電力采集系統(tǒng)故障時刻精度的提高方法

段雨虹

摘要：在電力系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集可以對電網(wǎng)的運行狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控，還能夠在此之上對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究如何將采集數(shù)據(jù)與傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行同步，增強(qiáng)采集信息的可靠性和實時性。特別是電網(wǎng)發(fā)生故障時，故障時刻的精度直接關(guān)系到故障查找、故障分析以及故障排除等工作的開展，對在最短時間內(nèi)讓電網(wǎng)恢復(fù)正常具有十分明顯的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：電力采集;系統(tǒng)故障;精度提高

1短路對電力系統(tǒng)的危害

電力系統(tǒng)一旦發(fā)生短路，產(chǎn)生的危害是非常大的，這樣的狀況對電力系統(tǒng)的正常運行與電氣設(shè)備安全都會造成威脅。短路突然發(fā)生時，會使電源供電的阻抗減小，短路的暫態(tài)過程也會在這時出現(xiàn)，暫態(tài)過程中會使短路線路中的電流

值突然增大，并且數(shù)值是額定電流的很多倍。此時短路點距發(fā)電機(jī)電氣距離的遠(yuǎn)近也會有不同的表現(xiàn)，距離越近短路電線中的電流越大。比如短路發(fā)生在發(fā)電機(jī)的某端，通過的定子回路的電流最大的瞬間值可能會達(dá)到發(fā)電機(jī)平時額定電流的10到15倍，而此時在大容留系統(tǒng)中通過的電流可達(dá)到幾萬甚至是十幾萬安培。短路點的電弧在此時很有很可能會將電氣設(shè)備給燒壞。其次，短路電流產(chǎn)生的熱能可能會將導(dǎo)體與絕緣體給燒壞。電力系統(tǒng)在發(fā)生故障時，其時刻的精度就會產(chǎn)生紊亂的現(xiàn)象，有些人就會利用的這點漏洞進(jìn)行偷電的行為，偷電不僅會對國家的利益產(chǎn)生傷害，對于社會的公共秩序的維護(hù)也會產(chǎn)生不利的影響。所以在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，要及時發(fā)現(xiàn)問題并做出處理，爭取在第一時間將問題處理掉，避免因過長時間的停電給用電用戶的生活帶來影響。提高處理問題的效率也是為了防止一些不法分子故障過程中盜取電能，傷害人民與國家的利益。短路還會引起網(wǎng)絡(luò)中電壓降低，特別是靠近短路點處電壓下降很最多，結(jié)果可能使部分用戶的供電受到破壞?？赡芤鸩⒘羞h(yuǎn)行的發(fā)電機(jī)失去同步系統(tǒng)中發(fā)生短路相當(dāng)于改變了網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，必然引起系統(tǒng)中功率分布的變化，發(fā)電機(jī)輸出功率也相應(yīng)地變化。

2數(shù)據(jù)采集的方法對比

實現(xiàn)電力系統(tǒng)自動化的一個重要的環(huán)節(jié)就是數(shù)據(jù)采集。但是想要準(zhǔn)確并且快速的將系統(tǒng)中的各個模擬電量給采集到不是一件容易的事，這也是電力工作者實時關(guān)注的原因。采樣信號的不同將采樣方法分為兩大類，第一種是直流采樣，直流采樣是將電流信號或是交流電壓轉(zhuǎn)換為0到5伏的直流電壓，這樣的轉(zhuǎn)換方法的優(yōu)勢在于算法異常簡單且濾波也很容易獲得，但是凡事都有兩面性，直流采樣的缺點是投資較大且設(shè)備維護(hù)上操作較為復(fù)雜，在信號采集的時效性上也差，因此在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用會受到一定程度上的限制。第二種是交流采樣的方法，這種方法的的工作原理是將直流量轉(zhuǎn)化為交流電壓，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。優(yōu)勢是時效性好，相位失真小，并且相對于直流采樣所花費的錢數(shù)也少。在機(jī)器設(shè)備的維護(hù)的操作上也較為簡單方便。缺點是算法較為復(fù)雜，精度的控制上也不是很好。

3提高電力采集系統(tǒng)故障時刻精度的方法

3.1電氣傳輸特性的補(bǔ)償

3.1.1補(bǔ)償

使用電力收集系統(tǒng)對現(xiàn)實中的電網(wǎng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的整理，等時間內(nèi)取樣，每一個循環(huán)周期取樣200個點.共收集2000個周波數(shù)據(jù)。對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行周期性2維改變，把改變后矩陣用灰度圖展現(xiàn)出來，像圖1那樣。圖中：T代表收集記錄的周波數(shù)（順序排列，共2000個）：N代表每個循環(huán)周期按順序取樣的點數(shù)（順序排列，共200個）。由此可以看出等時間取樣時，同步誤差造成了顯著的相位周期“滑步”現(xiàn)象，從而影響了故障時刻的精度。

電力采集系統(tǒng)中的各種線性和非線性誤差是電氣傳輸主要特點。多重網(wǎng)格信號變壓器通過二次端輸出之后經(jīng)過濾被、取樣保持單元，然后用模擬開關(guān)轉(zhuǎn)換、模數(shù)改變、光耦合隔離岳進(jìn)行后級處理單元。系統(tǒng)中通過應(yīng)用現(xiàn)場門陣列（FPGA）一起調(diào)節(jié)多通道取樣維持電路的控制邏輯。在這個過程中還要解讀GPS秒脈沖信號當(dāng)做同步收集數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。部件的幅值誤差小于非線性導(dǎo)入相位誤差，收集系統(tǒng)電氣傳輸期間導(dǎo)入的相位誤差大多數(shù)在信號輸入變壓器上，通過濾波單元，到達(dá)輸出取樣維持電路的維持端這個固定的流程來導(dǎo)入的。收集系統(tǒng)中變壓器選擇0.1級標(biāo)準(zhǔn)部件，額定輸入時相角差小0.17°。應(yīng)用帶跟隨器閉環(huán)取樣維持電路.依據(jù)改變?nèi)泳S持電容大小來減弱維持跳變。根據(jù)檢查不同頻移范圍內(nèi)應(yīng)存的補(bǔ)償平均值，使用分段頻移補(bǔ)償?shù)霓k法來補(bǔ)償相位誤差，在分析補(bǔ)償后維持在50±0范圍內(nèi).5Hz頻移之間的相位誤差不大于0.02°。這種辦法降低了補(bǔ)償相移算法的繁雜冗長性，在確證系統(tǒng)應(yīng)用性的背景下，精度可以很高。

3.1.2故障時刻改進(jìn)結(jié)果分析

采用以上的電氣傳輸特點彌補(bǔ)，簡述單相接地故障，總結(jié)前后的故障時刻。圖2所示，規(guī)定故障時刻在17.5ms，17.590ms確定為電氣傳輸影響的故障時刻，應(yīng)用分頻移補(bǔ)償后的故障時刻在17.501ms，補(bǔ)償后的相移減小了98%左右，也就是說，相移由1.6°校正到0.02°

3.2小波變換法

小波變換在處理微弱突變信號方面具有非常明顯的性能優(yōu)勢。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，其某些參數(shù)的電氣傳輸特性會在短時間內(nèi)發(fā)生劇烈變化。小波變化可以將變化劇烈的電磁信號參數(shù)或電力系統(tǒng)某個發(fā)生劇烈變化的部分進(jìn)行特征提取和放大，進(jìn)而可以更加方便明顯的實現(xiàn)對故障時刻、故障位置的定位，這就在一定程度上提升了縮短了故障的定位時間，提升了故障時刻的暫態(tài)數(shù)據(jù)的采集速度和準(zhǔn)確性。具體實現(xiàn)中，根據(jù)實際應(yīng)用情況，針對具有代表性的電磁信號參數(shù)建立可用于對故障進(jìn)行分析和定位的距離函數(shù)，利用該函數(shù)監(jiān)測電力采集系統(tǒng)運行狀態(tài)。一旦某一位置產(chǎn)生較大的特征值或發(fā)生突變，則可以利用距離函數(shù)對故障位置進(jìn)行定位，這樣就提升了故障時刻的定位與時間精度。

4結(jié)語

電力企業(yè)作為社會經(jīng)濟(jì)運行過程中重要組成部分，直接關(guān)系著整個國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定持續(xù)增長。為全面提高電力企業(yè)的綜合效益，應(yīng)當(dāng)以成本核算作為核心內(nèi)容，積極采取有效措施對電力企業(yè)運行過程中生產(chǎn)經(jīng)營費用進(jìn)行科學(xué)化控制，在保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上，全面提高企業(yè)自身經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，推進(jìn)電力企業(yè)的發(fā)展進(jìn)步，為整個社會提供更加優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)，進(jìn)一步維護(hù)社會的穩(wěn)定和諧發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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