[发明专利]一种电力系统故障录波数据分析方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种分析方法，尤其设计一种电力系统故障录波数据分析方法及其装置。

背景技术

在现代电力系统中，故障录波装置所录数据为电力系统工作人员正确分析故障原因、研究反事故对策、及时处理事故、评价继电保护和自动装置动作的正确性等提供了可靠的依据。同时，根据故障录波数据还可以分析系统的故障参数、谐波含量、各电气量的变化规律、进行故障定位和系统元件参数测量等。故障录波装置作为故障分析的重要工具已在电网中得到广泛应用。随着电网日趋复杂化，故障录波数据通常包含复杂扰动成分，对数据分析的准确性提出更高要求。因此，提出一种精度高、抗干扰能力强的故障录波数据分析方法对于保护人员获取准确故障参数、准确评价继电保护和自动装置动作行为的正确性等有重要意义。

故障录波数据分析算法旨在测量能表征保护装置运行特点的电气量，一般包含录波信号基波幅值、频率和相位参数，并在此基础上实现阻抗、序量和功率分析。针对故障发生时信号中伴随的非周期分量，目前常用抑制方法包括基于傅氏算法的采样值修正法和差分法等。采样值修正法受同步采样条件约束，在非同步情况下难以获取信号整周波采样数据信息，存在滤波误差。差分法的滤波效果受衰减时间常数大小影响，当常数较小，衰减较快时，差分法难以通过相邻采样数据相减来实现较为彻底的滤波。

通常评价故障录波数据分析算法优劣的标准为测量精度和动态响应速度。电力录波装置为定采样率录取数据，频偏会引起同步采样条件不被满足，且故障信号中可能含有谐波、间谐波和噪声等干扰成分，因此一些常用的基波参数提取方法存在不足，例如，离散傅里叶变换(DFT)在非同步采样条件下存在频率泄漏和栅栏效应，且对间谐波分量较为敏感。连续小波变换(CWT)具有较好的频率特性，能克服频率偏移干扰，但小波时频域带宽与频带中心频率发生关联，较难灵活调整，不具备紧凑的频域支撑集和较短的时域计算窗长度，动态特性较差。因此，必须研究一种用于电力系统故障录波数据分析的有效方法。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的在非同步采样条件下不能有效地滤除故障信号中的非周期分量，且易受频率偏移、谐波、间谐波干扰的问题；提供一种电力系统故障录波数据分析方法，创造性地利用组合滤波算法较完备地滤除故障后信号中存在的非周期分量，再对滤波处理后的信号用时频原子变换得到在每个采样时刻的复值滤波输出即为基波分量的复值相量，并被用于进一步计算该时刻电压和电流信号基波相位、频率、幅值以及所派生的电气量。本发明具有快速的动态特性，能在固定采样率条件下准确测量故障录波数据基波幅值、频率和相位参数而不受非周期分量、谐波、间谐波和噪声干扰，且无需同步采样。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种电力系统故障录波数据分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，以系统额定频率对应的基波周期为一个计算数据窗，由一次滤波单元获取录波信号中非周期分量的幅值和衰减时间常数参数，对录波信号中的非周期分量进行重构，并将该分量从原始信号中减掉，实现对非周期分量的一次滤波处理，并分析非同步采样条件下利用此步骤方法滤除非周期分量导致的误差余项；

步骤2，由二次滤波单元对完成步骤1中滤波后的录波信号进行二次差分滤波；

步骤3，由故障录波数据获取单元获取完成步骤2的录波信号的故障录波数据基波幅值、频率和相位。

在上述的电力系统故障录波数据分析方法，其特征在于，所述的步骤1中，具体操作步骤如下：

步骤1.1，在非同步采样条件下，计算经T_s采样后的含衰减直流分量的信号s(n)的额定整周波长度数据和G′，具体计算基于公式：

其中，s(n)为经T_s采样后的含衰减直流分量的信号，n∈(-∞，+∞)，A_d为最大衰减幅值，τ为衰减时间常数，M为最高谐波次数，A_k和分别为各次分量幅值和相位，f为基波频率；对所述s(n)额定整周波长度数据求和，并赋值于参数G′，可得：

其中，f₀为系统额定频率，N＝1/(f₀T_s)，ΔG为由非同步采样和非工频整数倍周期信号分量引起的周期信号求和余项；

步骤1.2，然后由信号采样数据定义：