专利名称：一种短路故障电流模型及基于此模型的电流零点预测算法的制作方法
技术领域：
本发明属于电力高压开关领域，涉及一种短路故障电流模型及基于此模型的电流零点预测算法。
背景技术：
在电力系统运行过程中，时常会发生故障，如短路故障。当这类故障发生时，线路上的断路器需要立即分断电路以保护连接在系统上的其它设备。高压交流断路器开断过程中会产生电�。钡缌鞴闱掖ネ房嘧愎皇保缁∠�。在电流开断过程中，断路器的开触头承受很高的电弧热压力和绝缘强度压力，为了保证短路故障电流的成功开断，要求触头在电流过零点前有一个最小的开距。这个开距对应电流在电流零点成功开断前的最小燃弧时间。而过长的燃弧时间会给灭弧室注入大量热量，使触头烧蚀严重，减少断路器的寿命，因此预计短路故障电流的行为并在系统响应时间内快速预测电流零点，选择最佳燃弧时间开断电流，实现短路故障电流的选相开断 (controlled faultinterruption，CFI)具有重要意义。短路故障电流选相开断(CFI)比稳态电力系统中的负载相控投切困难。这是由短路故障电流的暂态特性决定的，表现为非周期性，而它使电流零点难以预测。
图1描述了短路故障的开断过程，在一般的非选相分断过程中(non-CFI)，短路故障在、时刻发生，保护系统经过一段响应时间tPTOT后(继电保护系统完成故障检测和处理需要的时间)，在、时刻发出分闸命令，经过断路器的固有分闸时间t。B ^pen后触头分离，再经过一段燃弧时间tAKC DIKECT后在电流零点处熄�。瓿煽瞎�。选相开断(CFI)的过程则是在短路故障发生后，找到一个目标电流零点T，在特定的时刻、给出断路器分闸命令， 使得断路器触头在t3时刻分离后，经过最佳燃弧时间tTAKeETAK，在目标电流零点处熄�。瓿煽瞎�。可见要完成选相开断的任务，首先要预测目标电流零点。在近年来的短路故障电流选相开断(CFI)方案中，通常用于预测电流的故障电流模型如下，I (t) = X1 · sin ω t+X2 · cos ω t+X3 · exp (_t/ τ ) (1)其中t为时间，ω为电源角频率，τ为电路时间常数，I(t)为电流，X1J2J3为三个待定参数。P舰i/提出了“安全点算法”预测短路电流过零点(Poltl A，FrOhlich K. A newalgorithm enabling controlled short circuit interruption[J]. IEEE Trans. Power Delivery, July2003, Vol. 18(3) :802-808.)。该算法定义了三类安全点，针对不同的故障类型，使用不同的安全点替代过零点作为选相开断的目标相位，并因此提出了一种快速识别短路故障类型的算法。但是，由于所用的电流模型过于简单，将直流衰减分量作为常数处理，算法的精度不高。文献(Thomas R. An adaptive self-checkingalgorithm for control led fault interruption. International Conference on Power SystemsTransients, Montreal, Canada, June 19-23,2005, No. IPST05-011)提出了基于自适应神经元的短路电流参数提取算法；并使用加权递归最小均方根算法辨识短路电流参数。以上算法都是将短路故障电流的非周期分量做泰勒级数展开，在短路故障发生后，根据采样的电流和电压值，使用某种算法来求取各未知量。各算法都有共同的困难之处，即对指数函数的处理，在系统回路的时间常数很小的时候，难以收敛到真值。
发明内容
本发明提供了一种更通用的短路故障电流模型，并基于此模型对短路故障电流零点实现快速预测。本发明的技术方案是在本发明中，提出如下电流模型I (t) = A · I (t_Ts)+B · sincot+C · coscot (2)式中，t为时间，Ts为采样间隔周期，ω为电源角频率，I(t)为当前时刻的电流， I (t-Ts)为上一时刻的电流，A、B、C为三个待定参数。对于稳态系统，A、B、C的值是不变的。以下是基于此模型的电流零点预测算法。若已知电流采样点I (t)、I (t+Ts)、I (t+2Ts) ...I (T+nTs)，由式(2)可得
权利要求
1.一种短路故障电流模型，用于实现短路故障电流的选相开断(CFI)，其特征在于，电流表达式为I (t) = A · I (t-Ts) +B · sin ω t+C · cos ω t式中，t为时间，Ts为采样间隔周期，ω为电源角频率，I(t)为当前时刻的电流， I (t-Ts)为上一时刻的电流，A、B、C为三个待定参数。
2.基于权利要求1所述模型的电流零点预测算法，其特征在于，使用渐消记忆递推最小二乘法来求得A、B、C的值，得出电流表达式，从而预测电流零点；若已知采样点I (t)、 I (t+Ts)、I (t+2Ts)... I (t+nTs)，则有Γ I(t + Ts) Γ I{t) sin6>(/+ Ts.) cos0(t + Ts) I(t + 2TS) I(t + Ts) sina(t + 2T,) cosa(t + 2Ts)‘ = ‘ ι χ 5I' * *I· ■ ·■ · ·■ · *ιy(t + nTs) \_I(t + (n-V)Ts) sinm(t + nTs) cosiy(i + D」L」如果用[Y]表示左侧的电流采样值矩阵，用[H]表示上式右侧的系数矩阵，用[X]表示待定参数组成的矩阵，y(k+l) = I(t+Ts)，h(k+1)为[H]新增的项，改进后的参数估计向量为x(k+i)，p(k) = [tfGOHGOr1，[K]为一个中间矩阵，则'X(k + 1) = X(^) + K(k + l)[y(k + 1)-h(k + 1)X(^)]< K(k + 1) = P⑷/zT (k + l)[h(k + 1)P_T (众 +1) + A2 ]"'￥(k + 1) =儿-2 [P(^) - P(k)hT (k + l)[h(k + l)Y(k)hT (^: + 1) + A2 Γ1 h(k + 1)P(^)]令P = λ2，P即为遗忘因子，选择0.95彡P彡1。
全文摘要
本发明提出一种短路故障电流模型及基于此模型进行短路故障电流零点预测算法，实现短路故障电流的选相开断(CFI)。模型的表达式为I(t)＝A·I(t-TS)+B·sinωt+C·cosωt，其中的待定参数A、B、C用渐消记忆递推最小二乘法得到，并用它来计算估计的电流表达式，从而预测短路故障电流零点，实现短路故障电流选相分断(CFI)控制。本发明能够快速准确地预测电流过零点，理论上没有截断误差，且参数计算只需要电流数据，易于扩展到复杂的三相电力系统中。采用本发明的算法能够满足CFI算法精度的要求，并能协同继电保护装置完成对系统的短路故障保护。
文档编号G01R19/175GK102495962SQ201110400209
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月5日 优先权日2011年12月5日
发明者万慧明, 廖敏夫, 段雄英, 邹积岩, 黄智慧 申请人:大连理工大学
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