CN117937368A - 基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法 - Google Patents

基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117937368A
CN117937368A CN202410088219.5A CN202410088219A CN117937368A CN 117937368 A CN117937368 A CN 117937368A CN 202410088219 A CN202410088219 A CN 202410088219A CN 117937368 A CN117937368 A CN 117937368A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fault
protection
frequency domain
lightning
domain energy
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
CN202410088219.5A
Other languages
English (en)
Inventor
薛士敏
李翔宇
张君婷
张皓明
阴文湘
鄢为豪
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.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
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 Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN202410088219.5A priority Critical patent/CN117937368A/zh
Publication of CN117937368A publication Critical patent/CN117937368A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16528Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values using digital techniques or performing arithmetic operations
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/17Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values giving an indication of the number of times this occurs, i.e. multi-channel analysers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/081Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors
    • G01R31/086Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors in power transmission or distribution networks, i.e. with interconnected conductors
    • 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
    • H02H7/268Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured for dc systems
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/001Methods to deal with contingencies, e.g. abnormalities, faults or failures
    • H02J3/0012Contingency detection
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法,涉及电力系统继电保护和自动化领域,首先分析故障后柔直电网的暂态过程,提出一种可以有效区分区内故障和区外故障的纵联保护方法;其次,利用雷击与接地故障下的故障电流行波的特征差异提出了一种雷击干扰的识别方法;最后,将雷击判据与保护判据结合起来,提升保护方案的抗干扰能力和耐过渡电阻能力。相较于单端量保护,双端量保护具有可靠性高、耐过渡电阻能力较强等优点。

Description

基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护和自动化领域,涉及一种基于频域能量矩阵相似度的适用于柔性直流电网的新型暂态量保护原理,具体涉及一种基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法。
背景技术
能源是人类社会发展的主要动力,基于模块化多电平换流器(MMC)的柔性直流输电技术在可再生能源的大规模接入传输、交流电网大区异步互联、供电可靠性等方面具有明显优势,可以更加有效的利用风能和太阳能等清洁能源,成为构建新型电力系统的重要技术之一。然而,当MMC直流线路侧发生故障后,故障电流上升速度快,幅值大,考虑到MMC电力电子器件的脆弱性,直流线路故障必须在毫秒级的时间内清除,因此,快速、可靠地识别直流线路故障成为关键问题。
目前,柔直系统线路保护可分为时域保护和频域保护。时域保护主要通过检测故障前后电气量的数值特征或波形特征来构造故障识别判据,具有原理简单、动作速度快的优点,但一般抗干扰能力和耐过渡电阻能力较差;频域保护通过提取暂态电气量的频域特征进行故障识别,具有耐过渡电阻能力强的特点。现有直流工程以行波保护和微分欠压保护作为主保护,但传统的行波保护的抗干扰能力较差,而微分欠压保护的整定较为困难,并且两者都存在耐受过渡电阻能力差的问题。总之,传统的主保护方案还尚未完全达到柔直电网的高可靠性的要求。
考虑到环境因素和造价成本,远距离高压直流输电往往采用架空线路,在气候和环境的影响下,架空线路遭受雷击的概率比较高。自然界雷电冲击多为负极性脉冲波,一般持续时间极短,当雷击干扰不足以引起线路绝缘闪络时,对于保护来说是一种高频干扰源。因此,为了防止保护误动,必需排除雷击干扰的影响。
针对传统主保护在柔直电网中的不足,提出基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法和雷击识别判据的保护方案,具有可靠性高、耐过渡电阻能力强、抗雷击干扰等优点。
发明内容
相较于单端量保护,双端量保护具有可靠性高、耐过渡电阻能力较强等优点,因此,本申请针对传统主保护在柔直电网中的不足,提出一种基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法。具体采用以下技术方案:
一种基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法,包括以下步骤:
步骤1)利用设立在线路两端的保护测量点所测的故障电压变化量实现保护启动;
步骤2)利用平波电抗器对故障电流行波的高频衰减作用,制定区内外故障识别方法;
对故障电流信号进行极模变换,分解出1模分量;
对两端故障电流1模分量im和in做S变换,得到二维复时频矩阵S(N/2+1)×N,并提取二维复时频矩阵S(N/2+1)×N各元素的实部得到频域能量矩阵Eim和Ein
计算频域能量矩阵相似度r(Eim,Ein),
rset为故障识别判据的阈值,当r(Eim,Ein)>rset,认为线路区内发生了故障,若判定为区内故障,则需进行雷击识别;
步骤3)若判定为区内故障,利用雷电流波的时域波形面积特征进行雷击识别;
计算常见雷击干扰下的最小值K2并进行雷击干扰识别,若K2≥K2set时,确认发生雷击,保护元件闭锁;否则,判定不是雷击干扰,进行故障极的判别;
步骤4)若判定为区内故障,且判定不是雷击干扰,利用正负极故障电压的累加值之比是实现故障选极,之后保护元件返回动作结果,程序结束
进一步的,所述步骤1)具体为,当连续三组测量点满足式(1)时,认为可能发生了故障,保护启动,
ΔU(ts)≥K1set& ΔU(ts+1)≥K1set & ΔU(ts+2)≥K1set (1)
式中,正负极保护测量点的测得的电压变化量为ΔU,K1set为保护启动的阈值,ts为当前采样时刻,ts+1为下一个采样时刻,ts+2为再下一个采样时刻。
进一步的,所述步骤2)具体为,所述平波电抗器表达为公式(2),先利用公式(2)对正负极故障电流进行解耦,
式中:Fp、Fn分别是正负极电气量;F1、F0分别表示1模分量、0模分量;
然后利用公式(3)对故障电流1模分量i(kT)(k=0,1,2…N-1)进行离散S变换得到二维复时频矩阵S(N/2+1)×N
其中,是时域信号电流故障分量i(kT)的离散傅里叶变换,/>是将频移/>之后得到的频移谱,/>是高斯窗函数的离散傅里叶变换,需要先将信号i(t)做传统的傅里叶变换然后再进行频移,之后与高斯窗函数的离散傅里叶变换做乘积,最后对这个乘积的结果做傅里叶反变换,从而得到信号i(t)的S变换;
提取二维复时频矩阵S(N/2+1)×N的实部定义为频域能量矩阵Ei,借助图像匹配所使用的归一化互相关系数,其计算公式如式(1)所示,计算故障电流特征矩阵Eim和Ein的相关性r(Eim,Ein),其中,Eim和Ein的维度保持一致,Eim和Ein均为m×n维的矩阵,
构造基于r(Eim,Ein)的故障识别判据:
其中,rset为故障识别判据的阈值,当r(Eim,Ein)>rset,认为线路区内发生了故障,若判定为区内故障,则还需进行雷击干扰的识别。
进一步的,所述步骤3)具体为,利用故障电流1模分量构造雷击识别判据,如式(6)所示,
其中:i(j)为保护安装处故障电流1模分量,N2为防雷判据时间窗长T2内的采样点数,
设计防雷判据为:
式中:K2set为雷击闭锁判据的整定阈值,应躲过常见雷击干扰下的最小K2,当K2大于等于整定阈值时,表明发生雷击干扰,闭锁保护元件。
进一步的,所述步骤4)具体为,采用正、负极故障电压ΔUp、ΔUn累加值之比来实现故障选极,定义比例系数K3如下:
令K3set为故障极判定阈值,可构造如式(3)所示的选极判据;
一种基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护装置,包括:
启动模块,用于根据保护测量点所测的故障电压变化量实现保护启动;
判断模块,用于识别区内故障或区外故障;
雷击识别模块,用于对区内故障进行雷击识别,确认发生雷击,保护元件闭锁;否则,判定不是雷击干扰,进行故障极的判别;
故障选极模块,用于对区内故障进行故障类型确认并选择故障极。
一种电子设备,包括:存储器和处理器,所述存储器和所述处理器之间互相通信连接,所述存储器中存储有计算机指令,所述处理器通过执行所述计算机指令,从而执行如上述任一种所述的基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法。
一种计算机存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令,所述计算机指令用于使计算机执行如上述任一种所述的基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
1、提出一种频域能量矩阵相似度算法,通过S变换提取故障电流行波的频域特征,提取S变换生成的复时频矩阵的实部构造频域能量矩阵,然后利用归一化互相关系数计算频域能量矩阵的相似度来识别区内外故障,提高了继电保护的可靠性,以及继电保护的抗干扰能力,而且具有较强的耐受过渡电阻能力,可耐受700Ω的过渡电阻。
2、从时域角度合理利用雷击与接地故障下的故障电流行波的特征差异设计雷击识别方法,所提办法可以准确排除线路不同位置的雷击干扰,防止保护因雷击干扰而误动,保证输电系统稳定持续地运行。
首先分析故障后柔直电网的暂态过程,提出一种可以有效区分区内故障和区外故障的纵联保护方法;其次,利用雷击与接地故障下的故障电流行波的特征差异提出了一种雷击干扰的识别方法;最后,将雷击判据与保护判据结合起来,提升保护方案的抗干扰能力和耐过渡电阻能力。
附图说明
图1为线路Line 41区内故障时四端柔直电网故障分量网络等值电路的示意图;
图2为区内故障时初始行波的1模等值电路;
图3为区外故障时初始行波的1模等值电路;
图4为区内故障下线路两侧保护安装处故障电流频域能谱图;
a)m侧b)n侧
图5为区外故障下线路两侧保护安装处故障电流频域能谱图;
a)m侧b)n侧
图6为标准雷电流的波形图;
图7为雷击线路中点下故障电流波形图;
图8为线路中点接地故障下故障电流波形图;
图9为保护流程图;。
具体实施方式
下面结合附图及实例对本发明作进一步的详细说明。该实例根据本发明技术方案进行实施,给出了详细具体的实施方法和操作过程,但本发明的应用范围不限于下述实例。
下面结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明。
所述方法包括以下步骤:
步骤(1)利用设立在线路两端的保护测量点所测的故障电压变化量实现保护启动,令正负极保护测量点的测得的电压变化量为ΔU,K1set为保护启动的阈值。当连续三个采样点满足式(1)时,认为可能发生了故障,保护启动,ts为当前采样时刻,ts+1为下一个采样时刻,ts+2为再下一个采样时刻。
ΔU(ts)≥K1set & ΔU(ts+1)≥K1set & ΔU(ts+2)≥K1set (1)
步骤(2)利用平波电抗器对故障电流行波的高频衰减作用制定区内外故障识别方法。先利用公式(2)对正负极故障电流进行解耦,
式中:Fp、Fn分别是正负极电气量;F1、F0分别表示1模分量、0模分量。
然后利用公式(3)对故障电流1模分量i(kT)(k=0,1,2…N-1)进行离散S变换得到二维复时频矩阵S(N/2+1)×N
其中,是时域信号电流故障分量i(kT)的离散傅里叶变换,/>是将频移/>之后得到的频移谱,/>是高斯窗函数的离散傅里叶变换。也就是说想要得到信号i(t)的S变换,需要先将信号i(t)做传统的傅里叶变换然后再进行频移,之后与高斯窗函数的离散傅里叶变换做乘积,最后对这个乘积的结果做傅里叶反变换。
提取二维复时频矩阵S(N/2+1)×N的实部定义为频域能量矩阵Ei,借助图像匹配所使用的归一化互相关系数,其计算公式如式(1)所示,计算故障电流特征矩阵Eim和Ein的相关性r(Eim,Ein),其中,Eim和Ein的维度保持一致(Eim和Ein均为m×n维的矩阵)。
构造基于r(Eim,Ein)的故障识别判据:
其中,rset为故障识别判据的阈值,当r(Eim,Ein)>rset,可认为线路区内发生了故障,若判定为区内故障,则还需进行雷击干扰的识别。
步骤(3)利用雷电流波的时域波形面积特征进行雷击识别。利用故障电流1模分量构造雷击识别判据,如式(6)所示。
其中:i(j)为保护安装处故障电流1模分量,N2为防雷判据时间窗长T2内的采样点数。
设计防雷判据为:
式中:K2set为雷击闭锁判据的整定阈值,应躲过常见雷击干扰下的最小K2。当K2大于等于整定阈值时,表明发生雷击干扰,闭锁保护元件。
步骤(4)利用正负极故障电压的累加值之比是实现故障选极。
本发明采用正、负极故障电压ΔUp、ΔUn累加值之比来实现故障选极,定义比例系数K3如下:
令K3set为故障极判定阈值,可构造如式(3)所示的选极判据。
本方法的工作原理:
1.利用保护测量点所测的电气量实现保护启动判据与故障选极判据。
正常运行时,直流电压保持不变;故障发生后,电压出现剧烈波动。据此,以故障电压的电压变化量构造的判据作为保护的启动元件。
当发生极间短路故障时,正负极对地电压的暂态信息基本相同;当发生单极接地短路故障时,两极对地电压的暂态信息不同,故障极电压故障分量的幅值大于健全极。基于上述差异,将正、负极故障电压累加值之比作为故障选极判据。
2.利用故障电流的频域能量矩阵相似度实现区内外故障的正确识别。
故障发生后的网络可等效为正常网络与故障分量网络的叠加。因为系统的故障特性主要由行波故障分量决定,所以仅对故障分量网络进行分析,图1为线路Line 41区内故障时四端柔直电网故障分量网络等值电路的示意图,在未经特殊说明的情况下该图及本发明后续提到的所有电气量均默认为1模故障分量。
基于图2所示的Line 41区内故障的初始行波的1模等值电路,规定电流正方向为母线流向线路,可得故障初期线路两侧测量点Pm、Pn的故障电流im、in频域下的理论计算公式为:
其中,UF为故障点的初始故障电压1模行波,Am/n(s)分别为故障点到线路两侧保护安装处的线路衰减系数,Zsm/n分别为m、n侧MMC的等效阻抗,Z12=sLdc+ZC1,Z34=sLdc+ZC1,ZC1为线路1模阻抗,Ldc为平波电抗器阻抗。UF满足式(11),ZC0为线路0模阻抗,Rg为故障点的过渡电阻。
基于图3所示的区外故障的初始行波的1模等值电路,可得故障初期线路两侧测量点Pm、Pn的故障电流im、in频域下的理论计算公式为:
其中,U'F为故障点的初始故障电压1模行波,Al(s)为故障点到线路m侧保护安装处的线路衰减系数,Zsm为m侧MMC的等效阻抗,ZC1为线路阻抗,Ldc为平波电抗器阻抗。
利用公式(3)提取两侧故障电流im、in的频域特征,得到二维复时频矩阵S(N/2+1)×N,提取二维复时频矩阵的实部记为频域能量矩阵E,再通过归一化互相关系数式(4)计算能量矩阵相似度。区内、外故障下线路两侧保护安装处故障电流im、in的能谱图分别如图4、5所示。由上述理论部分结合图4、5可知,区内故障下,线路两侧故障电流im、in极性相同,且幅值相差较小,频域下相似度较高,近似成正相关的关系,r(Eim,Ein)接近于1;区外故障下,线路两侧故障电流im、in极性相反,且幅值相差较大,近似成负相关的关系,r(Eim,Ein)接近于-1。因此,可以依据故障电流的频域能量矩阵相似度对区内、外故障进行区分。
3.利用故障电流波形特征进行雷击干扰识别。
雷击干扰在本发明指的是不足以引起绝缘闪络的小幅值雷电流,其并不会对直流系统造成严重损坏,所以继电保护应该闭锁。自然界中的雷电流多为负极性脉冲波,本发明利用如式(13)所示的1.2/50μs负极性双指数雷电流模型模拟雷电干扰。其标准雷电波一般如图6所示。
i(t)=Λ I0(e-αt-e-βt) (13)
式中,I0为雷电流幅值,Λ,α与β为雷电流波的形状参数。
图7、图8分别为雷电流幅值为10kA的雷击线路中点与线路中点发生接地故障情况下的故障电流波形示意图。在一定时窗内,定义雷击识别判据K2,如式(6)所示。由图7、图8可得,在雷击干扰下,故障电流在较长时间窗长T2内的平均值很大,K2大于0.5;与之不同的是,接地故障下故障电流近似按照正比例增长,K2近似于0.5。通过此特点可以制定雷击干扰识别方法,如式(7)所示。当K2大于等于整定阈值时,表明发生雷击干扰,闭锁保护元件。
本发明所提保护新原理的流程图如图9所示,具体实施过程如下:
(1)将式(1)所示的基于电压变化量的判据作为保护的启动元件,若其达到门槛值则启动保护,否则保护不启动;
(2)利用式(2)对故障电流信号进行极模变换,分解出1模分量。利用式(3)对两端故障电流1模分量im和in做S变换,得到二维复时频矩阵S(N/2+1)×N,并提取二维复时频矩阵S(N/2+1)×N各元素的实部得到频域能量矩阵Eim和Ein,然后根据式(4)计算频域能量矩阵相似度r(Eim,Ein);
(3)根据式(5)判断是否为区内故障,当满足r(Eim,Ein)>rset,判断发生区内故障,然后利用式(6)计算K2并进行雷击干扰识别,若K2≥K2set时,确认发生雷击,保护元件闭锁;否则,判定不是雷击干扰,进行故障极的判别;
(4)若判断出区内发生短路故障后,根据式(9)确认故障类型并选择故障极,之后保护元件返回动作结果,程序结束。
本发明还提供了一种基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护装置,包括:
启动模块,用于根据保护测量点所测的故障电压变化量实现保护启动;
判断模块,用于识别区内故障或区外故障;
雷击识别模块,用于对区内故障进行雷击识别,确认发生雷击,保护元件闭锁;否则,判定不是雷击干扰,进行故障极的判别;
故障选极模块,用于对区内故障进行故障类型确认并选择故障极。
本发明还提供了一种电子设备,包括:存储器和处理器,所述存储器和所述处理器之间互相通信连接,所述存储器中存储有计算机指令,所述处理器通过执行所述计算机指令,从而执行如上述任一种所述的基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法。
本发明还提供了一种计算机存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令,所述计算机指令用于使计算机执行如上述任一种所述的基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法。
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。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现,例如,面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
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。
以上所述仅为本发明的实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1)利用设立在线路两端的保护测量点所测的故障电压变化量实现保护启动;
步骤2)利用平波电抗器对故障电流行波的高频衰减作用,制定区内外故障识别方法;
对故障电流信号进行极模变换,分解出1模分量;
对两端故障电流1模分量im和in做S变换,得到二维复时频矩阵S(N/2+1)×N,并提取二维复时频矩阵S(N/2+1)×N各元素的实部得到频域能量矩阵Eim和Ein
计算频域能量矩阵相似度r(Eim,Ein),
rset为故障识别判据的阈值,当r(Eim,Ein)>rset,认为线路区内发生了故障,若判定为区内故障,则需进行雷击识别;
步骤3)若判定为区内故障,利用雷电流波的时域波形面积特征进行雷击识别;
计算常见雷击干扰下的最小值K2并进行雷击干扰识别,若K2≥K2set时,确认发生雷击,保护元件闭锁;否则,判定不是雷击干扰,进行故障极的判别;
步骤4)若判定为区内故障,且判定不是雷击干扰,利用正负极故障电压的累加值之比是实现故障选极,之后保护元件返回动作结果,程序结束。
2.根据权利要求1所述的基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法,其特征在于,所述步骤1)具体为,当连续三组测量点满足式(1)时,认为可能发生了故障,保护启动,ΔU(ts)≥K1set&ΔU(ts+1)≥K1set&ΔU(ts+2)≥K1set(1)
式中,正负极保护测量点的测得的电压变化量为ΔU,K1set为保护启动的阈值,ts为当前采样时刻,ts+1为下一个采样时刻,ts+2为再下一个采样时刻。
3.根据权利要求2所述的基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法,其特征在于,所述步骤2)具体为,所述平波电抗器表达为公式(2),先利用公式(2)对正负极故障电流进行解耦,
式中:Fp、Fn分别是正负极电气量;F1、F0分别表示1模分量、0模分量;
然后利用公式(3)对故障电流1模分量i(kT)(k=0,1,2…N-1)进行离散S变换得到二维复时频矩阵S(N/2+1)×N
其中,是时域信号电流故障分量i(kT)的离散傅里叶变换,/>是将/>频移/>之后得到的频移谱,/>是高斯窗函数的离散傅里叶变换,需要先将信号i(t)做传统的傅里叶变换然后再进行频移,之后与高斯窗函数的离散傅里叶变换做乘积,最后对这个乘积的结果做傅里叶反变换,从而得到信号i(t)的S变换;
提取二维复时频矩阵S(N/2+1)×N的实部定义为频域能量矩阵Ei,借助图像匹配所使用的归一化互相关系数,其计算公式如式(1)所示,计算故障电流特征矩阵Eim和Ein的相关性r(Eim,Ein),其中,Eim和Ein的维度保持一致,Eim和Ein均为m×n维的矩阵,
构造基于r(Eim,Ein)的故障识别判据:
其中,rset为故障识别判据的阈值,当r(Eim,Ein)>rset,认为线路区内发生了故障,若判定为区内故障,则还需进行雷击干扰的识别。
4.根据权利要求3所述的基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法,其特征在于,所述步骤3)具体为,利用故障电流1模分量构造雷击识别判据,如式(6)所示,
其中:i(j)为保护安装处故障电流1模分量,N2为防雷判据时间窗长T2内的采样点数,
设计防雷判据为:
式中:K2set为雷击闭锁判据的整定阈值,应躲过常见雷击干扰下的最小K2,当K2大于等于整定阈值时,表明发生雷击干扰,闭锁保护元件。
5.根据权利要求4所述的基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法,其特征在于,所述步骤4)具体为,采用正、负极故障电压ΔUp、ΔUn累加值之比来实现故障选极,定义比例系数K3如下:
令K3set为故障极判定阈值,可构造如式(3)所示的选极判据;
6.一种基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护装置,其特征在于,包括:
启动模块,用于根据保护测量点所测的故障电压变化量实现保护启动;
判断模块,用于识别区内故障或区外故障;
雷击识别模块,用于对区内故障进行雷击识别,确认发生雷击,保护元件闭锁;否则,判定不是雷击干扰,进行故障极的判别;
故障选极模块,用于对区内故障进行故障类型确认并选择故障极。
7.一种电子设备,其特征在于,包括:存储器和处理器,所述存储器和所述处理器之间互相通信连接,所述存储器中存储有计算机指令,所述处理器通过执行所述计算机指令,从而执行如上述任一种所述的基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法。
8.一种计算机存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令,所述计算机指令用于使计算机执行如上述任一种所述的基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法。
CN202410088219.5A 2024-01-22 2024-01-22 基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法 Pending CN117937368A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410088219.5A CN117937368A (zh) 2024-01-22 2024-01-22 基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410088219.5A CN117937368A (zh) 2024-01-22 2024-01-22 基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117937368A true CN117937368A (zh) 2024-04-26

Family

ID=90764134

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202410088219.5A Pending CN117937368A (zh) 2024-01-22 2024-01-22 基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117937368A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118191516A (zh) * 2024-05-15 2024-06-14 昆明理工大学 一种交流输电线路雷击故障识别方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118191516A (zh) * 2024-05-15 2024-06-14 昆明理工大学 一种交流输电线路雷击故障识别方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN117937368A (zh) 基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法
CN106501677A (zh) 无需整定阈值的柔性直流输电架空线路故障快速判断方法
CN111463764B (zh) 基于初始电压行波频域衰减速率的直流输电线路保护方法
CN111007364B (zh) 一种电缆早期自恢复故障的识别方法
Lin et al. A novel adaptive single-phase reclosure scheme using dual-window transient energy ratio and mathematical morphology
CN109782126B (zh) 基于类人概念学习的配电网早期故障检测方法
CN109061414A (zh) 光伏系统直流故障电弧检测方法
Kapoor Six phase transmission line boundary protection using wavelet transform
Shu et al. MMC-HVDC line fault identification scheme based on single-ended transient voltage information entropy
CN110703134B (zh) 一种基于故障序分量的小电流接地选线选相方法
Wang et al. Protection of line faults in HVDC grids through convexity detection in backward traveling wave voltages
Chang et al. Fault location identifications in HV transmission networks and different MV wind farms using nonintrusive monitoring techniques
Xie et al. A non-unit line protection method for MMC-HVDC grids based on the curvatures of backward traveling waves
CN112924810B (zh) 一种基于高频信号识别的电力电缆故障诊断方法及系统
Jannati et al. A new adaptive single phase auto-reclosure scheme for EHV transmission lines
Huai et al. Line fault location for multi‐terminal MMC‐HVDC system based on SWT and SVD
CN113804978B (zh) 一种基于故障指示器的雷击波形识别方法
CN112162216A (zh) 一种结合μPMU量测数据的电网故障辨识方法
CN113189439A (zh) 基于互差绝对值和的配电网单相接地故障选线方法
Moreto et al. Using disturbance records to automate the diagnosis of faults and operational procedures in power generators
Nadeem et al. Transient harmonic voltage based protection scheme for multi-terminal HVDC transmission networks
Kumar et al. Fault location in multilateral distribution network with electric vehicle charging load
Gao et al. Single‐pole fault line selection method for MVDC distribution grid based on 0‐mode power
Datta et al. Line to ground and line to line fault analysis in ieee standard 9 BUS system
Jan et al. Fault detection and identification in MVDC Radial and Ring Distribution System by Wavelet decomposition

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