专利名称：一种电力系统瞬变正弦信号的序分量获取方法
技术领域：
本发明涉及一种电力系统瞬变正弦信号的序分量获取方法。
背景技术：
在电力系统网络参数或电源发生变化时，电力系统各处的电流信号和电 压信号会 出现变化，若系统频率未变化，此变化瞬刻的电流正弦信号和电压正弦信号为电力系统的 瞬变正弦信号。电力系统瞬变正弦信号中含有衰减的直流分量和衰减的周期分量，其幅值 和初相位是时间的函数。对于三相对称的系统，由于元件相间阻抗存在电磁耦合，如果在线 路上流过三相不对称的电流，则三相电压降也是不对称的，此时利用相电流和相电压的计 算必须按三相进行。因而在系统处于不对称故障状态或不对称运行状态下，为了简化计算， 一般需要通过对称分量法将三相电压和电流分解为相互独立的序分量以实现元件阻抗的 解耦。现有的对称分量法是将序分量从稳态三相电流和电压的基波中分解出来的，只能在 幅值和初相位不变化的基频正弦信号中获取序分量。序分量被广泛用于继电保护、故障分 析、无功补偿、系统建模、系统辨识等电力系统各种领域，而瞬变正弦信号的序分量的准确 获取有利于系统故障的实时暂态分析，在发生不对称故障或不对称运行瞬间，系统会出现 电流和电压瞬变正弦信号，由于瞬变正弦信号的幅值和初相位随时间变化，现有的序分量 获取方法不能准确地获取瞬变正弦信号的序分量。目前现有的就电力系统瞬变正弦信号的 序分量获取方法中，无一例外地都假设瞬变正弦信号的幅值和初相位处于不变化的状态， 这与瞬变正弦信号的幅值和初相位随时间变化的性质相矛盾，若瞬变正弦信号变化剧烈， 现有文献所提方法不能获取瞬变正弦信号的序分量。以序分量在电力系统保护装置中的应 用为例输电线路是电网的基石，线路保护的正确动作是系统稳定、设备安全的重要保证， 对于高压输电线路的保护，一般要求保护在20-40ms的时间内动作，在这个时间内，故障电 压和电流处于瞬变的暂态过程，其瞬变电压电流信号为幅值及相位随时间变化的瞬变正弦 信号，在此过程中，利用上述传统方法不能正确获取信号的序分量，使得以序分量为基础的 保护装置可能发生不正确的动作，这会给电力系统的生产运行造成重大的影响和损失。

发明内容
本发明的目的就是提供一种及时准确地获取电力系统瞬变正弦信号的序分量的 方法，它不仅能够获取电力系统处于稳态运行时的瞬时正弦信号的序分量而且能够获得电 力系统处于暂态运行时的瞬时正弦信号的序分量。本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，即一种电力系统瞬变正弦信号序分 量的获取方法，包括以下步骤1)采集输入信号uA、uB、u。所述的输入信号uA、uB、u。是三相电流瞬变正弦信号iA， iB，ic或三相电压瞬变正弦信号VA，VB, Vc ；2)获取输入信号Ub和Uc的余弦函数f/mA(0cos(如+ 和CZmeWcos(纽+凡W)
选择序分量的基准相为A相，将步骤1中的输入信号uB，uc分别输入到正弦逼近处理器中，经正弦逼近处理器逼近处理后，由正弦逼近处理器输出A(t)，B(t)的值并获得逼近后的输 入信号％和叫各自的正弦逼近函数f/ 6(/)sin_ + %(/))，C/mc(Osin(W +朽(/))，然后根据输出 的 A ⑴，B (t)值，计算对应的余弦函数U— (Ocos(^ + φ, (t)),Umc(t)cos(^ + φ人t、、；3)获取正弦信号的序分量将步骤1采集的输入信号uA、uB、uc和步骤2中获得 的输入信号uB和uc的余弦函数f/mi(/)cos(iy/ + %(/))、i/ ^)cos(M +灼⑴)输入到序分量获 取模块中，经序分量获取模块处理即获得正弦信号的正序分量Uai负序分量UA2和零序分量 正弦逼近处理器由一个与输入信号Ub和Uc相同频率的正弦信号在一个δ t时域 区间逼近输入信号uB，uc构成，在正弦逼近处理器中，u(t)即是输入信号叫或叫，y(t)为 Ub或Uc所逼近的正弦基数学模型， 八。，八1，...，六1^和8。，81，...，81<是函数八(0，8(0的参数，
项式函数的阶数，ι为一个区段里的计算点数，k为逼近计算次数。正弦逼近处理器的修正算法为WA+1 =Wi IdJId督 μ (μ >0)是算法收敛因子，当J < Jmin时，正弦逼近处理器输出A(t)，B(t)的值并获得正弦逼近函数 从而余弦函数 At范围为2ms 10ms，在实践中，我们通常在一个
的时域区间逼近输 入信号UB, Uc,获取函数A⑴，B (t)。序分量获取模块中的获取方法是计算
，即获得瞬变正弦信号的正序分量Uai ；计算
，即获得瞬变正弦信号的负序分量uA2 ；计算
获得瞬变正弦信 号的零序分量uA(l。本发明所述的方法能够获取幅值和初相位随时间变化的瞬变正弦信号的实时序 分量，尤其是在电力系统处于不对称故障或不对称运行时，能够为工作人员提供准确的实 时序分量，运用该方法得到的实时序分量能够显著提高电力系统故障分析的准确性。以电 力系统继电保护为例电力系统的继电保护需要保护模块快速准确的判断故障的类型及位 置，这就需要构成保护的算法同时满足快速性和准确性，体现在故障发生初期算法对信号处理的能力。电力系统发生故障时，系统除含有正序分量外，还可能含有负序分量和零序分 量，继电保护是根据三个序分量满足的边界条件来构成保护算法的。因此三个序分量提取 的快速性和准确性将直接影响继电保护的可靠性。运用本发明所提出的瞬变正弦信号的序 分量获取方法不受故障初期暂态过程中的谐波分量和衰减直流分量影响，能够快速准确提 取序分量，从而提高了保护的可靠性。由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点本方法采用正弦逼近处理器 求取瞬变正弦信号的余弦函数来获取瞬变正弦信号的序分量，满足瞬变正弦信号的幅值和 初相位随时间变化的性质，能够准确获取变化剧烈瞬变正弦信号的序分量，为以瞬时序分 量为基础的电力工程提供了准确、及时、可靠的基础。


本发明的

如下图1为本发明的方法框图； 图2为图1中正弦逼近处理器的处理方法示意图；图3为图1中序分量获取模块的方法示意图；图中1.正弦逼近处理器；2.序分量获取模块。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明如图1、图2和图3所示，本发明所述的一 种电力系统瞬变正弦信号序分量的获取方法，包括以下步骤1)采集输入信号uA、uB、uc 所述的输入信号uA、uB、uc是三相电流瞬变正弦信号iA， iB，ic或三相电压瞬变正弦信号VA，VB, Vc ；2)获取输入信号uB和uc的余弦函数^々kosOyi +外(0)和i/mc(0cos(如+代⑴)
选择序分量的基准相为A相，将步骤1中的输入信号uB，uc分别输入到正弦逼近处理器中， 经正弦逼近处理器1逼近处理后，由正弦逼近处理器1输出A(t)，B(t)的值并获得输入信 号uB和uc各自的正弦逼近函数++代⑴)，然后根据输出的
A(t)，B(t)值，计算对应的余弦函数t/jOcosWi +外⑴)，f/me(0cos0yi +代(0)；3)获取正弦信号的序分量将步骤1采集的输入信号uA、uB、u。和步骤2中获得的 输入信号Ub和Uc的余弦函数^^(OCOSCW+ 、t/mc(i)COS(m +队(0)输入到序分量获取 模块2中，经序分量获取模块2处理即获得正弦信号的正序分量Uai负序分量UA2和零序分
里 uAO0正序分量Uai⑴根据以下公式计算获得
^uax (0 = umA (t) sin(诚 + φΑ (0) + Um8 (t) sin(>i + φΒ (t) +120°) + umC (t) sin(纽 + (pc (t) + 240°)，
变换后，
3 (,)=uA(0-Y2uB{t) + ^Umb(0cos(伽 + φ,(0)-Y2uc{t)-^Umc(t)cos{at + φα(t))；负序分量uA2 (t)根据以下公式计算获得3uA2(t) = umA (t) sin ( ω t+ Φ A (t)) +umB (t) sin ( ω t+ Φ Α (t) +240 ° )+umC(t)sin(co t+(K(t)+120° )，变化后， 零序分量Uaci (t)根据以下公式计算获得3uA0 (t) = uA (t) +uB (t) +uc (t)。 本发明所用的正弦逼近处理器由一个与输入信号uB和Uc相同频率的正弦信号在 一个At时域区间中逼近输入信号叫，叫构成，在正弦逼近处理器中，U(t)即是输入信号Ub 或Uc,时域区间逼近输入信号uB，Uc构成，在正弦逼近处理器中， A(t) = A0+ Axt + A2t2 + · ■ · + ANtN5(0 = B0+ Bxt + B2t2 +··· + BNtN八。，八1，...，六1^和8。，81，...，81<是函数八(0，8(0的参数，记J，W、[4 …4 Bka …BkN]，N 为多
项式函数的阶数，I为一个区段里的计算点数，k为逼近计算次数。正弦逼近处理器的修正算法为Wt+1 = W4 -//5J/5W4 μ (μ >0)是算法收敛因子，当J < Jmin时，正弦逼近处理器输出逼近后的函数值A⑴，B(t)。本发明所述的正弦逼近处理器是现有的成熟技术，在CN100538380C中公开了名 称为基于人工神经网络模型的电缆故障在线测距方法的发明专利，在该发明专利中公开了 有关正弦逼近处理器的详细说明。本发明能够获取瞬变正弦信号的序分量，这在电力系统的许多领域中均具有重要 意义。以电力系统继电保护为例电力系统的继电保护需要保护模块快速准确的判断故障 的类型及位置，这就需要构成保护的算法同时满足快速性和准确性，体现在故障发生初期 算法对信号处理的能力。电力系统发生故障时，系统除含有正序分量外，还可能含有负序分 量和零序分量，继电保护是根据三个序分量满足的边界条件来构成保护算法的。因此三个 序分量提取的快速性和准确性将直接影响继电保护的可靠性。运用本发明所提出的瞬变正 弦信号的序分量获取方法不受故障初期暂态过程中的谐波分量和衰减直流分量影响，能够 快速准确提取序分量，从而提高了保护的可靠性。
权利要求
一种电力系统瞬变正弦信号的序分量获取方法，其特征在于包括以下步骤1)采集输入信号uA、uB、uC所述的输入信号uA、uB、uC是三相电流瞬变正弦信号iA，iB，iC或三相电压瞬变正弦信号vA，vB，vC；2)获取输入信号uB和uC的余弦函数和选择序分量的基准相为A相，将步骤1中的输入信号uB，uC分别输入到正弦逼近处理器中，经正弦逼近处理器(1)逼近处理后，由正弦逼近处理器(1)输出A(t)，B(t)的值并获得输入信号uB和uC各自的正弦逼近函数然后根据输出的A(t)，B(t)值，计算对应的余弦函数3)获取正弦信号的序分量将步骤1采集的输入信号uA、uB、uC和步骤2中获得的输入信号uB和uC的余弦函数输入到序分量获取模块(2)中，经序分量获取模块(2)处理即获得正弦信号的正序分量uA1负序分量uA2和零序分量uA0。FSA00000164237500011.tif,FSA00000164237500012.tif,FSA00000164237500013.tif,FSA00000164237500014.tif,FSA00000164237500015.tif,FSA00000164237500016.tif,FSA00000164237500017.tif,FSA00000164237500018.tif
2.如权利要求1所述的电力系统瞬变正弦信号序分量的获取方法，其特征在于正弦 逼近处理器由一个与输入信号uB和Uc相同频率的正弦信号在一个At时域区间中逼近输 入信号uB、Uc构成，在正弦逼近处理器中，u⑴即是输入信号叫或叫，7(0为uB或Uc所逼 近的正弦基数学模型，y(t) = Um{t) sin(iyr + φ{ )) = A(t) cos ω( + 5(0 sin ωtA(t) 二 A + 々 + A2t2 +■■■ + ANtN B(t) = B0 + BiI + B2t2 +··· + BNtNAc^A1,... ,AjPBc^B1,...，Bn 是函数 A (t)，B (t)的参数，记 为多项式函数的阶数，I为一个区段里的计算点数，k为逼近计算次数。正弦逼近处理器的修正算法为 (μ > 0)是算法收敛因子，当J < Jmin时，正弦逼近处理器输出A(t)，B(t)的值并获得正弦逼近函数 Um (f) sin(<yi + φ{ )) = A(t) cos ω + B(t) sin ω ，从而余弦函数(0 cosO, + φ( )) = - J(/)sin ω + B(t) cos cot 0
3.如权利要求1所述的电力系统瞬变正弦信号序分量的获取方法，其特征在于步骤3 中序分量获取模块中(2)的获取方法是计算(0 = Ua (0 ~y2uB(t) + Y Umb (0 cos(纽 + φ, (0) -Y2UcXt)- ^ζ Umc (t) cos(欣 + φα {t))，即获得瞬变正弦信号的正序分量uA1，计算3μa2 (0 = Ua (0-Y2Ub (0 — Umb (0 cos(^ + cpb (0) 一 Y2 Uc (0 + ^hZ2 Umc (0 008(ωt+ φε (t))，即获得瞬变正弦信号的负序分量UA2 ；计算3uACI(t) =uA(t)+uB(t)+uc(t)获得瞬变正 弦信号的零序分量Uaci。
4.如权利要求2所述的电力系统瞬变正弦信号序分量的获取方法，其特征在于所述 的At范围为2ms 10ms。
全文摘要
一种电力系统瞬变正弦信号的序分量获取方法，该方法将采集的输入信号输入到正弦逼近处理器中进行逼近，根据逼近后得到的函数来计算输入信号的余弦函数，然后根据采集的输入信号和计算得出的输入信号的余弦函数计算该正弦信号的正序分量、负序分量和零序分量。本方法采用正弦逼近处理器求取瞬变正弦信号的余弦函数来获取瞬变正弦信号的序分量，满足瞬变正弦信号的幅值和初相位随时间变化的性质，能够准确获取变化剧烈瞬变正弦信号的序分量，为以瞬时序分量为基础的电力工程提供了准确、及时、可靠的基础。
文档编号G01R19/00GK101881792SQ201010199340
公开日2010年11月10日 申请日期2010年6月12日 优先权日2010年6月12日
发明者何建军, 罗显通, 高明振 申请人:重庆电力科学试验研究院