CN111478297A - 一种电网差动保护的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电网差动保护的计算方法，包括，步骤S1,以采样频率f对电网中差动保护的两个端点电流进行采样，将采样得到的电流数据通过5G网络传输到采样选择装置；步骤S2,采样选择装置在接收到端点的电流采样数据序列后，截取最后的若干个连续数据，进行归一化处理获得归一化电流序列；步骤S3,利用DTW算法处理归一化电流序列，得出DTW值；步骤S4,将DTW值与设定的门槛值比较，如DTW值大于门槛值，则执行差点保护动作，如DTW值不大于门槛值，则不执行差点保护动作，更新电流序列。本发明通过对电流的采样，通过DTW算法，实现电网中故障区域的有效隔离，无故障区域继续稳定的运行。
Description
技术领域
本发明涉及电网差动保护技术领域，特别是涉及一种电网差动保护的计算方法。
背景技术
随着电力系统的不断发展，电网的规模越来越大，系统的结构也越发复杂。当配电网发生故障时，差动保护装置要及时动作，将故障点快速分离，以维持整个电力系统的安全稳定运作。传统的差动保护都是通过建立一条单独的光纤回路，实现低传输延时、无延时抖动。但是，光纤存在建设成本高、维护困难、通信信道利用效率极低等问题，严重制约电力资产利用率，阻碍保护系统的广泛应用。5G是最新一代的无线通信技术，具有高带宽、低时延等优点，将其应用于配电网的差动保护，为配电网的故障精确定位、隔离与恢复供电提供了新的发展前景。虽然5G通信实现了超低时延，但由于其时延仍然存在抖动，导致电流数据传输时延并不相同，从而对两端点差动保护的电流比较计算产生不利影响；。
发明内容
本发明实施例提供一种电网差动保护的计算方法，解决时延仍然存在抖动，导致电流数据传输时延并不相同，从而对两端点差动保护的电流比较计算产生不利影响的技术问题。
本发明的一方面，提供一种电网差动保护的计算方法，包括：
步骤S1,以采样频率为f对电网中差动保护的两个端点电流进行采样，将采样得到的电流数据通过5G网络传输到采样选择装置；
步骤S2,采样选择装置在接收到端点的电流采样数据序列后，截取最后的部分数据，进行归一化处理获得归一化电流序列；
步骤S3,利用DTW算法处理归一化电流序列，得出DTW值；
步骤S4,将DTW值与设定的门槛值比较，如DTW值大于门槛值，则执行差点保护动作，如DTW值不大于门槛值，则不执行差点保护动作，更新电流序列。
进一步，在步骤S1中，所述采样频率f的取值范围为100-50000Hz。
进一步，在步骤S2中，所述截取最后的部分数据，进行归一化处理获得归化电流序列的具体过程为：
截取电流采样数据序列最后的M个数据，M的取值范围为10-200；
筛选出电流采样数据序列的最大值和最小值；
在幅值[0,1]范围内，根据以下公式对相应序列点进行归一化电流序列处理：
其中，k为电流序列点的序列数，imax为电流序列中的最大值，imin为电流序列中的最小值。
进一步，所述两个端点的第一端点的归一化电流序列数据为i* 1＝{i* 11，i* 12，...，i* 1m，...，i* 1M},其中，1m为归一化后的电流顺序标号,当m取值为1时，此点为数据窗内起始采样点,当m取值为M时，此点为数据窗内终点采样点。
进一步，所述两个端点的第二端点的归一化电流序列数据为i* 2＝{i* 21，i* 22，...，i* 2m，...，i* 2M},其中，2m为归一化后的电流顺序标号,当m取值为1时，此点为数据窗内起始采样点,当m取值为M时，此点为数据窗内终点采样点。
进一步，在步骤S3中，所述利用DTW算法处理归一化电流序列具体过程为，列出长度都为M的电流序列值，构成一个M阶方阵D，计算每个电流值之间的相互距离，得到M×M个矩阵值dij。
进一步，所述矩阵值dij根据以下公式进行计算：
其中，dij为一个电流序列中的i*1m和另外一个电流序列中的i*2m之间的距离值。
进一步，在步骤S3中，所述利用DTW算法处理归一化电流序列的过程还包括，选出满足以下约束条件的路径，把路径经过的dij相加，获得这两个电流序列的相似度距离：
所选的路径是自矩阵网络的左上角出发至右下角结束；
所选的路径线路沿着自己相邻和对角的矩阵网络中的点向后延续；
所选的路径中，其路径的距离值最小。
进一步，在步骤S4中，所述门槛值的取值范围为0-2000。
综上，实施本发明的实施例，具有如下的有益效果：
本发明提供的电网差动保护的计算方法，适用采样周期受扰时间序列的比较，既能算出差动保护两端点电流之间的相似度距离，还可对时间轴上的扰动进行补偿，最大化地弥补5G通信传输延时抖动对差动保护动作判断的不利影响；
在发生不同故障的情况下，通过对电流的采样，通过DTW算法，实现电网中故障区域的有效隔离，无故障区域继续稳定的运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明提供的电网差动保护的计算方法的主流程示意图。
图2为本发明提供的电网差动保护的计算方法的一个实施例中在一个周期内的理论采样点和经5G传输延时后的数值示意图。
图3为本发明提供的电网差动保护的计算方法的一个实施例的仿真模型。
图4为本发明提供的电网差动保护的计算方法的一个实施例的故障情况下的仿真图。
图5为本发明提供的电网差动保护的计算方法的一个实施例的故障情况下的仿真图。
图6为本发明提供的电网差动保护的计算方法的一个实施例的故障情况下的仿真图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，为本发明提供的一种电网差动保护的计算方法的一个实施例的示意图。在该实施例中，所述方法包括以下步骤：
步骤S1,以采样频率f(取值范围为100-50000Hz)对电网中差动保护的两个端点(记为端点1和端点2)电流进行采样，将采样得到的电流数据通过5G网络传输到采样选择装置；
具体一个实施例中，如图2所示，采样频率f的取值为3kHz，由于5G通信存在的低延时，理论上的采样点(圆点所示)和经5G传输延时后的电流采样值(*所示)，虚线箭头代表传输延时。
步骤S2,采样选择装置在接收到端点的电流采样数据序列后，截取最后的若干个连续(M个)数据，M的取值范围为10-200，进行归一化处理获得归一化电流序列；
具体一个实施例中，窗口M取60；截取电流采样数据序列最后的M个数据；
筛选出电流采样数据序列的最大值和最小值，分别将第一端点的最大值和最小值记为i1max、i1min，分别将第二端点的最大值和最小值记为i2max和i2min；
在幅值[0,1]范围内，以一个电流序列为例，记最大值与最小值分别为imax和imin，根据以下公式对相应序列点进行归一化电流序列处理：
其中，k为电流序列点的序列数，：k＝1,2,...,n，imax为电流序列中的最大值，imin为电流序列中的最小值。
具体的，第一端点的归一化电流序列数据为i* 1＝{i* 11，i* 12，...，i* 1m，...，i* 1M},其中，1m为归一化后的电流顺序标号,当m取值为1时，此点为数据窗内起始采样点,当m取值为M时，此点为数据窗内终点采样点；
第二端点的归一化电流序列数据为i* 2＝{i* 21，i* 22，...，i* 2m，...，i* 2M},其中，2m为归一化后的电流顺序标号,当m取值为1时，此点为数据窗内起始采样点,当m取值为M时，此点为数据窗内终点采样点。
步骤S3,利用DTW算法处理归一化电流序列，得出DTW值；
具体一个实施例中，列出长度都为M的电流序列值，构成一个M阶方阵D，计算每个电流值之间的相互距离，得到M×M个矩阵值dij；
具体的，所述矩阵值dij根据以下公式进行计算：
其中，dij为一个电流序列中的i*1m和另外一个电流序列中的i*2m之间的距离值，距离越小表示相似度越高。
再具体的，DTW算法是寻找一条通过上述矩阵网络D中点的路径，此路径的选择不是任意的，选出满足以下约束条件的路径，把路径经过的dij相加，获得这两个电流序列的相似度距离DTW(i* 1，-i* 2)：
所选的路径是自矩阵网络的左上角出发至右下角结束，约束边界条件；
所选的路径线路沿着自己相邻和对角的矩阵网络中的点向后延续，约束连续性；
所选的路径中，其路径的距离值最小，约束最值性；
且随着时间得推进，电流序列不停地更新，产生新的电流序列，计算出新的DTW值，依据不停产生的DTW值进行判定。
步骤S4,将DTW值与设定的门槛值比较，如DTW值大于门槛值，则执行差点保护动作，如DTW值不大于门槛值，则不执行差点保护动作，更新电流序列。
具体一个实施例中，所涉及的门槛值和执行判据为：设门槛值为DTWset＝20，当计算出的DTW(i* 1，-i* 2)＞DTWset时，执行差动保护动作。
本发明的一个具体实施例，如图3所示，是本发明的仿真模型。正常运作时，可单电源供电，也可双电源供电。现着手研究开关S5和S6之间电路的差动保护情况。
实施例一中，两侧电源供电，s1-s14全部闭合；当0.4s时，s5与s6之间的K1点发生A相接地故障；假设s5测得的电流为i1,s6测得的电流为i2,两电流进行归一化处理后得到i* 1，i* 2；如图4(a)所示，经5G通信传输后的电流采样值组成的曲线如图4(b)所示；采用DTW算法得到两电流之间的距离如图4(c)所示；可以看出，当0.4018s后，DTW(i* 1，-i* 2)＞DTWset，启动保护动作。
实施例二中，开关S7断开，其余闭合，实现单侧电源供电；当0.4s时，s5与s6之间的K1点发生A相接地故障；假设s5测得的电流为i1,s6测得的电流为i2,两电流进行归一化处理后得到i* 1，i* 2；如图5(a)所示，经5G通信传输后的电流采样值曲线如图5(b)所示；经DTW算法得到的距离如图5(c)所示；可知，当0.4011s后，DTW(i* 1，i* 2)＞DTWset，启动保护动作。
实施例三种，两侧电源供电，s1-s14全部闭合。当0.4s时，STU3(K2)处发生区外接地故障；假设s5测得的电流为i1,s6测得的电流为i2,两电流进行归一化处理后得到i* 1，i* 2；如图6(a)所示，经5G通信传输后的电流采样值曲线如图6(b)所示；经DTW算法得到的距离如图6(c)所示；可以看出，在发生区外故障后，DTW值一直未超过门槛值，故一直未执行保护动作。
综上，实施本发明的实施例，具有如下的有益效果：
本发明提供的电网差动保护的计算方法，适用采样周期受扰时间序列的比较，既能算出差动保护两端点电流之间的相似度距离，还可对时间轴上的扰动进行补偿，最大化地弥补5G通信传输延时抖动对差动保护动作判断的不利影响；
在发生不同故障的情况下，通过对电流的采样，通过DTW算法，实现电网中故障区域的有效隔离，无故障区域继续稳定的运行。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (9)
1.一种电网差动保护的计算方法，其特征在于，包括：
步骤S1,以采样频率f对电网中差动保护的两个端点电流进行采样，将采样得到的电流数据通过5G网络传输到采样选择装置；
步骤S2,采样选择装置在接收到端点的电流采样数据序列后，截取最后的若干个连续数据，进行归一化处理获得归一化电流序列；
步骤S3,利用DTW算法处理归一化电流序列，得出DTW值；
步骤S4,将DTW值与设定的门槛值比较，如DTW值大于门槛值，则执行差点保护动作，如DTW值不大于门槛值，则不执行差点保护动作，更新电流序列。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述采样频率f的取值范围为100-50000Hz。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述截取最后的若干个连续数据，进行归一化处理获得归化电流序列的具体过程为：
截取电流采样数据序列最后的M个数据，M的取值范围为10-200；
筛选出电流采样数据序列的最大值和最小值；
在幅值[0,1]范围内，根据以下公式对相应序列点进行归一化电流序列处理：
其中，k为电流序列点的序列数，imax为电流序列中的最大值，imin为电流序列中的最小值。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述两个端点的第一端点的归一化电流序列数据为i* 1＝{i* 11，i* 12，...，i* 1m，...，i* 1M}中，1m为归一化后的电流顺序标号,当m取值为1时，此点为数据窗内起始采样点,当m取值为M时，此点为数据窗内终点采样点。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述两个端点的第二端点的归一化电流序列数据为i* 2＝{i* 21，i* 22，...，i* 2m，...，i* 2M}其中，2m为归一化后的电流顺序标号,当m取值为1时，此点为数据窗内起始采样点,当m取值为M时，此点为数据窗内终点采样点。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述利用DTW算法处理归一化电流序列具体过程为，列出长度都为M的电流序列值，构成一个M阶方阵D，计算每个电流值之间的相互距离，得到M×M个矩阵值dij。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述矩阵值dij根据以下公式进行计算：
其中0＜i，j＜M
其中，dij为一个电流序列中的i* 1m和另外一个电流序列中的i* 2m之间的距离值。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S3中，所述利用DTW算法处理归一化电流序列的过程还包括，选出满足以下约束条件的路径，把路径经过的dij相加，获得这两个电流序列的相似度距离：
所选的路径是自矩阵网络的左上角出发至右下角结束；
所选的路径线路沿着自己相邻和对角的矩阵网络中的点向后延续；
所选的路径中，其路径的距离值最小。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S4中，所述门槛值的取值范围为0-2000。
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