面向配电网风电交流送出线路的纵联保护方法及系统

本发明涉及电力系统继电保护，具体涉及一种面向配电网风电交流送出线路的纵联保护方法及系统。

背景技术：

1、大量并网风电机组带来新的发展机遇，同时也增加了运行维护等方面的挑战。尤其是配电网系统，配电网运行功率较小，电网韧性较低，风电等新能源机组受控特性带来的区别于同步机特性的运行特征等严重影响了配网运行的安全可靠性，故障诊断方面原有配网三段式电流保护配置难以适用于风电接入线路保护。因此有必要研究风电接入配网系统线路的可靠保护方法。

2、风电场故障电流输出特性明显区别于同步机电源特性，其故障电流频率偏离工频，因此依靠幅值和相位判别故障的保护方法适应性不足，需要提出适用于不同阶段和不同情况的dfig送出线保护策略。故障下dfig电流输出中含有多种衰减分量和稳态交流分量，衰减分量中又包括直流衰减分量和受控制器参数影响的工频暂态分量。励磁控制情况下，控制器参数表现出波动性，会随外界故障条件及参数发生改变，因此输出的故障电流中的工频暂态分量大小等会发生变化，总体故障电流输出的幅值和相角也将不确定。傅里叶等平稳信号处理手段无法准确识别此时暂态电流相位和幅值的大小变化，依赖于傅里叶算法的保护方法应用于该情况下的线路故障识别可靠性较低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种面向配电网风电交流送出线路的纵联保护方法及系统，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

3、一方面，本发明提供一种面向配电网风电交流送出线路的纵联保护方法，包括：

4、采集风电交流送出线路上的电流及电压信号数据；

5、利用离散小波变换提取电流及电压信号数据的高频成分，计算小波模极大值；

6、判断小波模极大值是否大于设定阈值，若大于设定阈值，则判定为启动故障，反之则判定为扰动；

7、提取故障时刻前后一定时间内的电流及电压故障分量，利用凯伦布尔变换得到线路两端的电流及电压线模行波信号，继而得到线路两端的前行波信号和反行波信号；

8、将线路末端的线模反行波数据传输至首端，计算线路首端线模量首次前行波和末端首次反行波轨迹采样点的相似度；

9、比较求解出的相似度与保护阈值的大小来区分区内故障与区外故障，若为区内故障，则保护动作；若为区外故障，则保护复归。

10、优选的，利用离散小波变换提取电流及电压信号数据的高频成分，计算小波模极大值为：

11、

12、其中，j为频率分层层数，f(t)为所要分解变换的信号，ψ*(·)为小波母函数，b为平移尺度因子，t为信号采样时刻，r表示变换的数域范围。

13、优选的，利用改进的最长公共子序列相似度算法计算线路首端线模量首次前行波和末端首次反行波轨迹采样点的相似度，包括：计算得到两端线模信号前行波δif(t)和反行波δib(t)：

14、

15、其中，u*(t)为故障电压分量，i*(t)为故障电流分量，zc为线路波阻抗，t表示信号采样时刻。

16、优选的，采用改进的最长公共子序列算法计算得到交流线路首端电流前行波与对端反行波轨迹采样点的最大公共子序列长度l：

17、

18、其中，m为首端前行波采样点集长度，n为对端反行波采样点集长度，d(m,n)表示两点之间的欧式距离，σ为距离阈值；

19、

20、其中，a，b为进行相似度判别的两个序列，mean(a)代表序列a的非时间数值的平均值，mean(b)代表序列b的非时间数值的平均值，h1为两个序列长度的平均值差，h2为两个序列的h距离值。

21、优选的，求解交流线路首端电压前行波与对端反行波轨迹采样点的相似度：

22、

23、其中，m,n为对比序列a,b的长度。

24、优选的，将计算所得轨迹相似度pmn与设定的整体轨迹相似度阈值pset作比较，若pmn小于设定值pset，则为区外故障；若pmn大于设定值pset，则为区内故障。

25、第二方面，本发明提供一种面向配电网风电交流送出线路的纵联保护系统，包括：

26、采集模块，用于采集风电交流送出线路上的电流及电压信号数据；

27、第一计算模块，用于利用离散小波变换提取电流及电压信号数据的高频成分，计算小波模极大值；

28、第一判断模块，用于判断小波模极大值是否大于设定阈值，若大于设定阈值，则判定为启动故障，反之则判定为扰动；

29、变换模块，用于提取故障时刻前后一定时间内的电流及电压故障分量，利用凯伦布尔变换得到线路两端的电流及电压线模行波信号，继而得到线路两端的前行波信号和反行波信号；

30、第二计算模块，用于将线路末端的线模反行波数据传输至首端，计算线路首端线模量首次前行波和末端首次反行波轨迹采样点的相似度；

31、第二判断模块，用于比较求解出的相似度与保护阈值的大小来区分区内故障与区外故障，若为区内故障，则保护动作；若为区外故障，则保护复归。

32、第三方面，本发明提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如上所述的面向配电网风电交流送出线路的纵联保护方法。

33、第四方面，本发明提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序当在一个或多个处理器上运行时，用于实现如上所述的面向配电网风电交流送出线路的纵联保护方法。

34、第五方面，本发明提供一种电子设备，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现如上所述的面向配电网风电交流送出线路的纵联保护方法的指令。

35、本发明有益效果：利用故障初始阶段电流行波波形差异性提出相似度纵联保护方法，小波模极大值用于启动保护，通过改进的最长公共子序列算法度量两端波形相似度完成故障判别。改进的最长公共子序列算法使用自适应阈值，有效改善了纵联保护依赖同步对时及弱抗干扰性能，提升了纵联保护的可靠性。所提纵联保护方案能够在故障后3～4ms内快速可靠动作，提升了配网保护的速动性。

36、本发明附加方面的优点，将在下述的描述部分中更加明显的给出，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种面向配电网风电交流送出线路的纵联保护方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的面向配电网风电交流送出线路的纵联保护方法，其特征在于，利用离散小波变换提取电流及电压信号数据的高频成分，计算小波模极大值为：

3.根据权利要求1所述的面向配电网风电交流送出线路的纵联保护方法，其特征在于，利用改进的最长公共子序列相似度算法计算线路首端线模量首次前行波和末端首次反行波轨迹采样点的相似度，包括：计算得到两端线模信号前行波δif(t)和反行波δib(t)：

4.根据权利要求3所述的面向配电网风电交流送出线路的纵联保护方法，其特征在于，采用改进的最长公共子序列算法计算得到交流线路首端电流前行波与对端反行波轨迹采样点的最大公共子序列长度l：

5.根据权利要求4所述的面向配电网风电交流送出线路的纵联保护方法，其特征在于，求解交流线路首端电压前行波与对端反行波轨迹采样点的相似度：

6.根据权利要求5所述的面向配电网风电交流送出线路的纵联保护方法，其特征在于，将计算所得轨迹相似度pmn与设定的整体轨迹相似度阈值pset作比较，若pmn小于设定值pset，则为区外故障；若pmn大于设定值pset，则为区内故障。

7.一种面向配电网风电交流送出线路的纵联保护系统，其特征在于，包括：

8.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如权利要求1-6任一项所述的面向配电网风电交流送出线路的纵联保护方法。

9.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机程序，所述计算机程序当在一个或多个处理器上运行时，用于实现如权利要求1-6任一项所述的面向配电网风电交流送出线路的纵联保护方法。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器以及计算机程序；其中，处理器与存储器连接，计算机程序被存储在存储器中，当电子设备运行时，所述处理器执行所述存储器存储的计算机程序，以使电子设备执行实现如权利要求1-6任一项所述的面向配电网风电交流送出线路的纵联保护方法的指令。

技术总结
本发明提供一种面向配电网风电交流送出线路的纵联保护方法及系统，属于电力系统继电保护技术领域。本发明利用故障初始阶段电流行波波形差异性提出相似度纵联保护方法，小波模极大值用于启动保护，通过改进的最长公共子序列算法度量两端波形相似度完成故障判别。改进的最长公共子序列算法使用自适应阈值，有效改善了纵联保护依赖同步对时及弱抗干扰性能，提升了纵联保护的可靠性。所提纵联保护方案能够在故障后3～4ms内快速可靠动作，提升了配网保护的速动性。

技术研发人员：陈晨,宋晓帆,李猛,和敬涵,杜晓通,董平先,郭放,白萍萍,薛文杰,齐桓若,姚晗,宋景博,李凯,翟育新,康祎龙,闫向阳,汪赟
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13