技术领域
[0001] 本发明涉及继电保护技术领域，并且更具体地，涉及一种基于电压平面分区识别变压器励磁涌流的方法和系统。
相关背景技术
[0002] 电力变压器作为电力系统输变电环节的主要设备，其安全可靠运行至关重要。变压器发生内部故障后，通常由变压器差动保护检测变压器大、小差电流在幅度、方向、谐波等方面的变化情况来识别并排除故障。但变压器在空载合闸等发生电压突变的场合下，将可能出现励磁涌流。励磁涌流在出现后短时间内与变压器典型区内故障特征十分类似，因此容易引发变压器保护误动。
[0003] 常规差动保护为了避免由于励磁涌流等非内部故障异常状态导致的误动作，配置了相应的闭锁元件。针对励磁涌流引发的误动问题，一般基于间断角带来的谐波含量、时域波形特征构造涌流识别判据，如二次谐波制动法、波形相似度法、间断角识别法等。常规差动保护的动作时间与这些闭锁元件的性能关联密切，故现有保护的动作时间一般在20ms以上。
[0004] 大型电力变压器寿命周期内可能发生严重故障。发生严重内部故障时，变压器油因高温迅速分解并产生大量气体，可在极短的时间内致使外壳破裂并发生爆炸。为防止此类严重安全事故的发生，需要保护在此类故障场景下实现5ms内动作出口。但现有励磁涌流识别方案难以实现5ms内识别励磁涌流工况，因此对高性能大型电力变压器差速断保护的设计形成了制约，故亟待提出一种能5ms内快速识别涌流特征的励磁涌流识别及闭锁方法，方便变压器保护快速响应内部故障。
具体实施方式
[0029] 现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
[0030] 除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
[0031] 示例性方法
[0032] 图1为根据本发明优选实施方式的基于电压平面分区识别变压器励磁涌流的方法的流程图。如图1所示，本优选实施方式所述的基于电压平面分区识别变压器励磁涌流的方法的流程图从步骤101开始。
[0033] 在步骤101，基于设置的采样时间间隔，采集拟识别变压器高压侧在采样时刻的三相电压和相电压有效值。
[0034] 本优选实施方式通过暂态电压的数值及时间特性识别变压器励磁涌流及内部故障。励磁涌流源自变压器一次侧电压突变，但必须等到铁芯磁通上升至饱和磁通时，才能观察到励磁涌流，故涌流场景下电流变化必然滞后于电压变化。因此，励磁涌流场景下应能观察到电压先于电流发生变化，而故障场景下则应观察到电压与电流同时变化。这一方法可实现保护启动后通过单采样时刻点识别励磁涌流，符合5ms内识别励磁涌流的实际需求。
[0035] 在步骤102，根据所述三相电压和设置的采样周期计算采样时刻的电压相差平方和。
[0036] 优选地，所述所述根据所述三相电压和设置的采样周期计算采样时刻的电压相差平方和，其计算公式为：
[0037]
[0038] 式中， 为采样时刻t的电压相差平方和， 和 分别为采样时刻t的三相电压的变化量，其中：
[0039]
[0040] T＝(N‑1)*ΔT
[0041] 式中，uA(t)，uB(t)和uC(t)分别为采样时刻t的三相电压，T为设置的采样周期，N为一个采样周期内的采样时刻的总数，ΔT为采样时间间隔。本优选实施方式中，N取24。
[0042] 在步骤103，根据采样时刻的电压相差平方和所述相电压有效值计算采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值。
[0043] 优选地，所述根据采样时刻的电压相差平方和所述相电压有效值计算采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值，其计算公式为：
[0044]
[0045] 式中， 为采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值，Ue为相电压有效值， 和 分别为采样时刻t和采样时刻t‑ΔT的电压相差平方
和，ΔT为采样时间间隔。
[0046] 在步骤104，根据采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值计算拟识别采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值积分值，其中，所述拟识别采样时刻为变压器主保护的启动时刻前的若干个采样时刻。
[0047] 优选地，所述根据采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值计算拟识别采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值积分值，其计算公式为：
[0048]
[0049] 式中， 为拟识别采样时刻t的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值，i，n为自然数，n为采样时刻的数量，n＜N，N为一个采样周期内的采样时刻的总数。本优选实施方式中，n取6，拟识别采样时刻为拟拟识别变压器主保护启动时刻前的12个采样时刻。
[0050] 本发明在变压器主保护启动后产生作用，故需要基于变压器差动保护启动元件的启动信号来动作。本发明所述的变压器差动保护启动元件只需基于电流原理，且在严重故障场景下足够灵敏即可。关于变压器差动保护启动元件启动的判断，依照现有技术中的启动判据即可，本发明对此不做限制。
[0051] 在步骤105，根据拟识别采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值积分值在预先建立的坐标平面的故障识别分区中的分布情况确定拟识别变压器的异常工况的性质并输出对应的控制指令，其中，所述坐标平面的横坐标为时间，纵坐标为标幺倍数，所述坐标平面根据拟识别变压器在不同故障情形下进行整定获取的直线进行分区。
[0052] 优选地，所述基于设置的采样时间间隔，采集拟识别变压器高压侧在采样时刻的三相电压和相电压有效值之前还包括建立坐标平面的故障识别分区，其中：
[0053] 令x轴表征时间，y轴表征标幺倍数，拟识别变压器主保护启动时刻为坐标原点，生成坐标平面；
[0054] 对拟识别变压器在不同故障情形下进行整定，获取4条直线，其中：
[0055] 按照准确判定拟识别变压器的典型内部轻微故障为原则进行整定，获取直线l4，方程为：
[0056]
[0057] 式中，k1为正数；
[0058] 按照准确判定所有合闸角、所有运行方式下，空载合闸引发的励磁涌流为原则进行整定，获取直线l3，方程为：
[0059]
[0060] 式中，k2和t0为正数，且k1＜k2；
[0061] 分别根据直线l4生成直线l1，直线l3生成直线l2，其中，所述直线l1的方程为：
[0062]
[0063] 所述直线l2的方程为：
[0064]
[0065] 根据直线对坐标平面进行故障识别分区，划分为涌流闭锁区，模糊区和故障跳闸区，其中：
[0066] 涌流闭锁区的方程为：
[0067]
[0068] 模糊区的方程包括：
[0069] 和
[0070] 故障跳闸区的方程包括：
[0071] 和
[0072] 图2为根据本发明优选方式的坐标平面的故障识别分区示意图。如图2所示，先对待识别变压器按典型内部轻微故障场景——区内5％匝间短路场景下，采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值积分值无法进入模糊区为原则进行整定，获取直线l4，再按所有合闸角、所有运行方式下，空载合闸引发的励磁涌流，均能进入涌流闭锁区位原则进行整定，获取直线l3，再以识别模糊故障，保证励磁涌流场景下不误动保护为条件设置直线l2，最后再设置用于界定故障跳闸区直线l1，则根据直线l1，l2，l3和l4即可将坐标平面划分为绿色的闭锁涌流区，紫色的模糊区和蓝色的故障跳闸区。
[0073] 优选地，所述根据拟识别采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值积分值在预先建立的坐标平面的故障识别分区中的分布情况确定拟识别变压器的异常工况的性质并输出对应的控制指令，包括：
[0074] 当任意一个待识别采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值积分值进入涌流闭锁区，确定拟识别变压器的异常工况为励磁涌流，输出闭锁拟识别变压器主保护指令；
[0075] 当确定拟识别变压器的异常工况不是励磁涌流，且任意一个待识别采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值积分值进入模糊区，确定拟识别变压器的异常工况为轻微故障，向拟识别变压器主保护输出故障参考控制字，辅助主保护进行故障识别；
[0076] 当全部待识别采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值积分值均未进入涌流闭锁区及模糊区，确定拟识别变压器的异常工况为故障，输出拟识别变压器主保护动作的指令。
[0077] 本优选实施方式所述的基于电压平面分区识别变压器励磁涌流的方法采集拟识别变压器高压侧在采样时刻的三相电压和相电压有效值；根据所述三相电压和设置的采样周期计算采样时刻的电压相差平方和；根据采样时刻的电压相差平方和所述相电压有效值计算拟识别采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值积分值；根据所述标幺值积分值在预先建立的坐标平面的故障识别分区中的分布情况确定拟识别变压器的异常工况的性质并输出对应的控制指令。所述方法和系统可实现5ms内快速识别励磁涌流并闭锁保护，且在变压器内部故障场景下允许保护动作，从而避免了变压器保护误动，以及变压器保护快速响应内部故障。
[0078] 图3为根据本发明优选方式的一个基于电压平面分区识别变压器励磁涌流的结果示意图。如图3所示，采用RTDS开展对YY接线的变压器进行空载合闸操作，形成励磁涌流场景下的仿真验证，通过计算该场景下保护启动时刻前的12个拟识别采样时刻(在横坐标上标注为‑12至‑1)的标幺值积分可知，在‑6个拟识别采样时刻的标幺值积分进入直线l3和直线l2形成的涌流闭锁区，因此，采用本优选实施方式所述方法的验证结果与仿真验证场景一致。
[0079] 图4为根据本发明优选方式的另一个基于电压平面分区识别变压器励磁涌流的结果示意图。如图4所示，对图3所述的YY接线的变压器，模拟区内发生金属性接地故障，由于该故障属严重故障，故对该场景下保护启动时刻前的12个拟识别采样时刻(在横坐标上标注为‑12至‑1)的标幺值积分可知，12个拟识别采样时刻的标幺值积分均分布在直线l4以下，因此，采用本优选实施方式所述方法的验证结果与仿真验证场景一致图。
[0080] 图5为根据本发明优选方式的再一个基于电压平面分区识别变压器励磁涌流的结果示意图。如图5所示，对图3所述的YY接线的变压器，模拟区内发生12％匝间短路故障，此故障属轻微故障；然后合手合开关，计算该场景下保护启动时刻前的12个拟识别采样时刻的标幺值积分可知，‑3至‑1个拟识别采样时刻进入模糊区，且没有拟识别采样时刻进入涌流闭锁区，因此，采用本优选实施方式所述方法的验证结果与仿真验证场景一致图。
[0081] 示例性系统
[0082] 图6为根据本发明优选实施方式的基于电压平面分区识别变压器励磁涌流的系统的结构示意图。如图6所示，本优选实施方式所述的基于电压平面分区识别变压器励磁涌流的系统600包括：
[0083] 数据采集模块601，用于基于设置的采样时间间隔，采集拟识别变压器高压侧在采样时刻的三相电压和相电压有效值；
[0084] 第一计算模块602，用于根据所述三相电压和设置的采样周期计算采样时刻的电压相差平方和；
[0085] 第二计算模块603，用于根据采样时刻的电压相差平方和所述相电压有效值计算采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值；
[0086] 第三计算模块604，用于根据采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值计算拟识别采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值积分值，其中，所述拟识别采样时刻为变压器主保护的启动时刻前的若干个采样时刻；
[0087] 结果输出模块605，用于根据拟识别采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值积分值在预先建立的坐标平面的故障识别分区中的分布情况确定拟识别变压器的异常工况的性质并输出对应的控制指令，其中，所述坐标平面的横坐标为时间，纵坐标为标幺倍数，所述坐标平面根据拟识别变压器在不同故障情形下进行整定获取的直线进行分区。
[0088] 优选地，所述系统还包括平面分区模块，用于建立坐标平面的故障识别分区，其中：
[0089] 令x轴表征时间，y轴表征标幺倍数，拟识别变压器主保护启动时刻为坐标原点，生成坐标平面；
[0090] 对拟识别变压器在不同故障情形下进行整定，获取4条直线，其中：
[0091] 按照准确判定拟识别变压器的典型内部轻微故障为原则进行整定，获取直线l4，方程为：
[0092]
[0093] 式中，k1为正数；
[0094] 按照准确判定所有合闸角、所有运行方式下，空载合闸引发的励磁涌流为原则进行整定，获取直线l3，方程为：
[0095]
[0096] 式中，k2和t0为正数，且k1＜k2；
[0097] 分别根据直线l4生成直线l1，直线l3生成直线l2，其中，所述直线l1的方程为：
[0098]
[0099] 所述直线l2的方程为：
[0100]
[0101] 根据直线l1，l2，l3和l4对坐标平面进行故障识别分区，划分为涌流闭锁区，模糊区和故障跳闸区，其中：
[0102] 涌流闭锁区的方程为：
[0103]
[0104] 模糊区的方程包括：
[0105] 和
[0106] 故障跳闸区的方程包括：
[0107] 和
[0108] 优选地，所述第一计算模块302根据所述三相电压和设置的采样周期计算采样时刻的电压相差平方和，其计算公式为：
[0109]
[0110] 式中， 为采样时刻t的电压相差平方和， 和 分别为采样时刻t的三相电压的变化量，其中：
[0111]
[0112] T＝(N‑1)*ΔT
[0113] 式中，uA(t)，uB(t)和uC(t)分别为采样时刻t的三相电压，T为设置的采样周期，N为一个采样周期内的采样时刻的总数，ΔT为采样时间间隔。
[0114] 优选地，所述第二计算模块603根据采样时刻的电压相差平方和所述相电压有效值计算采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值，其计算公式为：
[0115]
[0116] 式中， 为采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值，Ue为相电压有效值， 和 分别为采样时刻t和采样时刻t‑ΔT的电压相差平方
和，ΔT为采样时间间隔。
[0117] 优选地，所述第三计算模块604根据采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值计算拟识别采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值积分值，其计算公式为：
[0118]
[0119] 式中， 为拟识别采样时刻t的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值，i，n为自然数，n为采样时刻的数量，n＜N，N为一个采样周期内的采样时刻的总数。
[0120] 优选地，所述结果输出模块605根据拟识别采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值积分值在预先建立的坐标平面的故障识别分区中的分布情况确定拟识别变压器的异常工况的性质并输出对应的控制指令，包括：
[0121] 当任意一个待识别采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值积分值进入涌流闭锁区，确定拟识别变压器的异常工况为励磁涌流，输出闭锁拟识别变压器主保护指令；
[0122] 当确定拟识别变压器的异常工况不是励磁涌流，且任意一个待识别采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值积分值进入模糊区，确定拟识别变压器的异常工况为轻微故障，向拟识别变压器主保护输出故障参考控制字，辅助主保护进行故障识别；
[0123] 当全部待识别采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值积分值均未进入涌流闭锁区及模糊区，确定拟识别变压器的异常工况为故障，输出拟识别变压器主保护动作的指令。
[0124] 本优选实施方式所述的基于电压平面分区识别变压器励磁涌流的系统通过采集变压器高压侧的三相电压计算拟识别采样时刻的电压相差平方和的差分绝对值的标幺值积分，并结合建立的坐标平面的故障识别分区确定拟识别变压器的异常工况的性质并输出对应的控制指令的步骤，与本发明所述基于电压平面分区识别变压器励磁涌流的方法采取的步骤相同，达到的技术效果也相同，在此不再赘述。
[0125] 示例性电子设备
[0126] 图7为根据本发明优选实施方式的电子设备的结构示意图。该电子设备可以是第一设备和第二设备中的任一个或两者、或与它们独立的单机设备，该单机设备可以与第一设备和第二设备进行通信，以从它们接收所采集到的输入信号。图7图示了根据本公开实施例的电子设备的框图。如图7所示，电子设备包括一个或多个处理器701和存储器702。
[0127] 处理器701可以是中央处理单元(CPU)或者具有数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其他组件以执行期望的功能。
[0128] 存储器702可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(RAM)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(ROM)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器701可以运行所述程序指令，以实现上文所述的被公开的各个实施例的基于企业用能空间的用能异常诊断方法以及/或者其他期望的功能。在一个示例中，电子设备还可以包括：输入装置703和输出装置704，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构(未示出)互连。
[0129] 此外，该输入装置703还可以包括例如键盘、鼠标等等。
[0130] 该输出装置704可以向外部输出各种信息。该输出装置704可以包括例如显示器、扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。
[0131] 当然，为了简化，图7中仅示出了该电子设备中与本公开有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备还可以包括任何其他适当的组件。
[0132] 示例性计算机程序产品和计算机可读存储介质
[0133] 除了上述方法和设备以外，本公开的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种实施例的基于电压平面分区识别变压器励磁涌流的方法中的步骤。
[0134] 所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。
[0135] 此外，本公开的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种实施例的基于电压平面分区识别变压器励磁涌流的方法中的步骤。
[0136] 所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD‑ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
[0137] 以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。
[0138] 本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0139] 本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
[0140] 可能以许多方式来实现本公开的方法和装置。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法和装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而，本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。
[0141] 还需要指出的是，在本公开的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此，本公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
[0142] 为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
