[发明专利]一种多层级选择性低压短路保护实验系统

摘要

本发明涉及一种多层级选择性低压短路保护实验系统。包括具有三层级且可供短路故障的实验配电系统、前端设备、多层级短路故障测控系统；所述实验配电系统包括配电实型线路、电源柜、控制柜、短路柜，实现一体化的多层级实际短路故障发生与控制、故障类型切换、线路类型切换、负载类型切换；所述多层级短路故障测控系统包括信号采集、信号滤波处理、信号分析、故障报警模块。本发明实验系统可以实现对实际多层级低压配电系统正常工作状态和各类负载不同层级部位的单相、双相、三相短路故障发生控制及其早期检测与辨识以及选择性保护，本发明可提供真实多样可靠的实验数据依据，为低压系统多层级全范围选择性协调保护技术的研究奠定技术基础。

主权项

1.一种多层级选择性低压短路保护实验系统，其特征在于：包括具有三层级且可供短路故障的实验配电系统、前端设备、多层级短路故障测控系统；所述实验配电系统，包括电源柜、配电实型线路、控制柜、短路柜，所述配电实型线路分别连接至电源柜、控制柜及短路柜；所述实验配电系统用于模拟实际低压配电系统的正常运行状态，并可发生和控制各层级不同位置的任意类型短路故障；所述前端设备包括柔性罗氏线圈、与柔性罗氏线圈连接的积分器、电压传感器；所述前端设备用于对所述实验配电系统正常运行和发生短路故障时相应支路电流及电压信号的采集，并将信号输入所述多层级短路故障测控系统；所述多层级短路故障测控系统包括Compact‑RIO嵌入式数据采集分析系统、上位机Labview图形化程序编译平台，所述上位机Labview图形化程序编译平台内部集成了包括用于实现数据采样、滤波、短路故障早期检测、向保护电器发送跳闸指令的功能程序，用于短路实验过程测控，实现各类负载不同层级部位的单相、双相、三相短路发生控制及其早期检测技术以及短路故障的选择性保护；所述上位机Labview图形化程序编译平台用于实现滤波功能的算法为形态小波滤波算法，采用不同形状或尺寸的结构元素构成具有多结构元素的广义形态开滤波器EXO，用于滤除白噪声以及正负脉冲噪声，其数学模型为：上述，公式(1)为f(n)关于g(n)的腐蚀变换模型；公式(2)为f(n)关于g(n)的膨胀变换模型，其中，f(n)是定义域为{0,1,…,N‑1}的一维原始信号序列，g(n)是定义域为{0,1,…,M‑1}的结构元素，M≤N，并定义其原点在0处；公式(3)为广义形态开滤波器EXO的数学模型，其中，f(n)是定义域为{0,1,…,N‑1}的一维原始信号序列，g₁(n)(n∈G₁)和g₂(n)(n∈G₂)分别为腐蚀运算和膨胀运算的结构元素，G₁和G₂是整数集Z的两个有限子集，且所述上位机Labview图形化程序编译平台用于实现短路故障早期检测的算法是通过小波分解结合小波包细节分解算法加以实现，其仅对经多尺度小波分解得到的第四尺度细节分量做进一步的分解，得到高阶细节分量其数学模型如下：上述，公式(4)为三次B样条分解的数学模型，其中，为输入信号，分别为第一到第三尺度小波分解得到的平滑分量，为小波分解得到的第四尺度细节分量，h_i、g_i分别为相应低通、高通滤波器的有限脉冲响应系数；公式(5)为小波包细节分解的数学模型，其中，为将进一步分解得到的平滑分量与细节分量，h_i、g_i分别为相应低通、高通滤波器的有限脉冲响应系数；所述小波包细节分解算法用于检测所述实验配电系统从正常运行到短路故障发生时刻的采样信号的突变特征量；短路故障早期检测算法通过判断当前分解得到的高阶细节分量是否超过设定的短路故障阈值来判定是否发生短路故障；若超过，判定线路上发生了短路故障，并向相应位置的保护电器发送跳闸指令。