一种基于全时域突变信息的故障识别方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于全时域突变信息的故障识别方法及系统，包括：当高压交流线路故障时，进行风电场侧和柔直侧电流信号的采集，获取风电场侧和柔直侧每相的故障电流，并根据所述风电场和柔直侧每相的故障电流分别构造多阶矩阵；根据所述多阶矩阵分别计算风电场侧和柔直侧每相的故障电流对应的突变特征值；根据风电场侧和柔直侧每相的故障电流对应的突变特征值以及预设判据，确定故障类型；本发明专利技术能够实现故障的高速可靠判别，从而解决新型电力系统中传统保护灵敏性降低以及不正确动作的风险问题，可适应多种新能源电源接入送出的场景，对于未来新能源高比例消纳、电网安全运行具有重要的工程意义。行具有重要的工程意义。行具有重要的工程意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于全时域突变信息的故障识别方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力系统保护
，并且更具体地，涉及一种基于全时域突变信息的故障识别方法及系统。

技术介绍

[0002]随着风电、光伏等新能源占比日益提高，电网规模持续扩大，我国新型电力系统安全面临严峻挑战。高占比新能源成为新型电力系统的一个重要特性。在新型电力系统中，由于大量采用电力电子换流器并入电网，故障暂态过程与电力电子设备控制策略及其参数密切相关，短路电流幅值受限、相角受控，且非特征谐波含量显著增大。这会导致传统以工频量为基础的继电保护可靠性与灵敏性受到一定威胁，使得传统差动保护存在性能下降，严重影响新能源电力系统的安全运行。目前针对现有保护原理，根据故障信息种类的不同，可细分为全时域信息保护和频域信息保护。全时域信息量保护通过利用余弦相似度、斯皮尔曼等级相关系数和皮尔逊相关系数等方式来表征新能源场站和电网之间的电流暂态波形的差异。然而，该类方法完全依赖线路两侧的电压电流，当新能源场站出力较小时，或并入弱电网的场景下，此时电流幅值整体较小，保护存在性能下降，甚至出现拒动的风险。关于频域信息的保护，传统利用工频量信息保护方法，需要提取故障后电流电压采样值中的工频量信息，从而形成保护判据。但此类方法由于利用的线路故障信息均以工频量为主，易受到新能源场站短路电流幅值受限、相角受控、频率偏移等特性的影响，导致保护性能下降。暂态高频量信息保护通过利用故障后故障电压电流在频域的分布情况来实现区内外故障的区分。但目前仅有针对个别场景及距离保护进行判别的判据，对新能源场站送出线路保护不具有普适性，且距离保护通常无法实现全线速动，还需要进一步强化。
[0003]因此，需要一种基于全时域突变信息的故障识别方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种基于全时域突变信息的故障识别方法及系统，以解决如何高效地实现高压交流线路故障识别，从而提高电力系统保护能力的问题。
[0005]为了解决上述问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于全时域突变信息的故障识别方法，所述方法包括：当高压交流线路故障时，进行风电场侧和柔直侧电流信号的采集，获取风电场侧和柔直侧每相的故障电流；根据所述风电场和柔直侧每相的故障电流分别构造多阶矩阵，并根据所述多阶矩阵分别计算风电场侧和柔直侧每相的故障电流对应的突变特征值；根据风电场侧和柔直侧每相的故障电流对应的突变特征值以及预设判据，确定故障类型。
[0006]优选地，其中风电场侧每相的故障电流为：
，所述柔直侧故障电流为：，其中，i
wφ
为风电场侧φ相的故障电流；、分别为预设的d轴和q轴的电流参考值；ω
PLL
为基频角频率；为初始相位角；ξ为二阶系统的阻尼比，ξ=k
ip
/2(Lk
ii
)
1/2
；ω
d
为阻尼固有频率，ω
d
=ω
n
(1
‑
ξ2)
1/2
，ω
n
为二阶系统阻尼为零时的自然振荡角频率，ω
n
=(k
ii
/L)
1/2
；β为系统阻尼角, β=arctan((1
‑
ξ2)
1/2
/ξ)；P 为单相输出有功功率；为d轴电压；为d轴初始电流；t为故障时间；为电流控制环比例；为积分时间常数；L为桥臂电感；为柔直侧φ相的故障电流；E
f
为换流器内电势；Z
eq
为等效阻抗；ω和ω
‑
分别表示正、负序电流的角频率；m为与短路类型有关的比例系数；为负序电流初始相角。
[0007]优选地，其中所述根据所述风电场和柔直侧每相的故障电流分别构造多阶矩阵，并根据所述多阶矩阵分别计算风电场侧和柔直侧每相的故障电流对应的突变特征值，包括：对风电场侧和柔直侧每相的故障电流，均按照如下方式操作，以分别获取风电场侧和柔直侧每相的故障电流对应的突变特征值，包括：将任一相的故障电流采样值视作一个一维的数组，采样时间内N个采样点构成的电流信号记作I={i1, i2, i3, ... , i
N
}，则多阶矩阵为：，将多阶矩阵转化为行向量和列向量的表达形式，列向量表达形式为：I
T
={I1, I2, I3, ... , I
N
}，其中，第一个列向量内部元素为:I1={i1,i2,i3,...,i
N
}
T
;行向量表达形式为：I
T
={I
1T
, I
2T
, I
3T
, ... , I
NT
}
T
,其中第一个行向量内部元素为:I
1T
={i1,i2,i3,...,i
N
};计算列向量表达形式的多阶矩阵对应的横向梯度矩阵，包括：
，计算行向量表达形式的多阶矩阵对应的纵向梯度矩阵，包括：，根据所述横向梯度矩阵和纵向梯度矩阵计算突变特征值，包括：，其中，G为故障电流对应的突变特征值；和分别为横向梯度矩阵和纵向梯度矩阵；为横向梯度矩阵中第i行第j列的元素；为纵向梯度矩阵中第i行第j列的元素。
[0008]优选地，其中所述根据风电场侧和柔直侧每相的故障电流对应的突变特征值以及预设判据，确定故障类型，包括：对于任一相，若该任一相对应的风电场侧和柔直侧的故障电流满足预设判据，则确定该任一相的故障类型为区内故障；反之，则确定该任一相的故障类型为区外故障；其中，G1和G2分别为风电场侧故障电流和柔直侧故障电流对应的突变特征值；为预设整定值。
[0009]优选地，其中所述方法还包括：确定故障类型为区内故障的相为故障相，并根据故障相的数量进行保护出口；其中，若故障相的数量小于等于预设数量，则继电保护装置发出故障相跳闸指令，控制故障相跳闸，非故障相正常运行；若故障相的数量大于预设数量，则继电保护装置发出三相跳闸指令，控制三相全部跳闸。
[0010]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种基于全时域突变信息的故障识别系统，所述系统包括：故障电流获取单元，用于当高压交流线路故障时，进行风电场侧和柔直侧电流信号的采集，获取风电场侧和柔直侧每相的故障电流；突变特征值计算单元，用于根据所述风电场和柔直侧每相的故障电流分别构造多阶矩阵，并根据所述多阶矩阵分别计算风电场侧和柔直侧每相的故障电流对应的突变特征值；故障类型确定单元，用于根据风电场侧和柔直侧每相的故障电流对应的突变特征值以及预设判据，确定故障类型。
[0011]优选地，其中在所述故障电流获取单元，所述风电场侧每相的故障电流为：
，所述柔直侧故障电流为：，其中，i
wφ
为风电场侧φ相的故障电流；、分别为预设的d轴和q轴的电流参考值；ω
PLL
为基频角频率；为初始相位角；ξ为二阶系统的阻尼比，ξ=k<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于全时域突变信息的故障识别方法，其特征在于，所述方法包括：当高压交流线路故障时，进行风电场侧和柔直侧电流信号的采集，获取风电场侧和柔直侧每相的故障电流；根据所述风电场和柔直侧每相的故障电流分别构造多阶矩阵，并根据所述多阶矩阵分别计算风电场侧和柔直侧每相的故障电流对应的突变特征值；根据风电场侧和柔直侧每相的故障电流对应的突变特征值以及预设判据，确定故障类型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，风电场侧每相的故障电流为：，所述柔直侧故障电流为：，其中，i
wφ
为风电场侧φ相的故障电流；、分别为预设的d轴和q轴的电流参考值；ω
PLL
为基频角频率；为初始相位角；ξ为二阶系统的阻尼比，ξ=k
ip
/2(Lk
ii
)
1/2
；ω
d
为阻尼固有频率，ω
d
=ω
n
(1
‑
ξ2)
1/2
，ω
n
为二阶系统阻尼为零时的自然振荡角频率，ω
n
=(k
ii
/L)
1/2
；β为系统阻尼角, β=arctan((1
‑
ξ2)
1/2
/ξ)；P 为单相输出有功功率；为d轴电压；为d轴初始电流；t为故障时间；为电流控制环比例；为积分时间常数；L为桥臂电感；为柔直侧φ相的故障电流；E
f
为换流器内电势；Z
eq
为等效阻抗；ω和ω
‑
分别表示正、负序电流的角频率；m为与短路类型有关的比例系数；为负序电流初始相角。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述风电场和柔直侧每相的故障电流分别构造多阶矩阵，并根据所述多阶矩阵分别计算风电场侧和柔直侧每相的故障电流对应的突变特征值，包括：对风电场侧和柔直侧每相的故障电流，均按照如下方式操作，以分别获取风电场侧和柔直侧每相的故障电流对应的突变特征值，包括：将任一相的故障电流采样值视作一个一维的数组，采样时间内N个采样点构成的电流信号记作I={i1, i2, i3, ... , i
N
}，则多阶矩阵为：
，将多阶矩阵转化为行向量和列向量的表达形式，列向量表达形式为：I
T
={I1, I2, I3, ... , I
N
}，其中，第一个列向量内部元素为:I1={i1,i2,i3,...,i
N
}
T
;行向量表达形式为：I
T
={I
1T
, I
2T
, I
3T
, ... , I
NT
}
T
,其中第一个行向量内部元素为:I
1T
={i1,i2,i3,...,i
N
};计算列向量表达形式的多阶矩阵对应的横向梯度矩阵，包括：，计算行向量表达形式的多阶矩阵对应的纵向梯度矩阵，包括：，根据所述横向梯度矩阵和纵向梯度矩阵计算突变特征值，包括：，其中，G为故障电流对应的突变特征值；和分别为横向梯度矩阵和纵向梯度矩阵；为横向梯度矩阵中第i行第j列的元素；为纵向梯度矩阵中第i行第j列的元素。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据风电场侧和柔直侧每相的故障电流对应的突变特征值以及预设判据，确定故障类型，包括：对于任一相，若该任一相对应的风电场侧和柔直侧的故障电流满足预设判据，则确定该任一相的故障类型为区内故障；反之，则确定该任一相的故障类型为区外故障；其中，G1和G2分别为风电场侧故障电流和柔直侧故障电流对应的突变特征值；为预设整定值。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：确定故障类型为区内故障的相为故障相，并根据故障相的数量进行保护出口；其中，若故障相的数量小于等于预设数量，则继电保护装置发出故障相跳闸指令，控制故障相跳闸，非故障相正常运行；若故障相的数量大于预设数量，则继电保护装置发出三相跳闸指令，控制三相全部跳闸。6.一种基于全时域突变信息的故障识别系统，其特征在于，所述系统包括：
故障电流获取单元，用于当高压交流线路故障时，进行风电场侧和柔直侧电流信号的采集，获取风电场侧和柔直侧每相的故障电流；突变特征值计算单元，用于根据所述风电场和柔直侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨国生，王聪博，余越，蒋帅，曹虹，窦雪薇，薛志英，王剑锋，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：