CN113376549A - 一种柔性直流配电网的纵联保护方法及系统 - Google Patents

一种柔性直流配电网的纵联保护方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柔性直流配电网的纵联保护方法及系统，包括：分别采集线路两侧的电流信号和正负极电压信号，并分解至子频带空间，以获取低频电流信号和低频电压信号；根据低频电流信号和低频电压信号计算线路发生故障后的第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数和负极低频故障电压秩相关系数；根据所述第一低频故障电流秩相关系数和第二低频故障电流秩相关系数确定第一状态值和第二状态值，并根据第一状态值和第二状态值的乘积确定线路的区内外故障类型；当为区内故障时，确定第三状态值和第四状态值，并根据第三状态值和第四状态值的和确定线路的故障极，并进行相应的线路保护动作。

Description

一种柔性直流配电网的纵联保护方法及系统
技术领域
本发明涉及电网保护技术领域，并且更具体地，涉及一种柔性直流配电网的纵联保护方法及系统。
背景技术
随着光伏、风机等分布式能源的高比例接入、电动汽车等直流负荷的高密度化，以交流供电为主的传统配电网面临诸多问题。基于模块化多电平换流器的柔性直流配电网可灵活高效地接入分布式电源和直流型负荷，解决了交流配电网供电半径和供电容量受限的问题，同时具有高运行效率、高供电可靠性、高电能质量以及低传输损耗等诸多优点，成为当前配电网发展的主流方向。
继电保护作为电力系统的第一道防线，是维护系统安全可靠运行的关键。由于柔性直流系统的低阻尼特性，线路发生故障后故障电流会在数毫秒内快速上升，为防止过流损坏电力电子器件烧坏换流站迅速闭锁，对继电保护“四性”提出了更为严苛的要求，同时要求直流断路器在数毫秒内完成分断任务。当前直流断路器技术尚未成熟，与采用大容量直流断路器相比，通过小容量断路器并结合限流器或主动限流技术经济性更优。故障限流技术给直流故障特征的分析和保护原理带来了新的挑战。
现有的柔性直流保护方法依据是否基于通信可分为单端量保护和双端量保护。单端量保护动作速度快但难以保证绝对的选择性，且部分保护依赖于边界特征，需要复杂的整定计算。双端量保护虽能保护线路全长，但受分布电容影响速动性差，且对数据同步要求严格。以上方法均未考虑故障限流技术的影响，控制方式改变、部分故障特性变化，原有的保护原理可能失效。
因此，为解决现有保护技术存在的不足，急需一种原理简单、易于实现的线路保护方案。
发明内容
本发明提出一种柔性直流配电网的纵联保护方法及系统，以解决现有的保护技术速动性差、阈值整定复杂、适应性差等问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种柔性直流配电网的纵联保护方法，所述方法包括：
分别采集线路两侧的电流信号和正负极电压信号，并将所述电流信号和正负极电压信号分解至子频带空间，以获取预设子频带范围内的低频电流信号和低频电压信号；
根据所述低频电流信号和低频电压信号计算线路发生故障后预设时间段内线路的第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数和负极低频故障电压秩相关系数；
分别将所述第一低频故障电流秩相关系数和第二低频故障电流秩相关系数与预设的秩相关系数的临界值进行比较，以确定第一状态值和第二状态值，并根据所述第一状态值和第二状态值的乘积确定线路的区内外故障类型；
当线路的区内外故障类型为区内故障时，根据所述正极低频故障电压秩相关系数和负极低频故障电压秩相关系数与预设的秩相关系数的临界值进行比较，以确定第三状态值和第四状态值，并根据所述第三状态值和第四状态值的和确定线路的故障极，并根据确定的故障极进行相应的线路保护动作。
优选地，其中所述方法还包括：
当确定线路发生故障，并且线路的极间电压瞬时值满足预设的极间电压判据时，保护启动；其中，所述预设的极间电圧判据，包括：
Udc＜k1UN，
其中，Udc为线路的极间电压瞬时值；UN为极间电压额定值；k1为第一系数。
优选地，其中所述方法利用如下方式计算第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数和负极低频故障电压秩相关系数，包括：
Figure BDA0003084989740000031
di＝Xi-Yi，
其中，r为第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数或负极低频故障电压秩相关系数；N为采样频率；Xi为线路两侧的低频电流信号或正负极的低频电压信号对应的时间序列中的第i个值；Yi为线路两侧的低频电流信号或正负极的低频电压信号对应的数值序列YN中的第i个值，1≤i≤N，N为采样点个数，N根据采样数据窗和采样频率确定。
优选地，其中所述方法利用如下方式确定第一状态值、第二状态值，第三状态值和第四状态值，包括：
Figure BDA0003084989740000032
其中，sgn(r)为第一状态值、第二状态值、第三状态值或第四状态值；r为第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数或负极低频故障电压秩相关系数；wp为预设的秩相关系数的临界值。
优选地，其中所述根据所述第一状态值和第二状态值的乘积确定线路的区内外故障类型，包括：
Figure BDA0003084989740000034
其中，sgn(rk)为第一状态值；sgn(rm)为第二状态值；若乘积为1，则确定为区内故障，进行故障极的判断；若乘积为-1，则确定为区外故障，保护不动作；若乘积为0，则确定为非故障线路。
优选地，其中所述根据所述第三状态值和第四状态值的和确定线路的故障极，包括：
Figure BDA0003084989740000041
a＝sgn(rp)+sgn(rn)，
其中，sgn(rp)为第三状态值；sgn(rn)为第四状态值；k2为第二系数。
根据本发明的另一个方面，提供了一种柔性直流配电网的纵联保护系统，所述系统包括：
分解单元，用于分别采集线路两侧的电流信号和正负极电压信号，并将所述电流信号和正负极电压信号分解至子频带空间，以获取预设子频带范围内的低频电流信号和低频电压信号；
秩相关系数计算单元，用于根据所述低频电流信号和低频电压信号计算线路发生故障后预设时间段内线路的第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数和负极低频故障电压秩相关系数；
区内外故障类型确定单元，用于分别将所述第一低频故障电流秩相关系数和第二低频故障电流秩相关系数与预设的秩相关系数的临界值进行比较，以确定第一状态值和第二状态值，并根据所述第一状态值和第二状态值的乘积确定线路的区内外故障类型；
故障极确定单元，用于当线路的区内外故障类型为区内故障时，根据所述正极低频故障电压秩相关系数和负极低频故障电压秩相关系数与预设的秩相关系数的临界值进行比较，以确定第三状态值和第四状态值，并根据所述第三状态值和第四状态值的和确定线路的故障极，并根据确定的故障极进行相应的线路保护动作。
优选地，其中系统还包括：
保护启动单元，用于当确定线路发生故障，并且线路的极间电压瞬时值满足预设的极间电压判据时，保护启动；其中，预设的极间电圧判据，包括：
Udc＜k1UN，
其中，Udc为线路的极间电压瞬时值；UN为极间电压额定值；k1为第一系数。
优选地，其中所述秩相关系数计算单元，利用如下方式计算第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数和负极低频故障电压秩相关系数，包括：
Figure BDA0003084989740000051
其中，r为第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数或负极低频故障电压秩相关系数；N为采样频率；Xi为线路两侧的低频电流信号或正负极的低频电压信号对应的时间序列中的第i个值；Yi为线路两侧的低频电流信号或正负极的低频电压信号对应的数值序列YN中的第i个值，1≤i≤N，N为采样点个数，N根据采样数据窗和采样频率确定。
优选地，其中所述区内外故障类型确定单元和故障极确定单元，利用如下方式确定第一状态值、第二状态值，第三状态值和第四状态值，包括：
Figure BDA0003084989740000052
其中，sgn(r)为第一状态值、第二状态值、第三状态值或第四状态值；r为第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数或负极低频故障电压秩相关系数；wp为预设的秩相关系数的临界值。
优选地，其中所述区内外故障类型确定单元，根据所述第一状态值和第二状态值的乘积确定线路的区内外故障类型，包括：
Figure BDA0003084989740000061
其中，sgn(rk)为第一状态值；sgn(rm)为第二状态值；若乘积为1，则确定为区内故障，进行故障极的判断；若乘积为-1，则确定为区外故障，保护不动作；若乘积为0，则确定为非故障线路。
优选地，其中所述故障极确定单元，根据所述第三状态值和第四状态值的和确定线路的故障极，包括：
Figure BDA0003084989740000062
a＝sgn(rp)+sgn(rn)，
其中，sgn(rp)为第三状态值；sgn(rn)为第四状态值；k2为第二系数。
本发明提供了一种柔性直流配电网的纵联保护方法及系统，采用低通滤波器滤去高频信号，受噪声干扰小；通过Daniel趋势检验计算低频故障电流秩相关系数，从而实现故障区域的识别，不依赖于边界特征，无需阈值整定；在确定故障区域后根据正负极的低频故障电压秩相关系数确定线路的故障极，并进行动作保护；本发明的方法原理简单，易于实现，解决了现有保护技术速动性差、阈值整定复杂、适应性差等缺陷。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的柔性直流配电网的纵联保护方法100的流程图；
图2为根据本发明实施方式的正极不同位置故障下故障电流的示意图；
图3为根据本发明实施方式的纵联保护方案的流程图；
图4为根据本发明实施方式的直流配电网系统仿真模型的示意图；
图5为根据本发明实施方式的柔性直流配电网的纵联保护系统500的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的柔性直流配电网的纵联保护方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的柔性直流配电网的纵联保护方法，采用低通滤波器滤去高频信号，受噪声干扰小；通过Daniel趋势检验计算低频故障电流秩相关系数，从而实现故障区域的识别，不依赖于边界特征，无需阈值整定；在确定故障区域后根据正负极的低频故障电压秩相关系数确定线路的故障极，并进行动作保护；原理简单，易于实现，解决了现有保护技术速动性差、阈值整定复杂、适应性差等缺陷。本发明实施方式提供的柔性直流配电网的纵联保护方法100，从步骤101处开始，在步骤101，分别采集线路两侧的电流信号和正负极电压信号，并将所述电流信号和正负极电压信号分解至子频带空间，以获取预设子频带范围内的低频电流信号和低频电压信号。
优选地，其中所述方法还包括：
当确定线路发生故障，并且线路的极间电压瞬时值满足预设的极间电压判据时，保护启动；其中，所述预设的极间电圧判据，包括：
Udc＜k1UN，
其中，Udc为线路的极间电压瞬时值；UN为极间电压额定值；k1为第一系数。
在本发明中，直流线路发生故障后极间电压会在短时间内快速下降，当满足预设的极间电压判据Udc＜k1UN时，保护启动。其中，k1可以根据需求设置，例如设置k1为0.9。
在本发明中，利用低通滤波器将线路两侧的电流和正负极电压暂态信号分解至子频带空间，选取预设子频带范围为0-300Hz的低频电流信号和低频电压信号。其中，采用低通滤波器滤去高频信号，能够减小计算过程中噪声的干扰。
在步骤102，根据所述低频电流信号和低频电压信号计算线路发生故障后预设时间段内线路的第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数和负极低频故障电压秩相关系数。
优选地，其中所述方法利用如下方式计算第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数和负极低频故障电压秩相关系数，包括：
Figure BDA0003084989740000081
di＝Xi-Yi，
其中，r为第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数或负极低频故障电压秩相关系数；N为采样频率；Xi为线路两侧的低频电流信号或正负极的低频电压信号对应的时间序列中的第i个值；Yi为线路两侧的低频电流信号或正负极的低频电压信号对应的数值序列YN中的第i个值，1≤i≤N，N为采样点个数，N根据采样数据窗和采样频率确定。
在本发明中，规定从母线流向线路为电流正方向，计算故障后1ms的数据窗期内线路两侧的低频故障电流秩相关系数rk和rm和正负极低频故障电压秩相关系数rp和rn。具体地，计算公式为：
Figure BDA0003084989740000091
di＝Xi-Yi，
其中，r为第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数或负极低频故障电压秩相关系数；N为采样频率；Xi为线路两侧的低频电流信号或正负极的低频电压信号对应的时间序列中的第i个值；Yi为线路两侧的低频电流信号或正负极的低频电压信号对应的数值序列YN中的第i个值，1≤i≤N，N为采样点个数，N根据采样数据窗和采样频率确定。
在步骤103，分别将所述第一低频故障电流秩相关系数和第二低频故障电流秩相关系数与预设的秩相关系数的临界值进行比较，以确定第一状态值和第二状态值，并根据所述第一状态值和第二状态值的乘积确定线路的区内外故障类型。
优选地，其中所述方法利用如下方式
故障极确定单元，利用如下方式确定第一状态值、第二状态值，第三状态值和第四状态值，包括：
Figure BDA0003084989740000092
其中，sgn(r)为第一状态值、第二状态值、第三状态值或第四状态值；r为第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数或负极低频故障电压秩相关系数；wp为预设的秩相关系数的临界值。
优选地，其中所述根据所述第一状态值和第二状态值的乘积确定线路的区内外故障类型，包括：
Figure BDA0003084989740000101
其中，sgn(rk)为第一状态值；sgn(rm)为第二状态值；若乘积为1，则确定为区内故障，进行故障极的判断；若乘积为-1，则确定为区外故障，保护不动作；若乘积为0，则确定为非故障线路。
在本发明中，在确定了低频故障电流秩相关系数rk和rm以及正负极低频故障电压秩相关系数rp和rn后，查阅Spearman秩相关系数统计表得到对应的采集频率N的临界值wp，并将上述秩相关系数计算结果与wp相比。其中，对于任一个的秩相关系数，若满足r≤-wp，则说明低频电流信号呈下降趋势且变化显著；若满足r≥wp，则说明低频电流信号呈上升趋势且变化显著；若满足-wp≤rwp，则说明该信号变化不显著。
为提高通信效率，本发明定义低频信号秩相关系数状态函数，通过状态值确定故障区域。相邻保护装置之间仅需交换状态信息，在一定程度上减少传输数据量，同时对数据同步要求低。
在本发明中，将线路两侧的低频故障电流秩相关系数rk和rm分别与Spearman秩相关系数统计表中的临界值wp进行比较，从而确定低频故障电流秩相关系数rk和rm对应的状态值sgn(r)，包括：
Figure BDA0003084989740000105
然后，利用下述公式确定线路的区内外故障类型，包括：
Figure BDA0003084989740000111
其中，sgn(rk)为低频故障电流秩相关系数rk对应的第一状态值；sgn(rm)为低频故障电流秩相关系数rm第二状态值；若乘积为1，则确定为区内故障，进行故障极的判断；若乘积为-1，则确定为区外故障，保护不动作；若乘积为0，则确定为非故障线路。
在步骤104，当线路的区内外故障类型为区内故障时，根据所述正极低频故障电压秩相关系数和负极低频故障电压秩相关系数与预设的秩相关系数的临界值进行比较，以确定第三状态值和第四状态值，并根据所述第三状态值和第四状态值的和确定线路的故障极，并根据确定的故障极进行相应的线路保护动作。
优选地，其中所述根据所述第三状态值和第四状态值的和确定线路的故障极，包括：
Figure BDA0003084989740000112
a＝sgn(rp)+sgn(rn)，
其中，sgn(rp)为第三状态值；sgn(rn)为第四状态值；k2为第二系数。
在本发明中，在确定为线路区内故障时，计算故障后1ms线路正负极低频故障电压秩相关系数rp和rn的和，令a＝sgn(rp)+sgn(rn)，并利用下述公式根据所述正极低频故障电压秩相关系数和负极低频故障电压秩相关系数与预设的秩相关系数的临界值进行比较，以确定第三状态值和第四状态值，并根据所述第三状态值和第四状态值的和确定线路的故障极，包括：
Figure BDA0003084989740000113
其中，k2可以根据需求设置，例如，可以设置k2为0.5。
图2为根据本发明实施方式的正极不同位置故障下故障电流的示意图。如图2所示，k和m为线路两侧的数据采集单元，假设由母线流向线路为电流的正方向，正常运行时满足ik＝-im。区内F1故障下，由线路两侧向故障点馈流，左侧电流ik呈现增长趋势，右侧电流im极性由负变正也呈现增长趋势；正向区外F3故障下，故障电流流经线路向故障点馈流，因此线路电流幅值增大，两侧电流呈现“一增一减”的趋势；反向区外F2故障下，故障电流流经线路但与原始流向相反，两侧电流极性均反转，呈现“一增一减”的相反趋势。负极故障由此类推，可得到故障电流趋势变化特征表，参见表1。因此，依据区内外故障下线路两侧故障电流趋势变化特征的差异构造区内外识别判据。
表1故障电流趋势变化特征
Figure BDA0003084989740000121
综合考虑可靠性、性能及成本等因素对称单极接线方式性价比最高，因此成为当前直流配电网领域最广泛的接线形式。系统发生单极故障后，故障极电压幅值在短时间内下降至零，为保持极间电压不变，非故障电压幅值上升至极间电压；发生双极短路故障时，两极电压幅值均下降至零，由此故障电压趋势变化特征见表2，依据不同类型故障发生时两极电压趋势变化的差异实现故障极判别。
表2故障电压趋势变化特征
Figure BDA0003084989740000122
图3为根据本发明实施方式的纵联保护方案的流程图，如图3所示，纵联保护的步骤，包括：
步骤一：直流线路发生故障后极间电压在短时间内快速下降，当满足式：udc＜0.9UN时，保护启动；其中，Udc为线路的极间电压瞬时值；UN为极间电压额定值。
步骤二：利用低通滤波器将线路两侧电流、正负极电压暂态信号分解至子频带空间，选取0-300Hz的低频电流信号和低频电压信号。
步骤三：规定从母线流向线路为电流正方向，计算故障后1ms线路两侧低频故障电流秩相关系数rk、rm和正负极低频故障电压秩相关系数rp、rn。秩相关系数的计算公式为：
Figure BDA0003084989740000131
di＝Xi-Yi，
其中，r为第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数或负极低频故障电压秩相关系数；N为采样频率；Xi为线路两侧的低频电流信号或正负极的低频电压信号对应的时间序列中的第i个值；Yi为线路两侧的低频电流信号或正负极的低频电压信号对应的数值序列YN中的第i个值，1≤i≤N，N为采样点个数，N根据采样数据窗和采样频率确定。
步骤四，查阅Spearman秩相关系数统计表得到对应的采集频率N的临界值wp，并将上述秩相关系数计算结果与wp相比，确定低频故障电流秩相关系数rk和rm对应的状态值sgn(r)，包括：
Figure BDA0003084989740000132
然后，利用下述公式确定线路的区内外故障类型，包括：
Figure BDA0003084989740000141
其中，sgn(rk)为低频故障电流秩相关系数rk对应的第一状态值；sgn(rm)为低频故障电流秩相关系数rm第二状态值；若乘积为1，则确定为区内故障，进行故障极的判断；若乘积为-1，则确定为区外故障，保护不动作；若乘积为0，则确定为非故障线路。
步骤五：将正极低频故障电压秩相关系数rp和负极低频故障电压秩相关系数和rm均与预设的秩相关系数的临界值wp进行比较，确定第三状态值sgn(rp)和第四状态值sgn(rn)，令a＝sgn(rp)+sgn(rn)，并利用下述公式根据根据第三状态值sgn(rp)和第四状态值sgn(rn)的和确定线路的故障极，包括：
Figure BDA0003084989740000142
图4是基于MATLAB/SIMULINK仿真平台搭建的直流配电网系统仿真模型，其中中压采用10kV交流经两台MMC换流站后分别进入两个±10kV直流开闭所K1、K2，组成中压直流网架；中压开闭所引出多条直流±10kV馈线，经DC/DC直流变压器降压后接入各类用电负荷；光伏在低压侧汇流通过DC/DC升压变并入中压网络，实现光伏集中上网。正常运行情况下，中压系统闭环运行，即所有母联、负荷开关闭合；低压系统母联打开，作开环运行，涉及到低压层面转供时才闭合。根据图3纵联保护流程图对直流线路l1为例进一步展开说明，本例中系统采样频率选取为直流工程中通常使用的10kHz，保护数据窗长度为1ms。图4中F1为线路l1故障点，区内故障类型分为正极接地、负极接地和双极短路故障，同时考虑线路始端(10％)、中端(50％)、末端(90％)3种故障位置，对线路I1而言F2、F3均为区外故障。
故障发生后，检测到系统极间电压低于0.9UN，保护装置启动。利用截止频率300Hz的低通滤波器处理电压、电流暂态信息，由于数据窗长度为1ms，采样频率10kHz，因此数据量N＝10，查阅Spearman秩相关系数统计的临界值wp为0.746。根据秩相关系数计算线路两侧低频故障电流秩相关系数rk、rm，并与wp比较得到线路两侧低频电流信号秩相关系数状态字，若满足判据sgn(rk)·sgn(rm)＝1判定为区内故障，进入故障选极环节；否则保护复归。表3为区内、外故障判别结果。
表3区内、外故障判别结果
Figure BDA0003084989740000151
保护识别区内故障后，接着利用秩相关系数计算故障后1ms线路正负极低频故障电压秩相关系数rp和rn并与wp比较得到线路两极低频电压信号秩相关系数状态字。令a＝sgn(rp)+sgn(rn)，若a＜-0.5判断为正极故障；若满足判据a＞0.5，则故障极为负极；当a介于-0.5与0.5之间时，则为双极短路故障，相应保护动作。表4为故障极判别结果。根据表3、表4可知，本发明所提保护方案能够正确识别区内、外故障，并完成故障选极，实现保护正确动作。
表4故障极判别结果
Figure BDA0003084989740000152
Figure BDA0003084989740000161
本发明引入Daniel趋势检验法提取信号显著性趋势变化特征，实现故障区域及故障极判断。该方法原理简单，不依赖于边界特征且无需整定，通过相邻保护装置交换信号状态信息，对数据同步要求低，易于实现。
图5为根据本发明实施方式的柔性直流配电网的纵联保护系统500的结构示意图。如图5所示，本发明实施方式提供的柔性直流配电网的纵联保护系统500，包括：分解单元501、秩相关系数计算单元502、区内外故障类型确定单元503和故障极确定单元504。
优选地，所述分解单元501，用于分别采集线路两侧的电流信号和正负极电压信号，并将所述电流信号和正负极电压信号分解至子频带空间，以获取预设子频带范围内的低频电流信号和低频电压信号。
优选地，其中所述系统还包括：
保护启动单元，用于当确定线路发生故障，并且线路的极间电压瞬时值满足预设的极间电压判据时，保护启动；其中，预设的极间电圧判据，包括：
Udc＜k1UN，
其中，Udc为线路的极间电压瞬时值；UN为极间电压额定值；k1为第一系数。
优选地，所述秩相关系数计算单元502，用于根据所述低频电流信号和低频电压信号计算线路发生故障后预设时间段内线路的第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数和负极低频故障电压秩相关系数。
优选地，其中所述秩相关系数计算单元502，利用如下方式计算第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数和负极低频故障电压秩相关系数，包括：
Figure BDA0003084989740000171
di＝Xi-Yi，
其中，r为第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数或负极低频故障电压秩相关系数；N为采样频率；Xi为线路两侧的低频电流信号或正负极的低频电压信号对应的时间序列中的第i个值；Yi为线路两侧的低频电流信号或正负极的低频电压信号对应的数值序列YN中的第i个值，1≤i≤N，N为采样点个数，N根据采样数据窗和采样频率确定。
优选地，所述区内外故障类型确定单元503，用于分别将所述第一低频故障电流秩相关系数和第二低频故障电流秩相关系数与预设的秩相关系数的临界值进行比较，以确定第一状态值和第二状态值，并根据所述第一状态值和第二状态值的乘积确定线路的区内外故障类型。
优选地，其中所述区内外故障类型确定单元503和故障极确定单元504，利用如下方式确定第一状态值、第二状态值，第三状态值和第四状态值，包括：
Figure BDA0003084989740000172
其中，sgn(r)为第一状态值、第二状态值、第三状态值或第四状态值；r为第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数或负极低频故障电压秩相关系数；wp为预设的秩相关系数的临界值。
优选地，其中所述区内外故障类型确定单元503，根据所述第一状态值和第二状态值的乘积确定线路的区内外故障类型，包括：
Figure BDA0003084989740000181
其中，sgn(rk)为第一状态值；sgn(rm)为第二状态值；若乘积为1，则确定为区内故障，进行故障极的判断；若乘积为-1，则确定为区外故障，保护不动作；若乘积为0，则确定为非故障线路。
优选地，所述故障极确定单元504，用于当线路的区内外故障类型为区内故障时，根据所述正极低频故障电压秩相关系数和负极低频故障电压秩相关系数与预设的秩相关系数的临界值进行比较，以确定第三状态值和第四状态值，并根据第三状态值和第四状态值的和确定线路的故障极，并根据确定的故障极进行相应的线路保护动作。
优选地，其中所述故障极确定单元，根据所述第三状态值和第四状态值的和确定线路的故障极，包括：
Figure BDA0003084989740000182
a＝sgn(rp)+sgn(rn)，
其中，sgn(rp)为第三状态值；sgn(rn)为第四状态值；k2为第二系数。
本发明的实施例的柔性直流配电网的纵联保护系统500与本发明的另一个实施例的柔性直流配电网的纵联保护方法100相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
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。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种柔性直流配电网的纵联保护方法，其特征在于，所述方法包括：
分别采集线路两侧的电流信号和正负极电压信号，并将所述电流信号和正负极电压信号分解至子频带空间，以获取预设子频带范围内的低频电流信号和低频电压信号；
根据所述低频电流信号和低频电压信号计算线路发生故障后预设时间段内线路的第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数和负极低频故障电压秩相关系数；
分别将所述第一低频故障电流秩相关系数和第二低频故障电流秩相关系数与预设的秩相关系数的临界值进行比较，以确定第一状态值和第二状态值，并根据所述第一状态值和第二状态值的乘积确定线路的区内外故障类型；
当线路的区内外故障类型为区内故障时，根据所述正极低频故障电压秩相关系数和负极低频故障电压秩相关系数与预设的秩相关系数的临界值进行比较，以确定第三状态值和第四状态值，并根据所述第三状态值和第四状态值的和确定线路的故障极，并根据确定的故障极进行相应的线路保护动作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当确定线路发生故障，并且线路的极间电压瞬时值满足预设的极间电压判据时，保护启动；其中，预设的极间电圧判据，包括：
Udc＜k1UN，
其中，Udc为线路的极间电压瞬时值；UN为极间电压额定值；k1为第一系数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法利用如下方式计算第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数和负极低频故障电压秩相关系数，包括：
Figure FDA0003084989730000021
di＝Xi-Yi，
其中，r为第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数或负极低频故障电压秩相关系数；N为采样频率；Xi为线路两侧的低频电流信号或正负极的低频电压信号对应的时间序列中的第i个值；Yi为线路两侧的低频电流信号或正负极的低频电压信号对应的数值序列YN中的第i个值，1≤i≤N，N为采样点个数，N根据采样数据窗和采样频率确定。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法利用如下方式确定第一状态值、第二状态值，第三状态值和第四状态值，包括：
Figure FDA0003084989730000022
其中，sgn(r)为第一状态值、第二状态值、第三状态值或第四状态值；r为第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数或负极低频故障电压秩相关系数；wp为预设的秩相关系数的临界值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一状态值和第二状态值的乘积确定线路的区内外故障类型，包括：
Figure FDA0003084989730000023
其中，sgn(rk)为第一状态值；sgn(rm)为第二状态值；若乘积为1，则确定为区内故障，进行故障极的判断；若乘积为-1，则确定为区外故障，保护不动作；若乘积为0，则确定为非故障线路。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第三状态值和第四状态值的和确定线路的故障极，包括：
Figure FDA0003084989730000031
a＝sgn(rp)+sgn(rn)，
其中，sgn(rp)为第三状态值；sgn(rn)为第四状态值；k2为第二系数。
7.一种柔性直流配电网的纵联保护系统，其特征在于，所述系统包括：
分解单元，用于分别采集线路两侧的电流信号和正负极电压信号，并将所述电流信号和正负极电压信号分解至子频带空间，以获取预设子频带范围内的低频电流信号和低频电压信号；
秩相关系数计算单元，用于根据所述低频电流信号和低频电压信号计算线路发生故障后预设时间段内线路的第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数和负极低频故障电压秩相关系数；
区内外故障类型确定单元，用于分别将所述第一低频故障电流秩相关系数和第二低频故障电流秩相关系数与预设的秩相关系数的临界值进行比较，以确定第一状态值和第二状态值，并根据所述第一状态值和第二状态值的乘积确定线路的区内外故障类型；
故障极确定单元，用于当线路的区内外故障类型为区内故障时，根据所述正极低频故障电压秩相关系数和负极低频故障电压秩相关系数与预设的秩相关系数的临界值进行比较，以确定第三状态值和第四状态值，并根据所述第三状态值和第四状态值的和确定线路的故障极，并根据确定的故障极进行相应的线路保护动作。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
保护启动单元，用于当确定线路发生故障，并且线路的极间电压瞬时值满足预设的极间电压判据时，保护启动；其中，预设的极间电圧判据，包括：
Udc＜k1UN，
其中，Udc为线路的极间电压瞬时值；UN为极间电压额定值；k1为第一系数。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述秩相关系数计算单元，利用如下方式计算第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数和负极低频故障电压秩相关系数，包括：
Figure FDA0003084989730000041
di＝Xi-Yi，
其中，r为第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数或负极低频故障电压秩相关系数；N为采样频率；Xi为线路两侧的低频电流信号或正负极的低频电压信号对应的时间序列中的第i个值；Yi为线路两侧的低频电流信号或正负极的低频电压信号对应的数值序列YN中的第i个值，1≤i≤N，N为采样点个数，N根据采样数据窗和采样频率确定。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述区内外故障类型确定单元和故障极确定单元，利用如下方式确定第一状态值、第二状态值，第三状态值和第四状态值，包括：
Figure FDA0003084989730000042
其中，sgn(r)为第一状态值、第二状态值、第三状态值或第四状态值；r为第一低频故障电流秩相关系数、第二低频故障电流秩相关系数、正极低频故障电压秩相关系数或负极低频故障电压秩相关系数；wp为预设的秩相关系数的临界值。
11.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述区内外故障类型确定单元，根据所述第一状态值和第二状态值的乘积确定线路的区内外故障类型，包括：
Figure FDA0003084989730000051
其中，sgn(rk)为第一状态值；sgn(rm)为第二状态值；若乘积为1，则确定为区内故障，进行故障极的判断；若乘积为-1，则确定为区外故障，保护不动作；若乘积为0，则确定为非故障线路。
12.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述根据所述第三状态值和第四状态值的和确定线路的故障极，包括：
Figure FDA0003084989730000052
a＝sgn(rp)+sgn(rn)；
其中，sgn(rp)为第三状态值；sgn(rn)为第四状态值；k2为第二系数。
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