CN112421586A - 基于Hankel矩阵奇异值分解的保护启动判定方法及装置 - Google Patents

基于Hankel矩阵奇异值分解的保护启动判定方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN112421586A
CN112421586A CN202011188328.2A CN202011188328A CN112421586A CN 112421586 A CN112421586 A CN 112421586A CN 202011188328 A CN202011188328 A CN 202011188328A CN 112421586 A CN112421586 A CN 112421586A
Authority
CN
China
Prior art keywords
current
protection
singular value
matrix
value decomposition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011188328.2A
Other languages
English (en)
Inventor
陈新
梅姚
崔力心
周治伊
倪赛赛
张大伟
王永年
牛浩明
孙贺斌
唐维
陆洋
黄晓夏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Gansu Electric Power Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Gansu Electric Power Co Ltd
Nari Technology Co Ltd
Original Assignee
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Gansu Electric Power Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Gansu Electric Power Co Ltd
Nari Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Corp of China SGCC, State Grid Gansu Electric Power Co Ltd, Electric Power Research Institute of State Grid Gansu Electric Power Co Ltd, Nari Technology Co Ltd filed Critical State Grid Corp of China SGCC
Priority to CN202011188328.2A priority Critical patent/CN112421586A/zh
Publication of CN112421586A publication Critical patent/CN112421586A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured

Landscapes

  • Locating Faults (AREA)

Abstract

本发明公开了基于Hankel矩阵奇异值分解的保护启动判定方法及装置,所述方法包括以下步骤:采集正常运行时线路中的电流瞬时值,组成信号数列,设定保护启动判定所需的门槛值;当需要判定保护是否启动时,滚动提取电流信号的信号分量;当信号分量中有元素的绝对值大于门槛值时,即可判定发生故障,保护启动。本发明可以及时有效地判定故障是否发生,减小对故障检测的延迟,快速和准确的识别线路发生的故障。

Description

基于Hankel矩阵奇异值分解的保护启动判定方法及装置
技术领域
本发明属于电力系统继电保护领域,具体涉及一种基于Hankel矩阵奇异值分解的保护启动判定方法及装置。
背景技术
分布式电源(Distributed Generator,DG)接入配电网改变了配电网的供电结构,影响了配电网的潮流分布,同时会对传统三段式电流保护的灵敏性和选择性造成影响。在配电网保护中,故障时刻的检测对于判定保护装置是否动作具有重要意义,当前的故障启动判定方法主要概括为基于负序电流与零序电流的故障起动判定方法、基于电气突变量的故障起动判定方法、基于局部傅立叶变换的故障起动判定方法以及基于小波变换的故障起动判定方法。
基于突变量的故障起动判定方法对故障时刻的检测存在延迟,且当在电流过零时刻发生故障时,检测的延迟会增大;基于小波变换的故障起动判定方法存在边缘效应与相移,会影响检测结果的准确性,不适用于对故障时刻检测精度要求较高的场景,由此可知有必要探求新的故障起动判定方法。
发明内容
发明目的:本发明的目的在于提供一种能够克服分布式电源接入等因素对系统保护启动判定的影响,保障系统运行安全的基于Hankel矩阵奇异值分解的保护启动判定方法及装置。
技术方案:本发明的基于Hankel矩阵奇异值分解的保护启动判定方法,包括以下步骤:
(1)采集正常运行时线路中的电流瞬时值,组成信号数列,设定保护启动判定所需的门槛值;
(2)当需要判定保护是否启动时,滚动提取电流信号的信号分量;
(3)当信号分量中有元素的绝对值大于门槛值时,即可判定发生故障,保护启动。
步骤(1)中,所述采集正常运行时线路中的电流瞬时值,组成信号数列,设定保护启动判定所需的门槛值,具体包括以下步骤:
(1.1)系统正常运行时,采集被保护线路中流过的电流信号,组成信号数列I;
(1.2)将信号数列I中元素构造成Hankel矩阵MH,并对MH进行奇异值分解;
(1.3)根据奇异值分解结果,提取信号数列的信号分量;
(1.4)利用冒泡法得到信号分量
Figure BDA0002752060970000021
中各元素的模极大值
Figure BDA0002752060970000022
以及信号分量
Figure BDA0002752060970000023
中各元素的模极大值
Figure BDA0002752060970000024
根据
Figure BDA0002752060970000025
Figure BDA0002752060970000026
计算出判断故障是否发生的门槛值。
步骤(1.2)中,对Hankel矩阵MH进行奇异值分解的计算公式为:
MH=UΛVT (1)
式中,矩阵U=[u1,u2,…,um]、V=[v1,v2,...,vn]表示正交矩阵,其中,m表示MH行数,n表示MH列数;Λ=[diag(σ12,...,σq),O]T,其中,q=min(m,n),O∈R(m-n)×n表示零矩阵,σ12,...,σq表示MH的奇异值;T表示矩阵的转置预算。
步骤(1.3)中,所述提取信号数列的信号分量的计算公式为:
Figure BDA0002752060970000027
式中,Mi表示MH的分量矩阵;ui(i=1,2,…,q)、vi(i=1,2,…,q)分别表示矩阵U与V的第i个列向量,ui∈Rm×1,vi∈Rn×1;将M2的首个行向量与最后的列向量的转置连接起来,就会得到原始信号数列I的信号分量
Figure BDA0002752060970000028
同理通过矩阵M3得到
Figure BDA0002752060970000029
步骤(1.4)中,所述判断故障是否发生的门槛值的计算公式为:
Figure BDA00027520609700000210
式中,I2 c,th表示电流分量2的门槛;I3 c,th表示电流分量3的门槛。
步骤(2)中,所述滚动提取电流信号的信号分量具体为,测量元件以固定采样频率采集线路中电流瞬时值,每当测量元件采集并保存一次数据,就将最新的两个周期内采样点构造Hankel矩阵并进行奇异值分解,得到电流信号的信号分量
Figure BDA00027520609700000211
Figure BDA00027520609700000212
步骤(4)中,将信号分量
Figure BDA00027520609700000213
Figure BDA00027520609700000214
中元素的模极大值
Figure BDA00027520609700000215
Figure BDA00027520609700000216
分别与各自对应的门槛值进行比较,当满足式(4)的保护启动判据时,即判定故障发生,保护启动:
Figure BDA00027520609700000217
本发明还包括一种基于Hankel矩阵奇异值分解的保护启动装置,所述装置包括电流互感器、模拟量转数字量AD芯片、微机保护装置;所述电流互感器采集电力设备线路中的电流瞬时值,再通过模拟量转数字量AD芯片得到电流瞬时值的数值序列,并将数值序列存储到微机保护装置的RAM内存中形成电流信号序列,微机保护装置的中央处理单元实时计算电流信号序列并判断是否启动保护;当满足启动判据时,以当前时刻作为故障起始时刻进行继电保护装置后续故障判断和处理。
有益效果:本发明与现有技术相比,其有益效果在于,可以及时有效地判定故障是否发生,减小对故障检测的延迟,快速和准确的识别线路发生的故障。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明做详细描述。
本发明包括一种基于Hankel矩阵奇异值分解的保护启动装置,保护启动装置装置包括电流互感器、模拟量转数字量AD芯片、微机保护装置。电流互感器采集电力设备线路中的电流瞬时值,再通过模拟量转数字量AD芯片得到电流瞬时值的数值序列,并将数值序列存储到微机保护装置的RAM内存中形成电流信号序列,微机保护装置的中央处理单元实时计算电流信号序列并判断是否启动保护;当满足启动判据时,以当前时刻作为故障起始时刻进行继电保护装置后续故障判断和处理。
如图1所示,本发明的基于Hankel矩阵奇异值分解的保护启动判定方法,包括以下步骤:
(1)电流互感器采集正常运行时线路中的电流瞬时值,组成信号数列,设定保护启动判定所需的门槛值;具体包括以下步骤:
(1.1)系统正常运行时,采集被保护线路中流过的电流信号,组成信号数列I;
(1.2)将信号数列I中元素构造成行数为m、列数为n的Hankel矩阵MH,并对MH进行奇异值分解,得到:
MH=UΛVT (1)
式中,矩阵U=[u1,u2,…,um]、V=[v1,v2,...,vn]表示正交矩阵,其中,m表示MH行数,n表示MH列数;Λ=[diag(σ12,...,σq),O]T,其中,q=min(m,n),O∈R(m-n)×n表示零矩阵,σ12,...,σq表示MH的奇异值;T表示矩阵的转置预算。
(1.3)根据奇异值分解结果,提取信号数列的信号分量,将矩阵MH表示成如下形式:
Figure BDA0002752060970000041
式中,Mi表示MH的分量矩阵;ui(i=1,2,…,q)、vi(i=1,2,…,q)分别表示矩阵U与V的第i个列向量,ui∈Rm×1,vi∈Rn×1;将M2的首个行向量与最后的列向量的转置连接起来,就会得到原始信号数列I的信号分量
Figure BDA0002752060970000042
同理通过矩阵M3得到
Figure BDA0002752060970000043
矩阵MH的首个奇异值对应的分量矩阵为M1,第二个奇异值对应的分量矩阵为M2,以此类推。将M2的首个行向量与最后的列向量的转置连接起来,就会得到原始信号数列I的信号分量
Figure BDA0002752060970000044
同理通过分量矩阵M3可得到I的信号分量
Figure BDA0002752060970000045
(1.4)利用冒泡法得到信号分量
Figure BDA0002752060970000046
中各元素的模极大值
Figure BDA0002752060970000047
以及信号分量
Figure BDA0002752060970000048
中各元素的模极大值
Figure BDA0002752060970000049
通过下式计算得到用于判断故障是否发生的门槛值
Figure BDA00027520609700000410
Figure BDA00027520609700000411
Figure BDA00027520609700000412
式中,I2 c,th表示电流分量2的门槛;I3 c,th表示电流分量3的门槛。
(2)当需要判定保护是否启动时,需要滚动提取电流信号的信号分量,具体如下:
(2.1)测量元件以50kHz的固定采样频率采集线路中电流瞬时值,电流的频率为50Hz,周期为0.02s,使用寄存器存放最新采集的数据;
(2.2)每当测量元件采集并保存一次数据,就将最新的两个周期内电流采样点组成电流信号数列I,然后将I构造成Hankel矩阵MH,并按式(1)所示方法对Hankel矩阵进行奇异值分解,通过式(2)得到MH的各分量矩阵,进而得到了电流信号I的信号分量
Figure BDA00027520609700000413
Figure BDA00027520609700000414
(3)当信号分量中有元素的绝对值大于门槛值时,即可判定发生故障,保护启动:
(3.1)利用冒泡法得到步骤(2)中得到的信号分量
Figure BDA00027520609700000415
中各元素的模极大值
Figure BDA00027520609700000416
以及信号分量
Figure BDA00027520609700000417
中各元素的模极大值
Figure BDA00027520609700000418
(3.2)将信号分量
Figure BDA00027520609700000419
Figure BDA00027520609700000420
中元素的模极大值
Figure BDA00027520609700000421
Figure BDA00027520609700000422
分别与各自对应的门槛值进行比较,保护启动判据如下式所示:
Figure BDA0002752060970000051
当满足式(4)中的保护启动判据时,即可判定故障发生,保护启动。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.基于Hankel矩阵奇异值分解的保护启动判定方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)采集正常运行时线路中的电流瞬时值,组成信号数列,设定保护启动判定所需的门槛值;
(2)当需要判定保护是否启动时,滚动提取电流信号的信号分量;
(3)当信号分量中有元素的绝对值大于门槛值时,即可判定发生故障,保护启动。
2.根据权利要求1所述的基于Hankel矩阵奇异值分解的保护启动判定方法,其特征在于,步骤(1)中,所述采集正常运行时线路中的电流瞬时值,组成信号数列,设定保护启动判定所需的门槛值,具体包括以下步骤:
(1.1)系统正常运行时,采集被保护线路中流过的电流信号,组成信号数列I;
(1.2)将信号数列I中元素构造成Hankel矩阵MH,并对MH进行奇异值分解;
(1.3)根据奇异值分解结果,提取信号数列的信号分量;
(1.4)利用冒泡法得到信号分量
Figure FDA0002752060960000011
中各元素的模极大值
Figure FDA0002752060960000012
以及信号分量
Figure FDA0002752060960000013
中各元素的模极大值
Figure FDA0002752060960000014
根据
Figure FDA0002752060960000015
Figure FDA0002752060960000016
计算出判断故障是否发生的门槛值。
3.根据权利要求2所述的基于Hankel矩阵奇异值分解的保护启动判定方法,其特征在于,步骤(1.2)中,对Hankel矩阵MH进行奇异值分解的计算公式为:
MH=UΛVT (1)
式中,矩阵U=[u1,u2,…,um]、V=[v1,v2,...,vn]表示正交矩阵,其中,m表示MH行数,n表示MH列数;Λ=[diag(σ12,...,σq),O]T,其中,q=min(m,n),O∈R(m-n)×n表示零矩阵,σ12,...,σq表示MH的奇异值;T表示矩阵的转置预算。
4.根据权利要求2所述的基于Hankel矩阵奇异值分解的保护启动判定方法,其特征在于,步骤(1.3)中,所述提取信号数列的信号分量的计算公式为:
Figure FDA0002752060960000017
式中,Mi表示MH的分量矩阵;ui(i=1,2,…,q)、vi(i=1,2,…,q)分别表示矩阵U与V的第i个列向量,ui∈Rm×1,vi∈Rn×1;将M2的首个行向量与最后的列向量的转置连接起来,就会得到原始信号数列I的信号分量
Figure FDA0002752060960000018
同理通过矩阵M3得到
Figure FDA0002752060960000019
5.根据权利要求2所述的基于Hankel矩阵奇异值分解的保护启动判定方法,其特征在于,步骤(1.4)中,所述判断故障是否发生的门槛值的计算公式为:
Figure FDA0002752060960000021
式中,I2 c,th表示电流分量2的门槛;I3 c,th表示电流分量3的门槛。
6.根据权利要求1所述的基于Hankel矩阵奇异值分解的保护启动判定方法,其特征在于:步骤(2)中,所述滚动提取电流信号的信号分量具体为,测量元件以固定采样频率采集线路中电流瞬时值,每当测量元件采集并保存一次数据,就将最新的两个周期内采样点构造Hankel矩阵并进行奇异值分解,得到电流信号的信号分量
Figure FDA0002752060960000022
Figure FDA0002752060960000023
7.根据权利要求1所述的基于Hankel矩阵奇异值分解的保护启动判定方法,其特征在于,步骤(4)中,将信号分量
Figure FDA0002752060960000024
Figure FDA0002752060960000025
中元素的模极大值
Figure FDA0002752060960000026
Figure FDA0002752060960000027
分别与各自对应的门槛值进行比较,当满足式(4)的保护启动判据时,即判定故障发生,保护启动:
Figure FDA0002752060960000028
8.一种权利要求1至7任一项所述基于Hankel矩阵奇异值分解的保护启动判定方法采用的装置,其特征在于:所述装置包括电流互感器、模拟量转数字量AD芯片、微机保护装置;所述电流互感器采集电力设备线路中的电流瞬时值,再通过模拟量转数字量AD芯片得到电流瞬时值的数值序列,并将数值序列存储到微机保护装置的RAM内存中形成电流信号序列,微机保护装置的中央处理单元实时计算电流信号序列并判断是否启动保护;当满足启动判据时,以当前时刻作为故障起始时刻进行继电保护装置后续故障判断和处理。
CN202011188328.2A 2020-10-30 2020-10-30 基于Hankel矩阵奇异值分解的保护启动判定方法及装置 Pending CN112421586A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011188328.2A CN112421586A (zh) 2020-10-30 2020-10-30 基于Hankel矩阵奇异值分解的保护启动判定方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011188328.2A CN112421586A (zh) 2020-10-30 2020-10-30 基于Hankel矩阵奇异值分解的保护启动判定方法及装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112421586A true CN112421586A (zh) 2021-02-26

Family

ID=74827180

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011188328.2A Pending CN112421586A (zh) 2020-10-30 2020-10-30 基于Hankel矩阵奇异值分解的保护启动判定方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112421586A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115600061A (zh) * 2022-12-14 2023-01-13 嘉兴索罗威新能源有限公司(Cn) 基于机器学习的逆变器零压降数据处理方法
CN118232293A (zh) * 2024-03-26 2024-06-21 中国矿业大学 一种基于故障前后电流奇异谱分布的低频送出线保护方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015089943A1 (zh) * 2013-12-16 2015-06-25 国家电网公司 一种动态信号参数的获取方法
CN104991165A (zh) * 2015-06-30 2015-10-21 昆明理工大学 一种基于零序电压暂态量svd的故障判别方法
CN108828405A (zh) * 2018-06-06 2018-11-16 西南交通大学 一种基于随机矩阵的输电线路故障检测方法
CN109901021A (zh) * 2019-04-08 2019-06-18 珠海妙微科技有限公司 基于二维Hankel矩阵多尺度SVD变换法
CN110661237A (zh) * 2019-07-03 2020-01-07 天津大学 适用于配电网自同步条件下的电流差动保护方法
US20200073913A1 (en) * 2018-08-29 2020-03-05 Baidu Online Network Technology (Beijing) Co., Ltd. Method and apparatus for processing data sequence

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015089943A1 (zh) * 2013-12-16 2015-06-25 国家电网公司 一种动态信号参数的获取方法
CN104991165A (zh) * 2015-06-30 2015-10-21 昆明理工大学 一种基于零序电压暂态量svd的故障判别方法
CN108828405A (zh) * 2018-06-06 2018-11-16 西南交通大学 一种基于随机矩阵的输电线路故障检测方法
US20200073913A1 (en) * 2018-08-29 2020-03-05 Baidu Online Network Technology (Beijing) Co., Ltd. Method and apparatus for processing data sequence
CN109901021A (zh) * 2019-04-08 2019-06-18 珠海妙微科技有限公司 基于二维Hankel矩阵多尺度SVD变换法
CN110661237A (zh) * 2019-07-03 2020-01-07 天津大学 适用于配电网自同步条件下的电流差动保护方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
北京铁路局: "牵引变电所运行与维护", 中国铁道出版社, pages: 103 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115600061A (zh) * 2022-12-14 2023-01-13 嘉兴索罗威新能源有限公司(Cn) 基于机器学习的逆变器零压降数据处理方法
CN118232293A (zh) * 2024-03-26 2024-06-21 中国矿业大学 一种基于故障前后电流奇异谱分布的低频送出线保护方法
CN118232293B (zh) * 2024-03-26 2024-08-20 中国矿业大学 一种基于故障前后电流奇异谱分布的低频送出线保护方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Swetapadma et al. All shunt fault location including cross-country and evolving faults in transmission lines without fault type classification
WO2018094862A1 (zh) 柔性直流配电网单极接地故障识别、故障保护方法
CN112421586A (zh) 基于Hankel矩阵奇异值分解的保护启动判定方法及装置
CN111679158A (zh) 基于同步量测数据相似度的配电网故障辨识方法
CN106932686A (zh) 基于最大最小特征值法的电网异常快速检测方法
CN111965486B (zh) 一种基于智能数据融合分析的配电网故障识别方法及系统
Li et al. Fast event identification through subspace characterization of PMU data in power systems
CN110108980B (zh) 一种电力系统的异常事件的识别方法及装置
CN107370150A (zh) 基于同步相量量测的电力系统状态估计不良数据处理方法
CN111614066A (zh) 一种配电网继电保护定值自动整定方法和系统
CN112379213A (zh) 一种故障检测方法及系统
CN111209535B (zh) 一种电力设备相继故障风险识别方法及系统
CN114187132A (zh) 一种变电站监控信息特征选择方法、存储介质和设备
CN110601157B (zh) 一种间歇性单相接地故障保护方法及装置
CN109901022B (zh) 基于同步量测数据的配电网区域定位方法
CN109635430B (zh) 电网输电线路暂态信号监测方法和系统
CN109617029B (zh) 一种基于谐波保护装置的电网保护方法与系统
CN118150942A (zh) 一种配电网电流接地故障定位方法、装置、设备及介质
CN113325269A (zh) 一种配网高阻故障监测方法、系统、设备及存储介质
CN116338402A (zh) 电弧故障的检测方法和装置、存储介质及电子设备
CN112989129B (zh) 一种基于图论的输电网重点感知断面识别方法及系统
Fan et al. Research on partial discharge identification of power transformer based on chaotic characteristics extracted by GP algorithm
CN114636883A (zh) 基于交流量的电力系统故障确定方法、装置及存储介质
CN110797845B (zh) 一种航空电源控制器的过流保护延时方法
CN114814470A (zh) 一种智能局放内同步漂移稳定方法、系统及存储介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210226