基于奇异值分解的时域距离保护方法、装置及介质

本公开涉及电力系统继电保护，尤其涉及一种基于奇异值分解的时域距离保护方法、装置及介质。

背景技术：

1、近年来，城市电网中风电、光伏等新能源并网规模和容量大幅增加。如何确保大规模、高比例新能源接入的城市电网的安全可靠运行极为重要。然而，与同步发电机相比，新能源故障特性迥异，如弱馈特性、系统阻抗不稳定特性、频偏特性和高谐波特性，这些特性显著影响工频阻抗距离保护测量阻抗的准确性，从而导致距离保护的误动或拒动。

2、相关技术，基于线路阻感模型的时域距离保护原理上不受电网频率及背侧电源变化的影响，相对于传统工频量距离保护更适用于新能源接入系统的送出线。然而，传统的时域距离保护方法会出现计算异常问题，鲁棒性和收敛性极差，这严重影响了时域距离保护方法在新能源接入城市电网中的实际可行性。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本公开提供了一种基于奇异值分解的时域距离保护方法、装置及介质、设备和程序产品。

2、根据本公开的第一个方面，提供了一种基于奇异值分解的时域距离保护方法，包括：

3、在确定三相线路中存在故障的情况下，在每个滑动数据窗内，对三相线路各自的电流和电压以及与上述三相线路对应的零序电流进行采样，得到与上述三相线路各自对应的电流序列、电压序列和零序电流序列；

4、针对每相线路，根据上述电流序列，得到电流中值差分序列；

5、根据上述电流中值差分序列、上述电压序列、上述零序电流序列和线路阻感方程，确定电流信息矩阵，其中，上述电流信息矩阵的第一列为上述中值差分序列，上述电流信息矩阵的第二列为上述零序电流序列；

6、对上述电流信息矩阵进行奇异值分解，得到第一奇异值和第二奇异值，其中，上述第一奇异值反应了上述电流中值差分序列包括的电流中值差分值的特征，上述第二奇异值反应了零序电流序列包括的零序电流值的特征；

7、根据上述第一奇异值、上述第二奇异值和上述电压序列，确定初始故障距离和过渡电阻；

8、根据与j个滑动数据窗分别对应的上述初始故障距离和上述过渡电阻，确定目标故障距离，其中，j为正整数；

9、根据上述目标故障距离和预定故障距离整定值，确定对上述每相线路进行的保护操作。

10、根据本公开的实施例，上述根据与j个滑动数据窗分别对应的上述初始故障距离和上述过渡电阻，确定目标故障距离包括：

11、针对每个滑动数据窗，根据与上述滑动数据窗对应的上述初始故障距离、上述过渡电阻、上述电压序列、上述电流中值差分序列和上述零序电流序列，确定与上述滑动数据窗对应的距离权重；

12、根据与各个滑动数据库分别对应的距离权重和初始故障距离，通过迭代执行如下操作，直到迭代次数满足预设条件：

13、根据与第q-1滑动数据窗对应的第q-1个故障距离加权值和第q-1个距离权重以及与第q滑动数据窗对应的第q个初始故障距离和第q个距离权重，确定第q个故障距离加权值，其中，q为大于等于1且小于等于j的整数，在q等于1的情况下，与第q-1滑动数据窗对应的第q-1个故障距离加权值为预定加权值，与第q-1滑动数据窗对应的第q-1个距离权重为预定权重；

14、根据j个故障距离加权值，确定距离误差；

15、在上述距离误差在预定误差范围内的情况下，将上述第j个故障距离加权值确定为目标故障距离加权值；

16、获取与每个子线路对应的修正系数；

17、根据上述修正系数对上述目标故障距离加权值进行修正，得到上述目标故障距离。

18、根据本公开的实施例，上述对上述电流信息矩阵进行奇异值分解，得到第一奇异值和第二奇异值包括：

19、将上述电流信息矩阵分解为第一正定矩阵、对角矩阵和第二正定矩阵，其中，上述对角矩阵包括上述第一奇异值和上述第二奇异值。

20、根据本公开的实施例，上述根据上述第一奇异值、上述第二奇异值和上述电压序列，确定初始故障距离和过渡电阻包括：

21、在上述第一奇异值大于预定容忍系数且上述第二奇异值小于等于上述预定容忍系数的情况下，将上述第二奇异值设置为第一预定值，得到修正后的对角矩阵；

22、利用最小二乘估计对上述第一正定矩阵、上述修正后的对角矩阵、上述第二正定矩阵和上述电压序列构建的差分方程组进行求解，确定上述初始故障距离和上述过渡电阻。

23、根据本公开的实施例，上述根据上述第一奇异值、上述第二奇异值和上述电压序列，确定初始故障距离和过渡电阻包括：

24、在上述第一奇异值和上述第二奇异值均大于预定容忍系数的情况下，利用最小二乘估计对上述第一正定矩阵、上述对角矩阵、上述第二正定矩阵和上述电压序列构建的差分方程组进行求解，确定上述初始故障距离和上述过渡电阻。

25、根据本公开的实施例，上述针对每个滑动数据窗，根据与上述滑动数据窗对应的上述初始故障距离、上述过渡电阻、上述电压序列、上述电流中值差分序列和上述零序电流序列，确定与上述滑动数据窗对应的距离权重包括：

26、对与上述滑动数据窗对应的上述初始故障距离、上述过渡电阻、上述电压序列、上述电流中值差分序列和上述零序电流序列构建的差分方程组求欧几里得范数，得到距离可信度；

27、对上述距离可信度取倒数，得到上述距离权重。

28、根据本公开的实施例，上述根据与第q-1滑动数据窗对应的第q-1个故障距离加权值和第q-1个距离权重以及与第q滑动数据窗对应的第q个初始故障距离和第q个距离权重，确定第q个故障距离加权值包括：

29、将上述第q-1个故障距离加权值与第q-1个历史距离权重相乘，得到第一加权距离，其中，在q等于1的情况下，第q-1个历史距离权重为预定历史权重，在q大于1的情况下，第q-1个历史距离权重是根据上述第q-1个距离权重与第q-2个历史距离权重相加求和得到的；

30、将上述第q个初始故障距离与上述第q个距离权重相乘，得到第二加权距离；

31、将上述第q-1个历史距离权重与上述第q个距离权重相加，得到第q个历史距离权重；

32、将上述第一加权距离加上第二加权距离的和与上述第q个历史距离权重相除，得到上述第q个故障距离加权值。

33、根据本公开的实施例，上述根据上述修正系数对上述目标故障距离加权值进行修正，得到上述目标故障距离包括：

34、根据与每个子线路对应的修正系数以及每个子线路的实际长度，确定每个子线路的修正长度；

35、在上述目标故障距离加权值大于第二预定值且小于第一修正长度的情况下，将上述目标故障距离加权值与第一修正系数相除，得到上述目标故障距离，其中，上述第一修正系数表征距离采样点最近的子线路对应的修正系数，上述第一修正长度是根据上述第一修正系数和上述距离采样点最近的子线路对应的实际长度确定的。

36、根据本公开的实施例，上述根据上述修正系数对上述目标故障距离加权值进行修正，得到上述目标故障距离还包括：

37、在上述目标故障距离加权值大于p个相连的子线路的总修正长度，小于上述每相线路的总长度的情况下，将上述目标故障距离加权值与上述总修正长度相减，得到待修正长度，其中，上述p个相连的子线路包括上述距离采样点最近的子线路，p为大于等于1的整数；

38、将上述待修正长度和与第p+1个子线路对应的修正系数相除，得到第p+1修正长度；

39、将上述总修正长度与上述第p+1修正长度相加，得到上述目标故障距离。

40、根据本公开的实施例，上述根据上述目标故障距离和预定故障距离整定值，确定对上述每相线路进行的保护操作包括：

41、在上述目标故障距离大于第三预定值且小于预定故障距离整定值的情况下，判定发生区内故障，对上述每相线路进行保护动作。

42、本公开的第二方面提供了一种基于奇异值分解的时域距离保护装置，包括：

43、第一得到模块，用于在确定三相线路中存在故障的情况下，在每个滑动数据窗内，对三相线路各自的电流和电压以及与上述三相线路对应的零序电流进行采样，得到与上述三相线路各自对应的电流序列、电压序列和零序电流序列；

44、第二得到模块，用于针对每相线路，根据上述电流序列，得到电流中值差分序列；

45、第一确定模块，用于根据上述电流中值差分序列、上述电压序列、上述零序电流序列和线路阻感方程，确定电流信息矩阵，其中，上述电流信息矩阵的第一列为上述中值差分序列，上述电流信息矩阵的第二列为上述零序电流序列；

46、第三得到模块，用于对上述电流信息矩阵进行奇异值分解，得到第一奇异值和第二奇异值，其中，上述第一奇异值反应了上述电流中值差分序列包括的电流中值差分值的特征，上述第二奇异值反应了零序电流序列包括的零序电流值的特征；

47、第二确定模块，用于根据上述第一奇异值、上述第二奇异值和上述电压序列，确定初始故障距离和过渡电阻；

48、第三确定模块，用于根据与j个滑动数据窗分别对应的上述初始故障距离和上述过渡电阻，确定目标故障距离，其中，j为正整数；

49、第四确定模块，用于根据上述目标故障距离和预定故障距离整定值，确定对上述每相线路进行的保护操作。

50、根据本公开的实施例，上述第三确定模块包括：

51、第一确定子模块，用于针对每个滑动数据窗，根据与上述滑动数据窗对应的上述初始故障距离、上述过渡电阻、上述电压序列、上述电流中值差分序列和上述零序电流序列，确定与上述滑动数据窗对应的距离权重；

52、迭代子模块，用于根据与各个滑动数据库分别对应的距离权重和初始故障距离，通过迭代执行如下操作，直到迭代次数满足预设条件：

53、根据与第q-1滑动数据窗对应的第q-1个故障距离加权值和第q-1个距离权重以及与第q滑动数据窗对应的第q个初始故障距离和第q个距离权重，确定第q个故障距离加权值，其中，q为大于等于1且小于等于j的整数，在q等于1的情况下，与第q-1滑动数据窗对应的第q-1个故障距离加权值为预定加权值，与第q-1滑动数据窗对应的第q-1个距离权重为预定权重；

54、第二确定子模块，用于根据j个故障距离加权值，确定距离误差；

55、第三确定子模块，用于在上述距离误差在预定误差范围内的情况下，将上述第j个故障距离加权值确定为目标故障距离加权值；

56、获取子模块，用于获取与每个子线路对应的修正系数；

57、第一得到子模块，用于根据上述修正系数对上述目标故障距离加权值进行修正，得到上述目标故障距离。

58、根据本公开的实施例，上述第三得到模块包括：

59、分解子模块，用于将上述电流信息矩阵分解为第一正定矩阵、对角矩阵和第二正定矩阵，其中，上述对角矩阵包括上述第一奇异值和上述第二奇异值。

60、根据本公开的实施例，上述第二确定模块包括：

61、第一设置子模块，用于在上述第一奇异值大于预定容忍系数且上述第二奇异值小于等于上述预定容忍系数的情况下，将上述第二奇异值设置为第一预定值，得到修正后的对角矩阵；

62、第四确定子模块，用户利用最小二乘估计对上述第一正定矩阵、上述修正后的对角矩阵、上述第二正定矩阵和上述电压序列构建的差分方程组进行求解，确定上述初始故障距离和上述过渡电阻。

63、根据本公开的实施例，上述第二确定模块包括：

64、第五确定子模块，用于在上述第一奇异值和上述第二奇异值均大于预定容忍系数的情况下，利用最小二乘估计对上述第一正定矩阵、上述对角矩阵、上述第二正定矩阵和上述电压序列构建的差分方程组进行求解，确定上述初始故障距离和上述过渡电阻。

65、根据本公开的实施例，上述第一确定子模块包括：

66、距离可信度得到单元，用于对与上述滑动数据窗对应的上述初始故障距离、上述过渡电阻、上述电压序列、上述电流中值差分序列和上述零序电流序列构建的差分方程组求欧几里得范数，得到距离可信度；

67、距离权重得到单元，用于对上述距离可信度取倒数，得到上述距离权重。

68、根据本公开的实施例，上述迭代子模块包括：

69、第一加权距离得到单元，用于将上述第q-1个故障距离加权值与第q-1个历史距离权重相乘，得到第一加权距离，其中，在q等于1的情况下，第q-1个历史距离权重为预定历史权重，在q大于1的情况下，第q-1个历史距离权重是根据上述第q-1个距离权重与第q-2个历史距离权重相加求和得到的；

70、第二加权距离得到单元，用于将上述第q个初始故障距离与上述第q个距离权重相乘，得到第二加权距离；

71、历史距离权重得到单元，用于将上述第q-1个历史距离权重与上述第q个距离权重相加，得到第q个历史距离权重；

72、故障距离加权值得到单元，用于将上述第一加权距离加上第二加权距离的和与上述第q个历史距离权重相除，得到上述第q个故障距离加权值。

73、根据本公开的实施例，上述第一得到子模块包括：

74、确定单元，用于根据与每个子线路对应的修正系数以及每个子线路的实际长度，确定每个子线路的修正长度；

75、目标故障距离第一得到单元，用于在上述目标故障距离加权值大于第二预定值且小于第一修正长度的情况下，将上述目标故障距离加权值与第一修正系数相除，得到上述目标故障距离，其中，上述第一修正系数表征距离采样点最近的子线路对应的修正系数，上述第一修正长度是根据上述第一修正系数和上述距离采样点最近的子线路对应的实际长度确定的。

76、根据本公开的实施例，上述第一得到子模块还包括：

77、待修正长度得到单元，用于在上述目标故障距离加权值大于p个相连的子线路的总修正长度，小于上述每相线路的总长度的情况下，将上述目标故障距离加权值与上述总修正长度相减，得到待修正长度，其中，上述p个相连的子线路包括上述距离采样点最近的子线路，p为大于等于1的整数；

78、修正长度得到单元，用于将上述待修正长度和与第p+1个子线路对应的修正系数相除，得到第p+1修正长度；

79、目标故障距离第二得到单元，用于将上述总修正长度与上述第p+1修正长度相加，得到上述目标故障距离。

80、根据本公开的实施例，上述第四确定模块包括：

81、进行保护子模块，用于在上述目标故障距离大于第三预定值且小于预定故障距离整定值的情况下，判定发生区内故障，对上述每相线路进行保护动作。

82、本公开的第三方面还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器执行上述方法。

83、本公开的第四方面提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，其中，当上述一个或多个程序被上述一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行上述方法。

84、本公开的第五方面还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法。

85、根据本公开的实施例，在确定电流信息矩阵后，通过对电流信息矩阵进行奇异值分解，可以得到反应电流中值差分序列包括的电流中值差分值的特征的第一奇异值和反应零序电流序列包括的零序电流值的特征的第二奇异值，实现根据第二奇异值确定零序电流序列包括的零序电流是否为微弱信号，然后在根据第一奇异值、第二奇异值和电压序列，确定初始故障距离和过渡电阻时，可以根据第一奇异值和第二奇异值选择合适的求解方法对与初始故障距离和过渡电阻相关的差分方程组进行求解，得到较准确的初始故障距离和过渡电阻。根据与j个滑动数据窗分别对应的初始故障距离和过渡电阻，确定目标故障距离，根据目标故障距离和预定故障距离整定值，确定对每相线路进行的保护操作，实现根据多个初始故障距离和过渡电阻，得到较精确且鲁棒性及收敛性较强的目标故障距离，提高测距式保护的准确性，快速准确的对每相线路进行保护操作。