[發明專利]一種基于行波波形相似性的高壓直流輸電線路保護方法

有效

• 申請號: 201910659214.2
• 申請日: 2019-07-22
• 公開（公告）號: CN110380390B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 童曉陽;楊明杰
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;G01R31/08
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

1.一種基于行波波形相似性的高壓直流輸電線路保護方法，其步驟包括：

步驟一、采集高壓直流輸電設備中線路保護裝置整流側的正極電壓、負極電壓、正極電流、負極電流，分別減去正常運行時的正極電壓、負極電壓、正極電流、負極電流，得到整流側正極電壓故障分量、負極電壓故障分量、正極電流故障分量、負極電流故障分量；通過相模變換，得到整流側線模電壓故障分量ΔU_r1、線模電流故障分量ΔI_r1；將ΔU_r1、ΔI_r1通過式(1)，計算得到整流側線模前行波ΔU_rf、整流側線模反行波ΔU_rr；

其中，Z_c是線路的線模波阻抗；

采集高壓直流輸電設備中線路保護裝置逆變側的正極電壓、負極電壓、正極電流、負極電流，計算得到逆變側線模前行波ΔU_if、逆變側線模反行波ΔU_ir；

步驟二、構造整流側電壓梯度▽U_r(k)，檢測整流側線模前行波ΔU_rf的變化，如下式：

其中，ΔU_rf(k)為k采樣時刻整流側線模前行波ΔU_rf的采樣值；

對于整流側電壓梯度，建立整流側保護啟動判據：

|▽U_r(k)|＞ΔU_set (3)

其中，ΔU_set為保護啟動閾值，取電壓等級的0.1倍；

當整流側電壓梯度滿足式(3)時，則整流側保護啟動；

構造逆變側電壓梯度▽U_i(k)，檢測逆變側線模反行波ΔU_ir的變化；

當逆變側電壓梯度滿足逆變側啟動判據|▽U_i(k)|＞ΔU_set時，則逆變側保護啟動；

步驟三、整流側保護啟動后，獲得一個采樣時間窗中的整流側線模前行波的數據序列A，將它向逆變側傳送；逆變側保護啟動后，獲得一個采樣時間窗中的逆變側線模反行波的數據序列B，將它向整流側傳送；

步驟四、對所述的數據序列A和數據序列B之間的DTW距離進行改進，構造改進的DTW距離G_DTW；在整流側，計算整流側線模前行波序列和逆變側線模反行波序列之間改進的DTW距離G_DTWr，作為整流側保護動作量D_r；在逆變側，計算整流側線模前行波序列和逆變側線模反行波序列之間改進的DTW距離G_DTWi，作為逆變側保護動作量D_i；

步驟五、構造高壓直流輸電線路的保護判據：

D_p＞D_set (4)

其中，D_p為整流側或逆變側的保護動作量，p＝r或i；D_set為保護閾值，這里根據兩側區外故障時可能出現的保護動作量最大值P_{max_wai}進行整定，D_set＝r*P_{max_wai}，r為可靠系數，范圍為2～3；

當整流側保護動作量D_r或逆變側保護動作量D_i滿足式(4)時，則檢測該直流輸電線路故障，保護動作。

2.根據權利要求1所述一種基于行波波形相似性的高壓直流輸電線路保護方法，其特征在于：步驟四中對數據序列A和數據序列B之間的DTW距離進行改進，構造改進的DTW距離G_DTW，其計算方法，包括：

對于長度為m的數據序列A:{a₁,a₂...a_i...a_m}和長度為n的數據序列B:{b₁,b₂...b_j...b_n}，構造一個m*n的距離矩陣D，D中第i行第j列的元素為：

距離矩陣D存在滿足相關約束的某個彎曲路徑P:{p₁,p₂...p_s}，其中，下標中的s是該彎曲路徑的元素個數，它滿足max(m,n)≤s≤n+m+1；

若距離矩陣D中的某元素D(i,j)位于彎曲路徑P上、并且對應P中第k個元素p_k，即p_k＝D(i,j)；對彎曲路徑P中各元素求和，即將它定義為數據序列A和數據序列B在彎曲路徑P上的累積距離；

在距離矩陣中有多條彎曲路徑，將數據序列A和數據序列B的累積距離最小的路徑記為最優彎曲路徑P_best，數據序列A和數據序列B之間的DTW距離DTW(A,B)就是最優彎曲路徑的累積距離，即最優彎曲路徑中各元素之和：

采用構造與距離矩陣相同行數m和相同列數n的遞歸矩陣，求取最優彎曲路徑P_best；遞歸矩陣中的元素γ(i,j)由以下遞歸公式求取：

其中，γ(i,j)為每一步求解的累積距離，且γ(0,0)＝0，γ(0,j)＝γ(i,0)＝∞，γ(i-1,j)、γ(i,j-1)、γ(i-1,j-1)分別為距離矩陣D中當前元素D(i,j)的相鄰3個累積距離；

對彎曲路徑的約束如下：

1)邊界約束，路徑P的起點為γ(1,1)，終點為γ(m,n)；邊界約束確保路徑P的起點和終點只能是在距離矩陣的左下角和右上角，即DTW算法所能容忍的兩個序列最大的不同步時間；

2)連續和單調性約束，由式(7)可知γ(i,j)只能由γ(i-1,j)、γ(i,j-1)、γ(i-1,j-1)中的最小值得到，即路徑連續并且路徑從左下角向右上角，行指標和列指標是單調不減的；

得到最后一步的累積距離γ(m,n)，即為所求的數據序列A和數據序列B之間的最小累積距離DTW(A,B)，再根據式(7)，反向回溯，求出最優彎曲距離P_best；所求的數據序列A和數據序列B之間的最小累積距離為：

DTW(A,B)＝γ(m,n) (8)

以下對DTW距離進行改進：

首先，構造數據序列A和數據序列B之間的部分DTW距離，記為P_DTW，其做法是將最優彎曲路徑P_best中各元素p_k進行升序排序，其中1≤k≤s，得到以下序列：

p₁＜p₂＜...＜p_k＜...＜p_s(9)

保留式(9)中序列的前x項，x＝max(m,n)；

對于式(9)中序列第x項以后的各項，直接舍棄；

構造數據序列A和數據序列B之間的部分DTW距離P_DTW為：

對于式(9)中保留的前x項元素，取中間項P_mid；

若x為奇數：

若x為偶數：

用中間項P_mid替代式(9)中序列保留的前x項元素的其余各項，再對它們進行求和，得到改進的DTW距離G_DTW：

G_DTW＝x*P_mid (13)

利用上述改進的DTW距離的計算方法，在整流側，計算整流側線模前行波波形和逆變側線模反行波波形之間改進的DTW距離G_DTWr，作為整流側保護動作量D_r；

在逆變側，計算整流側線模前行波波形和逆變側線模反行波波形之間改進的DTW距離G_DTWi，作為整流側保護動作量D_i。