一种零序方向判别方法、电子设备及存储介质与流程

1.本发明涉及一种零序方向判别方法、电子设备及存储介质，属于继电保护技术领域。


背景技术：

2.互感器是继电保护数据的源头，互感器性能直接影响保护的动作行为。罗氏线圈电子式电流互感器不受饱和以及铁磁谐振的影响，线性度好、频带宽、测量精度高、且输出为数字量，符合智能化变电站的发展趋势，受到了广泛的关注和大规模的应用。罗氏线圈的输出为被测信号的微分，因此须积分器配合将微分还原为与一次信号成比例的信号。积分器分为模拟积分器和数字积分器两种。模拟积分器在运行过程中，电子元器件受到环境温度变化、湿度、电磁干扰等因素的影响，稳定性较差。数字积分器精确度受到a/d转换准确度、采样点数以及计算准确度的影响，算法的实际性能也受到了限制。且在外部有扰动的情况下，积分器可能导致扰动信号长时间存在于输出中，影响互感器保护的性能。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种零序方向判别方法、电子设备及存储介质，用以解决罗氏线圈电流互感器中需积分器引入附加分量造成的计算准确低从而影响保护性能的问题。
4.为实现上述目的，本发明的方案包括：
5.本发明的一种零序方向判别方法，包括如下步骤：
6.1)获取零序电压和罗氏线圈输出的微分零序电流信号，计算零序电压和微分零序电流信号的平均值；
7.2)根据计算得到的零序电压和微分零序电流信号平均值，计算零序电压和微分零序电流信号的相关系数；
8.3)确定零序方向元件的定值，并比较所述相关系数和零序方向元件的定值之间的大小关系，根据所述相关系数和零序方向元件的定值之间的大小关系，判断零序方向元件是否动作以及动作方向。
9.有益效果：本发明无需引入积分器，通过获取零序电压和微分零序电流信号，计算零序电压和微分零序电流信号的平均值，并通过计算得到的零序电压和微分零序电流信号的平均值，计算零序电压和微分零序电流信号的相关系数，比较零序电压和微分零序电流信号的相关系数和零序方向元件的定值，根据相关系数和零序方向元件的定值之间的大小关系，判断零序方向元件是否动作及动作方向进一步准确判断零序方向元件是否动作，避免了因积分器引入的附加分量对保护性能的影响。
10.进一步地，确定零序方向元件的定值，包括：
11.根据保护安装处背后系统的等效零序阻抗角，为罗氏线圈的传递函数其在工频50hz的相位响应，确定相关系数定值；
12.根据相关系数定值，确定零序方向元件的定值。
13.有益效果：通过对于相关系数定值的确定，保障了零序方向元件的计算。
14.进一步地，所述零序方向元件的定值包括高定值和低定值，根据相关系数定值，确定零序方向元件的定值,包括：
15.若k1＞0.5，高定值k
set_h
和低定值k
set_1
分别为：
[0016][0017]
若k1≤0.5，高定值k
set_h
和低定值k
set_1
分别为：
[0018][0019]
其中，k1为相关系数定值。
[0020]
有益效果：通过上述公式完成零序方向元件定值的计算，保障了零序方向元件动作的控制。
[0021]
进一步地，相关系数定值k1的计算方法为：
[0022][0023]
其中，为保护安装处背后系统的等效零序阻抗角，为罗氏线圈的传递函数其在工频50hz的相位响应。
[0024]
有益效果：通过对于相关系数定值的计算，保障了零序方向元件定值的计算。
[0025]
进一步地，零序电压和微分零序电流信号的相关系数的计算公式为：
[0026][0027]
其中，r(k)为零序电压和微分零序电流信号的相关系数，u0为零序电压，为零序电压的平均值，i
d0
为微分零序电流，为微分零序电流的平均值，k为采样序号，n为一个工频周期的采样点数。
[0028]
有益效果：完成了零序电压和微分零序电流相关系数的计算。
[0029]
进一步地，零序方向元件的定值包括高定值和低定值，若相关系数小于高定值且大于低定值，则表征该点为正方向故障，零序方向元件动作；否则表征零序方向元件不动作。
[0030]
有益效果：实现对零序方向元件的方向的判别。
[0031]
进一步地，计算零序电压和微分零序电流信号的平均值，包括：对获取的零序电压和微分零序电流信号进行低通滤波器处理，并利用低通滤波处理后的信号计算得到零序电压和微分零序电流信号的平均值。
[0032]
有益效果：对零序电压和微分零序电流信号进行低通滤波处理，并利用低通滤波处理后的信号计算得到零序电压和微分零序电流信号的平均值。
[0033]
本发明还提供了一种电子设备，包括处理器，所述处理器用于执行程序指令以实现如上述的零序方向判别方法。
[0034]
有益效果：通过本电子设备能够实现上述零序方向判别方法，能够判断零序方向元件是否动作，完成零序方向元件的方向的判别，避免了因积分器引入的附加分量对保护性能的影响，提高了保护的可靠性。
[0035]
本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有用于实现如上述的零序方向判别方法的程序指令。
[0036]
有益效果：存储介质中存储的程序指令完成了上述的零序方向判别方法。
附图说明
[0037]
图1是本发明的零序方向判别方法流程图；
[0038]
图2是本发明的罗氏线圈等效电路图；
[0039]
图3是本发明的低通滤波器的幅频示意图。
具体实施方式
[0040]
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明。
[0041]
方法实施例：
[0042]
本发明的零序方向判别方法实施例，其流程如图1所示，包括如下步骤：
[0043]
步骤一，计算零序方向元件的定值。
[0044]
1)得到罗氏线圈的传递函数以及其在工频下的相位响应。
[0045]
根据罗氏线圈的等效电路(如图2所示)以及电子元器件的参数，得到罗氏线圈的传递函数，计算罗氏线圈的传递函数其在工频50hz的相位响应，记为
[0046]
2)根据步骤(1)计算的落实线圈在工频下的相位响应以及线路零序阻抗角计算零序方向的定值，步骤为：
[0047]
①
定义参数其中，为保护安装处背后系统的等效零序阻抗角；
[0048]
②
根据以下公式确定零序方向元件的定值：
[0049]
若k
l
＞0.5，高定值k
set_h
和低定值k
set_l
分别为：
[0050][0051]
若k
l
≤0.5，高定值k
set_h
和低定值k
set_l
分别为：
[0052][0053]
其中，k1为相关系数定值。
[0054]
步骤二，计算零序电压和零序电流相关系数。
[0055]
1)通过低通滤波器对零序电压信号和罗氏线圈输出的微分零序电流信号进行滤波，低通滤波器的幅频如图3所示，其低通滤波器形式为：
[0056][0057]
其中，x为采样数据，k为采样序号，y为采样数据经低通滤波器后输出的数据，滤波
器系数b0～b
16
分别为0.0058，0.0136，0.0265，0.0438，0.0641，0.0848，0.1029，0.1152，0.1196，0.1152，0.1029，0.0848，0.0641，0.0438，0.0265，0.0136，0.0058。
[0058]
2)测量点的三相电压的瞬时值相加得到零序电压，罗氏线圈输出的相电流的瞬时值相加得到微分零序电流。计算零序电压和微分零序电流信号在一个周期的平均值的公式为：
[0059][0060]
其中，x为采样数据，k为采样序号，为采样数据的平均值，n为一个工频周期的采样点数。
[0061]
3)将零序电压和微分零序电流信号分别作为采样数据带入到公式(4)，计算各个采样点下的零序电压和微分零序电流的平均值
[0062]
4)计算零序电压和微分零序电流的相关系数，公式为：
[0063][0064]
其中，u0为零序电压，为零序电压的平均值，i
d0
为微分零序电流，为微分零序电流的平均值，k为采样序号，n为一个工频周期的采样点数。
[0065]
步骤三，根据步骤一和步骤二的计算结果判断零序方向元件是否动作。
[0066]
将零序电压和微分零序电流的相关系数的计算值和定值进行比较以确定零序方向元件是否动作，具体为：将计算的相关系数和零序方向元件定值进行比较，若计算所得相关系数小于高定值且大于低定值，则该点为正方向故障，零序方向元件动作，否则零序方向元件不动作。
[0067]
本方法取消了积分器，以罗氏线圈输出的微分信号构造保护，避免了积分环节引入的附加分量对保护性能的影响；采用低通滤波器对零序电压和微分电流信号进行处理，消除了高次谐波的影响；通过罗氏线圈传递函数在工频下的相位响应以及线路零序阻抗角计算零序方向元件的定值，该定值计算可离线进行，不影响保护动作速度；采用一周采样数据进行相关系数计算，有较高的稳定性。
[0068]
电子设备实施例：
[0069]
本发明的电子设备实施例，包括存储器、处理器和内部总线，处理器、存储器之间通过内部总线完成相互间的通信和数据交互。其中，处理器可以为微处理器mcu、可编程逻辑器件fpga等处理装置。存储器可以为利用电能方式存储信息的各式存储器；也可为利用磁能方式存储信息的各式存储器，例如硬盘。处理器用于执行存储在存储器中的程序指令以实现本发明的方法实施例中介绍的一种零序方向判别方法。
[0070]
存储介质实施例：
[0071]
本发明的存储介质实施例，包括存储介质中的程序指令，通过存储介质中的程序指令进行实现本发明的方法实施例介绍的一种零序方向判别方法。

技术特征：
1.一种零序方向判别方法，其特征在于，包括如下步骤：1)获取零序电压和罗氏线圈输出的微分零序电流信号，计算零序电压和微分零序电流信号的平均值；2)根据计算得到的零序电压和微分零序电流信号平均值，计算零序电压和微分零序电流信号的相关系数；3)确定零序方向元件的定值，并比较所述相关系数和零序方向元件的定值之间的大小关系，根据所述相关系数和零序方向元件的定值之间的大小关系，判断零序方向元件是否动作以及动作方向。2.根据权利要求1所述的零序方向判别方法，其特征在于，确定零序方向元件的定值，包括：根据保护安装处背后系统的等效零序阻抗角，为罗氏线圈的传递函数其在工频50hz的相位响应，确定相关系数定值；根据相关系数定值，确定零序方向元件的定值。3.根据权利要求1所述的零序方向判别方法，其特征在于，所述零序方向元件的定值包括高定值和低定值，根据相关系数定值，确定零序方向元件的定值，包括：若k1>0_5，高定值k
set_h
和低定值k
set_1
分别为：若k1≤0.5，高定值k
set_h
和低定值k
set_1
分别为：其中，k1为相关系数定值。4.根据权利要求2所述的零序方向判别方法，其特征在于，相关系数定值k1的计算方法为：其中，为保护安装处背后系统的等效零序阻抗角，为罗氏线圈的传递函数其在工频50hz的相位响应。5.根据权利要求1所述的零序方向判别方法，其特征在于，零序电压和微分零序电流信号的相关系数的计算公式为：其中，r(k)为零序电压和微分零序电流信号的相关系数，u0为零序电压，为零序电压的平均值，i
d0
为微分零序电流，为微分零序电流的平均值，k为采样序号，n为一个工频周期的采样点数，j为采样点数。6.根据权利要求1所述的零序方向判别方法，其特征在于，所述零序方向元件的定值包
括高定值和低定值，若相关系数小于高定值且大于低定值，则表征该点为正方向故障，零序方向元件动作；否则表征零序方向元件不动作。7.根据权利要求1所述的零序方向判别方法，其特征在于，计算零序电压和微分零序电流信号的平均值，包括：对获取的零序电压和微分零序电流信号进行低通滤波器处理，并利用低通滤波处理后的信号计算得到零序电压和微分零序电流信号的平均值。8.一种电子设备，其特征在于，包括处理器，所述处理器用于执行程序指令以实现如权利要求1～7任一项所述的零序方向判别方法。9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有用于实现如权利要求1～7任一项所述的零序方向判别方法的程序指令。

技术总结
本发明涉及继电保护技术领域，具体为一种零序方向判别方法、电子设备及存储介质。包括如下步骤：1)获取零序电压和罗氏线圈输出的微分零序电流信号，计算零序电压和微分零序电流信号的平均值；2)根据计算得到的零序电压和微分零序电流信号平均值，计算零序电压和微分零序电流信号的相关系数；3)确定零序方向元件的定值，并比较所述相关系数和零序方向元件的定值之间的大小关系，根据所述相关系数和零序方向元件的定值之间的大小关系，判断零序方向元件是否动作以及动作方向。完成了零序方向元件的控制，避免了罗氏线圈因积分器引入的附加分量对保护性能的影响，提高了保护性能。提高了保护性能。提高了保护性能。


技术研发人员：石欣 李旭 吴英资 李宝伟 许云龙 肖繁 柳丹 王莉 朱云峰 王中玉 陈斌 王志伟 方正 董新涛
受保护的技术使用者：河南许继继保电气自动化有限公司 许继集团有限公司 国网湖北省电力有限公司 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 国家电网有限公司
技术研发日：2022.12.27
技术公布日：2023/7/26