一种基于双端差流瞬时能量频率分解的输电线路纵联保护方法与流程

本发明涉及输电线路纵联保护方法，尤其涉及一种基于双端差流瞬时能量频率分解的输电线路纵联保护方法，属于电力系统继电保护领域。

背景技术：

1、在新能源高比例渗透的电力系统中，输电线路纵联保护是实现全线故障速动的核心保护手段，暂态量纵联保护因动作速度快、不受系统稳态参数影响的优势，成为新能源送出系统线路保护的主流技术之一。现有暂态量纵联保护主要依托线路两侧高低频分量的能量比特征实现区内外故障判别，但其原理构建与特征计算方式存在固有缺陷：其一是，高阻故障下保护灵敏性严重不足，传统能量采用频带内信号幅值平方进行计算，未强化高频暂态分量的贡献，导致高阻故障时高频能量微弱、两侧特征量辨识度低，纵联协同判据易失效；其二是，故障特征的时频提取精度有限，在新能源并网系统中，交直流强耦合使短路电流波形畸变严重，传统傅里叶变换、常规s变换等方法频率分辨率不足，难以实现高低频分量的精准分离，无法获取稳定可靠的双端同步特征量。由于上述问题的存在，难以适应新能源经电力电子装置并网所带来的复杂故障特性。

2、因此，亟需构建一种适应复杂故障工况、高灵敏、高精度的暂态量纵联保护新方法，以提升新能源送出系统输电线路保护的可靠性与适应性。

技术实现思路

1、针对高阻故障下保护灵敏性严重不足和故障特征的时频提取精度有限的问题，本发明提出一种基于双端差流瞬时能量频率分解的输电线路纵联保护方法，技术方案如下：

2、一种基于双端差流瞬时能量频率分解的输电线路纵联保护方法，包括如下步骤：

3、同步采集双端信号；

4、对采集后的信号进行预处理；

5、对经过预处理的信号进行小波包分解，筛选高频和低频信号；

6、对高频和低频信号进行瞬时能量计算，得出高频瞬时能量和低频瞬时能量；

7、对高频瞬时能量和低频瞬时能量进行计算，得出高低频能量比；

8、对高低频能量比进行计算，得出能量比变化率，作为纵联保护判别依据，并设置门槛值，当能量比变化率大于门槛值时，判别为区内故障，否则为区外故障。

9、进一步地，所述对同步采集双端信号，具体为：

10、采集输电线路m侧、n侧三相电流、，其中，φ为a、b、c三相。

11、进一步地，所述对采集后的信号进行预处理，具体为：

12、进行输电线路双端差流计算，表达式如下：

13、 （1）；

14、忽略ct传变误差及输电线路信号传输延时，正常运行及区外故障时，id(t)≈0；区内故障时，id(t)显著增大。

15、进一步地，所述对经过预处理的信号进行小波包分解，筛选高频和低频信号，包括如下步骤：

16、以daubechies4小波为紧支撑、正交、二阶消失矩小波，其尺度函数φ(t)与小波函数ψ(t)满足双尺度关系，表达式如下：

17、（2）；

18、式中，hk为低通滤波器系数，gk为高通滤波器系数，；

19、对信号x(n)进行l层小波包分解，第j层第k节点分解系数，表达式如下：

20、（3）；

21、每层将频带二等分，l层分解得到2ᴸ个等宽子频带；

22、对节点系数重构，求取各频段瞬时幅值表达式如下：

23、（4）；

24、式中， 为第j层、第k个节点的重构信号，即特定频带的时域波形；

25、子频带宽度，表达式如下：

26、（5）；

27、式中，b为子频带宽度、fs为采样频率，分解层数l=4；

28、第k个节点频率区间f，表达式如下：

29、（6）；

30、进一步地，所述对高频和低频信号进行瞬时能量计算，得出高频瞬时能量和低频瞬时能量，包括如下步骤：

31、基于teager能量算子瞬时能量概念，定义短路电流在t时刻ω频段下的瞬时能量为信号瞬时幅值与瞬时频率平方的乘积，表达式如下：

32、（7）；

33、式中，为初始短路电流信号在t时刻ω频段下的瞬时能量，为短路电流在t时刻ω频段下的瞬时幅值，ω为角频率，ω=2πf；

34、定义低频带频率范围[fl1,fl2]=[1,300]hz，高频带频率范围[fh1,fh2]=[301,1000]hz，在长度tw=10ms的滑窗内，对低频带[fl1,fl2]与高频带[fh1,fh2]分别积分，表达式如下：

35、（8）；

36、式中，el为输电线路双端差流低频段总瞬时能量，eh为输电线路双端差流高频段总瞬时能量。

37、进一步地，所述对高频瞬时能量和低频瞬时能量进行计算，得出高低频能量比，具体为：

38、定义输电线路差流高低频瞬时能量比λ为低频总瞬时能量el与高频总瞬时能量eh的比值，作为保护判别的核心特征量，表达式如下：

39、（9）；

40、所述对高低频能量比进行计算，得出能量比变化率，作为纵联保护判别依据，并设置门槛值，当能量比变化率大于门槛值时，判别为区内故障，否则为区外故障，具体为：

41、通过对输电线路差流高低频瞬时能量比λ进行梯度积分，计算λ的变化率；

42、当正常运行或区外故障时，λ变化率接近于0；当发生区内故障时，故障相λ的变化率显著增大，当满足以下条件时，保护判别为区内故障，否则为区外故障，表达式如下：

43、（10）；

44、式中，dλ/dt为能量比λ随时间的变化率；λth为保护启动门槛值。

45、基于双端差流瞬时能量频率分解的输电线路纵联保护装置，包括：

46、采集模块，用于同步采集双端信号；

47、预处理模块，用于对采集后的信号进行预处理；

48、小波包模块，用于对经过预处理的信号进行小波包分解，筛选高频和低频信号；

49、瞬时能量模块，用于对高频和低频信号进行瞬时能量计算，得出高频瞬时能量和低频瞬时能量；

50、高低频能量模块，用于对高频瞬时能量和低频瞬时能量进行计算，得出高低频能量比；

51、判断模块，用于对高低频能量比进行计算，得出能量比变化率，作为纵联保护判别依据，并设置门槛值，当能量比变化率大于门槛值时，判别为区内故障，否则为区外故障。

52、进一步地，所述采集模块，用于同步采集双端信号，是指采集输电线路m侧、n侧三相电流、，其中，φ为a、b、c三相。

53、采集输电线路m侧、n侧三相电流、。其中，φ为a、b、c三相；

54、所述预处理模块，用于对采集后的信号进行预处理，是指对采集后的信号进行输电线路双端差流计算，表达式如下：

55、 （11）；

56、忽略ct传变误差及输电线路信号传输延时，正常运行及区外故障时，id(t)≈0；区内故障时，id(t)显著增大。

57、一种计算机设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现任一项所述的一种基于双端差流瞬时能量频率分解的输电线路纵联保护方法的步骤。

58、一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现任一项所述的一种基于双端差流瞬时能量频率分解的输电线路纵联保护方法的步骤。

59、与现有技术相比，其优点效果在于：

60、以双端电流差值为基础信号构建判据，基于小波包分解实现高低频能量分离，依据瞬时能量公式强化高频分量贡献以提升高阻故障下的灵敏性。通过态能量的实时计算，形成高低频能量比特征量，以能量比变化率作为区内、区外故障的判别依据并设置合理门槛值，实现区内/区外故障快速、可靠判别，本发明无需复杂同步、不受负荷与运行方式影响，兼具速动性、灵敏性与稳定性，能够解决传统单端/双端保护在区外故障时易受新能源控制切换策略及限幅影响导致保护灵敏度不足等问题，可有效适用于多回出线及新能源经柔直送出系统的输电线路快速边界保护。