一种适用于新能源场站送出线路的纵联保护方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于新能源场站送出线路的纵联保护方法，涉及新能源场站送出线路继电保护领域

【技术实现步骤摘要】
一种适用于新能源场站送出线路的纵联保护方法


[0001]本专利技术涉及新能源场站送出线路继电保护领域，具体为一种基于一模电流相似度的适用于新能源场站送出线路的纵联保护方法
。

技术介绍

[0002]随着全球环境污染日益加剧，以化石能源为主的电力架构正加速向以新能源为主的电力架构转变
。
风力发电作为新能源发电的典型代表，与传统火力发电相比，存在间歇性
、
随机性的特点，使得风力发电功率输出在电力系统中存在波动现象，影响电力系统的正常运行
。
大部分新能源场站汇集后经升压变压器送出，在送出线路内部发生故障时，新能源场站侧的故障电流受到其内部电力电子换流器控制策略限制，使得新能源场站侧的故障电流与传统同步发电机表现出巨大差异，进而影响传统基于工频信息量的继电保护装置的正确动作
。
[0003]基于双端信息的纵联保护因其绝对的选择性以及优秀的速动性在当前光纤
、
无线通信普及的电力系统中，作为新能源场站送出线路的主保护而被广泛应用
。
目前，已有许多专家学者针对新能源场站送出线路的纵联保护进行了相应研究
。
现有方法根据利用故障信息量的不同可以分为频域法和时域法两类
。
[0004]对于频域信息量的纵联保护方案，有学者提出基于线路故障时差动电流集中的频率差异，通过改进传统纵联保护判据识别区内外故障，但此方案在风机出力较小时，仍需依靠传统纵联差动保护判据
。
也有方案利用线路故障高频电压与高频电流之比，构造了基于高频阻抗的保护原理，然而在提取高频信息量时易受噪声干扰，使得保护的准确性降低
。
利用小波变换后的电流频域信息，提出了基于结构相似度与平方误差的纵联保护方案，但该方案需要设定多个阈值，易受到环境因素的干扰在实际工程运用中难以整定
。
[0005]对于基于时域信息量的纵联保护方案，有学者提出将送出线路两侧电流构造成矩阵形式，利用边缘检测的方法区分电流幅值变化量，进而对故障进行识别，但该方案并未考虑噪声因素的干扰
。
利用欧式距离描述线路两侧三相电流差异，但该保护方案在过渡电阻继续增大时存在失效的可能
。
也有相应方案分别引入斯皮尔曼等级系数构造纵联保护判据，然而此方案并未考虑电流数据采样时间窗的影响
。
利用线路两侧差动电压，电流的一阶导数是否符合电容模型构造保护识别判据，但此方案在计算一阶导时容易受到高次谐波的影响，使得保护方案的可靠性降低
。
[0006]由此可见，现有的纵联保护改进方案难以满足新能源场站接入后送出线路的保护要求，因此设计一种可靠
、
快速的适用于新能源场站送出线路的纵联保护新方法具有重要意义
。

技术实现思路

[0007]本专利技术为了解决现有的纵联保护改进方案难以满足新能源场站接入后送出线路的保护要求的问题，提供了一种基于一模电流相似度的适用于新能源场站送出线路的纵联
保护方法
。
[0008]在线路区外故障时，送出线路两侧一模电流相似；区内故障时送出线路两侧一模电流具有较大差异
。
考虑到单利用幅值信息容易受到过渡电阻的影响而导致保护可靠性降低，而单利用相位信息无法区分正常运行与区外故障
。
因此，本专利技术利用
Hausdorff
距离描述两侧一模电流幅值关系，利用
Pearson
相关性系数描述两侧一模电流相位关系，通过幅值与相位的组合判据构造纵联保护方案
。
[0009]因此本专利技术是通过如下技术方案来实现的：一种适用于新能源场站送出线路的纵联保护方法，先将线路电流进行解耦，接着计算解耦后的一模电流分量之间的相似度，最后利用线路区外故障与区内故障一模电流幅值与相位的相似度系差异来识别故障类型，具体包括如下步骤：
[0010]S1
：三相电流解耦：
[0011]解耦后的一模电流计算公式如下：
[0012][0013]与分别为对应送出线路
A,B,C
三相电流；
[0014]发生不同类型故障时，线路两侧一模电流之间的关系为：当系统发生区外故障时，送出线路两侧一模电流相似，具体表现为幅值大小相同，相位差始终保持在接近
180
°
范围内，即两侧一模电流相位变化趋势相同；送出线路发生区内故障时，两侧一模电流幅值存在大的差异，并且两者相位关系无法确定，电流完全不相似；
[0015]S2
：线路两侧一模电流幅值
Hausdorff
距离
H
r
计算公式如下：
[0016][0017]Hausdorff
距离的值范围从0到无穷大；距离为0表示两个序列相同，而距离越大表示两个序列之间的差异越大；区外故障时，两侧一模电流幅值基本相同，
Hausdorff
距离接近为0；区内故障时，两侧一模电流幅值差异较大，
Hausdorff
距离为一远大于0的正值；
[0018]S3
：线路两侧一模电流相位
Pearson
相关性系数
P
r
计算公式如下：：
[0019][0020]区外故障时，两侧一模电流相位相反，相差保持
180
°
不变，相位变化趋势相同，呈正相关关系，
P
r
计算值接近为1；区内故障时，两侧一模电流相位变化规律差异较大，相关性较弱，
P
r
接近为0；
[0021]S3
：启动判据设计：
[0022]采用相电流差瞬时突变量作为保护启动判据，可实现保护的快速性，降低保护设备的计算延迟，公式如下：
[0023]Δ
PP
＝
||i
PP
‑
i
PP
‑
z
|
‑
|i
PP
‑
z
‑
i
PP
‑
2z
||≥0.3I
w
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0024]z
为每个采样周期的采样点数，设置采样频率
10kHz
；
i
PP
为当前时间每相电流的采样数值，
i
PP
‑
z
为上一采样周期对应时间的采样数值，
i
PP
‑
2z
为两周期前对应时间的采样数值；
I
w
为系统正常运行时各相电流；根据实际运行情况来确定启动阈值，保证在系统受到各类扰动下保护的可靠性；
[0025]S4
：纵联保护区内外故障识别判据设计：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种适用于新能源场站送出线路的纵联保护方法，其特征在于：先将线路电流进行解耦，接着计算解耦后的一模电流分量之间的相似度，最后利用线路区外故障与区内故障一模电流幅值与相位的相似度系差异来识别故障类型，具体包括如下步骤：
S1
：三相电流解耦：解耦后的一模电流计算公式如下：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
，与分别为对应送出线路
A,B,C
三相电流；发生不同类型故障时，线路两侧一模电流之间的关系为：当系统发生区外故障时，送出线路两侧一模电流相似，具体表现为幅值大小相同，相位差始终保持在接近
180
°
范围内，即两侧一模电流相位变化趋势相同；送出线路发生区内故障时，两侧一模电流幅值存在大的差异，并且两者相位关系无法确定，电流完全不相似；
S2
：线路两侧一模电流幅值
Hausdorff
距离计算公式如下：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)Hausdorff
距离的值范围从0到无穷大；距离为0表示两个序列相同，而距离越大表示两个序列之间的差异越大；区外故障时，两侧一模电流幅值基本相同，
Hausdorff
距离接近为0；区内故障时，两侧一模电流幅值差异较大，
Hausdorff
距离为一远大于0的正值；
S3
：线路两侧一模电流相位
Pearson
相关性系数
P
r
计算公式如下：：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
区外故障时，两侧一模电流相位相反，相差保持
180
°
不变，相位变化趋势相同，呈正相关关系，计算值接近为1；区内故障时，两侧一模电流相位变化规律差异较大，相关性较弱，接近为0；
S3
：启动判据设计：采用相电流差瞬时突变量作为保护启动判据，可实现保护的快速性，降低保护设备的计算延迟，公式如下：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)z
为每个采样周期的采样点数，设置采样频率
10kHz
；为当前时间每相电流的采样数值，为上一采样周期对应时间的采样数值，为两周期前对应时间的采样...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦文萍，蔡逸天，魏琦，贾燕冰，任春光，张佰富，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：