微电网线路区段快速自适应故障检测与识别方法技术

一种微电网线路区段快速自适应故障检测与识别方法，所述方法为：采集线路区段两端节点处的节点三相电流，计算线路区段三相电流高频分量的瞬时相位差值、相位阈值、线路区段两端节点处的节点零序电流有效值以及零序电流阈值，基于线路区段三相电流高频分量的瞬时相位差值和相位阈值的比较判定故障，在此基础上，基于线路区段两端节点处的节点零序电流有效值和零序电流阈值的比较进一步得出具体的故障类型。本发明专利技术方法能够检测出微电网线路区段内发生的各种故障，可通用于并网运行及孤岛运行状态下的微电网；本发明专利技术方法的故障判定阈值可实时进行更新，具备良好的自适应性；本发明专利技术方法的检测速度快，能够在数十个毫秒内完成故障检测并正确识别故障类型。

【技术实现步骤摘要】
微电网线路区段快速自适应故障检测与识别方法
本专利技术涉及微电网保护领域，具体涉及一种微电网线路区段快速自适应故障检测与识别方法。
技术介绍
微电网故障检测技术是微电网保护和故障隔离的基础，能够在故障发生后迅速及时的检测出故障，有利于微电网内故障的快速处理，并能够有效降低故障对微电网安全稳定运行的不利影响，快速的故障检测对微电网有着重要意义及实际价值。微电网内往往含有多种类型的分布式电源，同时，微电网还具有灵活的系统运行模式，这给微电网内的快速故障检测带来了许多问题，例如系统内的双向潮流、分布式电源输出功率的波动以及系统运行状态的变化等，这些问题使得现有微电网故障检测方法无法满足微电网内的故障快速检测需求。因此，需要一种新型的快速、可靠的故障检测方法，以实现微电网内的快速故障检测判定。中国专利技术专利CN201410261117.5公开了一种用于微电网离网运行情况的故障检测方法，根据电路中电流和电压的比值作为故障判断的依据，这种检测方法的准确性和速度受微电网结构和电路中干扰的影响，不具有自适应性，仅适用于部分离网运行的微电网，其适用范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微电网线路区段快速自适应故障检测与识别方法，其特征在于，所述的微电网线路区段快速自适应故障检测与识别方法包括：数据信息采集、数据计算处理、故障检测判定、故障类型识别、故障检测识别结果输出，共五个部分；所述的数据信息采集部分，通过设置在线路区段两端节点处的三相电流采集装置，采集线路区段两端节点处的节点三相电流信号；所述的数据计算处理部分，基于线路区段两端节点处的节点三相电流信号，计算得到线路区段三相电流高频分量的瞬时相位差值、相位阈值、线路区段两端节点处的节点零序电流有效值以及零序电流阈值；所述的故障检测判定部分，通过对线路区段三相电流高频分量的瞬时相位差值与相位阈值的比较进行故障判定并...

【技术特征摘要】
1.一种微电网线路区段快速自适应故障检测与识别方法，其特征在于，所述的微电网线路区段快速自适应故障检测与识别方法包括：数据信息采集、数据计算处理、故障检测判定、故障类型识别、故障检测识别结果输出，共五个部分；所述的数据信息采集部分，通过设置在线路区段两端节点处的三相电流采集装置，采集线路区段两端节点处的节点三相电流信号；所述的数据计算处理部分，基于线路区段两端节点处的节点三相电流信号，计算得到线路区段三相电流高频分量的瞬时相位差值、相位阈值、线路区段两端节点处的节点零序电流有效值以及零序电流阈值；所述的故障检测判定部分，通过对线路区段三相电流高频分量的瞬时相位差值与相位阈值的比较进行故障判定并得到故障判定结果；所述的故障类型识别部分，在故障检测判定结果的基础上，进一步结合线路区段两端节点处的节点零序电流有效值与零序电流阈值的比较结果完成故障类型识别；所述的故障检测识别结果输出部分，根据故障检测判定结果和故障类型的识别结果输出线路区段的故障检测与识别结果；
所述的线路区段的定义为含有两个端点且中间不含分支路的一段线路。


2.根据权利要求1所述的微电网线路区段快速自适应故障检测与识别方法，其特征在于，所述的数据计算处理部分，包括以下5个步骤：
步骤1、计算线路区段的三相差分电流、三相加和电流以及线路区段两端节点处的节点零序电流；
步骤2、选择确定滑动时窗的数据宽度，基于滑动时窗分别形成当前时刻下线路区段的三相差分电流时窗数据和三相加和电流时窗数据，采用希尔伯特—黄变换，计算线路区段三相差分电流高频分量的瞬时振幅，线路区段三相加和电流高频分量的瞬时振幅以及线路区段上、下游节点处的节点三相电流高频分量的瞬时相位序列；
步骤3、计算线路区段两端节点处的节点零序电流有效值；
步骤4、计算线路区段三相电流高频分量的瞬时相位差值，并进行判定阈值的更新计算；
步骤5、保存计算所得的数据。


3.根据权利要求2所述的数据计算处理，其特征在于，所述的线路区段的三相差分电流为线路区段两端节点对应的节点三相电流之差，其计算公式为：



其中，为线路区段的A相差分电流；为线路区段的B相差分电流；为线路区段的C相差分电流；为线路区段上游节点i处的节点A相电流；为线路区段上游节点i处的节点B相电流；为线路区段上游节点i处的节点C相电流；为线路区段下游节点j处的节点A相电流；为线路区段下游节点j处的节点B相电流；为线路区段下游节点j处的节点C相电流。


4.根据权利要求2所述的数据计算处理，其特征在于，所述的线路区段的三相加和电流为线路区段两端节点对应的节点三相电流之和，其计算公式为：



其中，为线路区段的A相加和电流；为线路区段的B相加和电流；为线路区段的C相加和电流；为线路区段上游节点i处的节点A相电流；为线路区段上游节点i处的节点B相电流；为线路区段上游节点i处的节点C相电流；为线路区段下游节点j处的节点A相电流；为线路区段下游节点j处的节点B相电流；为线路区段下游节点j处的节点C相电流。


5.根据权利要求2所述的数据计算处理，其特征在于，所述的线路区段两端节点处的节点零序电流为线路区段两端节点处的节点A相、B相以及C相三相电流之和，其计算公式为：



其中，为线路区段上游节点i处的节点零序电流；为线路区段下游节点j处的节点零序电流；为线路区段上游节点i处的节点A相电流；为线路区段上游节点i处的节点B相电流；为线路区段上游节点i处的节点C相电流；为线路区段下游节点j处的节点A相电流；为线路区段下游节点j处的节点B相电流；为线路区段下游节点j处的节点C相电流。


6.根据权利要求2所述的数据计算处理，其特征在于，所述的滑动时窗的数据宽度为时窗内数据采样点的个数，令滑动时窗的数据宽度为N，数据点的采样频率为f，则数据点的采样周期T＝1/f，滑动时窗的时间长度为T×N；所述的滑动时窗的数据更新方法为：去掉时窗内的第一个采样点数据，将当前时刻采样点数据作为时窗最后一个数据点添加到时窗内，从而形成新的时窗数据。


7.根据权利要求2所述的数据计算处理，其特征在于，所述的线路区段的三相差分电流时窗数据包含线路区段的A相差分电流时窗数据、B相差分电流时窗数据以及C相差分电流时窗数据；所述的线路区段的三相加和电流时窗数据包含线路区段的A相加和电流时窗数据、B相加和电流时窗数据以及C相加和电流时窗数据。


8.根据权利要求2所述的数据计算处理，其特征在于，所述的线路区段三相差分电流高频分量的瞬时振幅和线路区段三相加和电流高频分量的瞬时振幅，可根据基于希尔伯特—黄变换的电流高频分量瞬时振幅分析求解方法获得；所述的基于希尔伯特—黄变换的电流高频分量瞬时振幅分析求解方法的步骤为：
步骤1、输入待分析数据J(D)，其中，D表示数据点的总个数；
步骤2、设置滑动时窗数据宽度为N，N>0且N<D，令K＝N；
步骤3、提取J(D)中第K-N+1个数据点到第K个数据点之间所有的数据作为一个时窗数据，并将该时窗数据记为W(N)；
步骤4、对时窗数据W(N)进行EMD分解，得到n个IMF信号，分别为：IMF1、IMF2…IMFn；
步骤5、提取信号IMF1，并对其进行希尔伯特变换，计算得到时窗数据高频分量的瞬时幅值，将其记为A(N)；
步骤6、提取A(N)中第H+1个数据点到第N-H个数据点之间的所有数据(H>0，H<N/2，且H为整数)，并将此部分数据定义为A(M)；
步骤7、计算A(M)的平均值，并将A(M)的平均值作为待分析数据J(D)高频分量的K点的瞬时振幅a(K)；
步骤8、返回待分析数据J(D)高频分量的K点的瞬时振幅a(K)；
步骤9、判断K<D是否成立，若是，则令K＝K+1，返回步骤3；若否，则待分析数据J(D)的分析计算结束。


9.根据权利要求2所述的数据计算处理，其特征在于，所述的线路区段上、下游节点处的节点三相电流高频分量的瞬时相位序列，可根据基于希尔伯特—黄变换的电流高频分量瞬时相位分析求解方法获得；所述的基于希尔伯特—黄变换的电流高频分量瞬时相位分析求解方法的步骤为：
步骤1、输入待分析数据E(D)和F(D)，其中，D表示数据点的总个数；
步骤2、设置滑动时窗数据宽度为N，N>0且N<D，令K＝N；
步骤3、提取E(D)中第K-N+1个数据点到第K个数据点之间所有的数据作为一个时窗数据，并将该时窗数据记为U(N)；同时，提取F(D)中第K-N+1个数据点到第K个数据点之间所有的数据作为一个时窗数据，并将该时窗数据记为V(N)；
步骤4、对时窗数据U(N)进行EMD分解，得到n1个IMF信号，分别为：IMFu1、IMFu2……IMFun1；同时，对时窗数据V(N)进行EMD分解，得到n2个IMF信号，分别为：IMFv1、IMFv2……IMFvn2；
步骤5、定义时窗数据U(N)进行EMD分解得到的IMFu1信号为IFd(N)，定义时窗数据V(N)进行EMD分解得到的IMFv1信号为IFa(N)；
步骤6、定义信号IFi(N)与信号IFj(N)，信号IFi(N)与信号IFj(N)的计算公式为：



步骤7、对信号IFi(N)作希尔伯特变换，计算得到IFi(N)的瞬时相位θi(N)；对信号IFj(N)作希尔伯特变换，计算得到IFj(N)的瞬时相位θj(N)；
步骤8、提取θi(N)中第H+1个数据点到第N-H个数据点之间的所有数据(H>0，H<N/2，且H为整数)，并将提取的数据定义为待分析数据E(D)高频分量的K点的瞬时相位序列θi(K)；同时，提取θj(N)中第H+1个数据点到第N-H个数据点之间的所有数据(H>0，H<N/2且H为整数)，将提取的数据定义为待分析数据F(D)高频分量的K点的瞬时相位序列θj(K)；
步骤9、返回待分析数据E(D)高频分量的K点的瞬时相位序列θi(K)以及待分析数据F(D)高频分量的K点的瞬时相位序列θj(K)；
步骤10、判断K<D是否成立，若是，则令K＝K+1，返回步骤3；若否，则待分析数据E(D)和F(D)的分析计算结束。


10.根据权利要求2所述的数据计算处理，其特征在于，所述的线路区段两端节点处的节点零序电流有效值可基于节点电流有效值的计算公式求取，其具体计算方法为：将线路区段两端节点处的节点零序电流的瞬时值代入节点电流有效值的计算公式中，通过计算可得到线路区段两端节点处的节点零序电流的有效值；
所述的节点电流有效值的计算公式为：



其中，IR为节点电流有效值；It为节点电流瞬时值；T为积分时间，T>0且T为电流信号的整周期；ε为任意大于0的整数。


11.根据权利要求2所述的数据计算处理，其特征在于，所述的线路区段三相电流高频分量的瞬时相位差值包含：线路区段A相电流高频分量的瞬时相位差值、线路区段B相电流高频分量的瞬时相位差值以及线路区段C相电流高频分量的瞬时相位差值；其计算公式为：



其中，△θA为线路区段A相电流高频分量的瞬时相位差值；△θB为线路区段B相电流高频分量的瞬时相位差值；△θC为线路区段C相电流高频分量的瞬时相位差值；θAi(m)为线路区段上游节点i处的节点A相电流高频分量的瞬时相位序列中的第m个元素值；θBi(m)为线路区段上游节点i处的节点B相电流高频分量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李一锦，林建华，魏旭腾，牛耕，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11