基于采樣序列絕對值偏態分布的變壓器勵磁涌流鑒別方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及變壓器繼電保護技術領域，具體涉及一種基于采樣序列絕對值偏態分 布的變壓器勵磁涌流鑒別方法。
【背景技術】
[0002] 變壓器是電力系統中十分重要的電氣設備，電網中的電力變壓器往往容量巨大， 造價昂貴，必須由繼電保護裝置保證其安全、可靠運行。縱聯差動保護靈敏度高，選擇性好， 工程中常作為變壓器的主保護。但是，變壓器的縱聯差動保護需要避開流過差動回路的不 平衡電流。
[0003] 當變壓器空載投入或外部故障切除后電壓恢復時，差動回路中可能出現數值很大 的勵磁涌流。某些情況下，勵磁涌流的大小甚至可與故障電流相比擬，變壓器縱聯差動保護 難以通過比率制動避開此電流，保護將誤動作。因此，正確鑒別勵磁涌流，對縱聯差動保護 進行準確制動是保證變壓器保護可靠動作的關鍵之一。
[0004] 工程中主要利用二次諧波判據制動、間斷角閉鎖原理來防止勵磁涌流造成差動保 護誤動作。但是，隨著電力系統快速發展，長距離高壓輸電線路串補電容和各種新型無功補 償裝置廣泛存在，當發生嚴重內部故障時，諧振可能使故障電流中的二次諧波含量顯著增 大，容易導致二次諧波制動裝置阻止差動保護的正確動作；現代變壓器鐵心材料的磁飽和 點已大幅降低，勵磁涌流的二次諧波分量最少僅為7 %，此時，二次諧波判據將難以有效閉 鎖差動保護。此外，變壓器鐵芯材料不斷改進，新型電力電子裝置大量接入，也會使特定情 況下的勵磁涌流波形間斷角變得很小，嚴重影響了間斷角閉鎖方法的可靠性。
[0005] 針對上述問題，專家、學者們進行了廣泛的研究，并提出了許多新型的勵磁涌流鑒 別方法。但是，這些方法種類繁多，性能各異，理論上還不夠完善，性能上有待實踐檢驗。例 如，電感參數識別法、磁通特性法等，原理清晰，效果優良，但需獲取電壓信息，使保護硬件 配置復雜，且容易受電壓互感器飽和或二次回路斷線影響而退出運行；小波分析法、波形分 布特征法等，僅依據電流波形信息即可正確區分勵磁涌流與故障電流，但對采樣率要求高， 對數據的處理過程復雜，不利于現場裝置實現；積分面積比較法辨識勵磁涌流，擁有計算簡 單、不受高次諧波影響的優點，但需測算變壓器投入時刻，且投入時刻的計算誤差容易導致 方法失效。
[0006] 事實上，變壓器勵磁涌流與非勵磁涌流的采樣數據取絕對值后，其數值分布存在 很大差異：
[0007] (1)變壓器的非勵磁涌流（內部故障電流、外部故障電流、負荷電流等）為正弦信 號或準正弦信號，其導數為余弦函數，所以，在波峰處其導數為零，在過零點處其導數達到 最大，并且導數隨信號波形緩慢變化。不難發現，正弦曲線波峰附近，導數較小，采樣點分布 也較為稠密；而正弦曲線過零點附近，導數較大，采樣點分布較為稀疏。如圖2(a)所示，正 弦（或準正弦）電流信號波形采樣數據取絕對值后，其數值分布稠密區位于數值分布稀疏 區的上方，呈負偏態。對變壓器差動電流進行以指定的采樣頻率進行采樣，取1個工頻周期 (即0. 02秒）內的采樣數據進行分析、處理，根據偏態分布系數計算公式計算的偏態分布系 數小于0。
[0008] ⑵勵磁涌流波形有多種顯著特征，都影響著采樣點的分布。間斷角特征將使采樣 點數據在間斷角處分布十分稠密；涌流波形也往往偏向時間軸的一側，使波形在靠近時間 軸處變化緩慢，形成了另一個采樣點稠密分布區。此外，涌流具有尖頂波特征，雖然在波峰 處導數也為零，但因其為尖頂波，導數急劇變化，采樣點也會較為稀疏；從機理方面也可以 得到印證，因為涌流尖頂波歸根到底是由正弦信號經非線性勵磁曲線傳導而來的，而勵磁 曲線過拐點后斜率變得很小，形成涌流的尖頂波，所以涌流尖頂波處采樣點可看作正弦信 號采樣點的分散（或稀釋），涌流信號在尖頂波處采樣點分布自然比較稀疏。如圖2(b)所 示，變壓器勵磁涌流信號波形采樣數據取絕對值后，其數值分布稠密區位于數值分布稀疏 區的下方，呈正偏態。取差動電流1個工頻周期內的采樣數據進行分析、處理，根據偏態分 布系數計算公式計算的偏態分布系數大于0。
[0009] 總之，變壓器勵磁涌流和非勵磁涌流的采樣數據絕對值的偏態分布系數分別大于 和小于零，差異顯著，可以利用差動電流采樣數據絕對值的偏態分布系數的符號來鑒別勵 磁涌流與非勵磁涌流（故障電流等）。
[0010] 基于上述原理，本專利提出基于采樣序列絕對值偏態分布的變壓器勵磁涌流鑒別 方法，采用該方法能夠有效鑒別變壓器勵磁涌流與其它電流，保證變壓器差動保護的可靠 性。

【發明內容】

[0011] 本發明的目的在于：針對現有技術的缺點與不足，提供一種判據清晰，區分明顯、 鑒別正確率高、可靠性強、對裝置的硬件要求低，不需要人為整定值，實現方便的基于采樣 序列絕對值偏態分布的變壓器勵磁涌流鑒別方法。
[0012] 本發明通過以下技術方案實現：
[0013] -種基于采樣序列絕對值偏態分布的變壓器勵磁涌流鑒別方法，包括以下步驟：
[0014] 步驟1 :以設定的采樣頻率fs= 50N赫茲（N為正整數）對變壓器差動保護的差動 電流x(t)進行采樣，得到差動電流的采樣值序列{x(i)}，i為正整數；
[0015] 步驟2 :對差動電流的米樣值序列{x (i)}進行差分運算，得到差動電流的米樣值 差分序列{y(i)}，i為正整數；
[0016] 步驟3 :對差動電流的采樣值差分序列{y(i)}的各元素取絕對值，形成樣本數據 序列lz(i)}，i為正整數；
[0017] 步驟4 :計算樣本數據序列{z (i)}的最新N個元素的偏態分布系數S ;
[0018] 步驟5 :如果所計算的樣本數據序列{z (i)}的最新N個元素的偏態分布系數S大 于〇,則判定當前變壓器差動保護的差動電流是勵磁涌流；否則，判定當前變壓器差動保護 的差動電流不是勵磁涌流。
[0019] 優選地，所述步驟1中N為一個工頻周期內差動電流的采樣點數，N取大于等于 24、小于等于100的整數值。
[0020] 優選地，所述步驟2中的差動電流的采樣值差分序列{y(i)}由式（1)計算獲得：
[0021] y ⑴=X ⑴-X (i_b) (1)
[0022] 式⑴中，i為正整數；y⑴為差動電流的采樣值差分序列{y(i)}的第i個元素； b = [N/4]，其中□為取整符號；x(i)、x(i-b)分別為差動電流的采樣值序列{x(i)}的第 i個元素和第i-b個元素。
[0023] 優選地，所述步驟4中樣本數據序列{z (i)}的最新N個元素的偏態分布系數S根 據式（2)進行計算：
[0025] 式（2)中，S表示樣本數據序列|z(i)}的最新N個元素的偏態分布系數；k表示 樣本數據序列Iz(i)}中最新一個元素的序號；z(i)表示樣本數據序列Iz(i)}的第i個元 素；F表示樣本數據序列Iz(i)}的最新N個元素的平均值，f的計算公式如式（3)所示：
[0027] 式（3)中，I表示樣本數據序列|z(i)}的最新N個元素的平均值；k表示樣本數 據序列Iz(i)}中最新一個元素的序號；z(i)表示樣本數據序列Iz(i)}的第i個元素。
[0028] 本發明基于采樣序列絕對值偏態分布的變壓器勵磁涌流鑒別方法具有下述優 占.
[0029] (1)發明依據變壓器差動電流的采樣數據的數值分布特征，利用差動電流波形在 變壓器勵磁涌流狀態與內部故障狀態下采樣序列絕對值偏態分布系數的不同來鑒別勵磁 涌流。在變壓器內部故障情況下，差動電流波形為正弦波或準正弦波，其采樣序列絕對值偏 態分布系數的值為負；變壓器發生勵磁涌流時，其差動電流波形明顯偏離正弦波，呈現出偏 向時間軸一側、間斷角、尖頂波等特點，其采樣序列絕對值偏態分布系數的值為正。本發明 利用這一原理鑒別變壓器勵磁涌流與內部故障電流，判據清晰，區分明顯，鑒別正確率高、 可靠性高。
[0030] (2)發明針對變壓器差動電流的采樣值序列，并不刻意限定所提取數據的起始時 亥IJ，不需要同步采樣，只提取最新的連續一個工頻周波的差動電流采樣值進行數據處理，因 此勵磁涌流鑒別時間為1個工頻周期（即20毫秒），判斷時間短、實時性好，有利于變壓器 保護的快速性，工程實用價值高。
[0031] (3)本發明對繼電保護裝置的AD轉換器分辨率和采樣頻率的要求都不高；勵磁涌 流鑒別過程計算量小，所需存儲量也較小。因此，實施本發明方法對硬件裝置要求低，簡單 實用，便于微機保護裝置的實現。
【附圖說明】
[0032] 圖1為本發明實施例方法的基本流程示意圖。
[0033] 圖2(a)與圖2(b)分別為本發明方法中勵磁涌流與正弦電流采樣數值分布聚集區 域分析圖。
[0034] 圖3為本發明實施例1中所搭建的仿真模型。
[0035] 圖4(a)與圖4(b)分別為本發明實施例1中所仿真的勵磁涌流波形圖與其采樣序 列絕對值偏態分布系數變化圖。