基于电压行波波头极性和数量差异的新能源线路保护方法技术

本发明专利技术提供了一种基于电压行波波头极性和数量差异的新能源线路保护方法，该方法根据电压行波折反射过程推导出首个反极性电压行波到达前同极性电压行波的数量与故障位置的关系。在此基础上，考虑采样率导致近端或末端故障存在行波难以准确捕获的情况，可得出：首个反极性波到达前存在两个及以上同极性波时，为区内前50％故障或区外前50％故障；存在一个同极性波时，为区内后50％故障或区外后50％故障。最后，利用零模与线模到达保护安装处的时间差进行区内外故障判别。本方法基于电压行波极性和数量差异构造单端量保护方法，解决了现有基于零模线模时间差的单端量保护在区内末端故障存在死区的问题，并考虑了采样率对所提保护方法的影响。保护方法的影响。

【技术实现步骤摘要】
基于电压行波波头极性和数量差异的新能源线路保护方法


[0001]本专利技术涉及高比例新能源交流线路故障识别领域，特别是涉及一种基于电压行波波头极性和数量差异的新能源线路保护方法。

技术介绍

[0002]21世纪以来，全球变暖及能源短缺问题日益凸显，逐渐成为全人类需共同应对的重大而迫切的全球性挑战，新一轮能源变革也在全世界能源领域悄然兴起。加速发展以风电、光伏为典型代表的新能源电源，促进能源生产的绿色转型，是缓解气候变化与资源匮乏问题的关键所在，更是全球实现可持续发展的必由之路。
[0003]以风电、光伏为代表的新能源通过电力电子接口并网，相较于传统以同步发电机为主力电源的电力系统来说，其在发电原理、控制方式、并网设备和外部特性等方面均有较大区别，使新能源的故障特征异于传统同步发电机，具有幅值受限、相角受控等特性，进一步导致传统基于工频量的保护方案面临拒动、误动的风险，致使常规保护的灵敏性、快速性、选择性和可靠性受到全面挑战，严重影响故障的准确识别与快速隔离。
[0004]针对上述问题，现有研究主要从工频量和暂态量两方面入手构建新型保护方案。工频量方面，主要是在现有工频量保护方案的基础上，考虑新能源的故障特性，提出相应的改进方案；暂态量方面，通过充分挖掘故障暂态中包含的时域、频域暂态信息，提出不受新能源控制策略影响的保护新原理。行波保护作为暂态量保护的一种，具有高速动作性能，能够在控制系统介入前完成故障识别，可有效应用于新能源电力系统。
[0005]现有技术，如中国专利，申请号：201010149567.7，公开号：CN101923139A，公开了一种输电线路单端行波故障测距的智能方法，将输电线路故障行波前三个波头的极性和时差作为样本属性，采用BP神经网络实现故障测距。输电线路故障，当最短健全线路的长度大于故障线路全长的四分之一且次短健全线路长度大于故障线路全长的二分之一时，保护安装处检测到的前3个波头一定含有至少2个来自故障线路的行波；当上述条件不满足时,用方向行波识别行波是否来自故障线路。选取后2个波头与首波头的时间差，以及其波头极性作为样本属性，训练、测试故障测距神经网络，实现故障距离初测。以此为基础，应用故障距离与波速、传输时间的关系正确辨识第二个行波波头性质，继而求得精确的故障距离；申请号：201110175930.7，公开号：CN102253315A，公开了一种基于单端测距的故障定位方法。当输电线路出现短路时，用输电线路行波故障测距装置测量输电线路本端母线的工频电气量，通过阻抗法确定故障点范围，估算过渡电阻值；然后通过小波变换分析暂态电压/电流行波，判断故障为普通短路故障，则采用结合线路长度的单端行波法直接计算故障点位置；为特殊短路故障，则采用阻抗法与行波法结合的输电线路单端故障测距法计算故障点位置；申请号：201110398088.3，公开号：CN102520315A，公开了一种基于行波多尺度信息的输电线路故障单端定位方法，根据不同的故障类型选择不同的相作为基准相，对输电线路故障电流行波信号进行相模变换，得到用于故障定位的故障电流行波模信号；对模信号进行连续小波变换，提取各小波变换系数上第1、2个行波波头的模极大值及其对应时刻，并根据
小波变换模极大值判断故障发生的区段、确定定位用的第1、2个行波波头的频率分量，得到两个不同频率分量的行波模波速度、波头到达时刻；最后结合两个行波的模波速度和到达时刻，综合计算输电线路的故障距离。该方法利用行波的多尺度信息准确地确定行波波头的频率分量、模波速度和到达时刻，从而能够准确地计算出输电线路的故障距离。申请号：202111391311.1，公开号：CN114113890A，公开了一种基于行波模量传输时差的多端融合配电网故障定位方法，通过对故障行波的线模和零模分量进行分析，通过小波变换标定零模和线模分量到达时刻获得时间差，利用深度学习拟合零模波速度与故障距离的关系曲线，确定零模行波速度，通过模量传输时间差测距原理得到故障距离。
[0006]申请号：201810545632.4，公开号：CN108767819A，公开了一种考虑行波波速特性的输电线路行波保护方法，该方法在线路发生故障后，在电网中各个母线节点处采集暂态电流行波信号，计算得到各母线节点处零模行波和线模行波的首波波头到达的模量时间差；将模量时间差最小的母线节点作为关键母线节点；根据关键母线节点确认故障区域，计算故障区域中每条线路的平均模量穿越时间差，将平均模量穿越时间差最小的线路确认为故障线路，并对故障线路执行线路保护动作。申请号：202210596379.1，公开号：CN114937978A，公开了一种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，该方法首先推导了波阻抗不连续点的折反射系数的表达式并得到了其取值范围，然后根据不同位置发生故障时行波的折反射过程推导出保护安装处线模电压行波的表达式，利用折反射系数的取值范围可以得出不同位置故障时前四个电压行波的极性特征，并得出结论：区外故障时前四个电压行波极性相同，区内故障时，前四个电压行波极性不同，并以此为依据进行故障识别。
[0007]然而，上述现有技术大多根据行波波头的相关特性进行故障测距，不能准确地区分区内外故障，且现有的基于零模线模时间差的单端量行波保护在区内末端故障存在死区。同时，上述现有技术没有考虑近端故障和末端故障时，采样率对行波波头捕捉情况的影响，容错能力低。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是为了解决现有单端量保护在区内末端故障存在死区的问题，同时，考虑到采样率对近端故障和末端故障时行波波头准确捕获的影响，提供了一种新能源送出线路保护方法，其技术方案如下：
[0009]基于电压行波波头极性和数量差异的新能源线路保护方法，其特征为：首先推导波阻抗不连续点电压行波折反射系数的表达式及取值范围；其次，根据电压行波折反射过程推导出首个反极性电压行波到达前同极性电压行波的数量与故障位置的关系；然后，考虑采样率对首个反极性电压行波到达前同极性电压行波的数量与故障位置关系的影响；最后，依照判据：首个反极性波到达前存在两个及以上同极性波时，为区内前50％故障或区外前50％故障；存在一个同极性波时，为区内后50％故障或区外后50％故障，并进一步利用零模与线模到达保护安装处的时间差进行区内外故障判别。
[0010]优选为：所述基于电压行波波头极性和数量差异的新能源线路保护方法包括如下步骤：
[0011]步骤(1)：推导故障点及母线处折反射系数的表达式；
[0012]步骤(2)：根据电压行波的折反射过程，推导出保护安装处检测到首个反极性电压行波到达前同极性电压行波的数量与故障位置的关系；
[0013]步骤(3)：针对近端故障和末端故障，考虑在采样率的影响下可能存在行波波头难以准确捕获情况，分析其对首个反极性电压行波到达前同极性电压行波的数量与故障位置关系的影响；
[0014]步骤(4)：根据首个反极性电压行波到达前同极性电压行波的数量判别线路故障区段；
[0015]步骤(5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于电压行波波头极性和数量差异的新能源线路保护方法，其特征为：首先推导波阻抗不连续点电压行波折反射系数的表达式及取值范围；其次，根据电压行波折反射过程推导出首个反极性电压行波到达前同极性电压行波的数量与故障位置的关系；然后，考虑采样率对首个反极性电压行波到达前同极性电压行波的数量与故障位置关系的影响；最后，依照判据：首个反极性波到达前存在两个及以上同极性波时，为区内前50％故障或区外前50％故障；存在一个同极性波时，为区内后50％故障或区外后50％故障，并进一步利用零模与线模到达保护安装处的时间差进行区内外故障判别。2.根据权利要求1所述的基于电压行波波头极性和数量差异的新能源线路保护方法，其特征在于,包括以下步骤:步骤(1)：推导故障点及母线处折反射系数的表达式；步骤(2)：根据电压行波的折反射过程，推导出保护安装处检测到首个反极性电压行波到达前同极性电压行波的数量与故障位置的关系；步骤(3)：针对近端故障和末端故障，考虑在采样率的影响下可能存在行波波头难以准确捕获情况，分析其对首个反极性电压行波到达前同极性电压行波的数量与故障位置关系的影响；步骤(4)：根据首个反极性电压行波到达前同极性电压行波的数量判别线路故障区段；步骤(5)：根据零模线模到达保护安装处的时间差判别区内外故障。3.根据权利要求2所述的基于电压行波波头极性和数量差异的新能源线路保护方法，其特征在于：故障点的折射系数与反射系数的表示式及其取值范围为:故障点的折射系数与反射系数的表示式及其取值范围为:式中：Z
f
＝Z
C1
//R
f
＝(Z
C1
·
R
f
)/(Z
C1
+R
f
)；α
f
、β
f
分别表示电压行波在故障点处的折射系数和反射系数；R
f
表示故障点的过渡电阻。4.根据权利要求2所述的基于电压行波波头极性和数量差异的新能源线路保护方法，其特征在于：所述步骤(2)中进一步包括：采用相模变换将三相耦合的线路进行解耦，以得到线模行波分量；采用小波变换模极大值来描述行波的极性特征；小波变换模极大值定义为：设W
s
f(x)是函数f(x)的小波变换，在尺度s下对x0某一邻...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗美玲，李紫肖，黄伟兵，郑涛，于晓军，陈颖，谢海滨，李武，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：