一种基于改进线-零模时差的新能源线路主保护方法技术

本发明专利技术涉及一种基于改进线

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进线
‑
零模时差的新能源线路主保护方法


[0001]本专利技术属于新能源高渗透率接入下交流输电线路继电保护领域，涉及一种基于改进线
‑
零模时差的新能源送出线路单端暂态量主保护方法。

技术介绍

[0002]随着目前“碳达峰、碳中和”理念的提出，越来越多的新能源规模化并网，伴随着大量电力电子型控制器件的投入，对于传统距离I段而言，由于伴随新能源接入的大量电力电子器件影响，导致输电线路故障后呈现出短路电流幅值受限、频率偏移等新特征，传统在电网中应用广泛的距离保护安全性也受到明显影响，无法满足新能源并网背景下对电力系统继电保护的要求。
[0003]与此同时，注意到故障行波基本与新能源并网电力电子型设备故障特性无关，因此，可基于故障后的初始行波构成适用于大规模新能源并网下的线路主保护新判据与新方法，而目前行波保护大多数都依赖于对波头蕴含的故障特征性质的精确辨识，从而极大的提升了对采样精度的要求，对于上述问题，本专利技术所提一种基于改进线
‑
零模时差的新能源送出线路单端暂态量主保护方法便是基于此思路，首先构建了BP神经网络映射波形与故障位置的对应关系，在此基础上，基于不同行波模量传输时差实现单端暂态量线路主保护，本方法对线路参数、过渡电阻与故障角等具有良好适应性，不受电源类型影响，且具有对采样率要求不高、不依赖于精确辨识波头等优点。

技术实现思路

[0004]为了克服灾后配电网通信系统恢复及故障评估、修复的问题，本专利技术提供了一种基于改进线
‑
零模时差的新能源线路主保护方法。
[0005]本专利技术的具体方案如下：
[0006]一种基于改进线
‑
零模时差的新能源线路主保护方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、利用PSCAD平台在输电线路仿真模型上设置不同故障工况，获取每个故障工况下的故障电压和电流数据，形成多组故障电压、电流数组矩阵，并对其进行相模变换，计算获得多组故障分量；
[0008]步骤2、对步骤S1所得的所有故障数据进行数据预处理，得出故障特征量矩阵Δu
m
以及标签矩阵ΔT，根据故障特征量矩阵Δu
m
、标签矩阵ΔT以及BP神经网络模型构建最优保护判别模型；
[0009]步骤3、在线实时检测线路保护安装处的电压及电流数据，判断其幅值大小是否满足故障启动条件，若不满足，则认为无故障发生，若满足，则进行相模变换，并利用相模变换结果判别故障方向，若判定故障发生在正方向则转到下一步；
[0010]步骤4、采集实际电压和电流数据，利用步骤1的方式对实时监测电压和电流数据进行计算得到故障分量，并采用步骤2中同样的预处理方式对故障分量进行处理，得到实际故障特征量；
[0011]步骤5、将步骤4所得故障特征量输入到步骤2的最优保护判别模型，，得出预测故障时差Δt
k
，将预测故障时差Δt
k
与经过补偿的保护整定值进行比较，判断是否满足保护动作条件，若满足则启动保护动作，否则不启动保护动作。
[0012]进一步的，所述步骤1中，通过改变故障类型、故障初相角、过渡电阻和故障位置中的一种或多种来得到w种不同故障工况对应的故障电压及电流数组矩阵，每组故障电压及电流数组矩阵均包括三相电压数据矩阵[V
a
、V
b
、V
c
]和三相电流数据矩阵[I
a
、I
a
、I
c
]。
[0013]进一步的，所述步骤1中，对获取的每组故障电压及电流数组矩阵进行相模变换，对获取的n组故障电压及电流数组矩阵计算得到行波模量矩阵：
[0014][0015][0016]式中，V
a
、V
b
、V
c
、I
a
、I
b
、I
c
分别表示经由仿真获取的w组故障三相电压、电流组成的故障特征矩阵；V0、V1、V2、I0、I1、I2分别表示对应行波电压与电流模量的零模、线模1、线模2；
[0017]考虑初始反向行波能够最快反映波到时刻，对上述经过相模变换的后数组V0、V1、V2、I0、I1、I2经由下式计算得出电压反向行波数据：
[0018][0019][0020]式中，U
f,1
、U
f,0
分别表示线模和零模初始反向电压行波数组；Z
c
波阻抗；
[0021]计算行波的故障分量，由于线模1及线模2在故障分量中占比相同，故选取任意线模量都可实现保护，本专利技术选用零模及线模1进行计算，如下：
[0022]ΔU0＝|U
f,0
(t)
‑
U
f,0
(t
‑
t
k
)|
[0023]ΔU1＝|U
f,1
(t)
‑
U
f,1
(t
‑
t
k
)|
[0024]式中，ΔU0、ΔU1即为由不同故障工况下所得零模、线模反向电压故障分量形成的矩阵；t
k
为前溯时间。
[0025]进一步的，所述步骤2中的预处理方法包括以下步骤：
[0026]步骤2.1a、设计带通滤波器实施数据滤波，经由下式对步骤1所得故障分量数组ΔU0、ΔU1进行滤波处理：
[0027][0028][0029]式中，下标m为0、1时表示零模和1模量；ΔU
mHD
(p)为ΔU
m
在位置p
’
处的初步滤波结果；n为滤波数据窗长；p
’
为数据点号，取值范围为从1到n；ω
c
为带通滤波器截止频率中值下的角频率；ω
d
(p
’‑
q
’
)对应为位置p
’‑
q
’
处的滤波器的系数，j为虚数单位；
[0030]步骤2.2a、设置初始提取阈值对ΔU
HDm
进行初始行波首值的定位：
[0031]ΔU
HD1
(t
m
)＞U
set,1
[0032]ΔU
HD0
(t
m
)＞U
set,0
[0033]式中，t
m
为矩阵ΔU
HDm
中的w个数据中首个大于所设提取阈值的对应采样点；U
set,1
、U
set,0
分别为线模、零模的提取阈值；
[0034]对ΔU
HDm
进行形态学梯度最大值对应时刻的定位：
[0035][0036]U
G,m
(t
max,m
)＝max(U...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进线
‑
零模时差的新能源线路主保护方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、利用PSCAD平台在输电线路仿真模型上设置不同故障工况，获取每个故障工况下的故障电压和电流数据，形成多组故障电压、电流数组矩阵，并对其进行相模变换，计算获得多组故障分量；步骤2、对步骤S1所得的所有故障数据进行数据预处理，得出故障特征量矩阵Δu
m
以及标签矩阵ΔT，根据故障特征量矩阵Δu
m
、标签矩阵ΔT以及BP神经网络模型构建最优保护判别模型；步骤3、在线实时检测线路保护安装处的电压及电流数据，判断其幅值大小是否满足故障启动条件，若不满足，则认为无故障发生，若满足，则进行相模变换，并利用相模变换结果判别故障方向，若判定故障发生在正方向则转到下一步；步骤4、采集实际电压和电流数据，利用步骤1的方式对实时监测电压和电流数据进行计算得到故障分量，并采用步骤2中同样的预处理方式对故障分量进行处理，得到实际故障特征量；步骤5、将步骤4所得故障特征量输入到步骤2的最优保护判别模型，，得出预测故障时差Δt
k
，将预测故障时差Δt
k
与经过补偿的保护整定值进行比较，判断是否满足保护动作条件，若满足则启动保护动作，否则不启动保护动作。2.根据权利要求1所述的基于改进线
‑
零模时差的新能源线路主保护方法，其特征在于，所述步骤1中，通过改变故障类型、故障初相角、过渡电阻和故障位置中的一种或多种来得到w种不同故障工况对应的故障电压及电流数组矩阵，每组故障电压及电流数组矩阵均包括三相电压数据矩阵[V
a
、V
b
、V
c
]和三相电流数据矩阵[I
a
、I
a
、I
c
]。3.根据权利要求2所述的基于改进线
‑
零模时差的新能源线路主保护方法，其特征在于，所述步骤1中，对获取的每组故障电压及电流数组矩阵进行相模变换，对获取的n组故障电压及电流数组矩阵计算得到行波模量矩阵：电压及电流数组矩阵计算得到行波模量矩阵：式中，V
a
、V
b
、V
c
、I
a
、I
b
、I
c
分别表示经由仿真获取的w组故障三相电压、电流组成的故障特征矩阵；V0、V1、V2、I0、I1、I2分别表示对应行波电压与电流模量的零模、线模1、线模2；考虑初始反向行波能够最快反映波到时刻，对上述经过相模变换的后数组V0、V1、V2、I0、I1、I2经由下式计算得出电压反向行波数据：经由下式计算得出电压反向行波数据：式中，U
f,1
、U
f,0
分别表示线模和零模初始反向电压行波数组；Z
c
波阻抗；
计算行波的故障分量，由于线模1及线模2在故障分量中占比相同，故选取任意线模量都可实现保护，本发明选用零模及线模1进行计算，如下：ΔU0＝|U
f,0
(t)
‑
U
f,0
(t
‑
t
k
)|ΔU1＝|U
f,1
(t)
‑
U
f,1
(t
‑
t
k
)|式中，ΔU0、ΔU1即为由不同故障工况下所得零模、线模反向电压故障分量形成的矩阵；t
k
为前溯时间。4.根据权利要求1所述的基于改进线
‑
零模时差的新能源线路主保护方法，其特征在于，所述步骤2中的预处理方法包括以下步骤：步骤2.1a、设计带通滤波器实施数据滤波，经由下式对步骤1所得故障分量数组ΔU0、ΔU1进行滤波处理：进行滤波处理：式中，下标m为0、1时表示零模和1模量；ΔU
mHD
(p)为ΔU
m
在位置p
’
处的初步滤波结果；n为滤波数据窗长；p
’
为数据点号，取值范围为从1到n；ω
c
为带通滤波器截止频率中值下的角频率；ω
d
(p
’‑
q
’
)对应为位置p
’‑
q
’
处的滤波器的系数，j为虚数单位；步骤2.2a、设置初始提取阈值对ΔU
HDm
进行初始行波首值的定位：ΔU
HD1
(t
m
)＞U
set,1
ΔU
HD0
(t
m
)＞U
set,0
式中，t
m
为矩阵ΔU
HDm
中的w个数据中首个大于所设提取阈值的对应采样点；U
set,1
、U
set,0
分别为线模、零模的提取阈值；对ΔU
HDm
进行形态学梯度最大值对应时刻的定位：U
G,m
(t
max,m
)＝max(U
G
(t))式中，U
G
(t)为所求形态学梯度；t
max,m
为w组形态学梯度最大值所对应时刻组成数组矩阵；下标m为0、1时表示零模和1模量；g为形态学算子；
⊙
分别表示膨胀和腐...

【专利技术属性】
技术研发人员：李正天，林湘宁，吴宇奇，魏繁荣，王楷杰，朱凌锋，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：