【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统继电保护和自动化领域，涉及一种基于频域能量矩阵相似度的适用于柔性直流电网的新型暂态量保护原理，具体涉及一种基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法。
技术介绍
1、能源是人类社会发展的主要动力，基于模块化多电平换流器(mmc)的柔性直流输电技术在可再生能源的大规模接入传输、交流电网大区异步互联、供电可靠性等方面具有明显优势，可以更加有效的利用风能和太阳能等清洁能源，成为构建新型电力系统的重要技术之一。然而，当mmc直流线路侧发生故障后，故障电流上升速度快，幅值大，考虑到mmc电力电子器件的脆弱性，直流线路故障必须在毫秒级的时间内清除，因此，快速、可靠地识别直流线路故障成为关键问题。
2、目前，柔直系统线路保护可分为时域保护和频域保护。时域保护主要通过检测故障前后电气量的数值特征或波形特征来构造故障识别判据，具有原理简单、动作速度快的优点，但一般抗干扰能力和耐过渡电阻能力较差；频域保护通过提取暂态电气量的频域特征进行故障识别，具有耐过渡电阻能力强的特点。现有直流工程以行波保护和微分欠压保护作为主保护，但传统的行波保护的抗干扰能力较差，而微分欠压保护的整定较为困难，并且两者都存在耐受过渡电阻能力差的问题。总之，传统的主保护方案还尚未完全达到柔直电网的高可靠性的要求。
3、考虑到环境因素和造价成本，远距离高压直流输电往往采用架空线路，在气候和环境的影响下，架空线路遭受雷击的概率比较高。自然界雷电冲击多为负极性脉冲波，一般持续时间极短，当雷击干扰不足以引起线路绝缘闪络时，对于保护来说是一
4、针对传统主保护在柔直电网中的不足，提出基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法和雷击识别判据的保护方案，具有可靠性高、耐过渡电阻能力强、抗雷击干扰等优点。
技术实现思路
1、相较于单端量保护，双端量保护具有可靠性高、耐过渡电阻能力较强等优点，因此，本申请针对传统主保护在柔直电网中的不足，提出一种基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法。具体采用以下技术方案：
2、一种基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法，包括以下步骤：
3、步骤1)利用设立在线路两端的保护测量点所测的故障电压变化量实现保护启动；
4、步骤2)利用平波电抗器对故障电流行波的高频衰减作用，制定区内外故障识别方法；
5、对故障电流信号进行极模变换，分解出1模分量；
6、对两端故障电流1模分量im和in做s变换，得到二维复时频矩阵s(n/2+1)×n，并提取二维复时频矩阵s(n/2+1)×n各元素的实部得到频域能量矩阵eim和ein；
7、计算频域能量矩阵相似度r(eim,ein)，
8、rset为故障识别判据的阈值，当r(eim,ein)>rset，认为线路区内发生了故障，若判定为区内故障，则需进行雷击识别；
9、步骤3)若判定为区内故障，利用雷电流波的时域波形面积特征进行雷击识别；
10、计算常见雷击干扰下的最小值k2并进行雷击干扰识别，若k2≥k2set时，确认发生雷击，保护元件闭锁；否则，判定不是雷击干扰，进行故障极的判别；
11、步骤4)若判定为区内故障，且判定不是雷击干扰，利用正负极故障电压的累加值之比是实现故障选极，之后保护元件返回动作结果，程序结束
12、进一步的，所述步骤1)具体为，当连续三组测量点满足式(1)时，认为可能发生了故障，保护启动，
13、δu(ts)≥k1set& δu(ts+1)≥k1set & δu(ts+2)≥k1set (1)
14、式中，正负极保护测量点的测得的电压变化量为δu，k1set为保护启动的阈值，ts为当前采样时刻，ts+1为下一个采样时刻，ts+2为再下一个采样时刻。
15、进一步的，所述步骤2)具体为，所述平波电抗器表达为公式(2)，先利用公式(2)对正负极故障电流进行解耦，
16、
17、式中：fp、fn分别是正负极电气量；f1、f0分别表示1模分量、0模分量；
18、然后利用公式(3)对故障电流1模分量i(kt)(k＝0,1,2…n-1)进行离散s变换得到二维复时频矩阵s(n/2+1)×n，
19、
20、其中，是时域信号电流故障分量i(kt)的离散傅里叶变换，是将频移之后得到的频移谱，是高斯窗函数的离散傅里叶变换，需要先将信号i(t)做传统的傅里叶变换然后再进行频移，之后与高斯窗函数的离散傅里叶变换做乘积，最后对这个乘积的结果做傅里叶反变换，从而得到信号i(t)的s变换；
21、提取二维复时频矩阵s(n/2+1)×n的实部定义为频域能量矩阵ei，借助图像匹配所使用的归一化互相关系数，其计算公式如式(1)所示，计算故障电流特征矩阵eim和ein的相关性r(eim,ein)，其中，eim和ein的维度保持一致，eim和ein均为m×n维的矩阵，
22、
23、构造基于r(eim,ein)的故障识别判据：
24、
25、其中，rset为故障识别判据的阈值，当r(eim,ein)>rset，认为线路区内发生了故障，若判定为区内故障，则还需进行雷击干扰的识别。
26、进一步的，所述步骤3)具体为，利用故障电流1模分量构造雷击识别判据，如式(6)所示，
27、
28、其中：i(j)为保护安装处故障电流1模分量，n2为防雷判据时间窗长t2内的采样点数，
29、设计防雷判据为：
30、
31、式中：k2set为雷击闭锁判据的整定阈值，应躲过常见雷击干扰下的最小k2，当k2大于等于整定阈值时，表明发生雷击干扰，闭锁保护元件。
32、进一步的，所述步骤4)具体为，采用正、负极故障电压δup、δun累加值之比来实现故障选极，定义比例系数k3如下：
33、
34、令k3set为故障极判定阈值，可构造如式(3)所示的选极判据；
35、
36、一种基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护装置，包括：
37、启动模块，用于根据保护测量点所测的故障电压变化量实现保护启动；
38、判断模块，用于识别区内故障或区外故障；
39、雷击识别模块，用于对区内故障进行雷击识别，确认发生雷击，保护元件闭锁；否则，判定不是雷击干扰，进行故障极的判别；
40、故障选极模块，用于对区内故障进行故障类型确认并选择故障极。
41、一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如上述任一种所述的基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法，其特征在于，所述步骤1)具体为，当连续三组测量点满足式(1)时，认为可能发生了故障，保护启动，ΔU(ts)≥K1set&ΔU(ts+1)≥K1set&ΔU(ts+2)≥K1set(1)
3.根据权利要求2所述的基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法，其特征在于，所述步骤2)具体为，所述平波电抗器表达为公式(2)，先利用公式(2)对正负极故障电流进行解耦，
4.根据权利要求3所述的基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法，其特征在于，所述步骤3)具体为，利用故障电流1模分量构造雷击识别判据，如式(6)所示，
5.根据权利要求4所述的基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法，其特征在于，所述步骤4)具体为，采用正、负极故障电压ΔUp、ΔUn累加值之比来实现故障选极，定义比例系数K3如下：
6.一种基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护装置，其特
7.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如上述任一种所述的基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法。
8.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行如上述任一种所述的基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法，其特征在于，所述步骤1)具体为，当连续三组测量点满足式(1)时，认为可能发生了故障，保护启动，δu(ts)≥k1set&δu(ts+1)≥k1set&δu(ts+2)≥k1set(1)
3.根据权利要求2所述的基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法，其特征在于，所述步骤2)具体为，所述平波电抗器表达为公式(2)，先利用公式(2)对正负极故障电流进行解耦，
4.根据权利要求3所述的基于频域能量矩阵相似度的柔直电网纵联保护方法，其特征在于，所述步骤3)具体为，利用故障电流1模分量构造雷击识别判据，如式(6)...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛士敏，李翔宇，张君婷，张皓明，阴文湘，鄢为豪，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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