基于数字化PID的剩余电流动作保护器自动测试装置.pdf

湖南电力
第35卷第4期
HUNAN ELECTRIC POWER
2015年8月
doi:10.3969/j-iss.1008-0198.2015.04.021
基于数字化PD的剩余电流动作保护器
自动测试装置
Automatic testingequipment of residual current protection
device based on digital PID
王伟能,陈福胜,卢萍
(1.国网湖南省电力公司电力科学研究院,湖南长沙410007
2.湖南省湘电试验研究院有限公司,湖南长沙41000
摘要:文中提出了一种基于数字化PID的剩余电流动作保护器自动测试装置,该装
置集过载动作特性測试、温升测试和耐压测试功能于一体,能够全面、准确的测试剩余
电流动作保护器性能。试验结果表明,相比于已有产品,本装置提升了输出电压、电流
准确度和稳定度,自动完成相关测试工作。
关键词:剩余电流动作保护器:数字化PID;自动測试装置:过载动作特性;过电流
中图分类号:TM77文献标志码:B
文章编号:1008-0198(2015)04-(0083-04
低压配电线路多而复杂,线路维护检修工作难
同时,传统试验装置没有对保护器进行耐压试
度大。特别是在农村配电网络中,电力故障时有发验,因此不能有效验证保护器的绝缘能力,给保护
生,安装剩余电流动作保护器(以下简称保护器)器的运行带来安全隐思。
是防止低压电网中人身触电、电气火灾及电气设备
针对目前保护器测试装置的不足,依据国家相
损坏的一种有效的防护措施?。口前某些保护器关标准,文中提出了一种基于数字化PID
在现场运行吋由于受过电流和温升的影响经常出现( Proportion Integration Differentiation)的新型保护
误动作和拒动作等故障,而多数的剩余电流动作保器自动測试装置,该装置集过载动作特性测试、温
护器测试装置(以下简称测试装置)仅对保护器升测试和耐压測试功能于一体,能够全面、准确地
的单个性能进行手工测试5?,如额定动作电流、测试剩余电流动作保护器性能
额定不动作电流、额定动作时间等,对保护器的过
电流下的动作特性和负载电流温升特性缺乏科学、1数字化PD在本测试装置中的应用
有效的检测手段。为了保证保护器在现场的稳定、
保护器测试装置的电压回路和电流回路的负载
可靠运行,必须对其性能进行全面、有效的测试
是时刻变化的,为了保证输出电压和电流在负载变
在进行过电流动作特性的测试时,为保证试验化的时侯仍能保持稳定输出,且满足精度要求,需
的准确性,测试正弦电流必须稳定、精确。根据文要设计合理的控制算法来实现电压、电流的精确控
献(8〕要求,试验电流误差≤±2%,正弦波失真度<く制。文中采用数字化PID算法,如图1所示
5%。为了得到测试所需的大电流,传统采用的是短
路法,但其试验电流的精度和稳定度难以满足要求。
积
被拧对象
对于保护器温升特性测试通常采用人工记录温
度的方法,工作量较大,人工读数易出错,对于不
微分
同保护器的测试一致性较差,且难以记录整个升温
图1PID闭环控制原理框图
过程。
收稿目期:2015-06-16
基金项目:国淛南省电力公同科技项日(5216A01300R
第35卷第4期
湖南电力
2015年8月
图1中,r(1)是给定值,y(4)是系统的实际输Aea+Bea1+Cea2
(6)
出值,给定偵与实际输出值构成控制偏差e(t):
e()=r()-y()
式中A=K/、Vォ
;B=-K(1+2
e(1)作为PID控制器的输入,ル(1)作为PID
控制器的输出和被控对象的输入。PID控制器的数C=人P7
学表达式为
由式(6)可以发现,对于恒定采样周期7
(t)=k,c()
e(t)dt +1
de(t)
,B,C只要使用前后3次测量值的偏差,就可
以由式(6)求出增量,并得出数字化PID控制算
(2)法递推计算公式
式中K,为比例系数;T为积分系数;TD为微分系
数;40为控制常量
式(7)就是文中所提测试装置所应用的数字
对式(2)中的积分项和微分项进行离散化处化PID控制算法。软件的具体实现流程如图2
理:以7作为采样周期、k作为采样序号,则离散所示。
采样时间AT对应着连续时间t,用求和的形式代替
积分,用増量的形式代替微分,可作近似变换
(k=0,1,2,…)
e()d=T∑e(T)=∑
算
+I,D△ek
更新
de() e(KT)-e(h-1)r er -eu-
算
式(3)中,为了表示方便,将类似于e(kT
简化成e。
史新u1
将式(3)代入式(2),得到数字化PID表达
计算△e
丌始
式为
图2数字化PID控制算法流程图
十
(4)
以控制输出电流幅值为例,在上述控制过程
式中k为采样序号,k=0,1,2,…;为第ん中,若电流幅值给定值为720A,在
次采样时计算机输出值;e为第k次采样时输入的
流互感器二流回路中为1.2A。如果当前测量值为
偏差值;e为第kー1次采样时输入的偏差值;K
0.5A,按K2=150,K1=2,K=1.2计算
为积分系数,k=KT/T;K。为微分系数,Kn
计算偏
KT/T;uo为进行PID控制时的原始初值。
Pek li
计算偏差变化△
如果采样周期取得足够小,则式(4)可获得Pak1i= Pwmal i
更新上次偏差为本次偏差,ea1
足够精确的结果。由式(4)可得数字化PID控制 Pwmnal i= Ki w Pek_li
计算K×e
器在第k-1个采样周期时的输出值
Pwia1 i=Pwia2 i+Pwma I
△c2+人:×C
Saiss =Pwia2 i- Pdek 1i
计算△22=△c2-△ea
+Le-1+
k-2ノ」+
Sais=Kd Swiss
计算人x△2
Pdek li= Pwma2 i
更新△e21
(5) Pwma2
wmal
一算ム。X△2e2+△ck+kxea
将式(4)与式(5)相减,得到数字化 PID Pwm』=P*4-a
控制算法公式为
Pwmal i= Puk 1+ Pwmal
计算
K Ie
Pwmvaluc i= Round(Pwmna1 i)
输出结某
经过3次计算后,电流到达预定值1.2A,整
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个控制在6个采集周期内完成。按工频信号20ms
的3倍时间采样,加计算机的其它运行时间,电流