一超范圍分量有關的電路。當電路被斷開時，往往要求工作人員定位并核對造成超范圍電流分量的根源，然后閉合閉合設備中的斷路機構。

為了精確地識別故障的位置，可以通過對基波電流分量的分析來確定從保護設備到故障的距離。在執行這種分析時，為了改善精度，需要從電流信號基波電力系統頻率分量中消除衰減偏移。在電力系統過渡過程期間往往在線電流中出現衰減偏移，它是由線路中的電感和電阻性阻抗響應造成的。要校正這種衰減偏移就必須補償偏移的時間變化性質。一旦消除就衰減偏移，就可以通過分析電流信號基波頻率分量來確定故障的位置。

公知的模擬電路和濾波器是以函數IZ(t)=i(t)*R+v(t)作為傳輸線性能的數學模型，其中的v(t)=L(di(t)/dt)。這一輸出信號是兩項之和：第一項與模擬電阻和線電流的乘積成正比，第二項與模擬電感和線電流的時間導數的乘積成正比。上述函數通常被用來消除衰減偏移。通常是采用離散Fourier變換(DFT)來確定每個線電流的基波電力系統頻率分量和諧波。

模擬技術會受到限制。例如，輸入信號的微分會放大高頻諧波，特別是在諸如電動機驅動和循環換流器這樣的工業設備中。這些高頻諧波的放大會導致虛假的電流尖峰，會造成保護繼電器在錯誤的時間觸發。隨著保護設備速度的不斷提高，這一問題會帶來越來越多的麻煩。

數字式的模擬濾波器通常是依賴于兩個輸入采樣的微分。為了補償虛假的電流尖峰，要通過增加采樣周期來降低微分增益。然而，增加采樣周期會減少濾波器的帶寬。

還有其他的公知技術。例如，為了減少為執行偏移校正所需要的計算量，美國專利US5798932提出了分別檢測故障和確定故障位置。具體地說，該專利認為，為了確定故障是否存在不一定非要從電流矢量中消除衰減偏移，而是僅僅在利用矢量來定位故障時才需要消除衰減偏移。如果將執行處理步驟的順序反過來就可以產生矢量值，然后在必要時從產生的矢量值中消除衰減偏移，在某些場合下能夠顯著地減少計算量。

美國專利US5796630公開了一種用來部分消除可能出現在故障電流中的諧波分量影響的保護繼電器系統。這種系統包括一個數字濾波器，用來輸出第一和第二差分電變量數據，代表第一和第二電變量的至少兩個采樣數據之間的第一和第二差額。該系統還包括一個附加濾波器，用來輸出第一和第二附加電變量數據，代表相對于第一和第二差分電變量數據的正交矢量數據。該系統進一步包括一個繼電器控制單元，用來根據某一采樣時間的第一和第二差分電變量數據來計算電力系統中的繼電器動作的控制參數，從而確定是否應該執行電力系統的保護動作。

美國專利US4577279公開了一種用來提供偏移補償的方法和裝置。對一個正弦信號采樣，在對應著正弦信號的多個周期的時間間隔內對過渡過程取平均值，并且在時間間隔的中點從采樣中減去該平均值，從而消除過渡過程指數噪聲信號的影響。

盡管用來對付偏移的上述和其他技術是公知的，但是都不能提供一種快速，可靠和精確的技術從提供給保護繼電器的電力系統信號中濾除噪聲，同時又要避免虛假的信號尖峰。

從以上的觀點來看，需要提供一種可靠，快速和精確的技術為電力系統信號濾波。這種技術還應能用于避免虛假信號尖峰。這種技術還應該能夠適合不同的應用，并且能夠在模擬或數字電路中采用這種技術。

本發明提供的濾波技術除了滿足上述要求之外還具有附帶的優點，按照本發明的一個實施例，用一個偽微分來代替常規模擬濾波器的微分，用來抑制低頻信號。按照一個實施例，偽微分器是由一個正向增益Kp和反饋環中的一個積分器組成的。這樣，按照本發明一個實施例的方法，接收輸入的電信號，調節(例如減少)一個反饋值，并經過放大提供一個輸出信號。根據輸出信號從輸入信號中消除噪聲。通過對輸出信號積分來確定反饋值。

本發明為濾除噪聲并且避免虛假的信號尖峰提供了一種快速，可靠和精確的技術。

閱讀以下參照附圖的詳細說明就可以更加充分地理解本發明，在附圖中：