一種利用電壓電流突變量小波系數(shù)相關(guān)分析的三角形環(huán)網(wǎng)暫態(tài)量單元保護(hù)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用電壓電流突變量小波系數(shù)相關(guān)分析的三角形環(huán)網(wǎng)暫態(tài)量單元保護(hù)方法，屬電力系統(tǒng)繼電保護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】。三角形環(huán)網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過(guò)M、N、Q端的方向元件R1、R2，R3、R4、R5和R6分別獲得六組故障電壓和電流的暫態(tài)量，分別截取故障后0.5ms的電壓和電流暫態(tài)量并對(duì)其進(jìn)行8尺度小波分解，選取第一尺度下的小波系數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析求得六組相關(guān)系數(shù)若且則線路MN故障；若且則線路NQ故障；若且則線路QM故障；當(dāng)上述條件滿足一條時(shí)，判定為區(qū)內(nèi)故障；當(dāng)上述條件均不滿足時(shí)，判定為區(qū)外故障。大量的仿真實(shí)驗(yàn)表明，該方法對(duì)三角形環(huán)網(wǎng)保護(hù)有很好的適用性。
【專利說(shuō)明】一種利用電壓電流突變量小波系數(shù)相關(guān)分析的三角形環(huán)網(wǎng) 暫態(tài)量單元保護(hù)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種利用電壓電流突變量小波系數(shù)相關(guān)分析的三角形環(huán)網(wǎng)暫態(tài)量單 元保護(hù)方法，屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和電壓等級(jí)的不斷升高，人們對(duì)電網(wǎng)線路的保護(hù)要 求越來(lái)越高。故障發(fā)生后以更快的速度準(zhǔn)確地切除故障線路，保護(hù)系統(tǒng)安全運(yùn)行是電網(wǎng)保 護(hù)的不懈追求。電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，均為會(huì)產(chǎn)生從工頻到高頻的故障分量，在這些高頻分 量中，包含了大量的信息，有如故障的類型、位置、方向、程度和持續(xù)時(shí)間等。這些信息的有 效提取與應(yīng)用已成為提高繼電保護(hù)性能的重要手段，利用線路故障的暫態(tài)量來(lái)構(gòu)成線路保 護(hù)判據(jù)可以更大限度地提高保護(hù)速度。近年來(lái)，隨著DSP技術(shù)和小波分析等信號(hào)處理工具 的不斷發(fā)展，一系列基于單端電氣量的線路全線速動(dòng)的超高速保護(hù)新原理相繼出現(xiàn)。對(duì)于 這些新的保護(hù)方案，多數(shù)研究都以兩端線路作為研究對(duì)象進(jìn)行分析，并驗(yàn)證了保護(hù)方案的 適用性和有效性。
[0003] 距離繼電器被廣泛應(yīng)用于二端輸電線路的保護(hù)，保護(hù)原理利用了故障發(fā)生時(shí)被保 護(hù)區(qū)末端補(bǔ)償電壓的相位將產(chǎn)生180°的突變這一特點(diǎn)。目前較為常見(jiàn)的方向元件還包括 正序故障分量方向繼電器、負(fù)序故障分量方向繼電器、零序故障分量方向繼電器及方向阻 抗繼電器等。為了保障供電的可靠性，三角形環(huán)網(wǎng)在輸電系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，由于三角 形環(huán)網(wǎng)的特殊結(jié)構(gòu)，一些傳統(tǒng)的保護(hù)方法很難對(duì)其實(shí)施有效保護(hù)，如傳統(tǒng)有效的使用電流 突變方向構(gòu)成的縱聯(lián)保護(hù)方法，由于故障初始行波會(huì)通過(guò)健全線路構(gòu)成的回路傳播至量測(cè) 端也變得不再適用。因此，針對(duì)三角形環(huán)網(wǎng)的特殊結(jié)構(gòu)探索一種行之有效的保護(hù)方法勢(shì)在 必行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是充分利用三角形環(huán)網(wǎng)故障電壓和電流突變量的三端 信息，通過(guò)小波變換和相關(guān)系數(shù)方法和手段，提出一種適用于三角形環(huán)網(wǎng)的保護(hù)方法，以提 高保護(hù)方法的適用性和可靠性。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種利用電壓電流突變量小波系數(shù)相關(guān)分析的三角形環(huán) 網(wǎng)暫態(tài)量單元保護(hù)方法，三角形環(huán)網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過(guò)Μ、N、Q端的方向元件R n R2, R3、R4、R5和R6分別獲得六組故障電壓和電流的暫態(tài)量，分別截取故障后0. 5ms的電 壓和電流暫態(tài)量并對(duì)其進(jìn)行8尺度小波分解，選取第一尺度下的小波系數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析 求得 TK 組相關(guān)系數(shù) ΓΗ,?-i?,、ΓΗ,?-i?2、k -Λ3、ΓΗ,? -J?4、k -Λ5、ΓΗ,? -A6，若-ISC,/ -0·8 且 -κ ，則線路 MN 故障；若-1 < 且-1 < γ?,，_λ4 < -Ο.8，則線路 NQ 故 障；若<-0·8且<-0.8,貝Ij線路QM故障；若上述條件滿足一條時(shí)，判定 為區(qū)內(nèi)故障；若上述條件均不滿足時(shí)，判定為區(qū)外故障。
[0006] 具體步驟為：
[0007] A.三角形環(huán)網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過(guò)M、N、Q端的方向元件&、1?2，1?3、1? 4、1?5和 尺6分別猶得TK組故障電壓和電流的暫態(tài)量：ΜΛ,和和?、 mA3和^R,、"^?4和匕4、mJJ 5 和 ^R5、和 G6 ;
[0008] B.分別截取六組電壓和電流暫態(tài)量故障后0. 5ms的數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行8尺度小波分 解，小波基函數(shù)選為db4;
[0009] C.分別選取電壓和電流暫態(tài)量第一尺度下的小波系數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析，求得相關(guān)系 數(shù)分別為7^ - ?1、心―4、A、心―心―4和7
[0010] D.若-1 且-1 < ，則線路 MN 故障；
[0011] 若-1 < L 且-1 則線路 NQ 故障；
[0012] 若-且-Bkj6 則線路 QM 故障；
[0013] 若上述條件滿足一條時(shí)，判定為區(qū)內(nèi)故障；
[0014] 若上述條件均不滿足時(shí)，判定為區(qū)外故障。
[0015] 所述相關(guān)系數(shù)門(mén)檻值rset = -0· 8。
[0016] 本發(fā)明的原理是：如圖1所示的三角形環(huán)網(wǎng)對(duì)于M端而言，假設(shè)故障發(fā)生在正方向 F1或F3處，則由M端方向元件R1或R6側(cè)檢測(cè)到的故障電壓暫態(tài)量和電流暫態(tài)量的突變方向 相反；假設(shè)故障發(fā)生在反方向F 4處，則由M端方向元件R1或R6檢測(cè)到的故障電壓暫態(tài)量和 電流暫態(tài)量的突變方向相同。為了提取故障主要特征，排除噪聲信號(hào)的干擾，分別對(duì)正向故 障和反向故障下的兩組電壓、電流暫態(tài)量進(jìn)行8尺度小波分析，小波基函數(shù)選為db4,分析 第一尺度下的小波系數(shù)可以發(fā)現(xiàn)：正向故障時(shí)，故障電壓暫態(tài)量與電流暫態(tài)量除了突變方 向相反外，在波形上還表現(xiàn)出相當(dāng)高的負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)在-0. 1到-0.8之間；反向故障 時(shí)，故障電壓暫態(tài)量與電流暫態(tài)量除了突變方向相同外，在波形上還表現(xiàn)出相當(dāng)高的正相 關(guān)性，相關(guān)系數(shù)在0.8到1之間。對(duì)于N端和Q端而言，通過(guò)設(shè)置不同方向的故障匕、匕和&， F2、F3和F6，所檢測(cè)到的故障電壓暫態(tài)量和電流暫態(tài)量的突變方向和相似性也能得出上述 結(jié)論。因此故障發(fā)生在線路MN段時(shí)，相關(guān)系數(shù)滿足-<-〇·8且-〇·8; 故障發(fā)生在線路NQ段時(shí)，-K L ^ 且-K -〇·8 ;故障發(fā)生在線路QM段時(shí)， -〇·8且-<-〇_8。由于線路MN、NQ、QM均屬于保護(hù)區(qū)段，因此上述三個(gè) 條件中一條滿足時(shí)就為區(qū)內(nèi)故障，三條均不滿足時(shí)為區(qū)外故障。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是：
[0018] 1.本發(fā)明充分利用了三角形環(huán)網(wǎng)三端的故障信息，多渠道信息的聯(lián)合使用提高了 保護(hù)的可靠性；
[0019] 2.本發(fā)明聯(lián)合使用故障電壓暫態(tài)量和故障電流暫態(tài)量實(shí)施保護(hù)，有效降低了因使 用單一類型的暫態(tài)量而降低保護(hù)可靠性的風(fēng)險(xiǎn)；
[0020] 3.本發(fā)明使用了小波變換和相關(guān)分析等手段，小波變換有效減低了噪聲信號(hào)的干 擾，相關(guān)分析則直接對(duì)波形相似性進(jìn)行量化，從而最大程度地提高了保護(hù)的準(zhǔn)確性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1、2、3的三角形環(huán)網(wǎng)線路模型；
[0022] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中R1測(cè)得的電壓、電流暫態(tài)量第一尺度下的小波系數(shù)；
[0023] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中R2測(cè)得的電壓、電流暫態(tài)量第一尺度下的小波系數(shù)；
[0024] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中R3測(cè)得的電壓、電流暫態(tài)量第一尺度下的小波系數(shù)；
[0025] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中R4測(cè)得的電壓、電流暫態(tài)量第一尺度下的小波系數(shù)；
[0026] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例1中R5測(cè)得的電壓、電流暫態(tài)量第一尺度下的小波系數(shù)；
[0027] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例1中R6測(cè)得的電壓、電流暫態(tài)量第一尺度下的小波系數(shù)。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0029] -種利用電壓電流突變量小波系數(shù)相關(guān)分析的三角形環(huán)網(wǎng)暫態(tài)量單元保護(hù)方法， 三角形環(huán)網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過(guò)M、N、Q端的方向元件1^、1?2，1?3、1? 4、1?5和1?6分別獲得六 組故障電壓和電流的暫態(tài)量，分別截取故障后〇. 5ms的電壓和電流暫態(tài)量并對(duì)其進(jìn)行8尺 度小波分解，選取第一尺度下的小波系數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析求得六組相關(guān)系數(shù)、 4,1?、、心―，若- 1 < -〇·8 且-1 λ2 < -〇·8，貝Ij 線路 MN 故 障；若< -0·8 且- I S -0.8，則線路 NQ 故障；若-1 -0.8 且 -1 < < -〇·8，則線路QM故障；若上述條件滿足一條時(shí)，判定為區(qū)內(nèi)故障；若上述條件 均不滿足時(shí)，判定為區(qū)外故障。
[0030] 具體步驟為：
[0031] Α.三角形環(huán)網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過(guò)M、N、Q端的方向元件RrRyHRjP R6分別獲得六組故障電壓和電流的暫態(tài)量：和G 1、wJi2和心:、mR3和匕 3、"&和仏、心5 和匕5、心6和匕6;
[0032] B.分別截取六組電壓和電流暫態(tài)量故障后0. 5ms的數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行8尺度小波分 解，小波基函數(shù)選為db4;
[0033] C.分別選取電壓和電流暫態(tài)量第一尺度下的小波系數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析，求得相關(guān)系 數(shù)分別為 4、馬、4、及6;
[0034] D.若-1 S?且-1以吹i?2 ，則線路MN故障；
[0035] 若-1 U且一1 則線路 NQ 故障；
[0036] 若-?;,,·_λ5 < Q 且-1 ，則線路 QM 故障；
[0037] 若上述條件滿足一條時(shí)，判定為區(qū)內(nèi)故障；
[0038] 若上述條件均不滿足時(shí)，判定為區(qū)外故障。
[0039] 所述相關(guān)系數(shù)門(mén)檻值rset = -0· 8。
[0040] 實(shí)施例1 :建立如圖1所示的三角形環(huán)網(wǎng)線路模型。系統(tǒng)中，Imn = 100km，Inq = 70km，Iqm = 80km，1PM = 70km。規(guī)定電流正方向?yàn)槟妇€指向線路?，F(xiàn)假設(shè)在線路麗上距M 端40km處發(fā)生A相金屬性接地故障F1，初始相角為90°，采樣頻率為20kHz。通過(guò)Μ、N、Q 端的方向元件札、R2, R3、R4、R5和R6分別獲得六組故障電壓和電流的暫態(tài)量，分別截取六組 電壓和電流暫態(tài)量故障后0. 5ms的數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行8尺度小波分解，小波基函數(shù)選為db4,得 到第一尺度下電壓、電流突變量小波系數(shù)分別如圖2-7所示。通過(guò)相關(guān)分析求得相關(guān)系數(shù) 和故障區(qū)段判斷結(jié)果如表1所示。
[0041] 表1故障F1時(shí)方向元件R1?R6的綜合判斷結(jié)果

【權(quán)利要求】
1. 一種利用電壓電流突變量小波系數(shù)相關(guān)分析的三角形環(huán)網(wǎng)暫態(tài)量單元保護(hù)方 法，其特征在于：三角形環(huán)網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過(guò)Μ、N、Q端的方向元件Rp R2, R3、 R4、R5和R6分別獲得六組故障電壓和電流的暫態(tài)量，分別截取故障后0.5ms的電壓和 電流暫態(tài)量并對(duì)其進(jìn)行8尺度小波分解，選取第一尺度下的小波系數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析求 得六組相關(guān)系數(shù)為、 rM J4、rMA，若-1 < -Ο·8且 -1 < La < -0_8，則線路 MN 故障；若-I < 0.8 且-I 心<-〇_8，則線路 NQ 故 障；若-K-〇.8且-1 -〇·8，則線路QM故障；若上述條件滿足一條時(shí)，判 定為區(qū)內(nèi)故障；若上述條件均不滿足時(shí)，判定為區(qū)外故障。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用電壓電流突變量小波系數(shù)相關(guān)分析的三角形環(huán)網(wǎng)暫態(tài) 量單元保護(hù)方法，其特征在于具體步驟為： Α.三角形環(huán)網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，通過(guò)Μ、N、Q端的方向元件R2, R3、R4、R5和R6 分別獲得六組故障電壓和電流的暫態(tài)量：Μ·Κ,和和k、wR3和k和4 4、和 心5、wJi6和匕6 ; B. 分別截取六組電壓和電流暫態(tài)量故障后0. 5ms的數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行8尺度小波分解，小 波基函數(shù)選為db4 ; C. 分別選取電壓和電流暫態(tài)量第一尺度下的小波系數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析，求得相關(guān)系數(shù)分 別為1 廠《,;'-戌、、7<^'-及5和及6; D. 若-1 J1 < L且-1 < L，則線路MN故障； 若-K < 心且-I < r"y4 < rsei，U線路NQ故障； 若-1 且-1 L，則線路QM故障； 若上述條件滿足一條時(shí)，判定為區(qū)內(nèi)故障； 若上述條件均不滿足時(shí)，判定為區(qū)外故障。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用電壓電流突變量小波系數(shù)相關(guān)分析的三角形環(huán)網(wǎng)暫態(tài) 量單元保護(hù)方法，其特征在于：所述相關(guān)系數(shù)門(mén)檻值r srt = -0. 8。
【文檔編號(hào)】H02H7/26GK104393581SQ201410617818
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】束洪春, 高利 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)