本发明属于电力，涉及直流输电技术，尤其涉及一种新型直流输电线路短路故障扰动特征识别方法。
背景技术：
1、随着我国对于建设新型电力系统的推进，大比例不稳定新能源接入电网容易引起传统交流输电系统频率振荡、电压振荡等各种严重问题，高压直流输电技术因其调节的灵活性和节能性等多种优势得到广泛关注。但与交流系统保护方法相比，直流线路短路故障的保护方法还不尽完善。如何更有效的检测直流线路故障，并减小因故障导致的停电范围成为急需解决的问题。
2、针对上述问题，现有技术中，大量学者进行了一系列研究并得出相应的解决方案。李书勇、田得良、郭琦等人在现有文献1(专利号：cn201510833642.4)中，针对电流计算量不足导致保护误动的问题，提出一种特高压直流输电线路行波保护电流变化量计算的优化方法，即利用“先微分，后积分”的电流判据计算方式，更为精准的描述电流变化量。刘杰，宁联辉，王秀丽等人在现有文献2(专利号：cn201410498641.4)中提出了一种特高压直流输电线路行波保护的实现方法，利用瞬时电流电压得极波，然后再通过gabor变换对所述极波进行时频分析，得到s变换矩阵的模值并提出相应判据。
3、但是上述方法实现相对复杂，且灵敏度不够高。
4、发明目的
5、本发明的目的就是为了解决现有技术的不足，本发明提出一种新型直流输电线路短路故障扰动特征识别方法，相对现有技术实现较为简单，且灵敏度高。
技术实现思路
1、根据本技术的第一方面，提供了一种新型直流输电线路短路故障扰动特征识别方法，可以包括以下步骤：
2、步骤1：将保护检测装置置于直流输电线路中整流滤波器和逆变滤波器之间靠近整流滤波器的一侧，检测故障电压和电流；在直流线路上和平波电抗器以外分别设置一个故障检测点f1、f2，将平波电抗器以外的短路故障接地电阻值设为零；分别采集两个故障检测点f1、f2发生短路故障时的线路整流侧电压和电流数据值，将直流线路上发生故障时的电压电流瞬时值转化为极波数据值并记为波形x，将平波电抗器以外发生故障时的极波数据值记为波形y；其中，x1为波形x中n(n＞2，下同)个连续的数据序列；y1为波形y中n个连续的数据序列；将x1视为x中录波波形；将y1视为y中录波波形；将x1，y1在计算中视为列向量；
3、步骤2：比较t时刻x1(t)与t-1时刻x1(t-1)的差值，若|x1(t)-x1(t-1)|＞δ，表明t时刻发生故障，记录该故障时刻，并取n维列向量x1＝[x1(t-n-1)，...，x1(t-1)，x1(t)]t，其中δ指设定的极波数据值差值的整定值；同理，取n维列向量y1＝[y1(t-n-1)，...，y1(t-1)，y1(t)]t；
4、步骤3：设置包含n个元素的行向量a，求解行向量a在约束条件下满足max(|ax1|)/max(|ay1|)为极大值；max(|ax1|)为所有不同的a对应的|ax1|的最大值，max(|ay1|)为所有不同的a对应的|ay1|的最大值；
5、步骤4：令参考值δ满足：max(|ax1|)＞δ＞max(|ay1|)；
6、步骤5：根据行波波形实时数据选择n个数据值的列向量极波p1；
7、若|ap1|＞δ，则认为线路内部发生了短路故障；否则认为线路内部未发生短路故障；
8、极波数据值p通过式(1)计算获得：
9、p＝zi-u (1)；
10、其中：p为极波波形数据值；z为极波阻抗；i为线路整流侧的直流电流；u为线路整流侧的直流电压；
11、步骤3中所述约束条件包括：为消除可能存在数量级的影响，对行向量a进行归一化处理，即行向量a的2-范数为1，表示为如式(2)所示：
12、||a||2＝1 (2)；
13、可选的，在步骤2中，对于故障时刻的记录可以通过以下方式；
14、设置包含n个值的行向量s，取n维极波矢量xs，ys，求解行向量s在约束条件下满足max(|sxs|)/max(|sys|)为极大值；max(|sxs|)为所有不同的s对应的|sxs|的最大值，max(|sys|)为所有不同的s对应的|sys|的最大值；令参考值δs按躲过最大干扰引起极波值误差来确定，且满足：max(|sys|)＞δs；根据行波波形实时数据选择n个数据值的列向量极波ps；若|sps|＞δs，则认为此刻发生短路故障；然后根据极波ps确定具体故障时刻。
15、根据本发明的第二方面，提供了一种新型直流输电线路短路故障扰动特征识别方法，包括以下步骤：
16、步骤1：将保护检测装置置于直流输电线路中整流滤波器和逆变滤波器之间靠近整流滤波器的一侧，检测故障电压和电流；分别在直流线路上和平波电抗器以外各设置一个故障检测点；将平波电抗器以外的短路故障接地电阻值设为零；分别采集两个故障检测点发生短路故障时的线路整流侧电压和电流数据值，将直流线路上发生故障时的电压电流瞬时值转化成极波数据值记为x，将平波电抗器外故障时的极波数据值记为y；其中x1为波形x中n(n＞2，下同)个连续的数据序列；y1为波形y中n个连续的数据序列；将x1视为x中录波波形；将y1视为y中录波波形；将x1，y1在计算中视为列向量；
17、步骤2：比较t时刻x1(t)与t-1时刻x1(t-1)的差值，若|x1(t)-x1(t-1)|＞δ，表明t时刻发生故障，记录该时刻，并取n维列向量x1＝[x1(t-n-1)，...，x1(t-1)，x1(t)]t；同理取n维列向量y1＝[y1(t-n-1)，...，y1(t-1)，y1(t)]t；
18、步骤3：设置包含n个元素的行向量a＝[a1，a2，...，an]，求解行向量a在约束条件下满足max(|ax1|)/max(|ay1|)为极大值；max(|ax1|)为所有不同的a对应的|ax1|的最大值，max(|ay1|)为所有不同的a对应的|ay1|的最大值；所述约束条件包括：为消除可能存在数量级的影响，对行向量a进行归一化处理，即行向量a的2-范数为1，如式(2)所示：
19、||a||2＝1 (2)；
20、步骤4：求解行向量a与列向量x1，y1转置后的夹角与90°角之差的正弦值，分别表示为如式(3)、(4)所示：
21、
22、
23、步骤5：令参考值δ1、δ2满足：max(|ax1|)＞δ1＞max(|ay1|)，sinθx＞δ2＞sinθy；
24、步骤6：根据行波波形实时数据选择n个数据值的列向量极波p1，若|ap1|＞δ1，sinθp＞δ2则认为线路内部发生了短路故障；否则认为线路内部未发生短路故障；其中，判据|ap1|＞δ1可单独判定故障，也可以结合sinθp＞δ2，强化故障扰动特征识别能力；
25、极波数据值p通过式(1)计算获得：
26、p＝zi-u (1)；
27、其中：p为极波波形数据值；z为极波阻抗；i为线路整流侧的直流电流；u为线路整流侧的直流电压；
28、相邻时刻极波值差值|x1(t)-x1(t-1)|与|y1(t)-y1(t-1)|的最小值δ按躲过最大干扰引起极波值误差来确定；
29、可选的，在步骤2中，对于故障时刻的记录可以通过以下方式；
30、设置包含n个值的行向量s，取n维极波矢量xs，ys，求解行向量s在约束条件下满足max(|sxs|)/max(|sys|)为极大值；max(|sxs|)为所有不同的s对应的|sxs|的最大值，max(|sys|)为所有不同的s对应的|sys|的最大值；令参考值δs按躲过最大干扰引起极波值误差来确定，且满足：max(|sys|)＞δs；根据行波波形实时数据选择n个数据值的列向量极波ps；若|sps|＞δs，则认为此刻发生短路故障；然后根据极波ps确定具体故障时刻；
31、可选的，在步骤4中，矢量夹角判据也可以通过式(5)、(6)计算得到夹角余弦值：
32、
33、
34、只需要对整定值δ2进行修订即可；利用矢量夹角性质的计算方法包括但不限于以上。
35、根据本发明的第三方面，提供了一种新型直流输电线路短路故障扰动特征识别方法，包括以下步骤：
36、步骤1：将保护检测装置置于直流输电线路中整流滤波器和逆变滤波器之间靠近整流滤波器的一侧，检测故障电压和电流；分别在直流线路上和平波电抗器以外各设置一个故障检测点；将平波电抗器以外的短路故障接地电阻值设为零；分别采集两个故障检测点发生短路故障时的线路整流侧电压和电流数据值，将直流线路上发生故障时的电压电流瞬时值转化成极波数据值记为x，将平波电抗器外故障时的极波数据值记为y；其中x1为波形x中n(n＞2，下同)个连续的数据序列；y1为波形y中n个连续的数据序列；将x1、x2、x3、...视为x中录波波形；将y1、y2、y3、...视为y中录波波形；将录波波形在计算中视为列向量；
37、步骤2：比较t时刻x1(t)与t-1时刻x1(t-1)的差值，若|x1(t)-x1(t-1)|＞δ，表明t时刻发生故障，记录该时刻t，并记录t时刻之后连续采样间隔的极波数据，取i(i＞0，下同)个n维列向量x1＝[x1(t-n-1)，...，x1(t-1)，x1(t)]t，x2＝[x1(t-n)，...，x1(t)，x1(t+1)]t，...，xi＝[x1(t+i-n)，...，x1(t+i-2)，x1(t+i-1)]t，同理取i个n维列向量y1＝[y1(t-n-1)，...，y1(t-1)，y1(t)]t，y2＝[y1(t-n)，...，y1(t-1)，y1(t+1)]t，...，yi＝[y1(t+i-n)，...，y1(t+i-2)，y1(t+i-1)]t；
38、步骤3：设置i个包含n个元素的行向量ai，求解行向量ai在约束条件下满足max(|aixi|)/max(|aiyi|)均为极大值；max(|aixi|)为不同的ai对应的|aixi|的最大值，max(|aiyi|)为所有不同的ai对应的|aiyi|的最大值；所述约束条件包括：为消除可能存在数量级的影响可将行向量ai进行归一化处理，即行向量ai的2-范数为1；
39、步骤4：求解单位行向量ai与列向量xi，yi转置后的夹角与90°角之差的正弦值，分别表示为如式(7)、(8)所示：
40、
41、
42、步骤5：令参考值δi1、δi2满足：max(|aixi|)＞δi1＞max(|aiyi|)，sinθix＞δi2＞sinθiy；
43、步骤6：根据行波波形实时数据选择故障t时刻及相邻采样时刻的i个n维列向量极波pi，若存在|aipi|＞δi1，θip＞δi2则认为线路内部发生了短路故障；否则认为线路内部未发生短路故障；其中，判据|aipi|＞δi1可单独判定故障，也可以结合θip＞δi2，强化故障扰动特征的识别能力；
44、极波数据值p通过式(1)计算获得：
45、p＝zi-u (1)；
46、其中：p为极波波形数据值；z为极波阻抗；i为线路整流侧的直流电流；u为线路整流侧的直流电压；
47、相邻时刻极波值差值|x1(t)-x1(t-1)|与|y1(t)-y1(t-1)|的最小值δ按躲过最大干扰引起极波值误差来确定。
48、可选的，在步骤2中，对于故障时刻的记录可以通过以下方式；
49、设置包含n个值的行向量s，取n维极波矢量xs，ys，求解行向量s在约束条件下满足max(|sxs|)/max(|sys|)为极大值；max(|sxs|)为所有不同的s对应的|sxs|的最大值，max(|sys|)为所有不同的s对应的|sys|的最大值；令参考值δs按躲过最大干扰引起极波值误差来确定，且满足：max(|sys|)＞δs；根据行波波形实时数据选择n个数据值的列向量极波ps；若|sps|＞δs，则认为此刻发生短路故障；然后根据极波ps确定具体故障时刻。
50、可选的，在步骤4中，矢量夹角判据也可以通过式(9)、(10)计算得到夹角余弦值：
51、
52、
53、只需要对整定值δi2进行修订即可；利用矢量夹角性质的计算方法包括但不限于以上。
54、本发明的有益效果在于：采用本方法处理后，保护装置运算简单，故障指标更加显著，区分区内外故障更加明显，对保护的灵敏性有了一定的提升，对实际保护具有一定的意义。