基于余弦相似度的风电机组Crowbar动作辨识方法与流程

本发明属于电力系统自动化，具体涉及一种基于余弦相似度的风电机组crowbar动作辨识方法。

背景技术：

1、随着新能源的大规模并网，为满足电网含风电的稳定性分析，对风电机组的暂态建模工作也随之开展。新能源场站应提供可用于电力系统仿真计算的、涵盖场站内机组及控制系统等环节的模型及参数，确保新能源设备并网性能满足要求、提升仿真计算准确度，确保大规模、高比例新能源接入后电网安全稳定运行。

2、风电机组的crowbar电路的动作情况，不仅能表征风电机组的输出功率和故障程度，显著影响所接入电力系统的稳定性；同时gb 38755-2019《电力系统安全稳定导则》、gb/t 19963.1-2021《风电场接入电力系统技术规定（第一部分：陆上风电）》、nb/t 31053-2021《风电机组电气仿真模型验证规程》等标准均要求开展风电场的暂态建模，即机电暂态建模和电磁暂态建模，暂态模型中的crowbar电路是否动作需开展辨识。目前风电机组crowbar电路是否动作主要通过人工依据低电压穿越期间的无功功率、无功电流波形，或者crowbar电路动作信号判断。

技术实现思路

1、为解决现有技术的不足，本发明提供一种基于余弦相似度的风电机组crowbar动作辨识方法，为开展风电机组的机电暂态建模和开展风电机组的电磁暂态建模奠定基础，可以自动快速辨识风电机组crowbar动作，易于推广应用。

2、本发明采用的技术方案为：

3、基于余弦相似度的风电机组crowbar动作辨识方法，包括以下步骤：

4、步骤1，读取风电机组低电压穿越测试点电压、电流瞬时数据；

5、步骤2，将风电机组低电压穿越测试点的电压、电流瞬时数据利用傅里叶系数计算基波正序分量的无功功率、基波正序分量的无功电流有效值；

6、步骤3，选择合适数据时窗，基于步骤2中计算得到基波正序分量的无功功率、基波正序分量的无功电流有效值，截取相应时段内的风电机组低电压穿越测试的无功功率、无功电流有效值数据；

7、步骤4，选择合适数据时窗的同时，读取标准的无功功率、无功电流数据；

8、步骤5，基于相应时段内的风电机组低电压穿越测试的无功功率有效值数据与标准的无功功率数据对比，形成风电机组低电穿越无功功率与标准无功功率比对的 x、y两个向量；

9、基于相应时段内的风电机组低电压穿越测试的无功电流数据与标准的无功电流数据对比，形成风电机组低电穿越无功电流与标准无功电流比对的 x、y两个向量；

10、同时对风电机组低电穿越的无功功率与标准无功功率比对 x、 y两个向量和风电机组低电穿越的无功电流与标准无功电流比对 x、y两个向量进行余弦相似度计算，分别得到风电机组低电穿越的无功功率与标准无功功率比对的cos( x, y)值，以及风电机组低电穿越的无功电流与标准无功电流比对的cos( x, y)值；

11、步骤6，通过风电机组低电穿越的无功功率与标准无功功率比对的cos( x, y)值和风电机组低电穿越的无功电流与标准无功电流比对的cos( x, y)值判断风电机组crowbar是否动作。

12、进一步的，步骤2中，风电机组低电压穿越测试点的电压、电流瞬时数据的傅里叶系数分解具体分为：以a相电压 ua和a相电流 ia的计算等式为例：首先计算一个基波周期内基波分量的傅里叶系数：式中： f1为基波频率；为a相电压基波余弦分量；为a相电压基波正弦分量；为a相电流基波余弦分量；为a相电流基波正弦分量；为a相电压； t为基波周期； t为时间变量；利用下式计算基波正序分量的电压及电流矢量分量：式中：为基波电压正序的余弦分量；为基波电压正序的正弦分量；为基波电流正序的余弦分量；为基波电流正序的正弦分量；、分别为b相、c相电压基波余弦分量；、为b相、c相电压基波正弦分量；、、分别为a相、b相、c相电流基波余弦分量；、、为a相、b相、c相电流基波正弦分量；基波正序分量的线电压有效值为：则基波正序分量的无功功率为：基波正序分量的无功电流有效值为：b相和c相电压的计算方法与a相的计算方法相同；b相和c相的电流计算方法与a相的计算方法相同。

13、进一步的，步骤3中，选择合适数据时窗为：风电机组低电压穿越的无功功率、无功电流在穿越点位前100ms和穿越点位后200ms之间的风电机组低电压穿越测试的无功功率、无功电流有效值数据。

14、进一步的，步骤5中，形成的风电机组低电穿越无功功率与标准无功功率比对的 x、 y两个向量和形成的风电机组低电穿越无功电流与标准无功电流比对的 x、y两个向量能够分别用序列和序列，以及序列和序列进行表示；序列中，为风电机组低电压穿越无功功率向量，为标准无功功率向量，为风电机组低电压穿越无功电流向量，为标准无功电流向量，序列中的 x1、 x2、 x3、 x n为风电机组低电压穿越无功功率数值，序列中的 x1、 x2、 x3、 x n为风电机组低电压穿越无功电流数值，序列中的 y1、 y2、 y3、 y n为标准无功功率数值，序列中的 y1、 y2、 y3、 y n为标准无功电流数值；将风电机组低电压穿越无功功率和标准无功功率比对的序列代入余弦相似度计算公式得到电机组低电穿越的无功功率与标准无功功率比对的cos( x, y)值；

15、将风电机组低电压穿越无功电流和标准无功电流比对的序列代入余弦相似度计算公式得到电机组低电穿越的无功电流与标准无功电流比对的cos( x, y)值；余弦相似度计算公式为：式中，cos( x, y)为向量 x和 y的余弦相似度，其值越大，表示两向量间的夹角越小，两向量越相似； xi为向量 x的第 i个数据； yi为向量 y的第 i个数据；式中，，； n为采样点数；为向量 x序列数值的平均值；为向量 y序列数值的平均值。

16、进一步的，步骤7中，风电机组低电穿越的无功功率与标准无功功率比对的cos( x, y)值和风电机组低电穿越的无功电流与标准无功电流比对的cos( x, y)值均大于0.9，则输出风电机组低电压穿越期间风电机组crowbar未动作，否则输出风电机组低电压穿越期间风电机组crowbar动作。

17、本发明的有益效果是：（1）该基于余弦相似度的风电机组crowbar动作辨识方法不依赖人工辨识风电机组低电压穿越期间crowbar是否动作，可自动快速辨识crowbar是否动作，有助于风电机组暂态模型参数辨识。

18、（2）该基于余弦相似度的风电机组crowbar动作辨识方法利用余弦相似度算法原理的风电机组低电压穿越期间crowbar动作辨识方法可以准确辨识crowbar动作，不受电压跌落深度、负荷大小、故障类型等影响。

19、（3）该基于余弦相似度的风电机组crowbar动作辨识方法仅需300ms数据窗，便可自动快速辨识出crowbar动作。

20、（4）该基于余弦相似度的风电机组crowbar动作辨识方法采用余弦相似度通过测量相互独立的离散信号的余弦值来考察其极性，其结果不受无功功率、无功电流的幅值影响，仅与数据的变化趋势有关，采用余弦相似度具有实现简单、准确性高的优点。