[發明專利]一種基于卷積神經網絡的微電網保護方法與系統

在審

• 申請號: 202110556505.6
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113315100A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 黃棋悅;盧雄濤;杜書語;羅攀登;江瑋澄;林貢羽;毛徹;陳國強
• 申請（專利權）人: 寧波職業技術學院
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;H02H1/00;G01R31/08
• 代理公司: 浙江中桓聯合知識產權代理有限公司 33255
• 代理人: 朱萍

本發明公開了一種基于卷積神經網絡的微電網保護方法與系統，涉及微電網領域，其通過電流采樣獲取微電網的三相電流信號；根據三相電流信號獲取其對稱分量下的負序電流信號和零序電流信號；根據三相電流信號、負序電流信號和零序電流信號利用小波變換獲取其特征值集，所述特征值集包括能量變化值、香農熵、標準差值；根據特征值集利用卷積神經網絡模型獲取微電網的故障位置和故障類型。本發明通過卷積神經網絡模型智能判斷出微電網的故障位置和故障類型，解決了現有的微電網保護方案都是基于固定結構或運行方式，而不能智能判斷故障位置和故障類型的問題。

技術領域

本發明涉及微電網領域，尤其涉及一種基于卷積神經網絡的微電網保護方法與系統。

背景技術

近年來，隨著分布式電源利用率的不斷提高，微電網技術也得到了迅猛發展，已成為電力系統的重要組成部分。可再生能源、燃燒電池、蓄電池、微型發電機等通過微電網直接給負荷供電，降低電力傳輸損耗，提高能源利用效率，保證電力輸送的可靠性。微電網采用專門的通訊、控制和保護裝置，在電網發生電壓波動、頻率偏差等擾動時，由并網運行切換到孤島運行，為臨界負荷供電。然而，不同類型的分布式電源，靈活的操作模式以及復雜的拓撲結構對微電網的運行、控制和保護帶來了新的挑戰。

具體地說，高滲透率分布式電源的接入使得傳統繼電保護裝置容易產生拒動或者誤動。逆變型分布式電源(IIDG)的慣性低于同步發電機。當線路故障無法迅速切除時，由低慣性電源組成的微電網的穩定性不足。IIDG根據微電網的運行模式和所連接電源的類型(間歇或非間歇)采用不同的控制方式運行。通常，IIDG的最大電流約為額定電流的兩倍，承載能力有限。相較于并網模式，在孤島運行模式下的故障允許電流值較低，傳統的高故障電流保護方法不再適用。不僅如此，功率流動是動態的和雙向的，當拓撲結構發生變化時，保護問題也變得更為復雜。

微電網的保護方案在保證穩定性和速動性的同時，應當解決孤島和并網模式下的雙向潮流和故障電流問題。針對此類問題，國內外學者提出了不同方案對微電網實施保護。比如采用三阻抗圓交點的方法計算等效阻抗，再加入自適應突變算法對傳統保護方式進行優化和完善。比如提出了復合補償因子的概念，分析故障時的電壓特性和阻抗特征，在反時限過電流保護中加入補償因子，解決動作延時問題并提高速動性。比如利用小波變換，提取母線的零序電流特征，根據最高頻分量的奇異點的數據，構建了特征方向和關聯方向，從而確定故障位置，提高了微電網保護閾值的選擇性。比如提出了一種適用于含同步發電機和IIDG的中壓微電網的差動保護技術。比如提出了一種僅適用于基于IIDG的低壓微電網的保護方案，該方案采用電流和電壓方案對電網進行保護。然而，進一步分析這些現有技術可以看出，現有的保護方案都是基于固定結構或運行方式，缺乏智能判斷故障位置和故障類型的能力。

因此，本發明提出一種基于卷積神經網絡的微電網保護方法。通過小波變換對電流信號進行處理，并提取其特征值，將特征值輸入給訓練完成后的卷積神經網絡模型，實現繼電保護對故障的智能識別。

發明內容

為了解決現有的微電網保護方案都是基于固定結構或運行方式，而不能智能判斷故障位置和故障類型的問題，本發明提出了一種基于卷積神經網絡的微電網保護方法，包括步驟：

S1：通過電流采樣獲取微電網的三相電流信號；

S2：根據三相電流信號獲取其對稱分量下的負序電流信號和零序電流信號；

S3：根據三相電流信號、負序電流信號和零序電流信號利用小波變換獲取其特征值集，所述特征值集包括能量變化值、香農熵、標準差值；

S4：根據特征值集利用卷積神經網絡模型獲取微電網的故障位置和故障類型，所述卷積神經網絡模型通過電流數據集進行故障和非故障分析訓練并測試后獲得。

進一步地，所述步驟S4中的電流數據集包括電流信號訓練集和電流信號測試集；所述步驟S4中卷積神經網絡模型通過電流數據集進行故障和非故障分析訓練并測試后獲得的具體步驟包括：