本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于Hausdorff距離算法的差動(dòng)保護(hù)方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著電網(wǎng)容量的擴(kuò)大和耦合程度的不斷加深，電力系統(tǒng)短路電流水平迅速增加，繼電保護(hù)算法對(duì)于速動(dòng)性和抗飽和的需求也愈發(fā)強(qiáng)烈。如果保護(hù)算法能迅速識(shí)別故障，則能在事故發(fā)展惡化前將其隔離，從而降低故障可能造成的嚴(yán)重后果；若在某些場(chǎng)景下互感器進(jìn)入飽和狀態(tài)，或者是飽和之后再發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，則需要保護(hù)算法能夠具有良好的抗飽和能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了基于Hausdorff距離算法的差動(dòng)保護(hù)方法及裝置，旨在提供一種新的差動(dòng)保護(hù)方法，為電力系統(tǒng)的差動(dòng)保護(hù)提供更多的選擇。

隨著電網(wǎng)容量的擴(kuò)大和耦合程度的不斷加深，電力系統(tǒng)短路電流水平迅速增加，繼電保護(hù)算法對(duì)于速動(dòng)性和抗飽和的需求也愈發(fā)強(qiáng)烈。如果保護(hù)算法能迅速識(shí)別故障，則能在事故發(fā)展惡化前將其隔離，從而降低故障可能造成的嚴(yán)重后果；若在某些場(chǎng)景下互感器進(jìn)入飽和狀態(tài)，或者是飽和之后再發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，則需要保護(hù)算法能夠具有良好的抗飽和能力。所以，需要提供一種新的保護(hù)方法，而該方法要具有良好的抗飽和能力和良好的速動(dòng)性。

經(jīng)過(guò)對(duì)差動(dòng)保護(hù)的深入研究，并且對(duì)各個(gè)領(lǐng)域中具有良好抗飽和能力的方法的分析，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域常用的Hausdorff距離算法。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，生物信號(hào)如腦電波、心電波具有固定的醫(yī)學(xué)形態(tài)特征，而病理過(guò)程會(huì)改變患者生物信號(hào)的部分形態(tài)，因此，醫(yī)學(xué)工作者通過(guò)比較生物信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照波形之間的相似度，快速準(zhǔn)確識(shí)別各類(lèi)疾病的病理特征。其中，基于Hausdorff距離的波形相似度比較算法因其時(shí)間窗短，計(jì)算量小，針對(duì)性的識(shí)別波形特征，對(duì)于局部形變失真、噪聲、部分缺失等常見(jiàn)信號(hào)干擾的優(yōu)良抗性而得到了廣泛的應(yīng)用。所以，申請(qǐng)人對(duì)Hausdorff距離算法進(jìn)行改進(jìn)后應(yīng)用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域，為該領(lǐng)域中的差動(dòng)保護(hù)提供了一種新的思路。

本發(fā)明的基于改進(jìn)Hausdorff距離算法的波形相似度差動(dòng)保護(hù)方法包括如下步驟：

1)實(shí)時(shí)獲取保護(hù)元件兩側(cè)的電流采樣值，得到采樣時(shí)間和電流采樣值的采樣點(diǎn)集合， 即I₁＝{(a₁,b₁),...,(a_n,b_n)},I₂＝{(c₁,d₁),...,(c_n,d_n)}；

2)根據(jù)采樣點(diǎn)集合，計(jì)算Hausdorff距離，將Hausdorff距離H與預(yù)設(shè)的Hausdorff距離門(mén)限值H_SET進(jìn)行比較，當(dāng)H≥H_SET時(shí)，判定系統(tǒng)發(fā)生故障，跳開(kāi)保護(hù)。

上述方法不同于傳統(tǒng)向量差動(dòng)和采樣值差動(dòng)保護(hù)算法對(duì)于一維電氣量的比較，該方法將差動(dòng)保護(hù)提升到了電氣量-時(shí)間量的二維比較，通過(guò)對(duì)時(shí)間窗內(nèi)電流波形信息的更有效利用，提升了單位時(shí)間內(nèi)波形特征的識(shí)別效率。

為了提高差動(dòng)保護(hù)方法的抗飽和能力，根據(jù)上述方法步驟1)中獲取的采樣點(diǎn)集合計(jì)算參量S，公式為：計(jì)算參量S值，其中和分別為與電流中采樣值平方和，將參量S與預(yù)設(shè)的參量S門(mén)限值S_SET進(jìn)行比較，當(dāng)H<H_SET且S≥S_SET時(shí)，判定發(fā)生電流互感器飽和，進(jìn)而計(jì)算整周波數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)的采樣點(diǎn)集合的Hausdorff距離H′及相似比例值；

相似比例值計(jì)算過(guò)程為：計(jì)算各采樣點(diǎn)離對(duì)側(cè)波形的最小距離并與門(mén)限值H_SET，當(dāng)時(shí)，計(jì)算出保護(hù)元件兩側(cè)波形的相似比例值；其中，A、B分別是采樣點(diǎn)集合I₁、I₂中的一個(gè)采樣點(diǎn)；

將相似比例值與預(yù)設(shè)門(mén)限值進(jìn)行比較，當(dāng)相似比例值低于H_SET，判定發(fā)生飽和狀態(tài)下故障，跳開(kāi)保護(hù)；當(dāng)相似比例值低于預(yù)設(shè)門(mén)限值且Hausdorff距離H′低于Hausdorff距離門(mén)限值H_SET，則判定互感器飽和狀態(tài)消失。

為了降低計(jì)算復(fù)雜度，快速識(shí)別波形特征的能力。同時(shí)具備區(qū)內(nèi)故障互感器飽和前快速動(dòng)作，區(qū)外故障識(shí)別，飽和轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)故障快速動(dòng)作的能力，所述步驟2)中計(jì)算Hausdorff距離時(shí)選取的是設(shè)定數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度的最靠近當(dāng)前時(shí)刻的采樣點(diǎn)集合數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，對(duì)步驟1)中實(shí)時(shí)獲取的采樣點(diǎn)集合進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，此處給出一種標(biāo)幺化的處理方式，處理方式不限于標(biāo)幺化，并將保護(hù)元件某側(cè)的電流采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行反相處理，最中得到的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)為：其中，i＝k，1<k≤n，a_T為時(shí)間基準(zhǔn)值，b_N為電流基準(zhǔn)值。

進(jìn)一步，a_T取工頻周波時(shí)間長(zhǎng)度，b_N取線路的額定電流。

本發(fā)明的基于Hausdorff距離算法的差動(dòng)保護(hù)裝置包括：數(shù)據(jù)采集模塊，用于實(shí)時(shí)獲 取保護(hù)元件兩側(cè)的電流采樣值，得到采樣時(shí)間和電流采樣值的采樣點(diǎn)集合，即I₁＝{(a₁,b₁),...,(a_n,b_n)},I₂＝{(c₁,d₁),...,(c_n,d_n)}；

Hausdorff距離算法計(jì)算模塊，用于根據(jù)采樣點(diǎn)集合數(shù)據(jù)，計(jì)算Hausdorff距離H；

Hausdorff距離比較模塊，用于將Hausdorff距離H與預(yù)設(shè)的Hausdorff距離門(mén)限值H_SET進(jìn)行比較，當(dāng)H≥H_SET時(shí)，判定系統(tǒng)發(fā)生故障，并將故障信號(hào)發(fā)送給保護(hù)動(dòng)作模塊；

保護(hù)動(dòng)作模塊，用于接收故障信號(hào)，執(zhí)行跳開(kāi)保護(hù)。

進(jìn)一步，該保護(hù)裝置還包括參量S值計(jì)算模塊，用于根據(jù)公式計(jì)算參量S值，其中和分別為與電流中采樣值平方和；

Hausdorff距離及相似比例值計(jì)算模塊，用于根據(jù)比較判定模塊的電流互感器飽和判定結(jié)果，計(jì)算整周波數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)的采樣點(diǎn)集合的Hausdorff距離H′及相似比例值；

參量S比較單元，用于將參量S與預(yù)設(shè)的參量S門(mén)限值S_SET進(jìn)行比較，當(dāng)H<H_SET且S≥S_SET時(shí)，判定發(fā)生電流互感器飽和；將相似比例值與預(yù)設(shè)門(mén)限值進(jìn)行比較，當(dāng)相似比例值低于H_SET，判定發(fā)生飽和狀態(tài)下故障，當(dāng)相似比例值低于預(yù)設(shè)門(mén)限值且Hausdorff距離H′低于Hausdorff距離門(mén)限值H_SET，則判定互感器飽和狀態(tài)消失；

相似比例值計(jì)算過(guò)程為：計(jì)算各采樣點(diǎn)離對(duì)側(cè)波形的最小距離并與H_SET相比較，當(dāng)時(shí)，計(jì)算出保護(hù)元件兩側(cè)波形的相似比例值。

進(jìn)一步，所述Hausdorff距離算法計(jì)算模塊計(jì)算Hausdorff距離時(shí)選取的是設(shè)定數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度的最靠近當(dāng)前時(shí)刻的采樣點(diǎn)集合數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)獲取的采樣點(diǎn)集合進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，此處給出一種標(biāo)幺化的處理方式，處理方式不限于標(biāo)幺化，并將保護(hù)元件某側(cè)的電流采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行反相處理，處理后的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)為：其中，i＝k，1<k≤n，a_T為時(shí)間基準(zhǔn)值，b_N為電流基準(zhǔn)值。

進(jìn)一步，a_T取工頻周波時(shí)間長(zhǎng)度，b_N取線路的額定電流。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的方法不同于傳統(tǒng)向量差動(dòng)和采樣值差動(dòng)保護(hù)算法對(duì)于一維電氣量的比較，該算法將差動(dòng)保護(hù)提升到了電氣量-時(shí)間量的二維比較，通過(guò)對(duì)時(shí)間窗內(nèi)波形信息的更有效利用，提升了單位時(shí)間內(nèi)波形特征的識(shí)別效率。該方法具備快速識(shí)別 波形特征的能力。同時(shí)具備區(qū)內(nèi)故障互感器飽和前快速動(dòng)作，區(qū)外故障識(shí)別，飽和轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)故障快速動(dòng)作的能力。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)外故障模型示意圖；

圖2為本發(fā)明的保護(hù)模式的切換機(jī)制及動(dòng)作邏輯圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

基于Hausdorff距離算法的差動(dòng)保護(hù)方法實(shí)施例

本實(shí)施例的方法包括如下步驟：

1)實(shí)時(shí)獲取保護(hù)元件兩側(cè)的電流采樣值，得到采樣時(shí)間和電流采樣值的采樣點(diǎn)集合，即I₁＝{(a₁,b₁),...,(a_n,b_n)},I₂＝{(c₁,d₁),…,(c_n,d_n)}；

2)根據(jù)采樣點(diǎn)集合，計(jì)算Hausdorff距離，將Hausdorff距離H與預(yù)設(shè)的Hausdorff距離門(mén)限值H_SET進(jìn)行比較，當(dāng)H≥H_SET時(shí)，判定系統(tǒng)發(fā)生故障，跳開(kāi)保護(hù)。

在實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)時(shí)，得到采樣時(shí)間和電流值的集合，然后再利用Hausdorff距離算法實(shí)現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)。該方法將醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的Hausdorff距離算法應(yīng)用于繼電保護(hù)領(lǐng)域，將差動(dòng)保護(hù)提升到了電氣量-時(shí)間量的二維比較，通過(guò)對(duì)時(shí)間窗內(nèi)波形信息的更有效利用，提升了單位時(shí)間內(nèi)波形特征的識(shí)別效率。

進(jìn)一步，為了提高上述保護(hù)方法的抗飽和能力，根據(jù)上述方法步驟1)中獲取的采樣點(diǎn)集合計(jì)算參量S，公式為：計(jì)算參量S值，其中和分別為與電流中采樣值平方和，將參量S與預(yù)設(shè)的參量S門(mén)限值S_SET進(jìn)行比較，當(dāng)H<H_SET且S≥S_SET時(shí)，判定發(fā)生電流互感器飽和，進(jìn)而計(jì)算整周波數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)的采樣點(diǎn)集合的Hausdorff距離H′及相似比例值；

相似比例值計(jì)算過(guò)程為：計(jì)算各采樣點(diǎn)離對(duì)側(cè)波形的最小距離并與門(mén)限值H_set相比較，當(dāng)時(shí)，計(jì)算出保護(hù)元件兩側(cè)波形的相似比例值；

將相似比例值與預(yù)設(shè)門(mén)限值進(jìn)行比較，當(dāng)相似比例值低于門(mén)限值H_SET，判定發(fā)生飽和狀態(tài)下故障，跳開(kāi)保護(hù)；當(dāng)相似比例值低于預(yù)設(shè)門(mén)限值且Hausdorff距離H′低于Hausdorff距離門(mén)限值H_SET，則判定互感器飽和狀態(tài)消失。

為了降低計(jì)算復(fù)雜度，快速識(shí)別波形特征的能力。同時(shí)具備區(qū)內(nèi)故障互感器飽和前快速動(dòng)作，區(qū)外故障識(shí)別，飽和轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)故障快速動(dòng)作的能力，所述步驟2)中計(jì)算Hausdorff距離時(shí)選取的是設(shè)定數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度的最靠近當(dāng)前時(shí)刻的采樣點(diǎn)集合數(shù)據(jù)。

下面對(duì)上述步驟作進(jìn)一步詳細(xì)介紹：

(1)如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的線路兩端各具備一個(gè)電流互感器CT1、CT2，電流互感器CT1、CT2正方向如圖中箭頭所示。圖示k1、k2為電力系統(tǒng)短路故障發(fā)生位置，k1處故障為被保護(hù)線路區(qū)內(nèi)故障，k2處故障為被保護(hù)線路區(qū)外故障，故障類(lèi)型包含但不限于單相短路接地故障、兩相短路故障、兩相短路接地故障、三相短路故障、三相短路接地故障。本實(shí)施例所提基于Hausdorff距離算法的差動(dòng)保護(hù)方法從圖1所示的電流互感器CT1、CT2中實(shí)時(shí)獲取離散電流采樣值數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合采樣時(shí)間，形成采樣時(shí)間和電流采樣值的采樣點(diǎn)集合。

(2)該方法采樣點(diǎn)集合數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度為一整個(gè)工頻周波(4kHz情況下為80個(gè)數(shù)據(jù))，數(shù)據(jù)窗每向后移動(dòng)一個(gè)點(diǎn)，利用該方法計(jì)算一次，計(jì)算結(jié)果輸出一個(gè)Hausdorff距離值，一個(gè)參量S值。

如圖2所示，圖中是基于改進(jìn)Hausdorff距離算法的波形相似度差動(dòng)保護(hù)算法保護(hù)模式的切換機(jī)制及動(dòng)作邏輯，對(duì)于該算法需輸入四個(gè)門(mén)限定值：Hausdorff距離H門(mén)限值、參量S門(mén)限值，Hausdorff距離H′門(mén)限值、Hausdorff距離算法相似比例門(mén)限值。所述Hausdorff距離包含但不限于部分Hausdorff距離(Partial Hausdorff Distance)、平均Hausdorff距離(AverageHausdorff Distance)。

進(jìn)一步，對(duì)實(shí)時(shí)采樣的離散電流數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，此處給出一種標(biāo)幺化的處理方式，處理方式不限于標(biāo)幺化，例如：I₁＝{(a₁,b₁),…,(a_n,b_n)}，將橫軸的時(shí)間數(shù)據(jù)及縱軸的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)幺化，統(tǒng)一單位，a_T為時(shí)間基準(zhǔn)值，取工頻周波時(shí)間長(zhǎng)度，b_N為電流基準(zhǔn)值，取該線路的額定電流。得到用于計(jì)算

經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化后的實(shí)時(shí)的離散電流采樣數(shù)據(jù)分別為因?yàn)镃T1的正方向與CT2正方向各自指向線路，電流和的波形呈反相特性，需將其中某側(cè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行反相處理，用于計(jì)算的數(shù)據(jù)為和速動(dòng)模式利用靠近最近時(shí)刻的部分電流采樣值數(shù)據(jù)和 進(jìn)行計(jì)算，其中速動(dòng)模式數(shù)據(jù)窗短于整周波

計(jì)算與的Hausdorff距離，得到距離值H，同時(shí)計(jì)算參量S：得到S

(3)將步驟(2)中所獲得的Hausdorff距離值及參量S值與設(shè)定門(mén)限相比較，并對(duì)比較結(jié)果進(jìn)行邏輯運(yùn)算，根據(jù)比較結(jié)果及邏輯運(yùn)算結(jié)果判斷系統(tǒng)正常狀態(tài)、發(fā)生故障、發(fā)生飽和。

將步驟(2)中得到H與設(shè)定門(mén)限值進(jìn)行比較，若滿足H≥H_SET，斷定發(fā)生故障，直接跳開(kāi)保護(hù)

保護(hù)未跳開(kāi)，則說(shuō)明H＜H_SET，此時(shí)若滿足則斷定發(fā)生電流互感器飽和，進(jìn)入步驟(4)

滿足則斷定被保護(hù)元件為正常狀態(tài)，重新回歸步驟(1)，進(jìn)行下一次計(jì)算

(4)若步驟(3)判定結(jié)果為發(fā)生飽和，則切換保護(hù)算法至疑似飽和模式，根據(jù)飽和模式中Hausdorff距離計(jì)算結(jié)果及Hausdorff距離算法相似比例計(jì)算結(jié)果判斷系統(tǒng)持續(xù)飽和、退出飽和、飽和狀態(tài)下故障。

利用步驟(2)中標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)據(jù)與計(jì)算整周波數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)的Hausdorff距離。

對(duì)與中所有點(diǎn)，計(jì)算各點(diǎn)離對(duì)側(cè)波形的最小距離并與門(mén)限值相比較： 計(jì)算出相似比例值。

將上述所得相似比例值與預(yù)設(shè)門(mén)限值相比較，相似比例高于門(mén)限值則判定系統(tǒng)飽和或者處于正常狀態(tài)，保護(hù)不動(dòng)作。相似比例低于門(mén)限值，判定發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，進(jìn)入步驟(5)。

若相似比例始終低于預(yù)設(shè)門(mén)限值，同時(shí)所計(jì)算Hausdorff距離值H′始終低于門(mén)限值，則判定互感器飽和狀態(tài)已經(jīng)消失，延時(shí)復(fù)歸，退出疑似飽和模式，重新返回步驟(1)，進(jìn)行下一次運(yùn)算

(5)若步驟(4)中的判斷結(jié)果為飽和狀態(tài)下故障，則跳開(kāi)保護(hù)。

基于Hausdorff距離算法的差動(dòng)保護(hù)裝置實(shí)施例

本實(shí)施例的裝置包括：數(shù)據(jù)采集模塊，用于實(shí)時(shí)獲取保護(hù)元件兩側(cè)的電流采樣值，得到采樣時(shí)間和電流采樣值的采樣點(diǎn)集合，即I₁＝{(a₁,b₁),…,(a_n,b_n)},I₂＝{(c₁,d₁),...,(c_n,d_n)}；

Hausdorff距離算法計(jì)算模塊，用于根據(jù)采樣點(diǎn)集合數(shù)據(jù)，計(jì)算Hausdorff距離H；

Hausdorff距離比較模塊，用于將Hausdorff距離H與預(yù)設(shè)的Hausdorff距離門(mén)限值H_SET進(jìn)行比較，當(dāng)H≥H_SET時(shí)，判定系統(tǒng)發(fā)生故障，并將故障信號(hào)發(fā)送給保護(hù)動(dòng)作模塊；

保護(hù)動(dòng)作模塊，用于接收故障信號(hào)，執(zhí)行跳開(kāi)保護(hù)。

進(jìn)一步，該保護(hù)裝置還包括參量S值計(jì)算模塊，用于根據(jù)公式計(jì)算參量S值，其中和分別為與電流中采樣值平方和；

Hausdorff距離及相似比例值計(jì)算模塊，用于根據(jù)比較判定模塊的電流互感器飽和判定結(jié)果，計(jì)算整周波數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)的采樣點(diǎn)集合的Hausdorff距離H′及相似比例值；

參量S比較單元，用于將參量S與預(yù)設(shè)的參量S門(mén)限值S_SET進(jìn)行比較，當(dāng)H<H_SET且S≥S_SET時(shí)，判定發(fā)生電流互感器飽和；將相似比例值與預(yù)設(shè)門(mén)限值進(jìn)行比較，當(dāng)相似比例值低于門(mén)限值H_SET，判定發(fā)生飽和狀態(tài)下故障，當(dāng)相似比例值低于預(yù)設(shè)門(mén)限值且Hausdorff距離H′低于Hausdorff距離門(mén)限值H_SET，則判定互感器飽和狀態(tài)消失；

相似比例值計(jì)算過(guò)程為：計(jì)算各采樣點(diǎn)離對(duì)側(cè)波形的最小距離并與門(mén)限值H_set相比較，當(dāng)時(shí)，計(jì)算出保護(hù)元件兩側(cè)波形的相似比例值。

本實(shí)施例裝置中的各個(gè)模塊的具體功能與上述方法的各個(gè)步驟相對(duì)應(yīng)，這里不再詳細(xì)闡述各個(gè)模塊的具體功能。