CN117335371B - 基于弗雷歇距离算法的有源配电网差动保护方法及系统 - Google Patents

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CN117335371B CN202311281097.3A CN202311281097A CN117335371B CN 117335371 B CN117335371 B CN 117335371B CN 202311281097 A CN202311281097 A CN 202311281097A CN 117335371 B CN117335371 B CN 117335371B
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Abstract

本发明提出了基于弗雷歇距离算法的有源配电网差动保护方法及系统，包括：实时获取三相电压和中性点电压并基于获取的数据判断是否发生短路故障；若发生短路故障，提取各线路两端在半个周期时间窗内的电流波形并进行归一化处理；利用弗雷歇距离算法计算各线路两端归一化处理后的电流采样值的弗雷歇距离，基于弗雷歇距离量化线路两端电流波形相似度；基于弗雷歇距离计算电流差动保护的制动系数并利用所述制动系数构造差动保护动作判据，通过代入线路两端电流至保护动作判据校验是否满足保护动作判据来判断是否发生区内故障及是否发送跳闸命令。

Description

基于弗雷歇距离算法的有源配电网差动保护方法及系统
技术领域
本发明属于有源配电网继电保护技术领域，尤其涉及基于弗雷歇距离算法的有源配电网差动保护方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
太阳能、风能等分布式电源因其可再生、储量大、无污染等优点而被大量接入配电网中，这大大降低了化石能源的消耗并显著提高了系统供电的可靠性。
然而，分布式电源的接入使得传统配电网络由单侧电源供电的辐射状网络变为多端供电的网络，正常运行情况下的负荷电流以及故障后的短路电流在不同运行方式下皆存在双向流动的可能。电流大小和方向的不确定性影响传统配电网保护方案的动作特性，保护存在误动以及拒动的可能，严重时将危及设备、人员安全以及系统运行的稳定性。因此，配电网急需更加可靠灵敏的线路保护方法。
目前，针对有源配电网的保护方法大致可分为两类，一类是基于单端量的，根据故障情况对现有保护进行自适应调整的方法；一类是基于双端量的，在配电网中引入输电线路中常用的纵联保护方法。第一类方法原理简单，但存在保护整定配合困难、数据处理要求高等缺点。第二类方法虽然需要附加额外的数据通道，但它具有绝对的选择性和较高的可靠性，是目前研究的热点。
现有文献提出了“LIANG Yingyu,LI Wulin,ZHA Wengting.Adaptive mhocharacteristic-based distance protection for lines emanating fromphotovoltaic power plants under unbalanced faults[J].IEEE Systems Journal,2020,15(3):3506-3516”，该文献根据测量阻抗、附加阻抗、整定阻抗以及自适应整定阻抗之间的几何关系，推导了设定阻抗的自适应调整算法，实现了动作区域的自适应变化，相较于传统距离保护可靠性大幅提高。不过该方法原理复杂，计算量过大，且不能保护线路全长，适用性欠佳。
现有技术“MA J，WANG X，ZHANG Y G，et al.A novel adaptive currentprotection scheme for distribution systems with distributed generation[J].International Journal of Electrical Power&Energy Systems，2012，43(1)：1460-1466”公开了一种自适应电流保护方法，在传统电流保护的基础上，利用稳态故障电流设计了自适应非导频电流保护方法，建立了主、备自适应保护的设置准则，大大提高了电流保护的保护范围，然而当分布式电源渗透率较高时，该方法的电流整定变得十分困难。
现有专利，申请号“CN202011364240.1”提出了一种基于d轴的电流差动保护方法。分析逆变型分布式电源和同步型分布式电源在故障时的d轴电流输出特征，利用d轴电流分量采样值构造差动保护的动作特性，由于故障后线路两端仅需传输d轴电流分量，因而保护所需的通信信道数量大幅减少，然而，该方法在区内发生三相短路时，分布式电源并网点电压会大幅下降，其提供的d轴电流也会大幅减小，保护可能拒动。
综上所述，发明人发现，现有的有源配电网保护方法可能会受到分布式电源渗透率、保护算法复杂程度以及网络运行状态等因素而影响有源配电网保护效果，现有保护存在拒动、误动或失效的可能。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了基于弗雷歇距离算法的有源配电网差动保护方法，其使用弗雷歇距离对故障后各线路两端电流波形的相似度进行量化，根据计算出的弗雷歇距离构造电流差动保护的制动系数，实现了电流差动保护的自适应调整，保护方法原理简单，耐过渡电阻能力强，保护性能不受分布式电源渗透率影响，适用于有源配电网实现快速故障处理。
为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
第一方面，公开了基于弗雷歇距离算法的有源配电网差动保护方法，包括：
实时获取三相电压和中性点电压并基于获取的数据判断是否发生短路故障；
若发生短路故障，提取各线路两端在半个周期时间窗内的电流波形并进行归一化处理；
利用弗雷歇距离算法计算各线路两端归一化处理后的电流采样值的弗雷歇距离，基于弗雷歇距离量化线路两端电流波形相似度；
基于弗雷歇距离计算电流差动保护的制动系数并利用所述制动系数构造差动保护动作判据，通过代入线路两端电流至保护动作判据校验是否满足保护动作判据来判断是否发生区内故障及是否发送跳闸命令。
作为进一步的技术方案，基于计算出的弗雷歇距离动态调整电流差动保护的制动系数，以适应不同的故障运行方式。
作为进一步的技术方案，所述制动系数K的计算公式为：
式中：和/>为线路MN两端电流的归一化值，/>为一个数据窗内线路MN的弗雷歇距离计算结果。
作为进一步的技术方案，电流比率差动保护的动作判据如下：
式中：Iop为很小的启动门槛，综合考虑测量误差、通信误差等影响，取0.01kA，K为制动系数。
作为进一步的技术方案，当区外发生故障或系统正常运行时，线路两端电流大小相等，方向相反，波形相似，此时计算出的弗雷歇距离数值较小，接近于0，制动系数很大，接近于1，制动电流远大于动作电流，保护可靠不动作。
作为进一步的技术方案，当区内发生故障时，线路两端电流的数值大小、相位方向和波形变化差异都很大，弗雷歇距离计算结果趋近于1，制动系数变得很小，趋近于0，制动电流远小于动作电流，保护能够可靠动作。
作为进一步的技术方案，获取三相电压和中性点电压，当电压偏移超过设定的额定电压时，即判断系统中发生短路故障，随即开始进行故障判别。
第二方面，公开了基于弗雷歇距离算法的有源配电网差动保护方法，包括：
瞬时电压计算模块，被配置为：实时获取三相电压和中性点电压并基于获取的数据判断是否发生短路故障；
瞬时电流计算模块，被配置为：若发生短路故障，提取各线路两端在半个周期时间窗内的电流波形并进行归一化处理；
弗雷歇距离计算模块，被配置为：利用弗雷歇距离算法计算各线路两端归一化处理后的电流采样值的弗雷歇距离，基于弗雷歇距离量化线路两端电流波形相似度；
制动系数计算模块，被配置为：基于弗雷歇距离计算电流差动保护的制动系数；
区内故障判断模块，被配置为：利用所述制动系数构造差动保护动作判据，通过代入线路两端电流至保护动作判据校验是否满足保护动作判据来判断是否发生区内故障及是否发送跳闸命令。
基于计算出的弗雷歇距离动态调整电流差动保护的制动系数，以适应不同的故障运行方式。
作为进一步的技术方案，所述制动系数K的计算公式为：
式中：和/>为线路MN两端电流的归一化值，/>为一个数据窗内线路MN的弗雷歇距离计算结果。
作为进一步的技术方案，电流比率差动保护的动作判据如下：
式中：Iop为很小的启动门槛，综合考虑测量误差、通信误差等影响，取0.01kA，K为制动系数。
作为进一步的技术方案，当区外发生故障或系统正常运行时，线路两端电流大小相等，方向相反，波形相似，此时计算出的弗雷歇距离数值较小，接近于0，制动系数很大，接近于1，制动电流远大于动作电流，保护可靠不动作。
作为进一步的技术方案，当区内发生故障时，线路两端电流的数值大小、相位方向和波形变化差异都很大，弗雷歇距离计算结果趋近于1，制动系数变得很小，趋近于0，制动电流远小于动作电流，保护能够可靠动作。
作为进一步的技术方案，获取三相电压和中性点电压，当电压偏移超过设定的额定电压时，即判断系统中发生短路故障，随即开始进行故障判别。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
本发明技术方案利用弗雷歇距离算法定量地描述了故障后线路两端电流波形的相似度，根据弗雷歇距离计算结果自适应地调整电流差动保护的制动系数，在区内故障时扩大保护动作区，区外故障时减小动作区，提升了保护性能，具有较高的灵敏度与耐受过渡电阻能力，能更好地适用于含高渗透率分布式电源的有源配电网。
本发明提出的利用具有自适应制动系数的电流差动保护方法，后续仿真验证部分也验证了正是引入了自适应变化的制动系数，因而解决了上述影响因素带来的电流差动保护中“受到分布式电源渗透率、保护算法复杂程度以及网络运行状态等因素的影响”的问题。
本发明技术方案仅仅利用线路两端电流信息，不需要两端电压信息，判据构建简单，对通信信道数量要求少，同时兼容了低成本与高可靠性。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例的简单有源配电网示意图；
图2为本发明实施例的正常运行时的等值阻抗示意图；
图3为本发明实施例的正常运行时的电流相量图；
图4为本发明实施例的区外故障时的等值阻抗示意图；
图5为本发明实施例的区外故障时的电流相量图；
图6为本发明实施例的区内故障时的等值阻抗图；
图7为本发明实施例的区内故障时的电流相量图；
图8为本发明实施例的遛狗最短狗绳模型；
图9为本发明实施例区外三相短路故障时线路MN两端的电流波形；
图10为本发明实施例区外三相短路故障时动作电流与制动电流的变化图；
图11为本发明实施例区内三相短路故障时线路MN两端的电流波形；
图12为本发明实施例区外三相短路故障时动作电流与制动电流的变化图；
图13为本发明实施例的保护方法的整体流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
参见附图13所示，本实施例公开了基于弗雷歇距离算法的有源配电网差动保护方法，包括：
步骤1：实时获取配电网的三相电压和中性点电压判断是否发生短路故障，若存在短路故障，则进行步骤2；
测量中性点电压是为了判断是否发生短路故障，测量三相电压是为了利用三相电压幅值相位信息进行故障相判别，利用三相电压幅值相位进行故障相判别是已经很成熟且常用的技术，在本实施例子中不再展开赘述。
具体地，当配电网中性点电压偏移超过15％的额定电压时，即判断系统中发生短路故障，随即开始进行故障判别。
步骤2：提取各线路两端在半个周期时间窗内的电流波形并进行归一化处理，在保留各电流波形间原始关系的基础上，实现数据的标准化；
在该步骤中，兼顾保护动作的选择性与速动性，线路两端电流采样时间窗选为半个周期，即10ms。
另外，对电流采样值进行归一化处理，在保留原有波形关系的基础上，实现了数据的标准化，同时也限制了各线路两端电流波形采样值之间的弗雷歇距离计算结果位于[0,1]区间以内，便于计算分析。
被保护线路两端电流在区内故障与区外故障、正常运行时存在很大差异，以图1为例进行分析。其中，为系统主电源的电动势，/>为分布式电源的电动势，/>
分别为流过线路MN两端的电流，方向均为从母线指向线路，LL为接在馈线末端的负荷。f1和f2分别代表在线路MN区内和区外发生的短路故障。
当系统正常运行，即线路MN区内、区外均不发生故障时，可以得到图2所示的等值阻抗图。ZN分别为母线N下游的等值电动势和等值阻抗，ZM为系统电源的内阻抗，ZMN为线路MN的等值阻抗。此时流过线路MN两端的电流满足下式：
进一步可以画出正常运行时流过线路MN两端电流的相位图如图3所示，可以看出，被保护线路两端电流大小相等，相位相反，因而两侧电流波形具有很高的相似性。
当发生区外故障(f2)时，此时系统的等值阻抗如图4所示。其中，ZF为过渡电阻。由图4可以看出，被保护线路下游发生短路故障时会影响该区段下游的等值阻抗，相比于正常运行状态，故障时线路MN下游的等值阻抗由ZN变为ZN+ZF。此外，区外故障还会影响分布式电源接入侧的等值电势根据故障过渡电阻以及分布式电源的故障输出特征，该电动势会有相应程度的减小。此时流过线路两端的电流计算公式如下：
进一步可以画出区外故障时流过线路MN两端电流的相位图如图5所示，可以看出，虽然区外故障会影响系统的等值阻抗图，但流过被保护线路两端的电流仍旧保持大小相等、相位相反的关系，即两端电流仍旧保持有很高的相似性。
当发生区内故障(f1)时，此时系统的等值阻抗如图6所示，其中，a为故障点距母线M的长度与线路MN总长度的比值。此时流过线路MN两端的电流计算公式如下：
进一步可以画出区外故障时流过线路MN两端电流的相位图如图7所示，可以看出，由于过渡电阻大小和故障位置的随机性，以及并网分布式电源的容量有限，流经线路MN两端的电流不再相等，电流波形存在显著差异。
通过上述分析可知，当系统正常运行或发生区外短路故障时，被保护线路两端的电流具有很高的相似性，而当区内发生短路故障时，被保护线路两端电流波形差异较大，因此，可以利用区内外故障时线路两端电流波形的差异构造电流差动保护动作判据。
为了兼顾保护的选择性与速动性，提取故障后各线路两端半个周期(10ms)的电流数据进行保护整定与判别。此外为了便于后续各区段进行弗雷歇距离计算，需要对电流采样值按照下式进行归一化计算。
式中：m表示接在各线路端部的断路器编号；img为流过断路器m的归一化后的电流；im为流过断路器m的归一化前的值；immax为采样区间内流过断路器m所在线路电流的最大值；immin为采样区间内流过断路器m所在线路电流的最小值。通过归一化计算值之后，就可以在保留各电流波形间原始关系的基础上，实现了数据的标准化。
步骤3：利用弗雷歇距离算法计算各线路两端电流采样值的弗雷歇距离，通过弗雷歇距离的大小实现对线路两端电流波形相似度的量化。
在该步骤中，引入弗雷歇距离算法对被保护线路两端电流波形采样值进行量化，通过弗雷歇距离计算结果反映两端电流波形的差异程度，被保护线路两端波形差异很大时，弗雷歇距离计算结果很大，当被保护线路两端电流波形采样值差异很小时，弗雷歇距离计算结果很小。
弗雷歇距离是法国数学家Maurice RenéFréchet在1906年提出的一种路径空间相似形描述，可以利用图8所示的人狗模型进行直观理解。人走蓝色路径，狗走红色路径，弗雷歇距离就是两者各自走完这两条路径过程中所需要的最短狗绳长度。当两条路经相似时，所需的最短狗绳长度就会很短，而当两条路径有很大差异时，所需的狗绳长度也就会很长。可见，将弗雷歇距离算法应用到电力系统中可以很好地刻画波形的相似程度。
离散弗雷歇距离算法的数学定义为：将曲线定义为连续映射f:[a,b]→V，其中，a,b∈R且a≤b。(V,d)是一个度量空间，d为集合V的一个度量。给定两条曲线f:[a,b]→V，g:[a′,b′]→V，则它们之间的弗雷歇距离为：
式中：α为从[0,1]到[a,b]上的任意连续非递减函数；β为从[0,1]到[a′,b′]上的任意连续非递减函数。
弗雷歇算法公式的定义是从两条曲线出发的，反映到本发明中即为被保护线路两端电流采样波形的变化曲线。假设被保护区段左侧电流采样值波形为曲线f，被保护区段右侧电流采样值波形为曲线g，t是时间点，该时刻，两条电流波形变化曲线的采样点分别为f(α(t))、g(β(t))。如果使用欧氏距离，则容易定义d(f(α(t)),g(β(t)))。在每次采样中t离散的遍历区间[0,1]，得到该种采样方式下的最大距离为
弗雷歇距离就是使上述距离表达式中距离最小化的采样方式下的值。可见，当两端电流波形差异越大，弗雷歇距离计算结果越大；当两端电流波形差异越小，弗雷歇距离计算结果越小。
根据弗雷歇距离计算公式可知，当发生区内故障时，由于线路两端电流波形有很大差异，因而所计算出的弗雷歇距离很大，步骤2已经将电流采样值进行归一化处理，故此时的弗雷歇距离趋近于最大值1，当发生区外故障或系统正常运行时，线路两端电流波形相似，计算出的弗雷歇距离很小，数值趋近于0。通过计算出的弗雷歇距离即实现了对线路两端电流波形形似度的量化。
步骤4：利用弗雷歇距离计算结果计算电流差动保护的制动系数并构造差动保护动作判据，通过代入线路两端电流校验是否满足保护动作判据来判断是否发生区内故障及是否发送跳闸命令。
在该步骤中，利用弗雷歇距离计算结果构造自适应制动系数，当区内故障时，制动系数接近于0，保护灵敏度大幅提高，当区外故障时，制动系数接近于1，保护具有较高的可靠性。
利用自适应制动系数代替了传统电流比率制动保护的固定制动系数，当动作电流大于制动电流时，保护动作，当动作电流小于制动电流时，保护不动作。
以图1所示的简单有源配电网为例进行分析，传统电流比率差动保护的动作判据如下：
式中：Iop为很小的启动门槛，综合考虑测量误差、通信误差等影响，取0.01kA，K为制动系数。
传统电流比率差动保护K取一固定值，然而这导致保护受系统运行方式的影响很大。本发明采用自适应调整的制动系数，即利用步骤3计算出的弗雷歇距离按照下式动态调整电流差动保护的制动系数，以适应不同的故障运行方式。
式中：和/>为线路MN两端电流的归一化值，/>为一个数据窗内线路MN的弗雷歇距离计算结果。
当区外发生故障(f2)或系统正常运行时，线路两端电流大小相等，方向相反，波形相似，此时计算出的弗雷歇距离数值较小，接近于0，制动系数很大，接近于1，制动电流远大于动作电流，保护可靠不动作。
当区内发生故障(f1)时，线路两端电流的数值大小、相位方向和波形变化差异都很大，弗雷歇距离计算结果趋近于1，制动系数变得很小，趋近于0，制动电流远小于动作电流，保护能够可靠动作。
本实施例子中，电流比率差动保护的动作判据的制动系数是根据故障类型自适应调整的，而制动系数的调整就是依据弗雷歇距离计算结果。故障后首先提取被保护区段两段电流波形并计算弗雷歇距离，进而确定相应的制动系数，紧接着就可以代入保护判据进行判别故障。
需要说明的是，现有技术中利用弗雷歇距离算法比较故障后流过各线路首端的零序电流波形，目的是为了实现在单相接故障下准确选出故障线路。本实施例子技术方案中比较的电流是各被保护区段两端的全电流波形，引入弗雷歇距离算法是为了实现各被保护区段两端电流波形相似度的量化，然后根据量化后的数值进一步构造电流差动保护的自适应制动系数，目的是为了实现对故障区域的自适应判别。
本发明采用上述手段的原因是：大量分布式电源接入配电网使传统配电网络由单侧电源供电的辐射状网络变为多端供电的网络，正常运行情况下的负荷电流以及故障后的短路电流在不同运行方式下皆存在双向流动的可能。电流大小和方向的不确定性影响传统配电网保护方案的动作特性，保护存在误动以及拒动的可能，严重时将危机设备、人员安全以及系统运行的稳定性。针对上述问题，虽然业内已经提出许多方法，但都或多或少受分布式电源渗透率、保护算法复杂程度以及网络运行状态等因素的影响，因而本发明技术方案考虑引入弗雷歇距离算法，通过比较被保护区段两端电流波形构造具有更高区内故障灵敏性和区外故障可靠性的自适应电流差动保护方法。
为了便于利用弗雷歇距离计算结果构造自适应制动系数，本发明把采集到的电流数据进行了归一化处理，这样就可以保证被保护区段两端电流波形计算出来的弗雷歇距离大小在[0,1]之间，即区内故障时由于被保护线路两端电流波形差异较大，弗雷歇距离计算结果趋近于1，制动系数很小，接近于0，保护能有很高的灵敏性。区外故障时由于被保护线路两端电流波形差异小，弗雷歇距离计算结果趋近于0，制动系数很大，接近于1，保护具有很高的可靠性。
验证案例：
通过电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC搭建有源配电网模型，对本实施例提出的一种基于弗雷歇距离算法的有源配电网差动保护方法进行仿真验证：
1)建立模型
在PSCAD/EMTDC中仿照图1搭建有源配电网仿真模型。系统电压等级为10.5kV，线路长度为10km，单位阻抗参数为z＝0.17+j0.34Ω/km，分布式电源接在母线N上，其容量为1MVA，线路末端接有1.5MVA大小的负荷，其负荷功率因数为0.9。区内故障f1发生在线路MN上距离母线M长度为7.5km处，区外故障f2发生在线路MN下级线路出口处，故障时刻均设置为2s。
2)仿真分析
a)区外故障时的仿真结果
为验证本实施例提出的一种基于弗雷歇距离算法的有源配电网差动保护方法在区外故障时动作的选择性，设置故障f2，故障类型为三相金属性短路，故障后半个周期采样时间窗内线路MN两端电流的波形变化如图9所示。可以看出，区外故障时流过线路两端的电流波形相似度很高,此时的弗雷歇距离可以计算出为0.001。进一步的，可以画出线路MN两端电流差动保护的制动电流和差动电流的变化波形如图10所示，可以看出，区外故障时线路电流差动保护的动作电流变化曲线始终位于制动电流的下方，保护能够可靠不动作。
改变故障类型、过渡电阻以及分布式电源并网容量，以进一步验证所提保护方法在区外故障时的动作性能，表1为区外故障时不同故障类型、过渡电阻下的仿真结果，表2为区外故障时不同分布式电源并网容量下的仿真结果。
表1区外故障时不同故障类型、过渡电阻下的仿真结果
注：表中电流数据取自数据窗中间时刻
表2区外故障时不同分布式电源并网容量下的仿真结果
注：表中电流数据取自数据窗中间时刻由表1可看出，区外故障时，无论发生何种类型的故障以及过渡电阻如何变化，本实施例提出的一种基于弗雷歇距离算法的有源配电网差动保护方法的动作电流始终远小于制动电流，保护均能可靠不动作。
由表2可看出，区外发生故障，增大分布式电源并网容量，保护的制动电流与动作电流均减小，但制动电流始终远大于动作电流，保护仍旧可以可靠不动作。
b)区内故障时的仿真结果
为检验本实施例提出的一种基于弗雷歇距离算法的有源配电网差动保护方法在区内故障时动作的可靠性，设置故障f1，故障类型为三相金属性短路，故障后半个周期采样时间窗内线路MN两端电流的波形变化如图11所示。由图11可以看出，区内故障后线路两端电流波形差异很大，进一步根据图11利用弗雷歇距离算法可以求得两端电流采样波形的弗雷歇距离为0.973，数值很大。利用求出的弗雷歇距离即可求得相应的自适应制动系数，此时保护的动作电流以及制动电流变化图如图12所示。由图12可以看出，所提保护方法的动作电流在采样时间内始终大于制动电流，故在区内故障时可以迅速切除故障，保护具有良好的可靠性与速动性。
改变故障类型、过渡电阻以及分布式电源并网容量，以进一步验证所提保护方法在区内故障时的动作性能，表3为区内故障时不同故障类型、过渡电阻下的仿真结果，表2为区内故障时不同分布式电源并网容量下的仿真结果。
表3区内故障时不同故障类型、过渡电阻下的仿真结果
注：表中电流数据取自数据窗中间时刻
表4区内故障时不同分布式电源并网容量下的仿真结果
注：表中电流数据取自数据窗中间时刻
由表3可看出，区内故障时，无论发生何种类型的故障以及过渡电阻如何变化，本实施例所提电流差动保护方法的动作电流始终大于制动电流，保护均能可靠动作。
由表4可以看出，区内故障时，分布式电源并网容量改变，所提保护方法仍然可以可靠动作，分布式电源并网容量不影响保护的可靠动作。
本实施例提出了一种基于弗雷歇距离算法的有源配电网差动保护方法。故障后首先提取各线路两端的电流波形并进行归一化处理，然后引入弗雷歇距离算法对波形相似度进行量化，最后根据弗雷歇距离计算结果构造电流差动保护的制动系数，实现对故障线路的可靠判别。在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型对所提方法进行验证，仿真结果表明，所提方法不受故障类型以及分布式电源并网容量的影响，能够正确判别故障，具有良好的可靠性与选择性。
实施例二
本实施例的目的是提供一种计算机装置,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上述方法的步骤。
实施例三
本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。
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执行上述方法的步骤。
实施例四
本实施例的目的是提供基于弗雷歇距离算法的有源配电网差动保护方法，包括：
瞬时电压计算模块，被配置为：实时获取三相电压和中性点电压并基于获取的数据判断是否发生短路故障；
瞬时电流计算模块，被配置为：若发生短路故障，提取各线路两端在半个周期时间窗内的电流波形并进行归一化处理；
弗雷歇距离计算模块，被配置为：利用弗雷歇距离算法计算各线路两端归一化处理后的电流采样值的弗雷歇距离，基于弗雷歇距离量化线路两端电流波形相似度；
制动系数计算模块，被配置为：基于弗雷歇距离计算电流差动保护的制动系数；
区内故障判断模块，被配置为：利用所述制动系数构造差动保护动作判据，通过代入线路两端电流至保护动作判据校验是否满足保护动作判据来判断是否发生区内故障及是否发送跳闸命令。
基于计算出的弗雷歇距离动态调整电流差动保护的制动系数，以适应不同的故障运行方式。
在本实施例子中，制动系数K的计算公式为：
式中：和/>为线路MN两端电流的归一化值，/>为一个数据窗内线路MN的弗雷歇距离计算结果。
电流比率差动保护的动作判据如下：
式中：Iop为很小的启动门槛，综合考虑测量误差、通信误差等影响，取0.01kA，K为制动系数。
当区外发生故障或系统正常运行时，线路两端电流大小相等，方向相反，波形相似，此时计算出的弗雷歇距离数值较小，接近于0，制动系数很大，接近于1，制动电流远大于动作电流，保护可靠不动作。
当区内发生故障时，线路两端电流的数值大小、相位方向和波形变化差异都很大，弗雷歇距离计算结果趋近于1，制动系数变得很小，趋近于0，制动电流远小于动作电流，保护能够可靠动作。
获取三相电压和中性点电压，当电压偏移超过设定的额定电压时，即判断系统中发生短路故障，随即开始进行故障判别。
在该实施例子中，上述步骤在具体实现上可参考实施例子一中的具体过程，此处不再赘述。
以上实施例二、三和四的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。
本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.基于弗雷歇距离算法的有源配电网差动保护方法，其特征是，包括：
实时获取三相电压和中性点电压并基于获取的数据判断是否发生短路故障；
若发生短路故障，提取各线路两端在半个周期时间窗内的电流波形并进行归一化处理；
利用弗雷歇距离算法计算各线路两端归一化处理后的电流采样值的弗雷歇距离，基于弗雷歇距离量化线路两端电流波形相似度；
基于弗雷歇距离计算电流差动保护的制动系数并利用所述制动系数构造差动保护动作判据，通过代入线路两端电流至保护动作判据校验是否满足保护动作判据来判断是否发生区内故障及是否发送跳闸命令；
所述制动系数K的计算公式为：
式中：和/>为线路MN两端电流的归一化值，/>为一个数据窗内线路MN的弗雷歇距离计算结果；
电流比率差动保护的动作判据如下：
式中：Iop为很小的启动门槛，取0.01kA，K为制动系数；分别为流过线路MN两端的电流，方向均为从母线指向线路；
假设被保护区段左侧电流采样值波形为曲线f，被保护区段右侧电流采样值波形为曲线g，t是时间点，该时刻，两条电流波形变化曲线的采样点分别为f(α(t))、g(β(t))，如果使用欧氏距离，则容易定义d(f(α(t)),g(β(t)))，在每次采样中t离散的遍历区间[0,1]，得到该种采样方式下的最大距离为
弗雷歇距离就是使上述距离表达式中距离最小化的采样方式下的值；当两端电流波形差异越大，弗雷歇距离计算结果越大；当两端电流波形差异越小，弗雷歇距离计算结果越小；
当区内发生故障时，线路两端电流的数值大小、相位方向和波形变化差异都很大，弗雷歇距离计算结果趋近于1，制动系数变得很小，趋近于0，制动电流远小于动作电流，保护能够可靠动作。
2.如权利要求1所述的基于弗雷歇距离算法的有源配电网差动保护方法，其特征是，基于计算出的弗雷歇距离动态调整电流差动保护的制动系数，以适应不同的故障运行方式。
3.如权利要求1所述的基于弗雷歇距离算法的有源配电网差动保护方法，其特征是，当区外发生故障或系统正常运行时，线路两端电流大小相等，方向相反，波形相似，此时计算出的弗雷歇距离数值较小，接近于0，制动系数很大，接近于1，制动电流远大于动作电流，保护可靠不动作。
4.如权利要求1所述的基于弗雷歇距离算法的有源配电网差动保护方法，其特征是，获取三相电压和中性点电压，当电压偏移超过设定的额定电压时，即判断系统中发生短路故障，随即开始进行故障判别。
5.基于弗雷歇距离算法的有源配电网差动保护系统，其特征是，包括：
瞬时电压计算模块，被配置为：实时获取三相电压和中性点电压并基于获取的数据判断是否发生短路故障；
瞬时电流计算模块，被配置为：若发生短路故障，提取各线路两端在半个周期时间窗内的电流波形并进行归一化处理；
弗雷歇距离计算模块，被配置为：利用弗雷歇距离算法计算各线路两端归一化处理后的电流采样值的弗雷歇距离，基于弗雷歇距离量化线路两端电流波形相似度；
制动系数计算模块，被配置为：基于弗雷歇距离计算电流差动保护的制动系数；
区内故障判断模块，被配置为：利用所述制动系数构造差动保护动作判据，通过代入线路两端电流至保护动作判据校验是否满足保护动作判据来判断是否发生区内故障及是否发送跳闸命令；
所述制动系数K的计算公式为：
式中：和/>为线路MN两端电流的归一化值，/>为一个数据窗内线路MN的弗雷歇距离计算结果；
电流比率差动保护的动作判据如下：
式中：Iop为很小的启动门槛，取0.01kA，K为制动系数；分别为流过线路MN两端的电流，方向均为从母线指向线路；
假设被保护区段左侧电流采样值波形为曲线f，被保护区段右侧电流采样值波形为曲线g，t是时间点，该时刻，两条电流波形变化曲线的采样点分别为f(α(t))、g(β(t))，如果使用欧氏距离，则容易定义d(f(α(t)),g(β(t)))，在每次采样中t离散的遍历区间[0,1]，得到该种采样方式下的最大距离为
弗雷歇距离就是使上述距离表达式中距离最小化的采样方式下的值；当两端电流波形差异越大，弗雷歇距离计算结果越大；当两端电流波形差异越小，弗雷歇距离计算结果越小；
当区内发生故障时，线路两端电流的数值大小、相位方向和波形变化差异都很大，弗雷歇距离计算结果趋近于1，制动系数变得很小，趋近于0，制动电流远小于动作电流，保护能够可靠动作。
6.如权利要求5所述的基于弗雷歇距离算法的有源配电网差动保护系统，其特征是，基于计算出的弗雷歇距离动态调整电流差动保护的制动系数，以适应不同的故障运行方式。
7.如权利要求5所述的基于弗雷歇距离算法的有源配电网差动保护系统，其特征是，当区外发生故障或系统正常运行时，线路两端电流大小相等，方向相反，波形相似，此时计算出的弗雷歇距离数值较小，接近于0，制动系数很大，接近于1，制动电流远大于动作电流，保护可靠不动作。
8.如权利要求5所述的基于弗雷歇距离算法的有源配电网差动保护系统，其特征是，获取三相电压和中性点电压，当电压偏移超过设定的额定电压时，即判断系统中发生短路故障，随即开始进行故障判别。
9.一种计算机装置,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，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1-4任一所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征是，该程序被处理器执行时执行上述权利要求1-4任一所述的方法的步骤。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111900704A (zh) * 2020-08-04 2020-11-06 国网山东省电力公司聊城供电公司 无需数据严格同步的有源配电网电流差动保护方法及装置
CN115864325A (zh) * 2022-10-27 2023-03-28 山东大学 一种有源配电网电流纵联差动保护方法及系统
CN116644583A (zh) * 2023-05-30 2023-08-25 东北石油大学 一种基于vmd和弗雷歇距离相结合的油气管道泄漏信号预处理方法及系统

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