一种组合式互感器相间失配智能辨识与校验方法及系统与流程

本发明涉及互感器仿真，具体涉及一种组合式互感器相间失配智能辨识与校验方法及系统。

背景技术：

1、组合式互感器通常将多个电压互感单元和电流互感单元集成于同一设备中，用于将电力系统中的高电压和大电流转换为便于计量、保护及监测的标准信号。与多个独立互感器相比，组合式互感器具有结构紧凑、占用空间小及便于安装维护等优点，已广泛应用于配电网和变电站。

2、对于三相三元件组式组合式互感器，各相电压互感单元分别具有独立的铁芯和绕组。在一次侧中性点悬空等运行条件下，各相铁芯的磁特性、励磁非线性程度、空间布置及相间磁耦合关系可能存在差异，使各相电压互感单元的二次输出特性不一致，表现为二次电压波形畸变、谐波含量增大及三相电压不平衡。上述现象会影响组合式互感器的计量精度和运行可靠性。

3、现有的组合式互感器性能分析方法通常采用电路仿真或三维有限元仿真。电路仿真计算效率较高，能够分析不同一次电压和二次负荷工况下的输出特性，但其对铁芯三维磁场分布、绕组空间结构及相间磁耦合关系的描述较为有限；三维有限元仿真能够较准确地分析铁芯及绕组对应的电磁场分布，但多工况仿真的计算量较大，难以兼顾分析精度和计算效率。

4、此外，现有检测方式多通过搭建试验平台，在不同负荷工况下分别测量组合式互感器的二次输出电压及谐波分量。该方式通常需要完成多档负荷试验，测试周期较长，且难以在产品设计或制造完成前预先判断各相输出是否存在失配。部分方法虽然能够根据励磁曲线预测二次电压谐波含量，但主要针对单一谐波指标，未能充分结合铁芯空间结构、相间互感关系及三相电压不平衡特征，对组合式互感器的相间失配状态进行综合辨识和校验。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：针对智能电网中组合式互感器状态检测需求，现有检测方法难以同时兼顾三维磁场及相间耦合特性的分析精度和多运行工况下的计算效率，且难以结合二次电压谐波特征和三相电压不平衡特征对组合式互感器相间失配状态进行智能辨识和校验。本发明提供一种组合式互感器相间失配智能辨识与校验方法及系统，以结合三维有限元分析和电路仿真分析，在不同运行工况下获得组合式互感器的二次电压谐波特征和三相电压不平衡特征，并结合实际检测数据对其相间失配状态和二次输出性能进行校验。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种组合式互感器相间失配智能辨识与校验方法，包括：

4、获取待检测组合式互感器的结构参数、电气参数以及运行工况参数，其中，所述结构参数包括铁芯结构参数和绕组布置参数，所述电气参数包括一次侧电压参数、二次侧负荷参数以及二次输出电压参数；

5、基于所述结构参数建立所述组合式互感器的三维有限元仿真模型，通过所述三维有限元仿真模型获取所述组合式互感器的励磁特性参数以及相间互感参数；

6、将所述励磁特性参数以及所述相间互感参数输入至组合式互感器电路仿真模型，在所述电路仿真模型中设置非线性励磁模型，并根据所述运行工况参数对所述电路仿真模型进行仿真计算，得到不同运行工况下各相对应的二次输出特征参数；

7、根据所述二次输出特征参数，确定所述组合式互感器的相间失配状态，其中，所述二次输出特征参数包括二次电压谐波特征量和三相电压不平衡特征量；

8、获取所述组合式互感器的实际检测数据，将所述实际检测数据与所述电路仿真模型输出的二次输出特征参数进行比较，根据比较结果确定所述组合式互感器的相间失配辨识结果；

9、根据所述相间失配辨识结果以及预设校验条件，对所述组合式互感器进行校验，输出校验结果。

10、更进一步的，所述基于所述结构参数建立所述组合式互感器的三维有限元仿真模型，通过所述三维有限元仿真模型获取所述组合式互感器的励磁特性参数以及相间互感参数，包括：

11、根据所述组合式互感器中各相铁芯的几何结构参数、材料参数以及绕组布置参数建立三维有限元仿真模型；

12、基于所述三维有限元仿真模型进行电磁场仿真，获取不同结构参数条件下对应的励磁b-h曲线以及相间互感参数；

13、根据所述励磁b-h曲线以及所述相间互感参数，表征所述组合式互感器不同相之间的磁特性差异和耦合特性差异。

14、更进一步的，所述将所述励磁特性参数以及所述相间互感参数输入至组合式互感器电路仿真模型，包括：

15、对所述励磁b-h曲线进行函数拟合、离散化处理或查表处理，获得表征铁芯非线性磁化特性的励磁关系，并根据所述励磁关系设置电路仿真模型中的非线性励磁支路；

16、将所述非线性励磁模型配置于组合式互感器电路仿真模型中，并根据所述相间互感参数对所述电路仿真模型中的相间耦合关系进行设置；

17、根据所述运行工况参数对所述电路仿真模型进行计算，以获得不同工况下的二次输出特征参数。

18、更进一步的，所述根据所述运行工况参数对所述电路仿真模型进行仿真计算，以获得不同工况下的二次输出特征参数，包括：

19、设置不同的一次侧电压工况以及二次侧负荷工况；

20、获取各工况下各相二次输出电压；

21、根据所述二次输出电压计算对应的谐波特征量和三相电压不平衡特征量。

22、更进一步的，所述根据所述二次输出特征参数确定所述组合式互感器的相间失配状态，包括：

23、分别获取各相二次输出电压对应的谐波特征量；

24、根据各相二次输出电压之间的幅值差异以及三相电压不平衡特征量，判断各相二次输出特性是否一致；

25、当所述谐波特征量或所述三相电压不平衡特征量超过预设阈值时，确定所述组合式互感器存在相间失配。

26、更进一步的，所述获取所述组合式互感器的实际检测数据，包括：

27、通过组合式互感器电气参数测试装置采集所述组合式互感器的励磁曲线、电阻、电抗、泄漏电流以及二次输出电压波形数据；

28、根据所述实际检测数据获得实际二次输出特征参数。

29、更进一步的，所述根据所述相间失配辨识结果以及预设校验条件，对所述组合式互感器进行校验，包括：

30、将所述实际二次输出特征参数与仿真得到的二次输出特征参数进行比较；

31、根据比较结果判断所述组合式互感器的二次输出性能是否满足预设校验条件；

32、其中，所述预设校验条件至少包括二次电压谐波含量限值以及三相电压不平衡度限值。

33、本发明还提供了一种组合式互感器相间失配智能辨识与校验系统，包括：

34、参数采集模块，用于获取待检测组合式互感器的结构参数、电气参数、励磁特性参数以及运行工况参数；

35、有限元分析模块，与所述参数采集模块连接，用于根据所述结构参数建立所述组合式互感器的三维有限元仿真模型，并获取所述组合式互感器的励磁特性参数以及相间互感参数；

36、联合建模模块，与所述有限元分析模块连接，用于将所述励磁特性参数以及所述相间互感参数输入至组合式互感器电路仿真模型，并基于非线性励磁模型进行二次输出特性分析；

37、特征分析模块，与所述联合建模模块连接，用于根据所述电路仿真模型输出的二次输出特征参数，确定所述组合式互感器的相间失配状态，所述二次输出特征参数包括二次电压谐波特征量和三相电压不平衡特征量；

38、校验模块，与所述参数采集模块和所述特征分析模块连接，用于将实际检测得到的二次输出特征参数与仿真分析结果进行比较，并输出所述组合式互感器的校验结果；

39、实际检测模块，用于通过组合式互感器电气参数测试装置获取所述组合式互感器的实际检测数据，并根据所述实际检测数据获得实际二次输出特征参数。

40、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如前所述的组合式互感器相间失配智能辨识与校验方法。

41、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如前所述的组合式互感器相间失配智能辨识与校验方法。

42、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

43、本发明基于组合式互感器的铁芯结构参数、材料参数及绕组布置参数建立三维有限元仿真模型，获取励磁特性参数和相间互感参数，能够在二次输出分析过程中考虑各相铁芯磁特性及相间磁耦合关系，降低单纯采用等效电路模型时对空间电磁特性描述不足的影响。

44、本发明将三维有限元仿真获得的励磁特性参数和相间互感参数引入组合式互感器电路仿真模型，并设置非线性励磁模型，从而结合有限元模型的电磁场分析能力和电路模型的多工况快速计算能力，在保证分析精度的同时提高不同一次电压及二次负荷工况下的分析效率。

45、本发明同时获取各相二次电压的谐波特征量和三相电压不平衡特征量，不再仅以单一谐波指标评价组合式互感器的输出性能，能够从二次电压畸变和三相输出一致性两个方面确定组合式互感器的相间失配状态。

46、本发明将电路仿真模型输出的二次输出特征参数与实际检测数据进行比较，能够利用实测二次电压波形、谐波分量及三相电压不平衡情况对相间失配辨识结果进行验证，提高校验结果的可靠性。

47、本发明能够在组合式互感器设计、制造或检测阶段预先分析不同结构参数、励磁特性参数及运行工况对二次输出性能的影响，减少仅依赖多档负荷实物试验进行性能判断所需的测试工作量，为组合式互感器的设计选型、出厂校验及运行检测提供依据。

48、本发明通过对组合式互感器结构参数、电磁特性参数及运行工况参数进行综合分析，实现了由传统人工试验检测向基于模型分析和数据特征提取的智能检测方式转变，可为智能电网和智能变电站中的互感器状态监测、故障预警及运行维护提供技术支撑。