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CN115166340B - 一种地铁直流保护装置采样数据的处理方法 - Google Patents

一种地铁直流保护装置采样数据的处理方法 Download PDF

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CN115166340B CN202211082415.9A CN202211082415A CN115166340B CN 115166340 B CN115166340 B CN 115166340B CN 202211082415 A CN202211082415 A CN 202211082415A CN 115166340 B CN115166340 B CN 115166340B
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靳佩跃
闫泽源
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Abstract

本发明提供了一种地铁直流保护装置采样数据的处理方法，包括以下步骤：步骤1：根据整流机组输出的脉波宽度计算取平均值的采样数据的个数：步骤2：计算N个采样数据的平均值；步骤3：将电流值的平均值作为基准电流值进行di/dt计算。本发明计算每个脉波的所有采样数据的平均值，利用平均值计算电流变化率，即保留了采样时刻对应电流的本征特性，又解决了周期性脉动对电流变化率计算的干扰，不会导致保护功能的不合理复归。

Description

一种地铁直流保护装置采样数据的处理方法
技术领域
本发明属于地铁直流保护技术领域，特别涉及一种地铁直流保护装置采样数据的处理方法。
背景技术
地铁直流牵引系统中配置的直流保护装置，在进行数据采集前，先经过分流器、隔离放大器将高电压、大电流，转换成电子器件能处理的低电压、小电流模拟量，如
Figure 994213DEST_PATH_IMAGE001
10V，4-20mA或0-150MV。上述连续的模拟量输入至直流保护装置内，经过滤波、采样并存储到对应的存储器内，方能用于后续的数字信号处理，进行保护计算。其中的采样，一般都是采用等间隔采样的方式。连续模拟量经等间隔采样后，各离散的采样数据成为直流保护装置后续计算的基础数据。
直流保护装置等间隔采样时，采样周期T越小，采样质量越高，对连续模拟量描述的越精确。当采样周期趋于无穷小的时候，离散采样点趋于形成连续模拟曲线。但是，无限制的减小采样周期T，不仅增加了直流保护装置不必要的计算负担，也会使直流保护装置在计算电流变化率di/dt时出现问题。
众所周知，整流设备输出的直流电压具有周期性脉动特性。当采样周期T小于整流脉波宽度时，直流保护装置经过采样后的采样数据，同样也就具有了相应的周期性脉动。为了更精准的保留模拟电流的原始特性，以提高故障录波精度、提升事件记录效率、便于事故过程分析等，并结合当今的技术水平，目前直流保护装置的采样周期一般为0.1毫秒，即每毫秒采样10个点。而地铁一般采用两套12脉波整流机组并列运行，形成等效24脉波整流，将35kV或33kV 50Hz（即周期为20毫秒）交流电整流为1500V直流电。因此，20毫秒工频周期内有24脉波，所对应的脉波宽度为
Figure 537452DEST_PATH_IMAGE002
。采样周期T小于脉波宽度，则地铁直流保护装置的采样数据具有周期性脉动。
采样精度不会对地铁直流保护装置的大部分参数计算产生影响，如计算电流变化量
Figure 441823DEST_PATH_IMAGE003
I时，由于保护逻辑计算只与保护启动时刻和终止时刻的采样数据有关，中间时刻的周期性脉动采样数据不会对保护逻辑造成任何影响。
地铁直流保护装置在计算电流变化率di/dt时，保护逻辑计算需要使用启动时刻至终止时刻中所有采样数据，采样精度就会对计算产生较大影响。如果直接使用该采样数据，则会计算得到与整体变化趋势不符的di/dt值，且同样具有了周期脉动性。
电流变化率di/dt的物理定义是电流变化量与所用时间的比值，是对电流变化速度的衡量，是直流保护装置的
Figure 463131DEST_PATH_IMAGE003
I+di/dt保护中的重要参数，目的在于区分牵引负荷电流的正常波动与短路故障电流的快速提升。
Figure 277503DEST_PATH_IMAGE004
，其中，
Figure 224600DEST_PATH_IMAGE005
：保护启动后的任意时刻；T：直流保护装置采样间隔；
Figure 491633DEST_PATH_IMAGE006
：保护启动后任意时刻对应的采样电流值；
Figure 316632DEST_PATH_IMAGE007
的下一个采样周期对应的采样电流值；di/dt：每个采样点计算出的电流变化率。
当以0.1毫秒为采样周期，对24脉波整流机组输出的如图1所示的短路电流，对应的馈线di/dt如图2所示。如图2所示di/dt曲线，其周期脉动性不符合对应电流曲线的电流变化率的总体趋势，与直流保护装置使用该参数的目的相违背。尤其是短路电流趋于稳态时，短路电流的变化率越来越小，而其周期脉动性则体现的越来越明显，此阶段的电流变化率di/dt又恰是保护复归的重要判据，周期脉动性容易导致保护启动后的不合理复归，无法实现保护功能。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种地铁直流保护装置采样数据的处理方法，计算每个脉波的所有采样数据的平均值，利用平均值计算电流变化率，即保留了采样时刻对应电流的本征特性，又解决了周期性脉动对电流变化率计算的干扰，不会导致保护功能的不合理复归。
本发明采用的技术方案是：一种地铁直流保护装置采样数据的处理方法，包括以下步骤：
步骤1：根据整流机组输出的脉波宽度计算取平均值的采样数据的个数：
Figure 985511DEST_PATH_IMAGE008
其中，m为整流机组的整流脉波数；T为直流保护装置采样间隔，单位为毫秒；
N为取平均值的采样数据的个数，根据计算结果选取最接近正整数；
步骤2：计算N个采样数据的平均值：
Figure 103508DEST_PATH_IMAGE009
其中，n为每N个采样时刻构成组别的序列；
Figure 857837DEST_PATH_IMAGE010
为每N个采样时刻构成组别的基准时刻；
Figure 220948DEST_PATH_IMAGE011
为从基准时刻开始的N个采样时刻对应的电流值；
Figure 744333DEST_PATH_IMAGE012
：第n个序列的N个采样时刻对应电流值的平均值；
步骤3：将电流值的平均值作为基准电流值进行di/dt计算：
Figure 298811DEST_PATH_IMAGE013
其中，
Figure 540437DEST_PATH_IMAGE014
为第n+1个序列的N个采样时刻对应电流值的平均值；
di/dt为由N个采样时刻对应电流值的平均值计算出的电流变化率。
进一步的，整流机组输出多种脉波宽度时，选取最大的脉波宽度对应的整流脉波数作为m的值。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明采用脉波平均值法对采样数据进行处理，其中的脉波宽度选取直流保护装置运行过程中，所出现的最大整流脉波宽度。本发明将每个脉动周期内的所有采样时刻对应的电流均统一平均为一个值，即保留了采样时刻对应电流的本征特性，又解决了周期性脉动对电流变化率计算的干扰，不会导致保护功能的不合理复归。
附图说明
图1为现有技术中采样周期0.1毫秒的24脉波整流机组输出短路电流图；
图2为现有技术处理图1中短路电流得到的电流变化率图；
图3为本发明实施例的流程图；
图4为本发明实施例的平均值取24脉波整流的脉波宽度的本方法处理图1中短路电流得到的电流变化率图；
图5为采样周期0.1毫秒的12脉波整流机组输出短路电流图；
图6为本发明实施例的平均值取12脉波整流的脉波宽度的本方法处理图5中短路电流得到的电流变化率图；
图7为本发明实施例的平均值取24脉波整流的脉波宽度的本方法处理图5中短路电流得到的电流变化率图；
图8为现有技术处理图5中短路电流得到的电流变化率图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
实施例1
本发明的实施例提供了一种地铁直流保护装置采样数据的处理方法，对图1所示的短路电流进行处理，如图3所示，其包括以下步骤：
步骤1：计算取平均值的采样数据的个数：
Figure 815560DEST_PATH_IMAGE008
其中，我国的交流系统采用50Hz工频，对应周期为20毫秒。
m为整流机组的整流脉波数，24脉波整流，m=24。
T为直流保护装置采样间隔，单位为毫秒；一般的，直流保护装置的采样周期为0.1毫秒，即T=0.1。
Figure 85130DEST_PATH_IMAGE015
N为取平均值的采样数据的个数，根据计算结果选取最接近正整数，即N取8。
步骤2：计算8个采样数据的平均值：
Figure 420296DEST_PATH_IMAGE016
其中，n为每8个采样时刻构成组别的序列；
Figure 273852DEST_PATH_IMAGE010
为每8个采样时刻构成组别的基准时刻；
Figure 955327DEST_PATH_IMAGE017
为从基准时刻
Figure 577938DEST_PATH_IMAGE010
开始的8个采样时刻对应的电流值；
Figure 349585DEST_PATH_IMAGE012
为第n个序列的8个采样时刻对应电流值的平均值。
类似的，第n+1个序列的8个采样时刻对应电流值的平均值
Figure 926323DEST_PATH_IMAGE014
为
Figure 808828DEST_PATH_IMAGE018
计算每一个序列的8个采样时刻对应电流值的平均值。
步骤3：将电流值的平均值作为基准电流值进行di/dt计算：
Figure 285946DEST_PATH_IMAGE019
di/dt为由8个采样时刻对应电流值的平均值计算出的电流变化率，计算结果如图4所示，准确的反应出了24脉波整流机组输出短路电流的电流变化率。
实施例2
本发明的实施例提供了一种地铁直流保护装置采样数据的处理方法，如图3所示，其包括以下步骤：
步骤1：计算取平均值的采样数据的个数：
Figure 228494DEST_PATH_IMAGE008
其中，我国的交流系统采用50Hz工频，对应周期为20毫秒。
m为整流机组的整流脉波数。由于地铁牵引供电系统中也存在单机组运行方式，24脉波整流和12脉波整流切换的工况，应按较大的脉波宽度考虑，即12脉波整流输出的脉波宽度，m=12。
T为直流保护装置采样间隔，单位为毫秒；一般的，直流保护装置的采样周期为0.1毫秒，即T=0.1。
Figure 292527DEST_PATH_IMAGE020
N为取平均值的采样数据的个数，根据计算结果选取最接近正整数，即N取17。
步骤2：计算17个采样数据的平均值：
Figure 713144DEST_PATH_IMAGE021
其中，n为每17个采样时刻构成组别的序列；
Figure 310347DEST_PATH_IMAGE010
为每17个采样时刻构成组别的基准时刻；
Figure 423797DEST_PATH_IMAGE022
为从基准时刻
Figure 975126DEST_PATH_IMAGE010
开始的17个采样时刻对应的电流值；
Figure 199434DEST_PATH_IMAGE012
为第n个序列的17个采样时刻对应电流值的平均值。
类似的，第n+1个序列的17个采样时刻对应电流值的平均值
Figure 385565DEST_PATH_IMAGE014
为
Figure 669916DEST_PATH_IMAGE023
计算每一个序列的17个采样时刻对应电流值的平均值。
步骤3：将电流值的平均值作为基准电流值进行di/dt计算：
Figure 708541DEST_PATH_IMAGE024
di/dt为由17个采样时刻对应电流值的平均值计算出的电流变化率。
采用本方法对采样周期0.1毫秒的12脉波整流机组输出的如图5所示的短路电流进行处理，计算结果如图6所示。
图7为平均值取24脉波整流的脉波宽度，即m=24，采用上述方法对图5所示的短路电流进行数据处理得到的电流变化率图。图8为常规方法对图5所示的短路电流进行数据处理得到的电流变化率图。通过图6-图8的对比可以看出，图6能更好的反应出12脉波整流机组输出短路电流的电流变化率。
在目前地铁直流保护装置的采样水平下，保护装置在进行电流变化率di/dt计算前，可以先采用“脉波平均值法”对采样数据进行处理，其中的脉波宽度应选取直流保护装置运行过程中，所出现的最大整流脉波宽度。将每个脉动周期内的所有采样时刻对应的电流均统一平均为一个值，该方法即保留了采样时刻对应电流的本征特性，又解决了周期性脉动对电流变化率计算的干扰，不会导致保护功能的不合理复归。
以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范围之内。

Claims (2)

1.一种地铁直流保护装置采样数据的处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：根据整流机组输出的脉波宽度计算取平均值的采样数据的个数：
Figure 626019DEST_PATH_IMAGE001
其中，m为整流机组的整流脉波数，m=12或m=24；T为直流保护装置采样间隔，单位为毫秒，T小于脉波宽度；
N为取平均值的采样数据的个数，根据计算结果选取最接近正整数；
步骤2：计算N个采样数据的平均值：
Figure 402214DEST_PATH_IMAGE002
其中，n为每N个采样时刻构成组别的序列；
Figure 650792DEST_PATH_IMAGE003
为每N个采样时刻构成组别的基准时刻；
Figure 639477DEST_PATH_IMAGE004
为从基准时刻开始的N个采样时刻对应的电流值；
Figure 752052DEST_PATH_IMAGE005
：第n个序列的N个采样时刻对应电流值的平均值；
步骤3：将电流值的平均值作为基准电流值进行di/dt计算：
Figure 43356DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure 903864DEST_PATH_IMAGE007
为第n+1个序列的N个采样时刻对应电流值的平均值；
di/dt为电流变化率。
2.如权利要求1所述的地铁直流保护装置采样数据的处理方法，其特征在于：整流机组输出多种脉波宽度时，选取最大的脉波宽度对应的整流脉波数作为m的值。
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