一種基于三階中心矩的電流互感器飽和檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用三階中心矩算法實(shí)現(xiàn) 電磁型電流互感器飽和的檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國特高壓和智能電網(wǎng)的建設(shè)，對電力系統(tǒng)可靠性要求越來越高，電網(wǎng)電壓 等級升高的同時伴隨著電網(wǎng)短路電流水平的提高，對電氣設(shè)備的性能也提出了更大的挑 戰(zhàn)。電流互感器CT (Current Transformer)是電力系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備之一，也是各種 二次設(shè)備監(jiān)測和感知一次系統(tǒng)真實(shí)運(yùn)行狀況的重要元件，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)監(jiān)控、保護(hù)、 測距和錄波等方面。對于繼電保護(hù)用電流互感器來說，對其最基本的要求就是要真實(shí)反映 一次電流波形，尤其是在電網(wǎng)發(fā)生故障的情況下，不僅要求CT能反映故障電流的大小， 還能正確反映故障電流的波形和相位，可參考袁季修，盛和樂，吳聚業(yè)等編著的"保護(hù)用電 流互感器應(yīng)用指南"（北京：中國電力出版社，2004)。
[0003] 電流互感器作為一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)元件，可以將感知到的一次系統(tǒng)的 真實(shí)狀態(tài)反映給保護(hù)裝置，不管是傳統(tǒng)的電磁型保護(hù)還是目前的數(shù)字型保護(hù)裝置，被保護(hù) 元件中流過的電流大小也是由電流互感器進(jìn)行測量的，因此，電流互感器的傳變性能對繼 電保護(hù)的性能就具有非常重要的影響。但是由于傳統(tǒng)電磁式電流互感器是利用電磁感應(yīng)原 理轉(zhuǎn)換電流的，其鐵心具有非線性特性。在正常工作情況下，CT運(yùn)行在線性工作區(qū)，電流較 小不會飽和，可以正確傳變電流。但在系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重短路故障時，由于故障電流超過正常 負(fù)荷電流很多倍，尤其是在故障電流中含有較大的非周期分量時，電流互感器的磁通在短 時間內(nèi)達(dá)到飽和，此時一次側(cè)電流將無法正確地傳變到二次側(cè)，電流互感器的二次電流波 形產(chǎn)生畸變，還可能引起繼電保護(hù)誤動，可參考陳三運(yùn)發(fā)表的"一起CT飽和引起的繼電保 護(hù)拒動分析"（電網(wǎng)技術(shù).2002. 26 (4) : 85-87)。因此，如何快速準(zhǔn)確地檢測出電流互感器是 否發(fā)生飽和，對于保證繼電保護(hù)裝置正確動作具有重要意義。
[0004] 目前國內(nèi)外已有很多有過CT飽和檢測的方法，如：鐵心飽和會引起電流互感器 二次電流的諧波含量升高。根據(jù)這一特征，天津大學(xué)的賀家李教授等學(xué)者提出采用二次 電流的諧波比來檢測鐵心飽和，可參考王志鵬，鄭玉平，賀家李等發(fā)表的"通過計(jì)算諧 波比確定母線保護(hù)中電流互感器的飽和"（電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報.2000, 12 (5) : 19 - 24);李貴存，劉萬順，賈清泉等發(fā)表的"一種利用小波原理檢測電流互感器飽和的新方 法"（電力系統(tǒng)自動化，2001，25(7) :36-44)、李忠安，何奔騰發(fā)表的"一種利用小波變換 開放電流互感器線性區(qū)的方法"（繼電器，2000, 28(5) :20-23)都是利用小波模極大值方 法定位二次電流中的奇異點(diǎn)，并以此檢測CT入出飽和。但小波變換在時窗邊界和二次電 流過零點(diǎn)處也可能出現(xiàn)模極大值，是該方法的缺陷所在；利用飽和段與非飽和段電流的多 階導(dǎo)數(shù)的差異性來檢測出入飽和點(diǎn)。該方法運(yùn)用的是差分算法，抗噪聲干擾能力弱，可參 考羅萍萍，金菲，洪驊等發(fā)表的"電流互感器飽和檢測的一種新算法"（上海電力學(xué)院學(xué) 報，2006, 22 (4) :319-322);基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的CT飽和檢測方法，可參考鄭濤，谷君，黃 少鋒等發(fā)表的"基于數(shù)學(xué)形態(tài)梯度的變壓器轉(zhuǎn)換性故障識別新判據(jù)"（中國電機(jī)工程學(xué) 報，2008, 28(22) :75-80)等一系列檢測CT飽和的方法。它們均可以實(shí)現(xiàn)電流互感器飽和 檢測，不過有利有弊，很少能同時滿足精度高與速度快這兩項(xiàng)要求。因此，CT飽和檢測仍舊 是現(xiàn)代繼電保護(hù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是針對電力系統(tǒng)中保護(hù)用電磁型電流互感器在故障時易發(fā)生飽和的現(xiàn)象， 提出一種利用三階中心矩的算法來檢測CT飽和的方法。
[0006] 目前繼電保護(hù)廣泛使用的P級電流互感器，其抗飽和能力較差。而CT發(fā)生飽和時， 二次電流波形會發(fā)生畸變，呈現(xiàn)明顯不對稱形式。三階中心矩可以反映數(shù)據(jù)的離散程度，可 用來檢測CT是否發(fā)生飽和。
[0007] 本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案：
[0008] -種基于偏態(tài)分布的保護(hù)用電流互感器飽和檢測方法，其特征在于：對電流互感 器二次波形進(jìn)行波形鏡像變換后，用三階中心矩計(jì)算離散系數(shù)，通過離散系數(shù)來判斷電流 互感器是否發(fā)生飽和。
[0009] -種基于三階中心矩的電流互感器飽和檢測方法，其特征在于，所述檢測方法包 括以下步驟：
[0010] (1)首先對電流互感器的二次側(cè)電流進(jìn)行采樣，得到采樣數(shù)據(jù)；
[0011] (2)對電流互感器的二次側(cè)電流采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行部分截取，即選擇二次電流波形峰 值為中心，在其兩側(cè)分別截取相同數(shù)量的采樣點(diǎn)，所截取的兩側(cè)的采樣點(diǎn)連同峰值組成一 個數(shù)據(jù)窗口；
[0012] (3)針對步驟（2)中所截取的數(shù)據(jù)窗口內(nèi)的二次電流波形，對其進(jìn)行波形變換，SP 將電流波形峰值以后的采樣數(shù)據(jù)相對于通過峰值點(diǎn)并且平行于時間軸的直線進(jìn)行鏡像操 作，與原電流波形峰值以前的采樣數(shù)據(jù)連接，構(gòu)成鏡像波形；
[0013] (4)利用三階中心矩公式對步驟（3)中得到的鏡像波形進(jìn)行計(jì)算，定義其結(jié)果為 離散系數(shù)TC ;三階中心矩公式如下：
[0015] 式中：n表示鏡像波形采樣點(diǎn)數(shù)，Xi表示每個采樣點(diǎn)對應(yīng)的電流大小，f;表示鏡像 波形所有采樣點(diǎn)電流的平均值，i表示采樣數(shù)據(jù)序列；
[0016] (5)定義理想二次電流正弦波形式下的離散系數(shù)值為TC1，作為給定閾值，其值可 整定為〇. 5 ;實(shí)際二次電流的離散系數(shù)值為TC2 ;
[0017] 當(dāng)TC2大于0. 5時，即可判定電流互感器飽和，且TC2值越大，飽和程度越深。
[0018] 進(jìn)一步，在步驟（1)中，每周波取80個采樣點(diǎn)。
[0019] 在步驟（2)中，以二次電流波形峰值為中心，在二次電流峰值左右各取20個采樣 點(diǎn)，包括峰值點(diǎn)在內(nèi)共41個采樣點(diǎn)組成一個數(shù)據(jù)窗口。
[0020] 本發(fā)明的有益效果：
[0021] 本發(fā)明所提出的采用三階中心矩算法實(shí)現(xiàn)電磁型電流互感器發(fā)生飽和時的檢測 方法，其具有檢測精度高、檢測速率快等特點(diǎn)。首先，本發(fā)明所用算法僅需飽和發(fā)生后半個 周波內(nèi)的數(shù)據(jù)即可，保證了計(jì)算速度。對半個周波波形進(jìn)行波形鏡像變換，有效地規(guī)避了半 周波正弦波離散程度較大的缺陷。三階中心矩可以很好地反應(yīng)樣本數(shù)據(jù)的離散程度，本發(fā) 明緊緊抓住未飽和的電流互感器二次電流基本為正弦波形式，而飽和電流互感器的二次電 流波形則呈現(xiàn)明顯畸變，在峰值附近樣本數(shù)據(jù)的離散度不同的特點(diǎn)，僅用簡單實(shí)用的算法 即可有效區(qū)分CT是否發(fā)生飽和以及飽和程度大小。無論對于何種形式下的CT飽和，本發(fā) 明均可在半周波內(nèi)檢測出飽和的發(fā)生。同時，算法簡便，易于編程實(shí)現(xiàn)，對微機(jī)軟硬件要求 均不高是本發(fā)明一大特點(diǎn)。因此，本發(fā)明對提高繼電保護(hù)的可靠性、確保其準(zhǔn)確可靠動作等 方面具有一定的實(shí)際意義。
【附圖說明】
[0022] 圖1為電流互感器等效電路圖；
[0023] 圖2為仿真模擬實(shí)驗(yàn)所用系統(tǒng)仿真模型；
[0024] 圖3為電流互感器飽和時一個周波內(nèi)的理想二次電流波形和實(shí)際飽和的二次電 流波形；
[