一种基于支持向量机算法的自适应电流保护方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于支持向量机算法的自适应电流保护方法及系统。首先，实时采集分布式新能源配电网各线路的电压量和电流量；引入判定阈值δ和正负序电流比值β，判断故障位置与类型；其次，利用支持向量机算法，对采集到的电气数据量进行处理，实现故障状态下光伏等值阻抗的在线识别与电流保护整定值计算；最后，基于该算法提出配电线路的电流自适应保护方案：故障情况下，测量值大于整定值，保护可靠动作，否则，保护可靠不动作。本发明专利技术增强了分布式光伏电源配电网运行的可靠性，对配电网的优化优化运行具有实用价值。优化运行具有实用价值。优化运行具有实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于支持向量机算法的自适应电流保护方法及系统


[0001]本专利技术属于分布式电源配电网保护与控制领域，涉及一种基于支持向量机算法的自适应电流保护方法及系统。

技术介绍

[0002]在能源危机日益严重的情况下，光伏发电得到长足的发展。随着光伏在电网中的渗透率不断增加，电网的可靠运行对继电保护灵敏性与选择性提出了更高的要求，光伏电源配网的故障检测和保护技术是一项重要的研究内容，是配电网可靠运行的重要保障。光伏电源的接入会影响电网中电压与电流的潮流分布，尤其在故障发生时，光伏电源的接入会助增或汲取故障电流，使得原有电流保护整定值无法满足保护需求，造成保护装置的误动、拒动。
[0003]为了解决分布式电源(DG)并网对传统电网保护带来的挑战，国内外学者提出了相应的解决思路：1)根据配网规模的大小、负荷的变化、线路参数等，确定安装DG的容量与位置；2)可在分布式电源并网点接入限流器，抑制DG向故障点提供的短路电流；3)保留原线路电流保护装置，利用机器学习算法对电流保护进行优化整定；4)在原有保护上加装智能电子设备和通信设备，根据实时电流信息，实现保护的自适应整定。方法1)根据配网规模调整DG的接入位置与容量，其经济适用性强，不会对有电流保护装置做出改变，但是对于比较特殊的配电网，DG的接入位置与容量会受到限制；方法2)原有电流保护装置做出改动，经济实用性较低，限流器的安装在一定程度上限制了分布式电源安装的容量；方案3)依靠机器学习算法优化整定电流保护，可以缩短故障持续时间，提高保护速动性，但是该方法过度依赖于机器学习，算法的优劣直接影响电流保护的整定效果，算法的鲁棒性对电流保护的优化整定影响较大；方法4)可以依靠通信技术实时监控各点信息，从根本上消除了DG并网对电流保护的影响，但是该方法对通信技术要求较高，一旦通信系统发生故障，会造成配电网电流保护误动作，对电力系统的安全运行造成影响。综上，面向高渗透率新能源配电网的电流保护技术亟待突破与升级。
[0004]通过以上分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0005](1)现阶段的配电网电流保护技术会受到新能源并网的影响，导致其误动、拒动的可能性增加，可应用于大规模新能源配电网的电流保护术尚未成熟，无法适应电力电子设备全方面接入的新型电力系统发展需要，缺乏适用于大规模分布式电源配电网的电流保护技术。
[0006](2)分布式电源的接入使得传统配电网由单端供电变为多端供电，配电网潮流方向及电流大小均会受到分布式电源接入的影响，原有的电流保护整定值无法满足分布式电源配网保护的需求，可能导致配网保护不正确动作，降低配电网运行的稳定性、安全性。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种基于支持向量机算法的自适应电流保护方法及系统，
旨在重新制定分布式的电源配电网电流保护整定值完成配电线路电流保护，解决新能源接入配电网下电流保护误动、拒动问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于支持向量机算法的自适应电流保护方法包括：首先，实时采集分布式新能源配电网各线路的电压量和电流量；引入判定阈值δ和正负序电流比值β，判断故障位置与类型；其次，利用支持向量机算法，对采集到的电气数据量进行处理，实现故障状态下光伏等值阻抗的在线识别与电流保护整定值计算；最后，基于该算法提出配电线路的电流自适应保护方案：故障情况下，测量值大于整定值，保护可靠动作，否则，保护可靠不动作。本专利技术增强了分布式光伏电源配电网运行的可靠性，对配电网的优化优化运行具有实用价值；具体包括如下步骤：
[0009]步骤S1、实时采集分布式电源配电网各线路始末两处的电压量与电流量；
[0010]步骤S2、对采样所得的电压量与电流量，使用卡尔曼滤波算法对其进行滤波处理，消除多种噪声影响；
[0011]步骤S3、引入故障判定值δ与故障类型判断值β，计算各线路始末两端电流差值ΔI以及正负序电流之比β，判断故障类型；
[0012]步骤S4、根据光伏电源并网点电压电流信息，基于支持向量机算法预测光伏系统的等值阻抗Z
PV
，根据Z
PV
值重新整定光伏配电网电流保护整定值I
′
set
；
[0013]步骤S5、根据光伏系统电流保护整定值I
′
set
与实际流过线路电流I的大小关系为判据，进行电流保护判据设计。
[0014]本专利技术的另一目的在于提供一种基于支持向量机算法的自适应电流保护方法的基于支持向量机算法的自适应电流保护系统，包括：
[0015]相量采集模块，用于在分布式新能源配电网中实时采集各条线路首尾两处的电压量和电流量；
[0016]滤波模块，用于利用卡尔曼滤波算法对采集到的数据进行滤波处理，滤除电力系统中的噪声影响；
[0017]对称分量模块，用于故障时对故障电流进行序分量的分解，通过正负序电流之比，对故障类型做出判断；
[0018]电流保护模块，用于通过比较光伏系统电流保护整定值I
′
set
与实际流过线路电流I的大小关系为判据，进行电流保护判据设计。
[0019]本专利技术的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述的基于支持向量机算法的自适应电流保护方法的步骤。
[0020]本专利技术的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述的基于支持向量机算法的自适应电流保护方法的步骤。
[0021]本专利技术的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的基于支持向量机算法的自适应电流保护系统。
[0022]相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0023]第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本专利技术的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本专利技术技术方
案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
[0024]本专利技术旨在利用线路电气量信号完成分布式新能源配电网路电流保护，解决分布式新能源集中接入下电流保护误动问题。首先，本专利技术实时采集分布式新能源配电网各线路的电压量和电流量；引入故障判定值δ和正负序电流比值β，判断故障位置与类型；其次，利用支持向量机算法，对采集到的电气数据量进行处理，实现故障状态下光伏等值阻抗的在线识别与电流保护整定值实时计算；最后，基于该算法提出配电线路的电流自适应保护方案：故障情况下，测量值大于整定值，保护可靠动作，否则，保护可靠不动作。本专利技术所提出的一种基于电气量信号的电流保护方法，解决了传统继电保护无法适用于分布式新能源集配电网线路电流保护的难题。该方案可有效改善分布式能源配电网电流保护整定值整定困难的问题，为电流保护提供可行工作条件，降低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于支持向量机算法的自适应电流保护方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、实时采集分布式电源配电网各线路始末两处的电压量与电流量；步骤S2、对采样所得的电压量与电流量，使用卡尔曼滤波算法对其进行滤波处理，消除多种噪声影响；步骤S3、引入故障判定值δ与故障类型判断值β，计算各线路始末两端电流差值ΔI以及正负序电流之比β，判断故障类型；步骤S4、根据光伏电源并网点电压电流信息，基于支持向量机算法预测光伏系统的等值阻抗Z
PV
，根据Z
PV
值重新整定光伏配电网电流保护整定值I
′
set
；步骤S5、根据光伏系统电流保护整定值I
′
set
与实际流过线路电流I的大小关系为判据，进行电流保护判据设计。2.根据权利要求1所述的一种基于支持向量机算法的自适应电流保护方法，其特征在于，所述步骤S1中，设置采样频率为10kHz，利用线路两端电压互感器和电流互感器实时采集分布式电源配电网各线路始末两处的电压量与电流量，形成电压序列、电流序列，保存数据窗长为N，取N＝200，U＝{u(1),u(2),...,u(n)}，I＝{i(1),i(2),...,i(n)}，其中u(n)＝{u
n1
,u
n2
,...,u
nk
}，i(n)＝{i
n1
,i
n2
,...,i
nk
}，其中n为线路编号，k为采样点数计数符号，k＝1,2,
…
,N；由于实时采集线路始末两处电压电流，为有效区分线路始末两处电气量，U
(1)
＝{u
(1)
(1),u
(1)
(2),...,u
(1)
(n)}，I
(1)
＝{i
(1)
(1),i
(1)
(2),...,i
(1)
(n)}表示线路首端电压电流信息，U
(2)
＝{u
(2)
(1),u
(2)
(2),...,u
(2)
(n)}，I
(2)
＝{i
(2)
(1),i
(2)
(2),...,i
(2)
(n)}表示线路末端电压电流信息；当实时采集电流变化量超过启动判据门槛值时，则判定线路发生故障，即故障启动，启动判断的判据可描述为：|i
nk
‑
i
n(k
‑
1)
|＞0.56I
N
式中，i
nk
、i
n(k
‑
1)
分别为节点n电流序列中两个相邻的采样点；I
N
是指配电线路电流额定值。3.根据权利要求2所述的一种基于支持向量机算法的自适应电流保护方法，其特征在于，在所述步骤S2中对采样所得的电压量与电流量，为了消除多种噪声影响，使用卡尔曼滤波算法对其进行滤波处理，滤波算法如下：式中，Y
n
可表示为电压序列u(n)＝{u
n1
,u
n2
,...,u
nk
}或电流序列i(n)＝{i
n1
,i
n2
,...,i
nk
}；b为卡尔曼滤波增益系数；M为电压电流信号的最高谐波次数；ε(o)为滤波中存在的误差；η(0)为均值等于零的噪声干扰；ω、为最高次谐波的角频率和相位；ΔT为10kHz频率下的采样间隔；按上式对电压、电流信号进行卡尔曼滤波，取数据窗长N＝200，滤波之后的电压电流序列分别为u
′
(n)＝{u
′
n1
,u
′
n2
,...,u
′
nk
}、i
′
(n)＝{i
′
n1
,i
′
n2
,...,i
′
nk
}。4.根据权利要求3所述的一种基于支持向量机算法的自适应电流保护方法，其特征在
于，所述步骤S3具体实现如下：根据步骤S1确定保护所在线路区段是否发生故障：利用全周傅里叶算法，计算线路首末两端电流的有效值，记为在此基础上，引入故障类型启动值δ，若某条线路区段始末两端电流差值|ΔI|的绝对值在连续m个采样点处均满足|ΔI|≥δ，启动对故障类型的判断：若上式满足，判断为该线路区内故障，否则，判断为该线路的区外故障；判定值δ的整定公式如下：故障类型判断值β的整定公式如下：式中，分别表示线路始末两处电流有效值，n为线路编号，k表示采样计数点；分别表示线路始末两处电流有效值，n为线路编号，k表示采样计数点；分别表示线路末端的正序电流与负序电流；γ
s
表示阈值整定的安全系数；ε表示电流测量过程中带来的误差；当连续m个采样点均满足|ΔI|≥δ时，可判断线路区段内发生故障，由于正序电流存在于所有类型的故障，负序电流在存在于不对称性故障，可根据β值对故障类型做...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄见虹，翟博龙，宋福海，吕庭钦，刘伟，余定文，郑南章，林叶青，郭健生，邱碧丹，童纯洁，吴晨阳，叶雷，郑益琴，林美华，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：