阅读说明：本技术 一种适应电气设备变频特性的微机保护方法和装置 (A kind of Microcomputer Protection method and apparatus adapting to electrical equipment frequency property ) 是由 刘小波 丁俊健 刘万斌 于 2019-08-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种适应电气设备变频特性的微机保护方法和装置,方法包括：获取设备运行采样数据；根据采样数据计算设备当前实际频率；根据固定频率和设备实际频率,对采样数据进行校正,得到工频校正数据；按照预设的保护计算及采样数据选取规则,基于工频校正数据或原始采样数据进行多项保护计算,并根据保护计算的结果,控制保护动作执行机构执行保护动作。利用本发明可减小频率偏移带来的计算误差,使得设备在变频启动过程中,微机保护能够获得可靠的机组电气量变化数据,进而保障保护计算和逻辑判断的可靠性。(The present invention discloses a kind of Microcomputer Protection method and apparatus for adapting to electrical equipment frequency property, and method includes: to obtain equipment operation sampled data；The currently practical frequency of equipment is calculated according to sampled data；According to fixed frequency and equipment actual frequency, sampled data is corrected, obtains power frequency correction data；According to preset protection calculating and sampled data selection rule, multinomial protection calculating is carried out based on power frequency correction data or original sampling data, and according to protection calculating as a result, controlling protection act executing agency executes protection act.Frequency shift (FS) bring can be reduced using the present invention and calculate error, so that equipment, during variable frequency starting, Microcomputer Protection can obtain reliable unit electrical quantity delta data, and then ensure that protection calculates the reliability with logic judgment.)

一种适应电气设备变频特性的微机保护方法和装置

技术领域

本发明涉及燃气轮机组、抽水蓄能机组等电气设备的微机保护技术领域，特别是一种适应电气设备变频特性的微机保护方法和装置。

背景技术

燃气轮机组和抽水蓄能机组在启动过程中，电流电压频率是变化的，而传统发电机保护算法是基于工频设计的，当电气量频率偏移工频时，将产生较大的计算误差，当偏移越大时，计算误差越大。

目前适应电气量频率变化的发电机保护算法主要有：

(1)频率跟踪算法

保护装置根据系统电气量频率的变化调整硬件采样频率，使得两个采样点之间相位差与电气量频率为工频时基本相同，故而可以采用传统的保护算法进行计算。这种算法可以有效提高电气量频率偏移时的计算精度，但也会带来一些问题，包括：

a、采用采样点计算的频率保护和过激磁保护计算值不能反应频率的变化；

b、保护装置录波反应不了频率的变化。

(2)积分算法

这种算法跟电气量频率计算无关，直接采用过零积分算法计算电气量有效值，另外可以计算差动保护差动电流和制动电流，但不能计算电气量的正序分量和负序分量。

(3)变数据窗算法

这种算法首先算频率，然后根据频率计算数据窗的长度。如保护装置采样频率为1200Hz，当前电气量频率为40Hz，则数据窗的长度为一个周波内采样点数是1200/40＝30个，然后采用全波傅氏算法计算电气量有效值。但由于电气量频率存在偏移情况，导致变化的数据窗不能和电气量实际周期精准对应，也就是一个周波内，数据窗的点数不一定是整数，如当前电气量频率为47Hz，则点数为1200/47＝25.53个，于是造成计算误差，电气量频率偏移越大，计算误差越大。

发明内容

本发明的目的是，提供一种适应电气设备变频特性的微机保护方法和装置，减小频率偏移带来的计算误差，使得设备在变频启动过程中，微机保护能够获得可靠的机组电气量变化数据，进而保障保护计算和逻辑判断的可靠性。

本发明采取的技术方案为：一种适应电气设备变频特性的微机保护方法，包括：

获取设备运行采样数据；

根据采样数据计算设备当前实际频率；

根据设备额定频率和设备实际频率，对采样数据进行校正，得到工频校正数据；

按照预设的保护计算及采样数据选取规则，基于工频校正数据或原始采样数据进行多项保护计算，并根据保护计算的结果，控制保护动作执行机构执行保护动作。

根据采样数据计算设备当前实际频率可采用现有软件测频算法。本发明在应用时，对设备运行数据的每轮采样分别获得一个数据窗，对采样数据的校正亦按照所得到的数据窗依次持续进行，从而可跟踪设备实际频率的变化。

优选的，所述设备运行采样数据为按照预设固定频率采集的，设备在启动过程中的系统电压和电流数据；

按照预设的数据点数对采样数据进行校正，得到相应数据点数的工频校正数据。设备可以是但不局限于燃汽轮机或抽水蓄能机组等。

设备运行数据的固定采样频率设定应当使得一个周波的采样数据窗长度大于预设的数据点数，预设数据点数根据保护算法所需来设定。由于本发明不采用变数据窗算法，而通过对采样得到的数据进行校正得到指定数据点的工频校正数据用于保护算法计算，来避免电气量频率偏移导致的计算偏差，因此采样频率亦可不做是否固定的限制，只需得到大于预设数据点数的采样数据窗即可。

进一步的，本发明还包括将原始采样数据和工频校正数据分别存储至不同存储区域。不同保护计算执行模块利用数据源指针读取相应存储区域的原始采样数据或工频校正数据。

优选的，对采样数据进行校正包括：

确定校正基准数据点，记做X₀，以X₀为校正基准数据点的采样数据窗为[X₀,X₁......X_N-1]；

假设设备当前实际频率为F₁，所需的工频校正数据为M个，则工频校正数据X_j'为：

式中，目标校正采样点与实际采样点间的计算间隔Δf＝j*F₀-i*F₁，F₀为系统电流电压额定频率，F₁为系统电流电压实际频率，INT()表示对括号中的参数取整；p(F₁)为预先确定的校正数据频率补偿系数。

上述校正基准数据点可以是一个采样周期对应的原始采样数据中的任意一点，所需的工频校正数据M的个数根据保护计算中算法需要进行确定，即前述预设的数据点数，校正基准数据点的选取应当满足使得相应的采样数据窗长度大于M。

优选的，所述校正数据频率补偿系数为：

p(F₁)＝m₁*F₁+m₂

式中，频率补偿系数的比例系数m₁和截距m₂的确定方法包括：

用继电保护测试仪在交流采样通道施加电流或电压，频率为50Hz，幅值为A0；

维持施加电流或电压幅值A0不变，改变频率为F₁₁，保护装置显示幅值为A1，则有频率F₁₁下的校正数据频率补偿系数为：

维持施加电流或电压幅值A0不变，再次改变频率为F₁₂，保护装置显示幅值为A2，则有F₁₂下的小郑数据频率补偿系数为：

基于已知的A0、A1和A2，对以下方程组进行求解：

即得到参数m₁与m₂的取值。

优选的，本发明所述预设的保护计算及采样数据选取规则包括：

当设备当前实际频率小于第一频率设定值时，闭锁除低频过流保护之外的其它保护计算功能；

当设备当前实际频率大于第一频率设定值且小于第二频率设定值，或大于第三频率设定值时，采用工频校正数据进行保护计算；

当设备当前实际频率大于或等于第二频率设定值小于第三频率设定值时，采用原始采样数据进行保护计算；

所述第一频率设定值、第二频率设定值、第三频率设定值依次增大；

包括注入式定子接地保护模块、三次谐波保护模块、转子接地保护模块、频率异常保护模块和过激磁保护模块的特殊保护计算，以及低频过流保护计算，仅采用原始采样数据进行；

保护录波采用原始采样数据。

优选的，所述第一/二/三频率设定值为10Hz/49.5Hz/50.5Hz。具体取值可在相应值两侧略浮动。

本发明还公开一种适应电气设备变频特性的微机保护装置，包括：

设备运行数据获取模块，用于获取设备运行采样数据；

设备实际频率计算模块，用于根据采样数据计算设备当前实际频率；

采样数据校正模块，用于根据固定频率和设备实际频率，对采样数据进行校正，得到工频校正数据；

以及保护计算和控制输出模块，用于按照预设的保护计算及采样数据选取规则，基于工频校正数据或原始采样数据进行多项保护计算，并根据保护计算的结果，控制保护动作执行机构执行保护动作。

优选的，微机保护装置还包括数据存储模块，数据存储模块包括原始采样数据区和校正数据区；所述设备运行数据存放于原始采样数据区中，所述工频校正数据存放于校正数据区。在此基础上，各类型保护计算可采用模块化设计，原始采样数据区和校正数据区的数据分别通过数据源指针传递给各个保护计算模块，然后每个保护计算模块再根据频率的大小以及预设的采样数据选取规则进行计算数据源的切换，再进行保护计算和逻辑判断。

有益效果

本发明通过首先计算测量频率，再根据频率的大小对原始采样点进行算法校正，各保护模块可以根据电气量频率和保护模块本身的特殊需求自行选择保护计算数据源，能有效解决频率偏移带来的计算误差，正确计算电气量的正序分量和负序分量，采用本发明的频率保护和过激磁保护计算值能反应频率的变化，保护装置电气量录波能正确反映频率的变化。

附图说明

图1所示为本发明方法示意图；

图2所示为本发明方法的一种具体实施例流程示意图；

图3是抽水蓄能电站抽蓄机组SFC启动时机端三相电流录波示意图；

图4是某抽水蓄能电站抽蓄机组SFC启动时机端三相电压录波示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步描述。

实施例1

本实施例为一种适应电气设备变频特性的微机保护方法，参考图1所示包括：

获取设备运行采样数据；

根据采样数据计算设备当前实际频率；

根据设备额定频率和设备实际频率，对采样数据进行校正，得到工频校正数据；

按照预设的保护计算及采样数据选取规则，基于工频校正数据或原始采样数据进行多项保护计算，并根据保护计算的结果，控制保护动作执行机构执行保护动作。

所述设备运行采样数据为基于固定采样频率采样得到的数据，该固定采样频率可根据保护算法需要设定，以使得单个采样周期内的采样数据个数，以及校正后的工频校正数据个数能够满足保护算法所需的数据点数。根据采样数据计算设备当前实际频率可采用现有软件测频算法。

在应用时，对设备运行数据的每轮采样分别获得一个数据窗，对采样数据的校正亦按照所得到的数据窗依次持续进行，从而可得到设备实际频率的变化。

参考图2所示，本实施例具体涉及以下步骤：

步骤1、设置内存数据区分为原始采样数据区和校正数据区；

步骤2、使用固定频率采集图3和图4所示的设备系统电流电压，将每次采集到的数据窗内的采样数据存放于原始采样数据区中；

步骤3、对于得到的每个数据窗数据，分别利用现有测频算法算出系统电流电压的实际频率；

步骤4、根据系统额定频率和实际频率，采用校正算法将当前数据窗的采样数据转换为工频校正数据，并存放于校正数据区中；

在进行数据校正时，假设当前数据窗的N个采样数据点为：X₀,X₁......X_N-1，采用软件测频算法算出当前电气量频率F₁，需要校正的数据点个数为M，则：

(1)以采样点X₀作为基准数据点，不进行校正；

(2)校正后数据为：

式中：j≤M＜N,j≠0；Δf＝j*F₀-i*F₁，F₀为系统电流电压额定频率，F₁为系统电流电压实际频率，INT表示取整；

p(F₁)为校正数据频率补偿系数，p(F₁)＝m₁*F₁+m₂；

p(F₁)随着系统实际频率F₁的变化而变化；m₁、m₂通过实测得到。

上述参数m₁、m₂测量计算步骤如下：

用继电保护测试仪在交流采样通道施加电流或电压，频率为50Hz，幅值为A0；

维持施加电流或电压幅值A0不变，改变频率为F₁₁，保护装置显示幅值为A1，则有频率F₁₁下的校正数据频率补偿系数为：

维持施加电流或电压幅值A0不变，再次改变频率为F₁₂，保护装置显示幅值为A2，则有F₁₂下的小郑数据频率补偿系数为：

基于已知的A0、A1和A2，对以下方程组进行求解：

即得到参数m₁与m₂的取值。

步骤5、将算得的系统实际频率和采样数据的数据源指针传递给各个保护逻辑计算软件模块；

步骤6、每个保护计算软件模块根据实际频率的大小进行计算数据源的选择切换，再进行保护计算和逻辑判断，具体的：

(1)当频率小于10Hz时，各保护计算模块功能闭锁；

(2)、当频率大于10Hz且小于49.5Hz，或频率大于50.5Hz时，采用校正数据区数据进行保护计算；

(3)、当频率大于等于49.5Hz小于50.5Hz时，采用原始采样数据区数据进行保护计算；

(4)、一些特殊保护模块，如注入式定子接地保护模块、三次谐波保护模块、转子接地保护模块、频率异常保护模块、过激磁保护模块直接采用原始采样数据区数据进行保护计算；

(5)低频过流保护模块直接采用原始采样数据区数据进行保护计算，且系统频率小于10Hz时，保护模块不闭锁；

(6)、保护录波采用原始采样数据区的数据。

步骤7，根据保护计算和逻辑判断的结果输出保护控制信号，使得相应的保护执行机构动作，从而完成保护。

实施例2

本实施例为一种适应电气设备变频特性的微机保护装置，包括：

设备运行数据获取模块，用于基于预设的固定频率采样获取设备运行数据；

设备实际频率计算模块，用于根据采样数据计算设备当前实际频率；

采样数据校正模块，用于根据固定频率和设备实际频率，对采样数据进行校正，得到工频校正数据；

以及保护计算和控制输出模块，用于按照预设的保护计算及采样数据选取规则，基于工频校正数据或原始采样数据进行多项保护计算，并根据保护计算的结果，控制保护动作执行机构执行保护动作。

微机保护装置还包括数据存储模块，数据存储模块包括原始采样数据区和校正数据区；所述设备运行数据存放于原始采样数据区中，所述工频校正数据存放于校正数据区。在此基础上，各类型保护计算可采用模块化设计，原始采样数据区和校正数据区的数据分别通过数据源指针传递给各个保护计算模块，然后每个保护计算模块再根据频率的大小以及预设的采样数据选取规则进行计算数据源的切换，再进行保护计算和逻辑判断。

综上通过首先计算测量频率，再根据频率的大小对原始采样点进行算法校正，利用本发明各保护计算模块可以根据电气量频率和保护模块本身的特殊需求自行选择保护计算数据源，能有效解决频率偏移带来的计算误差，正确计算电气量的正序分量和负序分量，采用本发明的频率保护和过激磁保护计算值能反应频率的变化，保护装置电气量录波能正确反映频率的变化。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。