浅析电力采集系统故障时刻精度的改进 改.doc

浅析电力采集系统故障时刻精度的改进 0 引言 电力线载波是电力系统特有的、基本的通信方式，电力线载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。目前采集数据的同步精度很大程度依赖于全定位系统（GPS）时钟同步精度，忽视来自不同厂家、采用不同器件以及设置不同采样频率的同步采集设备本身的精度，导致了很难保证故障时刻的同步精度满足实际的应用需求。本文基于这一背景分析了电力采集系统故障时刻精度的改进，这一研究对于降低电力系统的故障具有一定的意义。 1影响因素 电力采集系统数据记录过程中，故障数据以暂态数据交换通用格式(comtrade)记录．故障时刻之前为稳态数据，故障时刻之后为暂态数据。若不考虑不同故障类型对采样系统特性的影响以及GPS同步精度，采样系统电气传输特性引入相移与采样频率为影响原始记录数据的故障时刻精度的主要因素。这里主要提出了采集系统电气传输特性与采样频率对故障时刻同步精度的影响及其精度的改进方法， 2 电气传输特性的补偿 2.1补偿 采用电力采集系统对实际电网进行稳态数据采集，等间隔采样，每周期采样200个点．共采集2000个周波数据。对采样数据进行周期性2维转换，对转换后矩阵采用灰度图表示，如图I所示。图中：T为采集记录的周波数（顺序排列，共2000个)：N为每周波依次采样的点数（顺序排列，共200个）。可见等间隔采样中，同步误差导致了明显的相位周期“滑步”现象，进而影响了故障时刻的精度。 电气传输特性指的是电力采集系统中存在的各种线性与非线性误差。多路电网信号经互感器二次端输出后经滤被、采样保持单元，后经模拟开关切换、模数转换、光耦隔离岳进入后级信号处理单元。系统中一般采用现场门阵列（FPGA)同步控制多通道采样保持电路的控制逻辑．同时解析GPS秒脉冲信号作为同步采集数据的时标。器件非线性引入相位误差大于幅值误差，采集系统电气传输过程中引入的相位误差主要在信号输入互感器，经滤波单元，至输出采样保持电路的保持端这一过程中引入的。采集系统中互感器选取0.1级标准器件，额定输入时相角差小0.17°。采用带跟随器闭环采样保持电路．通过调整采样保持电容大小来减小保持跳变。通过查询不同频移范围内预存的补偿均值，采用分段频移补偿的方法补偿相位误差，通过分析补偿后在50±0．5Hz频移范围内相位误差小于0.02°。该方法简化了补偿相移算法的复杂性，在保证系统实时性的前提下，可达到较高的精度。 2.2 故障时刻改进结果分析 应用上述电气传输特性补偿，分析单相接地故障，对补偿前后的故障时刻进行分析。图2所示，设置故障时刻在17.5ms，电气传输影响的故障时刻后17.590ms，应用分频移补偿后的故障时刻为17.501ms，补偿后的相移减小了约98％，即相移由1．6°校正到0．02°以内。 3 小波变换的应用 3.1 概述 小波变换的定义：把某一称为基本小波的函数做位移ba下与待分析信号x(t)做内积： 式中：a为尺度因子，b为平移因子， 代表ψ的共轭。特点：一是“小”，即在时域都具有紧支集或近似紧支集；二是正负交替的“波动性”，也即直流分量为零。优点 ：小波分析方法是一种时间和频率窗口大小(即窗口面积)固定但其形状可改变的时频局域化分析方法，即在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率，在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率，所以被誉为“数学显微镜。正是这种特性，使小波变换具有对信号的自适应性。 当电力系统受到大扰动时，表征系统运行状态的各种电磁信号参数均会发生急剧变化和振荡。小波分析具有捕捉和处理微弱突变信号的能力。运用他的局部细化与放大的特性，能辨别和追踪系统中各个变量的微弱突变，进而精确地推断出引起突变的局部故障时间和地点，从而提高电力系统暂态稳定预测的实时性和准确性。 3.2故障时刻改进结果分析 设置故障时刻为17．5ms，分别设置不同采样频率，采用db4(1尺度)小波变换基分析故障时刻相位精度，多次测量获得不同采样频率下最小与最大故障时刻的定位误差。基于相位状态估计与系统处理能力短时提高采样频率(2kHz以上)，并结合对电气传输引入相移的校正，获得提高后的故障时刻定位精度(相对1kHz)如表1所示。 表1 故障时刻定位精度的改进 采用小波变换提取的故障时刻导致约0．5ms的误差，电气传输引入误差经补偿后可减小0．09ms的误差，若短时采样频率提高至20kHz，相对1kHz采样记录的故障时刻最大可减小约1ms的误差。配置短时采样频率越高，采集记录故障时刻的精度越高，从而可为双端故障测距精度与继电保护控制提供有效的保障。