異常數(shù)據(jù)對繼電保護影響的仿真實驗分析

郝俊偉

（山西杏花村汾酒集團有限責任公司，山西 呂梁 032205）

隨著信息技術、通信技術和計算機技術的快速發(fā)展，智能變電站也得到了快速發(fā)展。智能變電站中的信號采集設施主要由電子儀表變壓器和合并單元組成。但生產(chǎn)技術的不成熟給電子儀表變壓器的使用帶來了一些問題，其中異常數(shù)據(jù)是最嚴重的問題之一。

因為數(shù)據(jù)異常而導致的事故報告很多。如何降低異常數(shù)據(jù)的影響是一個非常重要的研究方向，文獻［1－2］中都有討論。文獻［3］對如何檢測異常數(shù)據(jù)給出了一些方法，但對異常數(shù)據(jù)的影響缺乏研究。本文在深入研究了異常數(shù)據(jù)的特性和智能變電站的特點后，定義了五個參數(shù)來描述異常數(shù)據(jù)的影響，并且研究了異常數(shù)據(jù)對傅里葉算法和繼電保護的影響。

1 異常數(shù)據(jù)的特征和影響

1.1 異常數(shù)據(jù)的特征

異常數(shù)據(jù)是并不屬于特定族群的數(shù)據(jù)點，是與其它數(shù)值相距甚遠的異常數(shù)據(jù)。異常數(shù)據(jù)的特征可以用均勻度、相位、誤差值、替代度和持續(xù)時間等五個參數(shù)來描述（如圖1）。

圖1 異常數(shù)據(jù)特征圖

均勻度描述的是相鄰兩個異常數(shù)據(jù)之間的差距。均勻度越高，異常數(shù)據(jù)對繼電保護系統(tǒng)的影響越大。

相位描述異常數(shù)據(jù)的相位和位置。如果異常數(shù)據(jù)發(fā)生在信號的峰值，則影響最大；如果發(fā)生在零交叉點，則影響最小；在其他位置上，則影響處于中間位置。誤差值描述的是異常值與正常值之間的差異。誤差值越大，影響越大。替代度是指一對相鄰的異常數(shù)據(jù)值的不同符號的角度差，替代度越大影響越大，替代度越小影響越小。持續(xù)時間描述異常數(shù)據(jù)持續(xù)的時間，持續(xù)時間越長影響越大。

1.2 異常數(shù)據(jù)對傅里葉算法的影響

傅里葉算法在繼電保護中得到了廣泛的應用，因為它具有速度快、實現(xiàn)簡單、可靠性高等優(yōu)點，而且它可以分離不同的頻率成分。本文分析了異常數(shù)據(jù)對傅里葉算法的影響。假設對于正弦信號，每個周期有N個采樣點，正弦信號的幅值為A，異常數(shù)據(jù)到峰值的距離為M。xN［i］是正弦信號的第ith個采樣值，異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)在第n個點，其值等于x′N［n］。原始基波振幅的表達式為：

帶有異常數(shù)據(jù)的基波振幅的表達式為：

因此，異常數(shù)據(jù)信號幅度的誤差為

從式（6）可以看出，當s變大而M變小時，信號幅度的誤差變大。由此可以合理地得出結論：異常數(shù)據(jù)的誤差值越大，異常點越靠近峰值，則異常數(shù)據(jù)對通過傅里葉算法計算的結果的影響就越大。

2 異常數(shù)據(jù)對繼電保護的影響

2.1 異常數(shù)據(jù)對距離保護的影響

為了測試異常數(shù)據(jù)對距離保護的影響，建立了如圖2所示的仿真模型。

圖2 異常數(shù)據(jù)對距離保護影響的仿真模型圖

在仿真模型中，L1的長度為20km，L2的長度為15km。L1上的電流在40A至50A之間變化，L3上的電流在35A至40A之間變化。L1上的最小保護分支系數(shù)等于1.7。根據(jù)距離保護理論，通過等式（7）和等式（8）來計算保護的設定值。

2.2 異常數(shù)據(jù)對過電流保護的影響

為了測試異常數(shù)據(jù)對過電流保護的影響，本文也建立了仿真模型，如圖3所示。

圖3 異常數(shù)據(jù)對過電流保護影響的仿真模型圖

1號線的長度為20k m。S1的相間均方根電壓為35k V。S2的相間均方根電壓為10k V。負載1的額定有功功率為20k W，其感性功率因數(shù)為0.8。負載1的有功功率因數(shù)為0.8。負載2的額定有功功率為15k W，其感性功率因數(shù)為0.6。Ⅰ和Ⅱ是系統(tǒng)的兩個母線。保護A的安裝位置非?？拷瘢ＷoB的安裝位置非?？拷颉８鶕?jù)過電流保護的原理，通過等式（10）和等式（11）計算瞬時過電流保護的設定值并研究瞬時過電流保護的延時特性。

從仿真結果可以看出，過電流保護有可能在線路無故障的情況下啟動，因為計算出的電流幅值被異常數(shù)據(jù)放大了，這是對電力系統(tǒng)安全運行的巨大威脅。本文還發(fā)現(xiàn)，在某些情況下，瞬時過電流保護的開啟會替代延時瞬時過電流保護的開啟，但這對電力系統(tǒng)安全性的影響不大。

3 結論

異常數(shù)據(jù)是對電力系統(tǒng)安全的巨大威脅，它可以增大傅里葉算法計算出的幅值，影響繼電保護系統(tǒng)的正常運行，從而擴大故障的影響范圍。因此，對異常數(shù)據(jù)進行檢測并消除其影響是研究人員迫切需要解決的問題。