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(zé)任公司，山西 呂梁 032205）

隨著信息技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)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(shè)施主要由電子儀表變壓器和合并單元組成。但生產(chǎn)技術(shù)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(yán)重的問題之一。

因為數(shù)據(jù)異常而導(dǎo)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(yuǎn)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(yīng)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(shè)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(dāng)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(jié)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(jié)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(shè)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(fù)載1的額定有功功率為20k W，其感性功率因數(shù)為0.8。負(fù)載1的有功功率因數(shù)為0.8。負(fù)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的安裝位置非常靠近Ⅰ，而保護B的安裝位置非常靠近Ⅱ。根據(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(shè)定值并研究瞬時過電流保護的延時特性。

從仿真結(jié)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(jié)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。