一种基于自愈控制的新型电力系统线路保护方法与流程

本发明属于电力系统线路保护，具体涉及一种基于自愈控制的新型电力系统线路保护方法。

背景技术：

1、随着大量新能源接入电网，新型电力系统规模不断扩大，网架结构也随之复杂化，由于新能源受天气变化等因素影响较大，其出力间歇性和波动性较强，同时新能源自身具有低惯量、低阻尼、弱电压的特征，逆变器控制策略限幅，弱馈特征明显，使得传统线路保护无法应对日趋复杂的电力故障需求。

2、所以，为解决上述问题，开发一种基于自愈控制的新型电力系统线路保护方法很有必要。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种基于自愈控制的新型电力系统线路保护方法，有效应对因新能源接入而导致的复杂多变问题，提高电力系统的自我修复能力和故障恢复率，保障电网安全稳定运行。

2、本发明的目的是这样实现的：一种基于自愈控制的新型电力系统线路保护方法，包括以下分析步骤：

3、s1、基于电力系统智能化电子设备以及广域测量系统对电力系统的实时监测数据进行采集，提取故障特征并对故障类型进行识别；

4、s2、当识别到电力系统发生故障后，采集故障数据并进行分析处理，采用线路首端反射系数谱法对故障进行定位；

5、s3、基于故障类型和故障位置，构建保护整定优化目标函数和约束条件，并采用鲸鱼优化算法进行求解，得到保护装置最优整定参数，实现线路保护装置整定数值自适应调整；

6、s4、将电网划分为多个子区域，每个子区域分别对应一个智能体，每个智能体分别基于故障信息制定控制策略，并通过网络与其他智能体交换信息，通过一致性算法组合得到全局最优自愈控制决策；

7、s5、基于全局最优自愈控制决策，通过蚁群算法实现对线路重构，最大化地恢复非故障区域的电力供应；

8、s6、将故障隔离策略和线路重构方案下达至执行设备，实现电力系统的自愈控制。

9、进一步地，所述步骤s1中具体采用短时傅里叶变换对故障信号波形进行分析，从频谱矩阵中提取其各基波谐波分量随时间变化的幅值特性，并形成故障特征集合；所述步骤s1中具体采用以支持向量机作为分类器的卷积神经网络对电力系统线路故障的识别分类。

10、进一步地，所述步骤s2中采用经验模态分解法对故障数据中的故障反射系数进行提取，并对其进行功率谱分析，得到电力系统线路故障定位曲线，实现对故障的定位。

11、进一步地，所述步骤s2中对故障进行定位具体包括以下步骤：①获取故障线路的首端反射系数谱序列；②对该首端反射系数谱序列进行实部求取；具体采用欧拉公式进行推导得到；③求取得到的实部进行经验模态分解得到模态分量imf；④对模态分量imf序列采用切比雪夫窗/布莱克曼自卷积窗做频谱优化，修正窗函数带来的幅值误差；⑤对修正后得的序列进行功率谱分析得到线路故障定位曲线。

12、进一步地，所述步骤s3中以保护继电器协同动作时间总和最小作为优化目标函数，以继电器整定系数约束、单个继电器动作时间约束、单个继电器负荷电流约束以及协同动作继电器之间协同动作时间间隔约束作为约束条件。

13、进一步地，所述步骤s3中采用鲸鱼优化算法进行优化求解具体包括以下步骤：①初始化参数，包括种群大小、迭代次数和个体位置，以及初始化个体局部最优；②计算每个初始个体目标值；③根据层次分析法选取整个种群的全局最优解；④根据位置更新系数向量与概率系数的值以及判断条件对种群中每一个个体位置进行更新；⑤利用支配原则以及拥挤度计算的更新策略，更新种群中的局部最优解；⑥判断当前粒子是否为最后粒子，若是则进行下一步，若不是则返回步骤④；⑦判断是否达到最大迭代次数，若是则结束并输出最优解，若不是则返回步骤③继续。

14、进一步地，所述步骤s4中采用基于电气距离和模糊聚类的方法对电网进行区域划分。

15、进一步地，所述步骤s4中用灵敏度表征各节点之间的电气距离，具体采用快速分解法的q-v迭代方程求解灵敏度矩阵：，式中，表示灵敏度矩阵，表示节点电压幅值变化量，表示节点无功注入的变化量；假设电网中有个发电机节点和个负荷母线，分别构成集合和集合，则有：①将集合中的发电机节点设置为pv节点，将负荷节点设置为pq节点；②基于灵敏度矩阵求解节点的注入无功对集合内各节点电压的控制灵敏度，对于负荷节点，该灵敏度为；③对于属于集合的每个发电机节点，重复步骤①和②，计算对应的控制灵敏度；④对于一个负荷节点，使用一个维矢量来描述所有发电机节点对负荷节点的控制，其中第个坐标分量定义为：；⑤对于每个负荷节点有：，式中，为负荷节点集合的维数，为发电机集合的维数，进而得到基于灵敏度的聚类原始数据矩阵。

16、进一步地，所述步骤s4中采用模糊聚类的方法对电网进行区域划分，具体包括以下步骤：①采用均值法对得到的基于灵敏度的聚类原始数据矩阵进行标准化处理：，式中，为标准化后的数据，为列数据的平均值；②采用绝对值指数法构建相似矩阵，则矩阵元素的计算公式表示为：，式中，为负荷节点和之间的相似程度，为特定的正数，用于确保在内取值，此处取；③采用模糊等价矩阵聚类的传递闭包法进行动态聚类；对任意的，传递包的2k阶矩阵为，其中，，表示节点与节点归为一类。

17、进一步地，所述步骤s5中采用蚁群算法对线路进行重构，以故障恢复后网络损耗最小和开关动作次数最少为目标，以线路网络辐射状运行、节点电压、潮流功率方程为约束，具体包括以下步骤：①初始化个参数；包括最大迭代次数，每条路径上的信息素浓度（为常数），分别设置信息素因子、期望启发式因子、信息素挥发系数和常数的初值，将只蚂蚁置于中心节点，且初始时刻；②更新迭代次数加1，把蚂蚁的禁忌表索引号设置为1，蚂蚁数目；③对于每一个人工蚂蚁，从列表中查出其没有达到过的节点，根据转移概率公式选择合理的下一个节点；④更新禁忌表中的索引号，把之前选择好的蚂蚁移动到下一个新的节点处，并将这个节点列入到禁忌表中，直到蚂蚁访问完所有节点后结束蚂蚁的循环活动；⑤计算出本次迭代的最佳路径长度，当前迭代次数中的最优解即是所求的最优重构线路，并根据信息素浓度更新第只蚂蚁在本次迭代中留在路径上的信息素量；⑥判断是否达到最大迭代次数，若达到则结束并输出最优解，若未达到则清空全部禁忌表并返回步骤②继续。

18、由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

19、（1）通过实时采集电力系统运行数据，采用短时傅里叶变换对故障信号波形进行分析提取故障特征，并采用以支持向量机作为分类器的卷积神经网络对故障类型进行识别，然后通过线路首端反射系数谱法对故障进行定位，可实现对系统故障的及时发现，便于快速应对处理；

20、（2）通过采用鲸鱼优化算法对保护装置最优整定参数进行求解，可以根据故障情况动态调整保护装置的整定值，实现线路保护装置整定数值自适应调整，保证故障隔离的稳定可靠性和选择性；

21、（3）采用多智能体协同决策，将电网划分为多个子区域，每个子区域分别对应一个智能体，每个智能体分别基于故障信息制定控制策略，多智能体之间通过网络相互交换信息，通过一致性算法组合得到全局最优自愈控制决策，增加电网故障恢复的可靠性和灵活性；

22、（4）通过蚁群算法基于全局最优自愈控制决策进行最优解求解，实现线路重构，最大化地恢复非故障区域的电力供应，提高电网自愈能力。