基于正序突变量的电力系统阻抗辨识方法及装置

本技术涉及智能电网继电保护，具体涉及一种基于正序突变量的电力系统阻抗辨识方法及装置。

背景技术：

1、随着新能源基地的大规模开发和跨省跨区输电通道的持续建设，新能源集群通过汇集线路和长距离送出通道接入外部电网已成为主流运行模式。在此模式下，新能源集群的运行特性不仅受场站自身控制参数和运行状态制约，更与外部电网的等值阻抗及电压支撑能力紧密关联。准确获取新能源集群接入点向系统侧等值阻抗，是深入分析外部电网端口特性及评估系统支撑能力的关键前提。当新能源集群送出线路发生短路故障时，测量点处的电压和电流将产生显著波动，线路继电保护装置能够实时采集故障前与故障期间的三相电压和三相电流，并提取相应的正序电压和正序电流。故障前与故障期间正序电气量之间的动态变化关系，理论上可反映测量点背后正序网络的端口等值特性，为系统侧阻抗辨识提供潜在的数据依据。

2、但现有系统等值阻抗获取方法主要依赖已知电网拓扑结构、线路参数及历史运行数据进行离线计算，或需构建完整的外部电网模型。当电网运行方式动态调整、送出通道拓扑结构变更或系统参数发生波动时，预先建立的等值模型难以及时适应实际变化，导致无法精确表征系统侧的实时端口特性。同时，线路继电保护装置所采集的故障电压和电流信息通常仅用于故障检测和保护动作判别，未能有效挖掘故障前与故障期间正序电气量变化关系在系统侧阻抗辨识中的应用价值。在具体计算过程中，若正序电流突变量幅值过小，量测误差和暂态分量会在阻抗比值运算中被显著放大，造成辨识结果失真；若仅采用单一固定时间窗口进行计算，局部异常数据和暂态扰动易引发辨识结果的剧烈波动，难以保证结果的稳定性和可靠性。

3、因此，亟需一种能够动态筛选计算时窗并对多窗口结果进行鲁棒性处理的技术方案，以提升系统侧正序等值阻抗辨识的适应性与准确性。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本技术提供了一种基于正序突变量的电力系统阻抗辨识方法及装置，可针对不同故障场景和过渡电阻条件下，提高系统阻抗辨识的准确性、稳定性和可靠性。其具体采用如下技术方案：

2、一种基于正序突变量的电力系统阻抗辨识方法，包括以下步骤：

3、采集输电线路测量点处的三相电压和三相电流，依据保护启动信号确定故障发生时刻，并分别提取故障前稳态区间与故障持续区间内的正序电压和正序电流；

4、在所述故障持续区间内设置多个滑动计算时窗，并分别获得每个滑动计算时窗内的正序电压突变量与正序电流突变量；

5、基于每个滑动计算时窗内的正序电压突变量与正序电流突变量逐窗计算对应滑动计算时窗内的系统侧正序等值电抗；

6、基于每个滑动计算时窗内的正序电流突变量幅值筛选有效滑动计算时窗，对有效滑动计算时窗对应的所述系统侧正序等值电抗进行统计运算，得到最终的系统侧正序等值电抗结果。

7、可选的：所述分别获得每个滑动计算时窗内的正序电压突变量与正序电流突变量的步骤包括：

8、依次分别提取故障前稳态区间与滑动计算时窗内故障持续区间的所述正序电压与所述正序电流；

9、将所述故障持续区间内的所述正序电压、所述正序电流分别与所述故障前稳态区间内的所述正序电压、所述正序电流作差，生成对应滑动计算时窗内的正序电压突变量与正序电流突变量。

10、进一步的，获取对应滑动计算时窗内的系统侧正序等值电抗的步骤包括：

11、基于单个滑动计算时窗内的正序电压突变量与正序电流突变量的比值计算获得对应滑动计算时窗内的系统侧正序等值阻抗；

12、提取对应滑动计算时窗内的系统侧正序等值阻抗的电抗分量，即为所述系统侧正序等值电抗。

13、进一步的，所述正序电压突变量、所述正序电流突变量与所述系统侧正序等值电抗的关系函数表示为：

14、；

15、其中为滑动计算时窗

k内系统侧正序等值电抗；为故障前测量点正序电压；为故障前测量点正序电流；为滑动计算时窗

k内故障期间测量点对应的正序电压；为滑动计算时窗

k内故障期间测量点对应的正序电流。

16、可选的：所述正序电压突变量的计算公式为：

17、；

18、所述正序电流突变量的计算公式为：

19、；

20、其中为滑动计算时窗

k内正序电压突变量；为滑动计算时窗

k内正序电流突变量；为故障前测量点正序电压；为故障前测量点正序电流；为滑动计算时窗

k内故障期间测量点对应的正序电压；为滑动计算时窗

k内故障期间测量点对应的正序电流。

21、可选的，所述基于每个滑动计算时窗内的正序电流突变量幅值筛选有效滑动计算时窗的步骤包括：

22、预先设定最小正序电流突变量阈值；

23、分别对比每个滑动计算时窗内的正序电流突变量幅值与所述最小正序电流突变量阈值；

24、当滑动计算时窗内的正序电流突变量幅值大于或等于所述最小正序电流突变量阈值时，判断对应滑动计算时窗为有效滑动计算时窗；

25、当滑动计算时窗内的正序电流突变量幅值小于所述最小正序电流突变量阈值时，剔除对应滑动计算时窗。

26、可选的:当对有效滑动计算时窗对应的所述正序等值电抗进行统计运算时，需对全部有效滑动计算时窗对应的正序等值电抗的取值执行中位数计算，得到最终的系统侧正序等值电抗结果。

27、进一步的：所述故障包括三相短路故障、两相短路故障、单相接地短路故障及两相接地短路故障；其中不同短路故障包括金属性短路故障或经非零过渡电阻发生的短路故障。

28、此外本技术还公开一种基于正序突变量的电力系统阻抗辨识装置，该装置采用如上所述的电力系统阻抗辨识方法，该装置包括线路继电保护装置和系统阻抗辨识装置；

29、所述线路继电保护装置用于采集测量点处的三相电压和三相电流，依据保护启动信号确定故障发生时刻，分别提取故障前稳态区间与故障持续区间内的正序电压和正序电流；

30、所述系统阻抗辨识装置用于接收所述线路继电保护装置输出的所述正序电压与所述正序电流，并构造正序电压突变量与正序电流突变量，经滑动计算时窗筛选与统计处理后输出最终的系统侧正序等值电抗结果；

31、所述线路继电保护装置部署于输电线路的测量点处，所述线路继电保护装置的采集端接入所述测量点处的三相电压回路与三相电流回路；所述系统阻抗辨识装置的通信端与所述线路继电保护装置的通信端通信连接。

32、可选的：所述系统阻抗辨识装置包括正序量接收模块、滑动时窗提取模块、突变量构造模块、阻抗计算模块、筛选统计模块以及输出模块；

33、所述正序量接收模块用于接收所述线路继电保护装置所输出的故障前稳态区间与故障持续区间内的正序电压、正序电流；

34、所述滑动时窗提取模块用于在所述故障持续区间内设置多个滑动计算时窗，并依次提取故障前稳态区间与每个滑动计算时窗内故障持续区间的所述正序电压与所述正序电流；

35、所述突变量构造模块用于将所述故障持续区间内的所述正序电压、所述正序电流分别与所述故障前稳态区间内的所述正序电压、所述正序电流作差，生成对应滑动计算时窗内的正序电压突变量与正序电流突变量；

36、所述阻抗计算模块用于基于每个滑动计算时窗内正序电压突变量与正序电流突变量计算对应滑动计算时窗内的系统侧正序等值电抗；

37、所述筛选统计模块用于基于每个滑动计算时窗内的正序电流突变量幅值筛选有效滑动计算时窗，并对全部有效滑动计算时窗对应的系统侧正序等值电抗进行统计运算；

38、所述输出模块用于输出筛选统计模块所计算的最终的系统侧正序等值电抗结果。

39、本技术的技术方案获得了下列有益效果：

40、本技术的电力系统阻抗辨识方法采用故障前稳态参考量与故障期间多个滑动计算时窗相结合的辨识方式，能够利用输电线路继电保护装置获取的故障前与故障期间电压、电流信息辨识系统正序等值阻抗，无需预先获取完整的外部电网模型；由于不同故障类型和过渡电阻条件下不会改变测量点背后正序网络的端口等值形式，因此该方法在故障持续时间较短、系统等值参数近似保持不变且正序电流突变量满足有效性阈值的条件下，可采用统一的正序突变量辨识关系实现不同短路故障场景下的系统侧阻抗辨识。同时通过滑动计算时窗筛选及统计处理减弱暂态分量、量测扰动和局部异常数据对辨识结果的影响，提高系统侧阻抗辨识结果的准确性、稳定性和可靠性。