[發明專利]基于邊緣檢測的大規模風電場送出線路縱聯保護方法

在審

• 申請號: 202111371391.4
• 申請日: 2021-11-18
• 公開（公告）號: CN114219947A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 徐艷春;范鐘耀;汪平;呂密
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: G06V10/44
• 分類號: G06V10/44;G06F30/20;H02H7/26;G06F113/06
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 吳思高

基于邊緣檢測的大規模風電場送出線路縱聯保護方法，將風電場送出線路兩側采集到的電流值分別構造漢克爾矩陣，并通過Sobel算子進行邊緣檢測，得到電流值漢克爾矩陣中的每個元素所對應的梯度值和邊緣區域；找出邊緣區域所對應的電流值索引和相應的梯度值；將線路兩側所識別到的邊緣區域對應的電流值索引進行分析比較，結合梯度值計算出平均梯度幅值，并與整定值相比較，實現風電場送出線路發生區內故障和區外故障的快速識別。本發明一種基于邊緣檢測的大規模風電場送出線路縱聯保護方法，不再受風電場故障電流頻率偏移的影響，在風電場弱出力時也適用且識別故障的速度更快。

技術領域

本發明涉及風電場送出線路的縱聯保護技術領域，具體涉及一種基于邊緣檢測的大規模風電場送出線路縱聯保護方法。

背景技術

線路縱聯保護是當線路發生故障時，使兩側開關同時快速跳閘的一種保護裝置,是線路的主保護。它以線路兩側判別量的特定關系作為判據，即兩側均將判別量借助通道傳送到對側,然后兩側分別按照對側與本側判別量之間的關系來判別區內故障或區外故障。

近年來，風力發電得到了快速發展，為實現碳達峰、碳中和目標，提高風能消費占一次能源消費的比例，規模化風電場并網發電已成為中國能源電力領域的必然趨勢。大規模風電場的送出線路一般為110kV及以上的電壓等級，如果考慮風電系統阻抗不穩定、弱饋、頻偏和高諧波含量等故障特征，采用常規的輸電線路保護方案進行保護配置，將會導致傳統保護裝置的保護性能下降，因此研究適用于風電場送出線路的縱聯保護顯得尤為重要。

大規模風電接入110kV及以上電壓等級的輸電網時，由于風機相對于傳統電源具有阻抗不穩定、弱饋特性、頻偏特性以及風機的出力具有波動性的特點，使得傳統的線路縱聯保護面臨靈敏度下降甚至拒動的風險。

針對風電場送出線路的縱聯保護已有很多文獻進行研究，例如：利用區內區外故障時線路兩側電流主要分量的衰減速度快慢不同來構造基于衰減因子差的縱聯保護判據，但這種方法僅適用與雙饋風機撬棍電路投入時的情況；利用故障后線路兩端電流的頻率差異，提出了基于電流頻率差的線路縱聯保護方法，但這種方法僅適用于雙饋風電場，對于永磁直驅風電場不適用；利用遞推最小二乘法來計算線路兩側保護裝置所感受到的阻抗值，提出了一種時域距離縱聯方向保護方案，但其需要同時采集電流值與電壓值，對數據量的要求更高；利用線路兩側的時域電流波形特征，提出了基于波形相似度的線路縱聯保護方案，這種方法適用于所有風電場，但在風電場弱出力的情況下面臨失效的風險。

發明內容

針對現有的風電場送出線路縱聯保護原理存在的問題，本發明提供一種基于邊緣檢測的大規模風電場送出線路縱聯保護方法，不再受風電場故障電流頻率偏移的影響，在風電場弱出力時也適用且識別故障的速度更快。

本發明采取的技術方案為：

基于邊緣檢測的大規模風電場送出線路縱聯保護方法，將風電場送出線路兩側采集到的電流值分別構造漢克爾矩陣，并通過Sobel算子進行邊緣檢測，得到電流值漢克爾矩陣中的每個元素所對應的梯度值和邊緣區域；找出邊緣區域所對應的電流值索引和相應的梯度值；將線路兩側所識別到的邊緣區域對應的電流值索引進行分析比較，結合梯度值計算出平均梯度幅值，并與整定值相比較，實現風電場送出線路發生區內故障和區外故障的快速識別。平均梯度幅值大于其整定值，則風電場送出線路發生區內故障。

基于邊緣檢測的大規模風電場送出線路縱聯保護方法，包括以下步驟：

步驟1：將送出線路兩側采集到的電流值，分別構造為電流值漢克爾矩陣；

步驟2：使用Sobel算子對電流值漢克爾矩陣進行邊緣檢測，得到梯度值幅值矩陣D和包含邊緣信息的二值化矩陣E；

步驟3：找出二值化矩陣E在電流值漢克爾矩陣中對應且不重復的電流值索引集合Z和索引集合Z所對應的梯度值集合d；