[發明專利]自適應故障電流檢測方法

有效

• 申請號: 201410496062.6
• 申請日: 2014-09-24
• 公開（公告）號: CN104198893B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發明（設計）人: 馬韜;張京業;戴少濤;趙連岐;薛弛;滕玉平;朱志芹;許熙
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所;江蘇中天科技股份有限公司
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種電網故障電流檢測方法。

背景技術

隨著電網規模的不斷增大，電網故障電流也越來越大，某些地方已經開始超過斷路器的最大可開斷極限。而故障電流的狀態檢測是斷路器動作的直接依據，快速、有效的故障電流判斷將為斷路器的動作節約寶貴的時間。

傳統的故障電流判斷依據一定的門限值，即在電流超過某一預先設定值時認為故障發生，應該斷開斷路器。該方法存在以下問題：一、通常為降低誤判斷，會將門限值設置得較高，考慮到從故障檢測至斷路器動作之間需要一定的時間，這樣就導致斷路器動作時故障電流峰值已經產生；二、傳感器輸出容易受到外部環境的干擾，干擾脈沖可能導致電流信號超過設定門限值，引起斷路器誤動作。

為在最大程度上降低故障電流的危害，快速、可靠的故障電流檢測方法就成為現代電網和電力設備繼電保護裝置研發的重要內容。利用數字技術，通過對檢測到的電流信號進行分析，可以有效避免直接硬件電路門限值檢測的缺點。針對交流電網正弦波故障電流的檢測，國內外提出了多種方法：一、兩點乘積算法，該方法需要檢測電流波形為穩定的正弦波，且要進行較多的乘除法，運算量較大；二、三點乘積法，該方法與兩點乘積法近似，其響應速度稍快，但同樣要求檢測電流為穩定正弦波；三、微分法，該方法對信號進行微分，容易受到干擾，且計算量較大(ABB?Is-限流器技術手冊，http://www.abb.com.cn/product/db0003db004279/c125739900636470c125698c00553a43.aspx)；四、半周絕對值積分算法，該方法需要采集半個正弦波的信號，因此延時較大；五、傅氏算法，該方法通過對半個或一個周波的信號進行傅立葉變換，從而實現信號的區分，其延時較大，快速性不高(郭光榮，電力系統繼電保護(第二版)，高等教育出版社，2011)。

以上方法均要求所測信號為較為穩定的正弦波，而實際上電網電流總是包含多次諧波，其幅值、相位均在波動，因此上述方法的適用范圍受到一定限制，可靠性有限。

此外，有部分研究采用神經網絡來實現故障電流檢測，其將小波變換與神經網絡分類器相結合，使用小波變化提取故障電流的特征，再輸入給神經網絡識別故障(趙陽等，用于混合式斷路器的神經網絡故障電流檢測方法，哈爾濱理工大學學報，2011，16(1)：53-56)。但是該類方法需要大量的故障樣本對神經網絡進行訓練，而實際上故障的形式千差萬別，很難將所有故障類別的樣本都拿來對神經網絡進行訓練。并且，神經網絡的計算量較大，實時性不高，如上述文獻的仿真結果表面需要3ms才能識別出故障。

因此，如何利用檢測到的最少的電流信號樣本，以最短的時間做出最為準確的故障判別，就成為電力系統繼電保護需要重點解決的問題。

發明內容

本發明目的在于解決電力系統故障電流的快速、可靠檢測問題，提供一種可靠的自適應故障電流檢測方法。該方法適用于交、直流電力系統中電網、電力設備的故障電流檢測。

本發明的自適應故障電流檢測方法基于以下原理：

本發明基于目前電力系統中普遍使用微機繼電保護裝置。所述的微機繼電保護裝置一方面采集電網的電流和電壓數據，另一方面設有濾波器實時對采集的數據進行解算，判斷故障是否發生。本發明采用自適應濾波器取代現有電力系統微機繼電保護裝置中的濾波器，根據歷史運行數據，對下一時刻的電流值進行預測。在電力系統正常的運行波動范圍內電流實際值與該預測值之間的偏差比較小，如果電力系統發生故障，則微機繼電保護裝置中的電流互感器實際檢測到的電流值與預測值之間的偏差將較大。利用這一特點，可以區分正常的電流波動與故障。本發明采用自適應濾波器對電流信號進行預測，將預測值作為參考依據，并設定門限值。將電流互感器檢測到的電流信號值與自適應濾波器輸出的預測值比較，如果電流互感器檢測到的實際的電流信號值與預測值之間的偏差超過預先設定的門限值，則認為產生故障。此外，電流互感器的輸出可能因受到干擾而出現檢測值與預測值偏差較大的情況，在實際系統中干擾引起的偏差會遠大于系統正常運行及故障運行時的偏差，因此可以通過不同的門限值設定進行區分。

本發明的自適應故障電流檢測方法包括以下步驟：

(1)將當前t時刻電流互感器采集到的電流互感器輸出信號值x_t與自適應濾波器的輸出值進行比較，