基于拐点密集区凹凸波动特性的直流配网故障检测方法技术

本发明专利技术公开了基于拐点密集区凹凸波动特性的直流配网故障检测方法，对配电网中各馈线零模电流i

【技术实现步骤摘要】
基于拐点密集区凹凸波动特性的直流配网故障检测方法


[0001]本专利技术属于电力系统配电网继电保护
，具体涉及基于拐点密集区凹凸波动特性的直流配网故障检测方法。

技术介绍

[0002]近年来，由于分布式能源、电力电子技术快速发展，且直流配电系统存在线路损耗小、利于分布式能源接入、减少交直流变换次数等优点，直流配电网逐步成为国内外研究的热点。基于模块化多电平换流器柔性直流配电网的无功功率和有功功率可单独控制、不存在换相失败、换流环节少等特点，在未来直流配网中所占比例将逐渐增大。但是基于MMC的直流配电系统存在低惯性、弱阻尼、无电流过零点等特性，这会导致系统发生单极接地故障后，故障电流上升速度快、峰值高，断路器难以切除故障等危害。由于换流器中电力电子器件耐受暂态冲击电流的能力有限，如果不及时切除故障，会对系统中二极管等器件带来很大的冲击，从而危害其他配电设备。所以在直流配电系统发生故障后，需要快速选择出故障馈线并进行隔离，快速可靠的故障识别是保护动作的重要基础，通常需要保护方案在3ms内识别故障，这是直流配电网亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供基于拐点密集区凹凸波动特性的直流配网故障检测方法，能够提高故障线路识别的准确率。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是，基于拐点密集区凹凸波动特性的直流配网故障检测方法，具体按照一下步骤实施：
[0005]步骤1、采集各馈线零模电流，利用变分模态分解算法对各馈线的零模电流进行变分模态分解，获得本征模态分量；<br/>[0006]步骤2、计算各馈线的零模电流i
FC_k
(n)与本征模态分量IMF
s_k
(n)的皮尔逊相关系数r，根据皮尔逊相关系数r确定特征分量i
IMFq_k
(n)；
[0007]步骤3、计算特征分量i
IMFq_k
(n)的二阶导数f(n)；
[0008]步骤4、根据二阶导数f(n)选择每条馈线的拐点密集区；
[0009]步骤5在拐点密集区内，根据各馈线对应的零模电流凹凸波动性确定具体的故障类型。
[0010]本专利技术的特点还在于：
[0011]步骤1具体过程为：
[0012]步骤1.1、利用信号检测装置采集各馈线零模电流i
FC_k
(n)，k表示馈线数目，k＝1,2,
…
j
…
,l，l表示总馈线数目，n表示采样点，n＝1,2,
…
,N，N表示总采样点数；
[0013]步骤1.2、利用变分模态分解算法对各馈线的零模电流进行变分模态分解，获得本征模态分量IMF
s_k
(n)，s表示本征模态数目，s＝1,2,
…
,q,
…
,M，M表示总的本征模态数目。
[0014]步骤2具体过程为：计算各馈线的零模电流i
FC_k
(n)与本征模态分量IMF
s_k
(n)的皮
尔逊相关系数r，皮尔逊相关系数r表达式为：
[0015][0016]相关系数r的范围与相关强度之间的关系如下式所示。
[0017][0018]当第q个本征模态分量IMF
q_k
(n)与零模电流i
FC_k
(n)对应的皮尔逊相关系数r的计算结果在区间[0.8,1]内时，说明本征模态分量IMF
q_k
(n)与零模电流i
FC_k
(n)的整体变化趋势相同，则将本征模态分量IMF
q_k
(n)记为特征分量i
IMFq_k
(n)。
[0019]步骤3中计算特征分量i
IMFq_k
(n)的二阶导数f(n)，计算式如下：
[0020][0021]式中：h表示n+1与n之间的差值。
[0022]步骤4具体过程为：
[0023]当采样点n满足f(n)∈[
‑
δ,δ]时，δ为一极小值，数据点(n,i
IMFq_k
(n))是拐点，当检测到有连续的4个及4个以上的二阶导数f(n)满足在阈值区间[
‑
δ,δ]内，则选取该连续二阶导数区域附近的g个采样点为拐点密集区，且满足f(w)f(g
‑
w+1)&lt;0，w＝1,2,
…
,[g/2]，[
·
]表示取整函数，否则将检测到的拐点舍弃。
[0024]步骤5具体过程为：
[0025]在拐点密集区内，若所有馈线对应的零模电流在拐点密集区内的凹凸波动性相同，则判定母线发生单极接地故障；
[0026]若第j条馈线对应的零模电流在拐点密集区内的凹凸波动性与其他馈线相反，则判定第j条馈线为故障馈线。
[0027]本专利技术的有益效果是：
[0028]1)本专利技术所用时间窗长为故障后3ms，但是选线算法中仅选择其中的7个采样点进行选线，算法简单，计算时间短，满足直流配电网对保护速动性的要求。
[0029]2)本专利技术选择拐点密集区内的数据进行处理，属于微观层面的方法，在拐点密集区内故障馈线与健全馈线对应的零模电流凹凸波动性相反，且受过渡电阻的影响小。在不同故障距离、不同MMC接地方式下均能准确识别出故障馈线，具有较高的适用性。
附图说明
[0030]图1为本专利技术基于拐点密集区凹凸波动特性的直流配网故障检测方法流程图；
[0031]图2为本专利技术拐点密集区示意图；
[0032]图3为本专利技术曲线凹凸性及拐点示意图；
[0033]图4为本专利技术凹凸波动性示意图；
[0034]图5为本专利技术实施例直流配电网模型示意图；
[0035]图6为本专利技术实施例配电网中各馈线的零模电流波形示意图；
[0036]图7为本专利技术实施例各馈线零模电流的IMF
k_1
(n)示意图；
[0037]图8为本专利技术实施例各馈线拐点密集区选取范围示意图。
具体实施方式
[0038]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0039]本专利技术基于拐点密集区凹凸波动特性的直流配网故障检测方法，如图1所示，具体按照一下步骤实施：
[0040]步骤1、采集各馈线零模电流，利用变分模态分解(Variational mode decomposition，VMD)算法对各馈线的零模电流进行变分模态分解，获得本征模态分量；具体过程为：
[0041]步骤1.1、利用信号检测装置采集各馈线零模电流i
FC_k
(n)，k表示馈线数目，k＝1,2,
…
j
…
,l，l表示总馈线数目，n表示采样点，n＝1,2,
…
,N，N表示总采样点数；
[0042]步骤1.2、利用变分模态分解算法对各馈线的零模电流进行变分模态分解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于拐点密集区凹凸波动特性的直流配网故障检测方法，其特征在于，具体按照一下步骤实施：步骤1、采集各馈线零模电流，利用变分模态分解算法对各馈线的零模电流进行变分模态分解，获得本征模态分量；步骤2、计算各馈线的零模电流i
FC_k
(n)与本征模态分量IMF
s_k
(n)的皮尔逊相关系数r，根据皮尔逊相关系数r确定特征分量i
IMFq_k
(n)；步骤3、计算特征分量i
IMFq_k
(n)的二阶导数f(n)；步骤4、根据二阶导数f(n)选择每条馈线的拐点密集区；步骤5在拐点密集区内，根据各馈线对应的零模电流凹凸波动性确定具体的故障类型。2.根据权利要求1所述基于拐点密集区凹凸波动特性的直流配网故障检测方法，其特征在于，步骤1具体过程为：步骤1.1、利用信号检测装置采集各馈线零模电流i
FC_k
(n)，k表示馈线数目，k＝1,2,
…
j
…
,l，l表示总馈线数目，n表示采样点，n＝1,2,
…
,N，N表示总采样点数；步骤1.2、利用变分模态分解算法对各馈线的零模电流进行变分模态分解，获得本征模态分量IMF
s_k
(n)，s表示本征模态数目，s＝1,2,
…
,q,
…
,M，M表示总的本征模态数目。3.根据权利要求1所述基于拐点密集区凹凸波动特性的直流配网故障检测方法，其特征在于，步骤2具体过程为：计算各馈线的零模电流i
FC_k
(n)与本征模态分量IMF
s_k
(n)的皮尔逊相关系数r，皮尔逊相关系数r表达式为：相关系数r的范围与相关强度之间的关系如下式所示；当第q个本征模态分量IMF
q_k
(n)与零模电流i
FC_k
(n)对应的皮尔逊相关系数r的计算结果在区间[0.8,1]内时，说明本征模态分量IMF
q_...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓卫，田影，王雪，屈新宇，王毅钊，张志华，岳阳，贾嵘，梁振锋，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：