一种基于Kendall Tau系数的输电线路纵联保护方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Kendall Tau系数的输电线路纵联保护方法，涉及电力系统继电保护技术领域。当发生区内故障或者区外故障时，输电线路MN两侧电流具有不同的特点；区内故障时，故障线路两侧电流方向相同且波形变化趋势相同，但电流波形的幅值差异大，两侧电流波形有一定的相似度，呈现为一定的正相关。区外故障时，输电线路MN两侧电流方向相反且电流波形变化趋势相反，电流波形的幅值近似相等，两侧电流波形之间呈现为负相关。根据线路区内区外故障的电流波形存在的明显差异，利用Kendall Tau系数表征和度量线路两侧特征序列波形之间的差异，形成电流波形匹配的保护判据，实现故障线路的可靠识别。

A Method of Transmission Line Longitudinal Protection Based on Kendall Tau Coefficient

【技术实现步骤摘要】
一种基于KendallTau系数的输电线路纵联保护方法
本专利技术涉及电力系统继电保护

技术介绍
输电线路的纵联保护能够将系统中的故障快速且有选择的清除，因此在输电系统中扮演着重要的角色。其中，纵联方向保护和电流差动保护的应用最为广泛。纵联方向保护对负荷变化、系统振荡以及非全相运行具有很好的适应性。但是，在强电源、高阻故障、TV断线的情况下，其方向元件的性能不佳。纵联电流差动保护不受系统运行方式变化的影响，具有绝对的选择性。然而，其动作性能易受分布电容电流、CT饱和以及数据同步等问题的影响。针对常规纵联保护所面临的一些问题，目前已提出一种基于波形相似度的新型线路纵联保护方法，该保护方式原理简单，无需借助于电压量，具有抗CT饱和以及不受分布电容电流影响等优点，因此受到越来越多的关注。文献(毕天姝,李彦宾,贾科,等.基于暂态电流波形相关性的新能源场站送出线路纵联保护[J].中国电机工程学报,2018,38(7):2012-2019,2216)提出了基于Pearson相关系数的新能源场站送出线路纵联保护方法。利用Pearson相关系数度量波形相关性可靠、灵敏的区分出线路区内、外各种类型短路故障，但没有考虑异常数据对保护算法的影响。文献(陈乐,薄志谦,林湘宁,等.基于波形相似度比较的线路快速纵联保护研究[J].中国电机工程学报,2017,37(17):5018-5027,5221)提出基于Hausdorff距离度量线路两侧电流波形的相似度，该方法通过附加措施来剔除异常数据干扰对故障线路可靠识别的影响，相比于常规电流差动保护方法，其动作速度快、灵敏度高。文献(翁汉琍,陈皓,万毅,等.基于Bhattacharyya距离算法的线路纵联保护新判据[J/OL].电网技术.https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2018.2897)提出了基于Bhattacharyya距离的线路纵联保护新方法，该算法基于数据窗内直方图中采样区间占比计算线路两侧电流波形的相似度，因而个别采样点的畸变对总体相似度的影响很小，具有较强的抗干扰能力。然而，上述保护方法的正常工作依赖于双端信息的严格同步。针对数据同步问题，虽然可以通过减小通信延时以及对采样值加时标等方法降低数据不同步对保护性能带来的不利影响，但是还应对保护算法本身的耐同步特性加以考虑。为此，研究一种不依赖于双端信息同步，在采样信息异常及高阻故障等恶劣工况下可靠动作的保护原理具有重要的现实意义。针对现有基于波形相似度的保护算法存在的一些问题，本专利技术利用区内、外故障时线路两端的电流波形变化特点，利用构造的特征序列构建基于KendallTau系数的保护判据。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种基于KendallTau系数的输电线路纵联保护方法，它能有效地解决特征序列波形变化趋势一致性时识别故障线路的技术问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于KendallTau系数的输电线路纵联保护方法，该方法步骤包括：步骤一、采集输电线路的正序电压U1、负序电压U2、零序电压U0，以U1≤K1U或U2≥K2U或U0≥K0U作为纵联保护方法的启动判据，启动保护；其中，U1、U2、U0分别是正序、负序、零序电压；U为线路的额定电压；K1、K2、K0分别表示正序、负序、零序电压的启动系数，取正序电压的启动系数为0.5、取负序电压的启动系数为0.05、取零序电压的启动系数为0.03；步骤二、当保护启动后，以一个周波作为固定时间窗长，提取输电线路MN两侧k采样时刻之前一个周波的三相电流信号，输电线路MN两侧的A相电流信号分别以iMA、iNA表示、输电线路MN两侧的B相电流信号分别以iMB、iNB表示、输电线路MN两侧的C相电流信号分别以iMC、iNC表示，其中，下标M、N表示线路两侧编号，下标A、B、C分别表示线路的A相、B相、C相，构建该输电线路的六个特征序列，A相的两个特征序列分别表示为iSA、iRA，B相的两个特征序列分别表示为iSB、iRB，C相的两个特征序列分别表示为iSC、iRC，其中，下标S、R表示区分同相的两个特征序列的标记符号；步骤三、；利用KendallTau系数，分别计算输电线路的A相特征序列iSA与iRA之间的KendallTau系数τA、B相特征序列iSB与iRB之间的KendallTau系数τB、C相特征序列iSC与iRC之间的KendallTau系数τC；步骤四、依次将得到的KendallTau系数τA、τB、τC与阈值τset进行比较，判断它们是否大于阈值τset，其中，阈值τset设为0.5，如果各相KendallTau系数中任意一个大于阈值τset，则判断该线路的KendallTau系数超过阈值，并记录1次；步骤五、将时间窗向前移动一个采样点，再计算该输电线路在当前时间窗中各相KendallTau系数τA、τB、τC；当该输电线路的KendallTau系数连续3次超过阈值，则判断该输电线路故障，保护出口动作。步骤二所述的构建输电线路A相、B相、C相的六个特征序列，包括：当发生区内故障或者区外故障时，输电线路MN两侧电流具有不同的特点；区内故障时，故障线路两侧电流方向相同且波形变化趋势相同，但电流波形的幅值差异大，两侧电流波形有一定的相似度，呈现为一定的正相关；区外故障时，输电线路MN两侧电流方向相反且电流波形变化趋势相反，电流波形的幅值近似相等，两侧电流波形之间呈现为负相关；为此，根据故障电流波形的特征，采用输电线路MN两侧电流的瞬时采样值iMA、iNA、iMB、iNB、iMC、iNC，构造输电线路的六个特征序列iSA、iRA、iSB、iRB、iSC、iRC：其中，m＝k-(Nk-1)，…，k-1，k；其中，Nk为时间窗中采样点的个数；iMA(m)、iNA(m)、iMB(m)、iNB(m)、iMC(m)、iNC(m)分别表示线路M侧和N侧的第m个采样点的A相、B相、C相的电流瞬时值；iSA(m)、iRA(m)、iSB(m)、iRB(m)、iSC(m)、iRC(m)分别表示第m个采样点对应的特征序列iSA、iRA、iSB、iRB、iSC、iRC的数据；从式(1)可得到，特征序列iSA与iRA、iSB与iRB、iSC与iRC中的各对元素的绝对值相等，即|iSA(m)|＝|iRA(m)|、|iSB(m)|＝|iRB(m)|、|iSC(m)|＝|iRC(m)|，故各相特征序列不会受两侧电流波形幅值大小的影响；区内故障时，故障相特征序列大小相等、变化趋势相同，呈现为正相关，非故障相特征序列大小相等、变化趋势相反，呈现为负相关；区外故障时，各相特征序列大小相等、变化趋势相反，均呈现为负相关；因此，相比于原始各相电流波形，利用输电线路各相特征序列波形之间的相似度可识别故障线路，不会受两侧电流波形幅值大小不等的影响。步骤三所述的利用KendallTau系数，分别计算输电线路的特征序列iSA与iRA之间的KendallTau系数τA、特征序列iSB与iRB之间的KendallTau系数τB、特征序列iSC与iRC之间的KendallTau系数τC，包括：在统计学中，KendallTau系数是从两个随机变量是否协同一致的角度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Kendall Tau系数的输电线路纵联保护方法，包括以下步骤：步骤一、采集输电线路的正序电压U1、负序电压U2、零序电压U0，以U1≤K1U或U2≥K2U或U0≥K0U作为纵联保护方法的启动判据，启动保护；其中，U1、U2、U0分别是正序、负序、零序电压；U为线路的额定电压；K1、K2、K0分别表示正序、负序、零序电压的启动系数，取正序电压的启动系数为0.5、取负序电压的启动系数为0.05、取零序电压的启动系数为0.03；步骤二、当保护启动后，以一个周波作为固定时间窗长，提取输电线路MN两侧k采样时刻之前一个周波的三相电流信号，输电线路MN两侧的A相电流信号分别以iMA、iNA表示、输电线路MN两侧的B相电流信号分别以iMB、iNB表示、输电线路MN两侧的C相电流信号分别以iMC、iNC表示，其中，下标M、N表示线路两侧编号，下标A、B、C分别表示线路的A相、B相、C相，构建该输电线路的六个特征序列，A相的两个特征序列分别表示为iSA、iRA，B相的两个特征序列分别表示为iSB、iRB，C相的两个特征序列分别表示为iSC、iRC，其中，下标S、R表示区分同相的两个特征序列的标记符号；步骤三、；利用Kendall Tau系数，分别计算输电线路的A相特征序列iSA与iRA之间的Kendall Tau系数τA、B相特征序列iSB与iRB之间的Kendall Tau系数τB、C相特征序列iSC与iRC之间的Kendall Tau系数τC；步骤四、依次将得到的Kendall Tau系数τA、τB、τC与阈值τset进行比较，判断它们是否大于阈值τset，其中，阈值τset设为0.5，如果各相Kendall Tau系数中任意一个大于阈值τset，则判断该线路的Kendall Tau系数超过阈值，并记录1次；步骤五、将时间窗向前移动一个采样点，再计算该输电线路在当前时间窗中各相Kendall Tau系数τA、τB、τC；当该输电线路的Kendall Tau系数连续3次超过阈值，则判断该输电线路故障，保护出口动作。...

【技术特征摘要】
1.一种基于KendallTau系数的输电线路纵联保护方法，包括以下步骤：步骤一、采集输电线路的正序电压U1、负序电压U2、零序电压U0，以U1≤K1U或U2≥K2U或U0≥K0U作为纵联保护方法的启动判据，启动保护；其中，U1、U2、U0分别是正序、负序、零序电压；U为线路的额定电压；K1、K2、K0分别表示正序、负序、零序电压的启动系数，取正序电压的启动系数为0.5、取负序电压的启动系数为0.05、取零序电压的启动系数为0.03；步骤二、当保护启动后，以一个周波作为固定时间窗长，提取输电线路MN两侧k采样时刻之前一个周波的三相电流信号，输电线路MN两侧的A相电流信号分别以iMA、iNA表示、输电线路MN两侧的B相电流信号分别以iMB、iNB表示、输电线路MN两侧的C相电流信号分别以iMC、iNC表示，其中，下标M、N表示线路两侧编号，下标A、B、C分别表示线路的A相、B相、C相，构建该输电线路的六个特征序列，A相的两个特征序列分别表示为iSA、iRA，B相的两个特征序列分别表示为iSB、iRB，C相的两个特征序列分别表示为iSC、iRC，其中，下标S、R表示区分同相的两个特征序列的标记符号；步骤三、；利用KendallTau系数，分别计算输电线路的A相特征序列iSA与iRA之间的KendallTau系数τA、B相特征序列iSB与iRB之间的KendallTau系数τB、C相特征序列iSC与iRC之间的KendallTau系数τC；步骤四、依次将得到的KendallTau系数τA、τB、τC与阈值τset进行比较，判断它们是否大于阈值τset，其中，阈值τset设为0.5，如果各相KendallTau系数中任意一个大于阈值τset，则判断该线路的KendallTau系数超过阈值，并记录1次；步骤五、将时间窗向前移动一个采样点，再计算该输电线路在当前时间窗中各相KendallTau系数τA、τB、τC；当该输电线路的KendallTau系数连续3次超过阈值，则判断该输电线路故障，保护出口动作。2.根据权利要求1所述的一种基于KendallTau系数的输电线路纵联保护方法，其特征在于，步骤二所述的构建输电线路A相、B相、C相的六个特征序列，包括：当发生区内故障或者区外故障时，输电线路MN两侧电流具有不同的特点；区内故障时，故障线路两侧电流方向相同且波形变化趋势相同，但电流波形的幅值差异大，两侧电流波形有一定的相似度，呈现为一定的正相关；区外故障时，输电线路MN两侧电流方向相反且电流波形变化趋势相反，电流波形的幅值近似相等，两侧电流波形之间呈现为负相关；为此，根据故障电流波形的特征，采用输电线路MN两侧电流的瞬时采样值iMA、iNA、iMB、iNB、iMC、iNC，构造输电线路的六个特征序列iSA、iRA、iSB、iRB、iSC、iRC：其中，m＝k-(Nk-1)，…，k-1，k；其中，Nk为时间窗中采样点的个数；iMA(m)、iNA(m)、iMB(m)、iNB(m)、iMC(m)、iNC(m)分别表示线路M侧和N侧的第m个采样点的A相、B相、C相的电流瞬时值；iSA(m)、iRA(m)、iSB(m)、iRB(m)、iSC(m)、iRC(m)分别表示第m个采样点对应的特征序列iSA、iRA、iSB、iRB、iSC、iRC的数据；从式(1)可得到，特征序列iSA与iRA、iSB与iRB、iSC与iRC中的各对元素的绝对值相等，即|iSA(m)|＝|iRA(m)|、|iSB(m)|＝|iRB(m)|、|iSC(m)|＝|iRC(m)|，故各相特征序列不会受两侧电流波形幅值大小的影响；区内故障时，故障相特征序列大小相等、变化趋势相同，呈现为正相关，非故障相特征序列大小相等、变化趋势相反，呈现为负相关；区外故障时，各相特征序列大小相等、变化趋势相反，均呈现为负相关；因此，相比于原始各相电流波形，利用输电线路各相特征序列波形之间的相似度可识别故障线路，不会受两侧电流波形幅值大小不等的影响。3.根据权利要求1所述的一种基于KendallTau系数的输电线路纵联保护方法，其特征在于，步骤三所述的利用KendallTau系数，分别计算输电线路的特征序列iSA与iRA之间的KendallTau系数τA、特征序列iSB与iRB之间的KendallTau系数τB、特征序列iSC...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广骁，童晓阳，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51