摘 要 變電站的數(shù)字化程度不斷加強，探究繼電保護技術(shù)在數(shù)字化變電站中的應用尤為重要。文章基于數(shù)字化變電站數(shù)據(jù)處理的基本要求，對繼電保護點檢測技術(shù)、數(shù)據(jù)處理方法及容錯技術(shù)進行論述。數(shù)據(jù)處理直接對等間隔采樣數(shù)據(jù)傅里葉變換，通過修正實測頻率對傅里葉變換的正余弦項，獲取輸入信號的真實相位及有效值。在數(shù)字化變電站中，通過網(wǎng)絡化傳輸過程層采樣值信息，并將這些信息共享，根據(jù)冗余信息能夠?qū)﹀e誤數(shù)據(jù)快速識別。研究證據(jù)的生成、選取融合信息等關(guān)鍵問題，對繼電保護技術(shù)在數(shù)字化變電站廣泛應用，對數(shù)據(jù)系統(tǒng)在線監(jiān)測和診斷意義重大。

關(guān)鍵詞 繼電保護；變電站；容錯；數(shù)字處理技術(shù)

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0115-02

在數(shù)字化變電站中，為了達到工程化的目的，遵守等角度數(shù)據(jù)采樣準則的基本要求，在數(shù)據(jù)處理時進行轉(zhuǎn)換，借鑒較為成熟的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方式及繼電保護措施。在多采樣率信號處理理論的基礎(chǔ)上，利用時域有限沖激響應濾波器方法或者數(shù)據(jù)插值方法實現(xiàn)對采樣頻率的轉(zhuǎn)換，使各個角度的采樣數(shù)據(jù)與各通道數(shù)據(jù)同步。這種數(shù)據(jù)處理技術(shù)對原始采樣值序列進行復雜的計算處理，工作量較大，并且會帶來濾波器延時以及量化誤差。針對目前數(shù)字化變電站運營狀況，探究如何將繼電保護技術(shù)應用于當前數(shù)字化變電站中，建設(shè)繼電保護點檢系統(tǒng)，不斷優(yōu)化容錯方案，采取合理的數(shù)據(jù)處理方法，對電力系統(tǒng)的安全高效運營有重要意義。

1 繼電保護點檢測

數(shù)字化變電站中，為了更好地進行繼電保護，就要在其中建立繼電保護點檢測體系。將數(shù)字化變電站二次電氣設(shè)備的技術(shù)措施優(yōu)化管理作為核心任務，通過供電系統(tǒng)中二次電氣設(shè)備點檢測，對數(shù)字化的變電站進行繼電保護系統(tǒng)建設(shè)，對主要業(yè)務信息進行有序管理，達到對二次電氣設(shè)備參數(shù)和電力系統(tǒng)運行業(yè)務數(shù)據(jù)的全方位實時監(jiān)管、信息共享。點檢測系統(tǒng)通過標準化、專業(yè)化的設(shè)計，完成對電氣設(shè)備繼電保護的信息化管理；構(gòu)建基于二次電氣設(shè)備數(shù)據(jù)的綜合業(yè)務數(shù)據(jù)點檢測、分析平臺，加強繼電保護技術(shù)在數(shù)字化變電站中的應用，為電力局點設(shè)備校驗、檢修以及技術(shù)改造等提供客觀的運行依據(jù)，為進一步提高工作效率和運營服務質(zhì)量，最大程度地滿足電力發(fā)展的需求，確保電力變電運行的安全性。

建立二次電氣設(shè)備點檢標準化分析平臺，完成對電氣設(shè)備的可靠性評價，為點檢測定修管理及狀態(tài)檢修提供可靠依據(jù)。電氣設(shè)備點檢測定修管理主要包括如下幾個方面：設(shè)備部件參數(shù)、設(shè)備本身的參數(shù)信息以及設(shè)備投運、檢驗、使用、更換等信息的跟蹤記錄；保護工作電子化，對繼電保護數(shù)據(jù)進行記錄與分析，進行可靠性分析，為設(shè)備的現(xiàn)場校驗、技術(shù)改造等提供客觀運行依據(jù)。

將繼電保護專業(yè)點檢測定修及高級分析系統(tǒng)應用于數(shù)字化變電站中，該系統(tǒng)以電氣設(shè)備信息為基礎(chǔ)，依托流程平臺為，以檢修過程管理為出發(fā)點，建立標準化信息服務體系，實現(xiàn)管理標準化，對檢修知識不斷積累和復用。點檢測系統(tǒng)整體框架如圖1。

圖1 點檢測系統(tǒng)框圖

點檢測工作人員通過點檢測儀將定點任務下載到移動設(shè)備上，并攜帶至現(xiàn)場完成點檢作業(yè)任務，首先對標識設(shè)備地點的條形碼進行掃描，驗證通過后，點檢項目將在系統(tǒng)中自動顯示，按照點檢項目的顯示順序登記項目運行狀況，正?；蛘弋惓?，并將備注說明在表格中填寫；點檢測任務完成后將數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)中。系統(tǒng)中相應管理模塊對點檢測計劃自動編制，同時自動生成點檢項目，幾秒鐘時間就能夠?qū)⑸锨€點檢項目下載到點檢儀，使點檢測計劃以及項目編制時間大大縮短，實現(xiàn)作業(yè)任務無紙化辦公，能夠方便地將測量數(shù)據(jù)錄入到系統(tǒng)中，使工作效率大大提高，管理成本降低。

2 繼電保護容錯技術(shù)

在數(shù)字化變電站中，冗余數(shù)據(jù)信息能夠較為方便、快捷地獲取到，當繼電保護數(shù)據(jù)失真發(fā)生時，冗余數(shù)據(jù)信息為解決容錯問題提供了新的處理方法。現(xiàn)代網(wǎng)絡傳輸與數(shù)據(jù)處理技術(shù)在數(shù)字化變電站的過程層廣泛應用，繼電保護數(shù)據(jù)能夠以固定格式通過公共網(wǎng)絡進行傳輸，從而做到快速識別錯誤數(shù)據(jù)、防止繼電保護不正確動作的發(fā)生。

探究表達、推理及綜合判斷冗余數(shù)據(jù)信息的妥當方法，是利用這些信息辨識錯誤數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。以證據(jù)理論為基礎(chǔ)，融合多源互感器數(shù)據(jù)，防止繼電保護錯誤動作的容錯方法。

證據(jù)理論的基本假設(shè)主要包括：設(shè)識別框架θ包含所需識別或判斷的全部對象，其元素彼此相斥，且有函數(shù)，滿足條件：

（1）

融合相容證據(jù)：

（2）

其中，m（A）表示經(jīng)n個證據(jù)合成后對命題A的支持程度。當證據(jù)間沒有沖突時，利用式（2）合成結(jié)果使得對相同命題的支持程度增大。

融合沖突證據(jù)：

（3）

其中，λi為各個證據(jù)的權(quán)重。

從多源互感器獲取到數(shù)據(jù)信息后，通過繼電保護設(shè)備對這些數(shù)據(jù)信息進行融合，輸出結(jié)果與保護算法共同構(gòu)成“與門出口”，只有在信息融合及繼電保護算法的輸出結(jié)果都判定系統(tǒng)發(fā)生故障時，保護才可以進行動作。繼電保護容錯方法的原理結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 繼電保護容錯原理

在數(shù)字化變電站中，繼電保護容錯方法將在兩種情況下呈現(xiàn)不同的工作狀態(tài)：①保護對象是否處于故障狀態(tài)；②互感器是否產(chǎn)生錯誤數(shù)據(jù)。當信息融合處于不啟動狀態(tài)時，無論故障是否存在，只要沒有錯誤采樣值，信息融合算法將一直保持處于不啟動狀態(tài)，并持續(xù)保持保護出口處于開放狀態(tài)，是否進行跳閘，將由保護算法單獨判斷。當存在錯誤數(shù)據(jù)、信息融合處于保護啟動狀態(tài)，且判斷結(jié)果為閉鎖出口時，根據(jù)數(shù)據(jù)融合結(jié)果能夠準確判斷出系統(tǒng)處于無故障狀態(tài)，將閉鎖跳閘出口，避免保護誤動。當真實故障與錯誤數(shù)據(jù)并存時，信息融合結(jié)果將認定系統(tǒng)處于故障狀態(tài)，開放保護出口。

3 繼電保護數(shù)據(jù)處理技術(shù)

在數(shù)字化變電站中，數(shù)據(jù)采集、傳輸模式都與常規(guī)變電站有較大區(qū)別，當電力系統(tǒng)與額定頻率不相當時，在這一點上不符合標準的等角度采樣，離散傅立葉變換的直接使用將導致頻譜泄漏，計算誤差太大。完成采樣率轉(zhuǎn)換，提取算法提取法，頻率采樣序列對應的原始序列的頻譜擴展。endprint

圖3 數(shù)字化變電站與常規(guī)變電站中的數(shù)據(jù)流對比

等間隔采樣時，在信號頻率不等于額定頻率的情況下對傅里葉算法修正。對只含基波分量的電壓信號，，則

（4）

其中，為電壓信號振幅；為初相；為信號實際頻率，與額定頻率不一定相等；為正弦振幅；為余弦振幅。

在微機處理時，根據(jù)傅里葉級數(shù)原理，可按下式求得正弦及余弦振幅為：

（5）

其中，為第k次的采樣值；N為一個周期內(nèi)的采樣點數(shù)。

當時，

（6）

當頻率與額定值不相當時，利用傅里葉算法求得的正余弦項振幅式與真實值有差別。振幅誤差為：

（7）

相位誤差為：

（8）

4 總結(jié)

電力設(shè)備技術(shù)管理精細化水平的不斷提高，需要構(gòu)建基于繼電保護設(shè)備數(shù)據(jù)的綜合分析平臺，繼電保護點檢系統(tǒng)，能為設(shè)備的選型、校驗、檢修、技術(shù)改造等提供客觀依據(jù)。針對數(shù)字化變電站中采樣值數(shù)據(jù)出錯可能導致保護誤動的問題，本文所提方法可實現(xiàn)全數(shù)字式繼電保護的容錯控制，對數(shù)字化變電站中的繼電保護防誤設(shè)計具有一定的參考價值。

參考文獻

[1]朱承治，郭創(chuàng)新，孫旻，等.基于改進證據(jù)推理的變壓器狀態(tài)評估研究[J].高電壓技術(shù)，2008，34（11）：2332-2337.

[2]蘇永春，辛建波，竇曉波.數(shù)字化變電站保護與視頻系統(tǒng)聯(lián)動控制方案[J].中國電力，2010（04）：33-37.

[3]鄧勇，施文康，朱振福.一種有效處理沖突證據(jù)的組合方法[J].紅外與毫米波學報，2004，23（1）：27-32.

[4]黃輝，舒乃秋，李自品，等.基于信息融合技術(shù)的電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定評估[J].中國電機工程學報，2007，27（16）：19-23.

[5]李仲青，周澤昕，黃毅，等.數(shù)字化變電站繼電保護適應性研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011（05）：210-215.

[6]張兵，盧煥章.多傳感器自動目標識別中的沖突證據(jù)組合方法[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2006，28（6）：857-860.

作者簡介

于慶武，男，北京人，廣電總局中央廣播電視塔高級工程師。endprint

圖3 數(shù)字化變電站與常規(guī)變電站中的數(shù)據(jù)流對比

等間隔采樣時，在信號頻率不等于額定頻率的情況下對傅里葉算法修正。對只含基波分量的電壓信號，，則

（4）

其中，為電壓信號振幅；為初相；為信號實際頻率，與額定頻率不一定相等；為正弦振幅；為余弦振幅。

在微機處理時，根據(jù)傅里葉級數(shù)原理，可按下式求得正弦及余弦振幅為：

（5）

其中，為第k次的采樣值；N為一個周期內(nèi)的采樣點數(shù)。

當時，

（6）

當頻率與額定值不相當時，利用傅里葉算法求得的正余弦項振幅式與真實值有差別。振幅誤差為：

（7）

相位誤差為：

（8）

4 總結(jié)

電力設(shè)備技術(shù)管理精細化水平的不斷提高，需要構(gòu)建基于繼電保護設(shè)備數(shù)據(jù)的綜合分析平臺，繼電保護點檢系統(tǒng)，能為設(shè)備的選型、校驗、檢修、技術(shù)改造等提供客觀依據(jù)。針對數(shù)字化變電站中采樣值數(shù)據(jù)出錯可能導致保護誤動的問題，本文所提方法可實現(xiàn)全數(shù)字式繼電保護的容錯控制，對數(shù)字化變電站中的繼電保護防誤設(shè)計具有一定的參考價值。

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[5]李仲青，周澤昕，黃毅，等.數(shù)字化變電站繼電保護適應性研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011（05）：210-215.

[6]張兵，盧煥章.多傳感器自動目標識別中的沖突證據(jù)組合方法[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2006，28（6）：857-860.

作者簡介

于慶武，男，北京人，廣電總局中央廣播電視塔高級工程師。endprint

圖3 數(shù)字化變電站與常規(guī)變電站中的數(shù)據(jù)流對比

等間隔采樣時，在信號頻率不等于額定頻率的情況下對傅里葉算法修正。對只含基波分量的電壓信號，，則

（4）

其中，為電壓信號振幅；為初相；為信號實際頻率，與額定頻率不一定相等；為正弦振幅；為余弦振幅。

在微機處理時，根據(jù)傅里葉級數(shù)原理，可按下式求得正弦及余弦振幅為：

（5）

其中，為第k次的采樣值；N為一個周期內(nèi)的采樣點數(shù)。

當時，

（6）

當頻率與額定值不相當時，利用傅里葉算法求得的正余弦項振幅式與真實值有差別。振幅誤差為：

（7）

相位誤差為：

（8）

4 總結(jié)

電力設(shè)備技術(shù)管理精細化水平的不斷提高，需要構(gòu)建基于繼電保護設(shè)備數(shù)據(jù)的綜合分析平臺，繼電保護點檢系統(tǒng)，能為設(shè)備的選型、校驗、檢修、技術(shù)改造等提供客觀依據(jù)。針對數(shù)字化變電站中采樣值數(shù)據(jù)出錯可能導致保護誤動的問題，本文所提方法可實現(xiàn)全數(shù)字式繼電保護的容錯控制，對數(shù)字化變電站中的繼電保護防誤設(shè)計具有一定的參考價值。

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[6]張兵，盧煥章.多傳感器自動目標識別中的沖突證據(jù)組合方法[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2006，28（6）：857-860.

作者簡介

于慶武，男，北京人，廣電總局中央廣播電視塔高級工程師。endprint