[发明专利]保护继电器中的模拟高通滤波器

说明书

在监视电力系统以检测系统故障时，保护设备的典型配置是执行各种诊断或监视程序。一种此类程序包括确定基波电流频率分量是否处在可以接受的范围或包络线之内。具体地说，保护设备被配置成周期性地确定每一相电力系统电流信号的基波电力系统频率分量。一旦确定了每一相的电流信号基波频率分量，就将每一个分量和一个预选的理想包络线相比较。如果确定的基波分量处在包络线之内，这一诊断测试科目就通过了。然而，如果基波分量没有落在包络线之内，这种状态就可能预示着电压故障或者其他问题。如果这种状态持续下去，保护设备就会动作，断开与这一超范围分量有关的电路。当电路被断开时，往往要求工作人员定位并核对造成超范围电流分量的根源，然后闭合闭合设备中的断路机构。

为了精确地识别故障的位置，可以通过对基波电流分量的分析来确定从保护设备到故障的距离。在执行这种分析时，为了改善精度，需要从电流信号基波电力系统频率分量中消除衰减偏移。在电力系统过渡过程期间往往在线电流中出现衰减偏移，它是由线路中的电感和电阻性阻抗响应造成的。要校正这种衰减偏移就必须补偿偏移的时间变化性质。一旦消除就衰减偏移，就可以通过分析电流信号基波频率分量来确定故障的位置。

公知的模拟电路和滤波器是以函数IZ(t)=i(t)*R+v(t)作为传输线性能的数学模型，其中的v(t)=L(di(t)/dt)。这一输出信号是两项之和：第一项与模拟电阻和线电流的乘积成正比，第二项与模拟电感和线电流的时间导数的乘积成正比。上述函数通常被用来消除衰减偏移。通常是采用离散Fourier变换(DFT)来确定每个线电流的基波电力系统频率分量和谐波。

模拟技术会受到限制。例如，输入信号的微分会放大高频谐波，特别是在诸如电动机驱动和循环换流器这样的工业设备中。这些高频谐波的放大会导致虚假的电流尖峰，会造成保护继电器在错误的时间触发。随着保护设备速度的不断提高，这一问题会带来越来越多的麻烦。

数字式的模拟滤波器通常是依赖于两个输入采样的微分。为了补偿虚假的电流尖峰，要通过增加采样周期来降低微分增益。然而，增加采样周期会减少滤波器的带宽。

还有其他的公知技术。例如，为了减少为执行偏移校正所需要的计算量，美国专利US5798932提出了分别检测故障和确定故障位置。具体地说，该专利认为，为了确定故障是否存在不一定非要从电流矢量中消除衰减偏移，而是仅仅在利用矢量来定位故障时才需要消除衰减偏移。如果将执行处理步骤的顺序反过来就可以产生矢量值，然后在必要时从产生的矢量值中消除衰减偏移，在某些场合下能够显著地减少计算量。

美国专利US5796630公开了一种用来部分消除可能出现在故障电流中的谐波分量影响的保护继电器系统。这种系统包括一个数字滤波器，用来输出第一和第二差分电变量数据，代表第一和第二电变量的至少两个采样数据之间的第一和第二差额。该系统还包括一个附加滤波器，用来输出第一和第二附加电变量数据，代表相对于第一和第二差分电变量数据的正交矢量数据。该系统进一步包括一个继电器控制单元，用来根据某一采样时间的第一和第二差分电变量数据来计算电力系统中的继电器动作的控制参数，从而确定是否应该执行电力系统的保护动作。

美国专利US4577279公开了一种用来提供偏移补偿的方法和装置。对一个正弦信号采样，在对应着正弦信号的多个周期的时间间隔内对过渡过程取平均值，并且在时间间隔的中点从采样中减去该平均值，从而消除过渡过程指数噪声信号的影响。

尽管用来对付偏移的上述和其他技术是公知的，但是都不能提供一种快速，可靠和精确的技术从提供给保护继电器的电力系统信号中滤除噪声，同时又要避免虚假的信号尖峰。

从以上的观点来看，需要提供一种可靠，快速和精确的技术为电力系统信号滤波。这种技术还应能用于避免虚假信号尖峰。这种技术还应该能够适合不同的应用，并且能够在模拟或数字电路中采用这种技术。

本发明提供的滤波技术除了满足上述要求之外还具有附带的优点，按照本发明的一个实施例，用一个伪微分来代替常规模拟滤波器的微分，用来抑制低频信号。按照一个实施例，伪微分器是由一个正向增益Kp和反馈环中的一个积分器组成的。这样，按照本发明一个实施例的方法，接收输入的电信号，调节(例如减少)一个反馈值，并经过放大提供一个输出信号。根据输出信号从输入信号中消除噪声。通过对输出信号积分来确定反馈值。

本发明为滤除噪声并且避免虚假的信号尖峰提供了一种快速，可靠和精确的技术。

阅读以下参照附图的详细说明就可以更加充分地理解本发明，在附图中：