基于复合暂态能量低频特征的送出线路纵联保护方法技术

一种基于复合暂态能量低频特征的送出线路纵联保护方法，属于新能源交流线路继电保护技术领域，解决传统基于工频量的双端保护方案在新能源接入后可靠性不足的问题；利用电流启动判据确定故障时刻，并采集故障发生后时间窗内的三相电流数据；利用相模变换解耦三相电流，提取故障电流线模分量，利用小波包变换对其进行分解以获取小波包系数；通过构造复合暂态能量分析线路两端低频特征差异，并利用低频小波包系数计算两端复合暂态能量，从而识别区内和区外故障；构造的基于低频特征的复合暂态能量表征时域下线模电流的波形变化信息反映区内故障和区外故障下线路两侧线模电流波形差异；不需要双端数据严格同步，降低实际工程中的实施难度。中的实施难度。中的实施难度。

【技术实现步骤摘要】
基于复合暂态能量低频特征的送出线路纵联保护方法


[0001]本专利技术属于新能源交流线路继电保护
，涉及一种基于复合暂态能量低频特征的送出线路纵联保护方法。

技术介绍

[0002]随着气候变暖以及传统能源短缺问题的日益凸显，我国能源结构逐渐发生改变，传统的化石燃料为主体的电力系统正在向清洁、可再生式的绿色能源转型，以风电、光伏为代表的新能源电源在整个电力系统中的占比逐年上升。新能源需要通过电力电子器件并网，这使得目前的电力系统呈现“高比例电力电子设备”特征。相较于传统的火电电源，新能源电源故障特性有着非常明显的差别。新能源网络故障后，在控制系统的作用下，故障分量基频特征不明显，高频含量丰富，这导致传统的以工频量为主体的保护方案面临失效风险，对电力系统的安全稳定运行带来很大挑战。
[0003]线路纵联保护是当线路发生故障时,使两侧开关同时快速跳闸的一种保护装置,是线路的主保护。它以线路两侧判别量的特定关系作为判据。即两侧均将判别量借助通道传送到对侧，然后，两侧分别按照对侧与本侧判别量之间的关系来判别区内故障或区外故障。因此，判别量和通道是纵联保护装置的主要组成部分。
[0004]现有技术中，申请公布时间为2015年05月27日、申请公布号为CN104655981A的中国专利技术专利申请《一种利用交叉顺序差分变换的行波极性比较式方向保护方法》利用交叉顺序差分变换的行波极性比较式方向保护方法，该方案首先提取故障电压与电流信号，对提取的行波信号进行交叉顺序差分变换，并将变换后的电压量与电流量代入判别式区分正方向故障与反方向故障。申请公布时间为2022年08月23日、申请公布号为CN114937978A的中国专利技术专利申请《基于前四个电压行波极性差异高比例新能源线路保护方法》通过分析了不同位置发生故障后行波的折反射过程，接着验证了前四个电压行波的极性特征，依据前四个电压行波的极性差异实现区内外的故障识别；该方法需要依据前四个行波波头的准确采集。申请公布时间为2022年12月23日、申请公布号为CN115513916A的中国专利技术专利申请《一种输电线路纵联方向保护方法及系统》通过分别计算线路两侧的故障电流与正常运行电流之比的相位值，从而得到两侧故障电流方向结果；若两侧故障电流方向结果一致则判定为区外故障，反之为区内故障。
[0005]上述方案依赖于故障首波头的精准捕捉，但当发生高阻接地故障时，线模电流首波头突变非常微弱，仅利用初始波头极性特征可靠性不高。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于如何解决传统基于工频量的双端保护方案在新能源接入后可靠性不足的问题。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
[0008]基于复合暂态能量低频特征的送出线路纵联保护方法，包括以下步骤：
[0009]S1、线路两端保护装置实时采集三相电流数据，采用电流的变化率的绝对值|di/dt|作为启动判据，当检测到电流的变化率超过整定阈值时，保护装置启动并上传采样数据，其中Δi
set
为设定的整定阈值；
[0010]S2、保护装置启动后，线路两端保护装置收集故障后设定的时间窗内的三相电流数据，利用克拉克变换对三相电流解耦，提取故障电流的线模分量，并利用小波包变换对故障电流线模分量进行分解，从而获取小波包分解系数；
[0011]S3、构造线路复合暂态能量，依据复合暂态能量的低频特征确定其所对应的逻辑值DR1与DR2，并根据DR1与DR2的逻辑关系判断故障类型。
[0012]进一步地，步骤S2中所述的相模变换对三相电流解耦，提取故障电流的线模分量的方法如下：
[0013][0014]其中，I
α
、I
β
、I0分别为相电流I
a
、I
b
、I
c
克拉克变换下的α模分量、β模分量和0模分量。
[0015]进一步地，所述的线模分量采用α模分量。
[0016]进一步地，步骤S2中所述的利用小波包变换对故障电流线模分量进行分解，从而获取小波包分解系数的方法如下：将求得的α模分量I
α
作为小波包分解的输入信号，信号经低通滤波器与高通滤波器分解为低频子带与高频子带；d0(t)与d1(t)分别为α模分量I
α
经一层小波包分解后所对应的分解系数；接着分别将求得的低频子带与高频子带作为输入信号，重复上述操作，这样就可以得到多分解尺度下各个频带的小波包分解系数；将小波包分解系数进一步分解，从而形成二叉树结构。原始信号经k层小波包分解后划分为2
k
个频带，若信号的采样频率为f
s
，各个频带的划分范围为((j
‑
1)/2
k+1
,j/2
k+1
)f
s
,(j＝1,2...2
k
)。
[0017]进一步地，所述的小波包分解系数的递推公式为：
[0018][0019]式中，h
k
与g
k
分别为正交母小波的低通滤波系数与高通滤波系数。
[0020]进一步地，步骤S2中所述的设定的时间窗为5ms。
[0021]进一步地，步骤S3中所述的构造线路复合暂态能量的方法具体如下：根据Parseval原理，信号在各个节点的能量可由正交小波包变换下的小波包变换系数的平方和求得，即E
k,j
为信号经k层分解后第j个频带所对应的能量，d
j
(k)为小波包分解系数，N为离散重构信号的离散采样点数；选取第一个频带所对应的复合暂态能量E
M
为研究对象，构造线路复合暂态能量其中，d
m
(k)为k层小波包分解后
各个所对应的小波包分解系数，j为频带序号，N为经分解后每个频带所对应的宽度。
[0022]进一步地，所述的小波为db2小波，其分解层数为k＝3。
[0023]进一步地，步骤S3中所述的依据复合暂态能量的低频特征确定其所对应的逻辑值DR1与DR2，并根据DR1与DR2的逻辑关系判断故障类型的方法具体为：当线路复合暂态能量E
M
＞0时，定义逻辑值DR1＝1；当线路复合暂态能量E
M
＜0时，定义逻辑值DR1＝0；将本侧逻辑值发送给对侧保护装置，若DR1⊙
DR2＝1，则该故障被识别为区内故障；若DR1⊙
DR2＝0，则该故障被识别为区外故障。
[0024]本专利技术的优点在于：
[0025](1)本专利技术首先利用电流启动判据确定故障时刻，并采集故障发生后时间窗内的三相电流数据；然后利用相模变换解耦三相电流，提取故障电流线模分量，并利用小波包变换对其进行分解以获取小波包系数；最后，通过构造复合暂态能量分析线路两端低频特征差异，并利用低频小波包系数计算两端复合暂态能量，从而识别区内和区外故障。与现有技术相比，本专利技术所构造的基于低频特征的复合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于复合暂态能量低频特征的送出线路纵联保护方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、线路两端保护装置实时采集三相电流数据，采用电流的变化率的绝对值|di/dt|作为启动判据，当检测到电流的变化率超过整定阈值时，保护装置启动并上传采样数据，其中Δi
set
为设定的整定阈值；S2、保护装置启动后，线路两端保护装置收集故障后设定的时间窗内的三相电流数据，利用克拉克变换对三相电流解耦，提取故障电流的线模分量，并利用小波包变换对故障电流线模分量进行分解，从而获取小波包分解系数；S3、构造线路复合暂态能量，依据复合暂态能量的低频特征确定其所对应的逻辑值DR1与DR2，并根据DR1与DR2的逻辑关系判断故障类型。2.根据权利要求1所述的基于复合暂态能量低频特征的送出线路纵联保护方法，其特征在于，步骤S2中所述的利用克拉克变换对三相电流解耦，提取故障电流的线模分量的方法如下：其中，I
α
、I
β
、I0分别为相电流I
a
、I
b
、I
c
克拉克变换下的α模分量、β模分量和0模分量。3.根据权利要求2所述的基于复合暂态能量低频特征的送出线路纵联保护方法，其特征在于，所述的线模分量采用α模分量。4.根据权利要求3所述的基于复合暂态能量低频特征的送出线路纵联保护方法，其特征在于，步骤S2中所述利用小波包变换对故障电流线模分量进行分解，从而获取小波包分解系数的方法如下：将求得的α模分量I
α
作为小波包分解的输入信号，信号经低通滤波器与高通滤波器分解为低频子带与高频子带；d0(t)与d1(t)分别为α模分量I
α
经一层小波包分解后所对应的分解系数；接着分别将求得的低频子带与高频子带作为输入信号，重复上述操作，这样就可以得到多分解尺度下各个频带的小波包分解系数；将小波包分解系数进一步分解，从而形成二叉树结构。原始信号经k层小波包分解后划分为2
k
个频带，若信号的采样频率为f
s
，各个频带的划分范围为((j
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶远波，王吉文，李端超，汪伟，汪胜和，邵庆祝，程晓平，王栋，王薇，项忠华，陈晓东，丁津津，李彪，苏毅，陈云飞，郑涛，李紫肖，
申请(专利权)人：北京四方继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：