基于虚拟测量电流制动配电线路广域差动保护方法及系统与流程

1.本发明涉及电力系统及其自动化技术领域，具体涉及基于虚拟测量电流制动配电线路广域差动保护方法及系统。


背景技术：

2.国家鼓励中东部地区发展分布式光伏，高比例新能源并网接入作为新能源有效利用的重要途经，配电网中新能源接入比例逐年上升，未来将超过集中式电站。分布式光伏大范围大规模的接入，不仅改变原有的配网拓扑结构，形成了多源运行方式，造成潮流流动方向不确定性增加，同时光伏接入所含大量电力电子换流器件，冲击配网原有的坚强性，多形式的控制策略改变了传统配电网故障下的故障特性，干扰现有保护配置原则，降低了现有保护动作可靠性，威胁电网的安全稳定运行。公布号为cn105977937a的现有发明专利文献《一种基于逻辑量信息的配电网区域保护系统及方法》基于逻辑量信息的配电网区域保护系统由顺序相连的故障信息采集模块、故障定位模块和跳闸指令输出模块组成；基于逻辑量信息的配电网区域保护方法包括采集配电网中各个节点的三段式电流保护装置动作信息，利用故障信息采集模块采集到的三段式电流保护信息和区域保护动作判据准确识别区内、区外故障，最后输出断路器跳闸或闭锁指令。由前述现有方案的具体实现内容可知，该现有技术所属的传统辐射型配网潮流正常时由单一电源流向各个负荷，传统三段式保护通过调整动作时间和整定值实现各段保护之间的配合。分布式电源接入后，配电网由单电源变为多电源，由单向潮流变为双向潮流；加之，受量测装置数量约束，pv接入电流对于线路远端保护是未知的；经电力电子设备接入的光伏系统，故障电流受到电力电子器件耐流水平、低电压穿越控制策略(low voltage ride through，lvrt)等多条件非线性约束。都使得配网保护整定值难以计算，传统三段式保护的动作准确性难以保证，失去原有的选择性和可靠性，制约着大规模分布式能源接入。
3.差动保护利用两侧装置电气信息的差值构造保护判据，具有极强的选择性和速动性。结合分布式光伏故障电流特征，国内外学者提出了相应的差动保护计算整定方法。(1)基于正序电流相位变化的保护方案，利用发生区内故障后，两侧保护装置采集的正序电流相角变化进行故障判别；(2)基于短路电流变化的保护方案，通过正反向故障相位变化故障特性进行判别；(3)例如公布号为cn114614452a的现有发明专利申请文献《基于区域配网电气拓扑的电流差动保护广义节点生成方法》包括以下步骤：s1：进行准备：根据区域配电网的电气拓扑建立支路节点数据表，找出支路与节点的关系以及支路上的测点情况，并对广义节点进行定义；s2：进行运算：设计电网电路，通过进行基尔霍夫电流定律运算获取运算结果，并通过运算结果进行判定处理；s3：广义节点生成：在输入数据的支路节点表中查询所述支路的量测标志，并选取一个节点进行广义节点读取；s4：检测对比：广义节点生成后对支路中的所有节点进行检测，计算出广义节点生成率并进行对比；s5：建立模型：由专业人员对所述广义节点生成方法进行模型建立并进行模型训练。前述基于广义节点的配电网集中式差动保护方法，对频率偏移、电流和噪声进行傅里叶变换，精确提取相位信息，并讨
论光强等影响光伏出力的不确定因素，确定相角变化范围，所提出保护方案选择性强。但这些方法并没有针对不可计及pv电源的情况，且仅利用电流幅值和相角信息，具有一定的局限性。
4.综上，现有技术存在因故障特性复杂多变，导致传统过流保护等措施无法快速、准确响应的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于如何解决现有技术中，因故障特性复杂多变，导致传统过流保护等措施无法快速、准确响应的技术问题。
6.本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：基于虚拟测量电流制动配电线路广域差动保护方法包括：
7.s1、获取并根据网络实时结构和量测装置工况数据，对每个支路搜索测点配置，以查找每个节点的关联量测支路，据以划分差动保护的最小差动保护子集，以配电网过流保护判据作为保护启动判据；
8.s2、利用保护装置实时采集预设时间窗内，两侧保护安装处的电压电流信号，小波变换处理电压电流信号，以得到电压电流去噪信号，据以获取末端测量点电流；
9.s3、获取并根据配电网结构计算得到光伏输出量电流，据以计算得到虚拟测量电流，对虚拟测量电流与末端测量点电流的波形相似度进行量化比较，以得到得出波形相似度，根据电流相似度及预置阀值判定触发保护动作，其中，步骤s3包括：
10.s31、估算实时的光伏输出量电流；
11.s32、根据光伏输出量电流，处理得到虚拟测量电流，其中，根据各光伏实时电流，通过下述逻辑处理得到虚拟测量电流：
12.ik＝im+i
pv1
+i
pv2
…
+i
pvn
13.其中，ik为虚拟测量电流，im为线路首端测量电流，i
pvi
(i＝1，2
……
n)为区内线路接入光伏输出电流；
14.s33、基于改进编辑距离算法，获取编辑距离，据以比较虚拟测量电流与末端测量点电流的波形相似度波形相似度；
15.s4、在pscad仿真平台搭建模型进行模拟，得到虚拟补偿电流，根据波形相似度及虚拟补偿电流，获取纵联保护方案判据，据以验证并选取纵联保护方案。
16.本发明应用广义节点的概念，确定差动保护的最小差动子集内不可测量的新能源出力。本发明通过计算光伏实时出力，构建虚拟补偿电流补偿等价关系，决定补偿的程度，从而自适应的调整测量电流，补偿新能源出力实时出力，实现保护装置准确动作，并在此基础上，利用改进编辑距离算法对模型实际电流与虚拟补偿电流进行相似度比较，提高了差动保护操作的准确性。
17.本发明与传统的差动保护相比，能够应用于量测缺乏且存在不可测分布式能源接入保护情况，最后，通过pscad仿真验证故障电流计算的准确性，不受装置延时、过渡电阻和噪声的影响。
18.在更具体的技术方案中，步骤s1包括：
19.s11、根据ied设备上传的支路-节点关联表的开断状态，形成节点-支路库；
20.s12、根据节点-支路库，判断当前的节点是否有制动电流，若是，则保存节点至最小差动保护子集；
21.s13、读取与特定节点相连的第一条关联支路编号，根据关联支路编号，据以将当前的支路测点作为特定节点的最小差动保护子集测点，并存入差动保护测点动作集合；
22.s14、根据差动保护测点动作集合，形成最小差动保护子集。
23.本发明采用基于最小测量差动子集的保护方法，主站通过ied上传的网架结构、开关状态及智能电子设备在线情况等时变信息，对每个支路搜索到测点配置，查找每个节点的关联量测支路，划分最小差动保护子集后，下传给ied，实现区域内的差动保护。
24.本发明结合配网量测点不足的情况，根据网络实时结构和量测装置可用性情况，应用广义节点的概念，确定差动保护的最小差动子集，针对区域内不可测量的新能源出力，提出基于虚拟测量电流制动的配电线路广域差动保护方案，该方案采用改造后虚拟补偿电流构建补偿等价关系，决定补偿的程度，从而自适应的调整测量电流，补偿新能源出力实时出力，实现最小差动子集内保护装置准确动作。
25.在更具体的技术方案中，步骤s14包括：
26.s141、判断特定节点所连支路是否均有量测；
27.s142、若是，则将特定节点对应的广义节点所包含的支路测点，存储至广义节点的差动保护测点集合；
28.s143、若否，则在某一支路没有测点时，读取该支路的另一端节点编号，返回另一端节点编号以持续执行步骤s12。
29.在更具体的技术方案中，步骤s2包括：
30.s21、选择适用小波基函数和分解层数，据以对电压电流信号进行小波分解得到小波高频系数；
31.s22、对小波分解高频系数进行阈值量化，并利用小波重构得到电压电流去噪信号。
32.本发明采用了小波阈值降噪方法，首先，选择合适的小波基函数和分解层数进行小波分解得到小波系数；对小波分解高频系数进行阈值量化；利用小波重构得到去噪后的信号。噪声比例显著降低，利用小波阈值降噪能有效消除噪声对于原始波形的影响，具有抗噪声干扰能力。
33.在更具体的技术方案中，步骤s31包括：
34.s311、利用前端测量点实时采集的首端电压瞬时测量值um与首端电流瞬时测量值im，根据基尔霍夫电流定律计算第一个光伏接入点pcc1到前端测量点的压降，据以得到第一个光伏接入点电压，据以处理得到光伏输出量电流；
35.s312、将光伏输出量电流与首端电流测量值相加，再利用基尔霍夫电流定律计算下一个光伏接入点的压降，据以得到光伏接入点pcc2的并网点电压和光伏输出量电流；
36.s313、对光伏接入点pv1、pv2
……
pvn，循环执行步骤s311及步骤s312，据以依次推得所有光伏接入点的并网点电压与光伏输出量输出电流，其中，根据下式计算光伏输出量电流：
[0037][0038]
式中，表示末端并网点n处电压；表示第(n-1)处并网点电压；
[0039]
表示接入第i个光伏输出电流；表示线路首端电流测量电流；根据并网点电压推导的光伏输出电流；表示并网点电压值。
[0040]
s314、根据改进编辑距离算法，量化比较虚拟测量电流波形和末端测量点电流波形的波形相似度，其中，根据下述逻辑计算波形相似度：
[0041][0042]
式中，edr(m,n)表示改进编辑距离(edit distance on real sequence，edr)；m和n分别表示采集的序列数据；la,lb分别表示采集的数据长度；max(la,lb)表示数据长度的最大值。
[0043]
在更具体的技术方案中，步骤s33还包括：
[0044]
s331、建立编辑距离矩阵；
[0045]
s332、初始化编辑距离矩阵；
[0046]
s333、对预置序列进行插入、删除、替换操作，以得到编辑距离。
[0047]
本发明采用了改进编辑距离算法，对超前波形进行部分增添，对滞后波形进行部分删除，再对剩余部分计算编辑距离，消除了对时误差，具有抗同步误差干扰能力。
[0048]
在更具体的技术方案中，步骤s333中，以下述逻辑表示编辑距离：
[0049][0050]
其中，δd为惩罚系数。
[0051]
在更具体的技术方案中，利用下述逻辑表达惩罚系数δd：
[0052][0053]
式中，d(tr1i，tr2j)为轨迹tr1中第i个值和轨迹中tr2中第j个值的差值，ε为设定的阈值。
[0054]
在更具体的技术方案中，步骤s4中，利用纵联保护方案判据，以下述逻辑判别区内故障及区外故障：
[0055][0056]
式中，d
edt
为虚拟测量电流与保护右侧故障电流的编辑距离相似度；d
set
为编辑距离相似度整定值。
[0057]
本发明利用左侧保护实测电流实时计算右侧虚拟补偿电流，仅依赖保护两端实际
测量电流与系统拓扑信息，所提保护方案不受过渡电阻影响。
[0058]
在更具体的技术方案中，基于虚拟测量电流制动配电线路广域差动保护系统包括：
[0059]
保护子集划分及启动判据获取模块，用以获取并根据网络实时结构和量测装置工况数据，对每个支路搜索测点配置，以查找每个节点的关联量测支路，据以划分差动保护的最小差动保护子集，根据配电网过流保护判据作为保护启动判据；
[0060]
去噪信号获取模块，用以利用保护装置实时采集预设时间窗内，两侧保护安装处的电压电流信号，小波变换处理电压电流信号，以得到电压电流去噪信号，据以获取末端测量点电流；
[0061]
波形相似度比较模块，用以获取并根据配电网结构计算得到光伏输出量电流，据以计算得到虚拟测量电流，对虚拟测量电流与末端测量点电流的波形相似度进行量化比较，以得到得出波形相似度，根据电流相似度及预置阀值判定触发保护动作，波形相似度比较模块与去噪信号获取模块连接，其中，波形相似度比较模块包括：
[0062]
实时电流估算模块，用以估算实时的光伏输出量电流；
[0063]
虚拟电流计算模块，用以根据光伏输出量电流，处理得到虚拟测量电流，其中，根据各光伏实时电流，通过下述逻辑处理得到虚拟测量电流：
[0064]
ik＝im+i
pv1
+i
pv2
…
+i
pvn
[0065]
其中，ik为虚拟测量电流，im为线路首端测量电流，ipvi(i＝1，2
……
n)为区内线路接入光伏输出电流，虚拟电流计算模块与实时电流估算模块连接；
[0066]
编辑距离处理模块，用以基于改进编辑距离算法，获取编辑距离，据以比较虚拟测量电流与末端测量点电流的波形相似度波形相似度，编辑距离处理模块与虚拟电流计算模块连接；
[0067]
保护方案优化选取模块，用以在pscad仿真平台搭建模型进行模拟，得到虚拟补偿电流，根据波形相似度及虚拟补偿电流，获取纵联保护方案判据，据以验证并选取纵联保护方案，保护方案优化选取模块与波形相似度比较模块连接。
[0068]
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明应用广义节点的概念，确定差动保护的最小差动子集内不可测量的新能源出力。本发明通过计算光伏实时出力，构建虚拟补偿电流补偿等价关系，决定补偿的程度，从而自适应的调整测量电流，补偿新能源出力实时出力，实现保护装置准确动作，并在此基础上，利用改进编辑距离算法对模型实际电流与虚拟补偿电流进行相似度比较，提高了差动保护操作的准确性。
[0069]
本发明与传统的差动保护相比，能够应用于量测缺乏且存在不可测分布式能源接入保护情况，最后，通过pscad仿真验证故障电流计算的准确性，不受装置延时、过渡电阻和噪声的影响。
[0070]
本发明采用基于最小测量差动子集的保护方法，主站通过ied上传的网架结构、开关状态及智能电子设备在线情况等时变信息，对每个支路搜索到测点配置，查找每个节点的关联量测支路，划分最小差动保护子集后，下传给ied，实现区域内的差动保护。
[0071]
本发明结合配网量测点不足的情况，根据网络实时结构和量测装置可用性情况，应用广义节点的概念，确定差动保护的最小差动子集，针对区域内不可测量的新能源出力，提出基于虚拟测量电流制动的配电线路广域差动保护方案，该方案采用改造后虚拟补偿电
流构建补偿等价关系，决定补偿的程度，从而自适应的调整测量电流，补偿新能源出力实时出力，实现最小差动子集内保护装置准确动作。
[0072]
本发明采用了小波阈值降噪方法，首先，选择合适的小波基函数和分解层数进行小波分解得到小波系数；对小波分解高频系数进行阈值量化；利用小波重构得到去噪后的信号。噪声比例显著降低，利用小波阈值降噪能有效消除噪声对于原始波形的影响，具有抗噪声干扰能力。
[0073]
本发明采用了改进编辑距离算法，对超前波形进行部分增添，对滞后波形进行部分删除，再对剩余部分计算编辑距离，消除了对时误差，具有抗同步误差干扰能力。
[0074]
本发明利用左侧保护实测电流实时计算右侧虚拟补偿电流，仅依赖保护两端实际测量电流与系统拓扑信息，所提保护方案不受过渡电阻影响。
[0075]
本发明解决了现有技术中存在的因故障特性复杂多变，导致传统过流保护等措施无法快速、准确响应的技术问题。
附图说明
[0076]
图1为本发明实施例1的基于虚拟测量电流制动配电线路广域差动保护方法基本步骤示意图；
[0077]
图2为本发明实施例1的正序等效电路示意图；
[0078]
图3为本发明实施例1中形成智能配网最小差动保护子集具体步骤示意图；
[0079]
图4为本发明实施例1中改进编辑距离算法具体操作步骤示意图；
[0080]
图5为本发明实施例1的基于虚拟测量电流制动配电线路广域差动保护方法保护动作触发示意图；
[0081]
图6为本发明实施例2的ieee33节点模型示意图；
[0082]
图7为本发明实施例2的m、n实际测得故障电流波形图；
[0083]
图8为本发明实施例2的节点31处的虚拟电流和实际电流波形图；
[0084]
图9为本发明实施例2的m、n实际测得故障电流第二波形图；
[0085]
图10为本实施例2的补偿后虚拟电流和实际电流波形图。
具体实施方式
[0086]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0087]
实施例1
[0088]
如图1所示，本发明提供的基于虚拟测量电流制动配电线路广域差动保护方法，包括以下基本步骤：
[0089]
s1、形成智能配网最小差动保护子集。
[0090]
在本实施例中，主站通过ied上传的网架结构、开关状态及智能电子设备在线情况等时变信息，对每个支路搜索到测点配置，查找每个节点的关联量测支路，划分最小差动保护子集后，下传给ied，实现区域内的差动保护。
[0091]
s2、根据过流判据来启动保护。
[0092]
在本实施例中，通过保护装置实时监测测量点电流信息，当流过保护电流大于设置的值时启动保护。当流过保护电流满足式if》i
iiset.1
时启动保护。
[0093]
s3、采集线路两侧电压电流数据。
[0094]
在本实施例中，通过保护装置实时采集一定时间窗内两侧保护安装处的电压电流信号。
[0095]
s4、对采集数据进行预处理。
[0096]
在本实施例中，利用小波变换对两侧保护安装处的含噪电流信号进行预处理，选择合适的小波基函数和分解层数，对含噪声的信号进行小波分解，得到小波系数，对小波分解高频系数进行阈值量化，利用小波重构得到去噪后的信号。
[0097]
s5、光伏实时电流估算。
[0098]
如图2所示，在本实施例中，实际配网中，光伏通常以t接形式接入配网线路母线中。假设线路两端测点mn之间存在n个不可计及光伏，含pv接入配网的正序等效电路图。
[0099]
在本实施例中，将前端测量点所实时采集的首端电压瞬时测量值um与首端电流瞬时测量值im，通过基尔霍夫电流定律计算第一个光伏接入点pcc1到测量点的压降，得到第一个光伏接入点的电压，根据光伏输出特性，其输出电流值是并网点电压函数，得到光伏输出电流，将光伏输出电流与首端电流测量值相加，再利用基尔霍夫电流定律计算下一个接入点的压降，得到光伏接入点pcc2的电压和输出电流，依次推导出pv1、pv2……
pvn的并网点电压与输出电流，因此，根据下式计算各个光伏实时电流。
[0100][0101]
s6、虚拟测量电流计算。
[0102]
在本实施例中，根据估算得到的各个光伏实时电流通过下式计算得出虚拟测量电流。
[0103]
ik＝im+i
pv1
+i
pv2
…
+i
pvn
[0104]
其中，ik为虚拟测量电流，im为线路首端测量电流，i
pvi
(i＝1，2
……
n)为区内线路接入光伏输出电流。
[0105]
s7、基于改进编辑距离算法进行比较。
[0106]
在本实施例中，根据计算得出的虚拟测量电流波形，通过改进编辑距离算法对虚拟测量电流波形和末端测量点电流波形相似度进行量化比较，根据下式计算两波形间的相似度。
[0107][0108]
s8、基于虚拟补偿电流的纵联保护方案判据。
[0109]
在本实施例中，通过改进编辑距离算法得出的相似度，根据下式进行判别是区内还是区外故障。
[0110][0111]
式中，d
edt
为虚拟测量电流与保护右侧故障电流的编辑距离相似度；d
set
为编辑距离相似度整定值，按区内故障时可能出现的最大相似度d
max
整定，d
set
＝k
rel
×dmax
，可靠系数k
rel
一般取2～3。
[0112]
如图3所示，在本实施例中，前述步骤s1中，形成智能配网最小差动保护子集具体操作步骤包括：
[0113]
s11、形成节点-支路库。
[0114]
在本实施例中，根据ied上传的支路-节点关联表的开断状态，形成节点-支路库，存储节点连接的闭合支路编号。
[0115]
s12、在当前节点有制动电流时，将该节点保存至最小差动保护子集。
[0116]
在本实施例中，根据节点-支路库，判断该节点是否有制动电流，有则把该节点保存至最小差动保护子集。
[0117]
s13、形成差动保护测点动作集合。
[0118]
在本实施例中，读取与节点a相连的第一条关联支路编号，根据支路编号，查询该支路的量测标志，如果该条支路配置量测，将支路测点作为节点a的最小差动保护子集测点，存入该差动保护测点动作集合，继续寻找其他支路。
[0119]
s14、形成最小差动保护子集。
[0120]
在本实施例中，如果节点a所连支路均有量测，表明节点a对应的广义节点所包含的支路测点已经确定，存储至广义节点差动保护测点集合。否则，若某一条支路没有测点，则读取该条支路的另外一端的节点编号b，返回步骤s1.2继续执行。
[0121]
如图4所示，前述步骤s7中，改进编辑距离算法具体操作步骤包括：
[0122]
s71、建立编辑距离矩阵。
[0123]
假设两个字符串tr1和tr2的长度分别为m和n。建立a和b的规模为(m+1)
×
(n+1)的编辑距离矩阵d，定义矩阵中的元素d(i,j)。
[0124]
s72、对编辑距离矩阵进行初始化。
[0125]
为方便后续矩阵不同值的计算，矩阵d的首行首列表示为一个空字符串与非空字符串之间相互转换的编辑距离，即为空字符串的长度。
[0126]
s73、对序列进行插入、删除、替换操作。
[0127]
对序列进行三种操作，分别为插入、删除、替换操作，以完成tr1到tr2的转换。具体操作解释如下：
[0128]
(1)插入：把tr2的第j个字符插入到tr1的第i-1个字符之后，即在d(i-1,j)的基础上加1，此时，d(i,j)的值为d(i-1,j)+1。
[0129]
(2)删除：把tr1的第i个字符删除。即在d(i,j-1)的基础上加1，此时，d(i,j)的值为d(i,j-1)+1。
[0130]
(3)替换：把tr1的第i个字符替换为tr2的第j个字符。即在d(i,j-1)的基础上加1，此时，d(i,j)的值为d(i-1,j-1)+1。需要注意的是，如果两元素tr1i与tr2j之差小于阈值ε，则任务两元素相似不进行操作。
[0131]
最后得到编辑距离的表达式如下所示：
[0132][0133]
其中，惩罚系数δd的表达式如下所示：
[0134][0135]
式中，d(tr1i，tr2j)为轨迹tr1中第i个值和轨迹中tr2中第j个值的差值，ε为设定的阈值。
[0136]
如图5所示，本发明提供的基于虚拟测量电流制动配电线路广域差动保护方法，还包括以下步骤：
[0137]
s1’、形成智能配网最小差动保护子集；
[0138]
s2’、以if》i
iiset.1
作为启动动保护判据；
[0139]
s3’、采集线路两侧电压电流数据；
[0140]
s4’、计算虚拟测量电流；
[0141]
s5’、比较虚拟测量电流与实际电流相似度；
[0142]
s6’、判定虚拟测量电流与保护右侧故障电流的编辑距离相似度d
edt
大于编辑距离相似度整定值d
set
；
[0143]
s7’、触发保护动作；
[0144]
s8’、判定虚拟测量电流与保护右侧故障电流的编辑距离相似度d
edt
小于编辑距离相似度整定值d
set
；
[0145]
s9’、维持保护不动作。
[0146]
实施例2
[0147]
如图6所示，在本实施例中，利用pscad搭建ieee33节点模型：
[0148]
为验证虚拟测量电流制动的配电线路广域差动保护方案，利用pscad搭建如图6所示的ieee33节点模型，主站根据可用量测划分最小差动保护子集，并在图中标注，以区域9的最小差动保护子集为例。在本节算例中，光伏电源采用具有低电压穿越特性的pq控制策略，额定容量分别为15mva、10mva，输出最大故障电流为1.2倍in，以节点28到节点31之间作为保护区段，记节点28为m，31为n，其中pv1接于节点29，pv2接于节点32。设置区内故障f1，下游线路区外故障f2、上游线路区外故障f3来验证所提保护方案的有效性。仿真设置采样频率为4khz，设置编辑距离相似度阈值为0.01，时间窗为500ms。
[0149]
如图7所示，在本实施例中，当区外f2位置处发生a相接地故障，根据保护方案流程图进行判别，如图2所示。步骤s1启动保护。步骤s2采集m、n实际所测得故障电流。
[0150]
如图8所示，在本实施例中，利用虚拟测量电流进行补偿后，求得节点31处的虚拟电流和实际电流。
[0151]
由于区外故障并未破坏区内线路的电流闭环，所以对故障电流进行补偿后，虚拟电流与保护右侧电流波形相似度较高，计算两电流编辑距离小于阈值，判别为区外故障。
[0152]
如图9所示，在本实施例中，当发生区内故障f1，根据保护方案流程图进行判别，如图2所示。步骤1启动保护。步骤2采集m、n实际所测得故障电流。
[0153]
如图10所示，在本实施例中，利用虚拟测量电流进行补偿后，求得的虚拟电流和实际电流。
[0154]
对于区内故障，两侧实际电流差异较大，所以虚拟补偿电流与右端电流的相似度也较低，计算两电流之间的编辑距离为99/120，大于阈值，判别为区内故障。
[0155]
经验证表明，该方法利用有限量测信息实现了在配电网多个不可计及光伏接入的复杂情况下的差动保护。实际上，区内故障破坏了两侧电流与光伏不平衡电流之间的基尔霍夫电流定律，所以光伏不平衡电流增强了虚拟补偿电流与右端实际电流的差异性，验证了本文所提出保护方案的有效性。该方案具有较高的精确度，针对不可计及光伏的输出电流，能实时动态感知光伏输出量的变换。抗噪声干扰与抗同步误差干扰能力强，利用小波降噪技术，可耐受20db噪声，利用改进编辑距离对数据的删减操作，可耐受20％的数据延时误差。不受过渡电阻和故障类型影响，具有一定的发展前景。
[0156]
综上，本发明应用广义节点的概念，确定差动保护的最小差动子集内不可测量的新能源出力。本发明通过计算光伏实时出力，构建虚拟补偿电流补偿等价关系，决定补偿的程度，从而自适应的调整测量电流，补偿新能源出力实时出力，实现保护装置准确动作，并在此基础上，利用改进编辑距离算法对模型实际电流与虚拟补偿电流进行相似度比较，提高了差动保护操作的准确性。
[0157]
本发明与传统的差动保护相比，能够应用于量测缺乏且存在不可测分布式能源接入保护情况，最后，通过pscad仿真验证故障电流计算的准确性，不受装置延时、过渡电阻和噪声的影响。
[0158]
本发明采用基于最小测量差动子集的保护方法，主站通过ied上传的网架结构、开关状态及智能电子设备在线情况等时变信息，对每个支路搜索到测点配置，查找每个节点的关联量测支路，划分最小差动保护子集后，下传给ied，实现区域内的差动保护。
[0159]
本发明结合配网量测点不足的情况，根据网络实时结构和量测装置可用性情况，应用广义节点的概念，确定差动保护的最小差动子集，针对区域内不可测量的新能源出力，提出基于虚拟测量电流制动的配电线路广域差动保护方案，该方案采用改造后虚拟补偿电流构建补偿等价关系，决定补偿的程度，从而自适应的调整测量电流，补偿新能源出力实时出力，实现最小差动子集内保护装置准确动作。
[0160]
本发明采用了小波阈值降噪方法，首先，选择合适的小波基函数和分解层数进行小波分解得到小波系数；对小波分解高频系数进行阈值量化；利用小波重构得到去噪后的信号。噪声比例显著降低，利用小波阈值降噪能有效消除噪声对于原始波形的影响，具有抗噪声干扰能力。
[0161]
本发明采用了改进编辑距离算法，对超前波形进行部分增添，对滞后波形进行部分删除，再对剩余部分计算编辑距离，消除了对时误差，具有抗同步误差干扰能力。
[0162]
本发明利用左侧保护实测电流实时计算右侧虚拟补偿电流，仅依赖保护两端实际测量电流与系统拓扑信息，所提保护方案不受过渡电阻影响。
[0163]
本发明解决了现有技术中存在的因故障特性复杂多变，导致传统过流保护等措施无法快速、准确响应的技术问题。
[0164]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.基于虚拟测量电流制动配电线路广域差动保护方法，其特征在于，所述方法包括：s1、获取并根据网络实时结构和量测装置工况数据，对每个支路搜索测点配置，以查找每个节点的关联量测支路，据以划分差动保护的最小差动保护子集，根据配电网过流保护判据作为保护启动判据；s2、利用保护装置实时采集预设时间窗内，两侧保护安装处的电压电流信号，小波变换处理所述电压电流信号，以得到电压电流去噪信号，据以获取末端测量点电流；s3、获取并根据配电网结构计算得到光伏输出量电流，据以计算得到虚拟测量电流，对所述虚拟测量电流与所述末端测量点电流的波形相似度进行量化比较，以得到得出波形相似度，根据所述电流相似度及预置阀值判定触发保护动作，其中，所述步骤s3包括：s31、估算实时的所述光伏输出量电流；s32、根据所述光伏输出量电流，处理得到所述虚拟测量电流，其中，根据各所述光伏实时电流，通过下述逻辑处理得到所述虚拟测量电流：i
k
＝i
m
+i
pv1
+i
pv2
…
+i
pvn
其中，ik为虚拟测量电流，im为线路首端测量电流，ipvi(i＝1，2
……
n)为区内线路接入光伏输出电流；s33、基于改进编辑距离算法，获取编辑距离，据以比较所述虚拟测量电流与所述末端测量点电流的波形相似度所述波形相似度；s4、在pscad仿真平台搭建模型进行模拟，得到虚拟补偿电流，根据所述波形相似度及所述虚拟补偿电流，获取纵联保护方案判据，据以验证并选取纵联保护方案。2.根据所述权利要求1所述的基于虚拟测量电流制动配电线路广域差动保护方法，其特征在于，所述步骤s1包括：s11、根据ied设备上传的支路-节点关联表的开断状态，形成节点-支路库；s12、根据所述节点-支路库，判断当前的所述节点是否有制动电流，若是，则保存所述节点至所述最小差动保护子集；s13、读取与特定节点相连的第一条关联支路编号，根据所述关联支路编号，据以将当前的支路测点作为所述特定节点的最小差动保护子集测点，并存入差动保护测点动作集合；s14、根据所述差动保护测点动作集合，形成所述最小差动保护子集。3.根据所述权利要求2所述的基于虚拟测量电流制动配电线路广域差动保护方法，其特征在于，所述步骤s14包括：s141、判断所述特定节点所连支路是否均有量测；s142、若是，则将所述特定节点对应的广义节点所包含的支路测点，存储至所述广义节点的所述差动保护测点集合；s143、若否，则在某一支路没有测点时，读取该所述支路的另一端节点编号，返回所述另一端节点编号以持续执行所述步骤s12。4.根据所述权利要求1所述的基于虚拟测量电流制动配电线路广域差动保护方法，其特征在于，所述步骤s2包括：s21、选择适用小波基函数和分解层数，据以对所述电压电流信号进行小波分解得到小波高频系数；
s22、对所述小波分解高频系数进行阈值量化，并利用小波重构得到所述电压电流去噪信号。5.根据所述权利要求1所述的基于虚拟测量电流制动配电线路广域差动保护方法，其特征在于，所述步骤s31包括：s311、利用前端测量点实时采集的首端电压瞬时测量值um与首端电流瞬时测量值im，根据基尔霍夫电流定律计算第一个光伏接入点pcc1到所述前端测量点的压降，据以得到第一个光伏接入点电压，据以处理得到所述光伏输出量电流；s312、将所述光伏输出量电流与首端电流测量值相加，再利用所述基尔霍夫电流定律计算下一个所述光伏接入点的压降，据以得到光伏接入点pcc2的并网点电压和所述光伏输出量电流；s313、对所述光伏接入点pv1、pv2
……
pvn，循环执行所述步骤s311及所述步骤s312，据以依次推得所有所述光伏接入点的所述并网点电压与所述光伏输出量输出电流，其中，根据下式计算所述光伏输出量电流：s314、根据改进编辑距离算法，量化比较所述虚拟测量电流波形和所述末端测量点电流波形的所述波形相似度，其中，根据下述逻辑计算所述波形相似度：6.根据所述权利要求1所述的基于虚拟测量电流制动配电线路广域差动保护方法，其特征在于，所述步骤s33还包括：s331、建立编辑距离矩阵；s332、初始化所述编辑距离矩阵；s333、对预置序列进行插入、删除、替换操作，以得到所述编辑距离。7.根据所述权利要求6所述的基于虚拟测量电流制动配电线路广域差动保护方法，其特征在于，所述步骤s333中，以下述逻辑表示所述编辑距离：其中，δd为惩罚系数。8.根据所述权利要求7所述的基于虚拟测量电流制动配电线路广域差动保护方法，其特征在于，利用下述逻辑表达所述惩罚系数δd：式中，d(tr1i，tr2j)为轨迹tr1中第i个值和轨迹中tr2中第j个值的差值，ε为设定的阈
值。9.根据所述权利要求1所述的基于虚拟测量电流制动配电线路广域差动保护方法，其特征在于，所述步骤s4中，利用纵联保护方案判据，以下述逻辑判别区内故障及区外故障：式中，d
edt
为虚拟测量电流与保护右侧故障电流的编辑距离相似度；d
set
为编辑距离相似度整定值。10.基于虚拟测量电流制动配电线路广域差动保护系统，其特征在于，所述系统包括：保护子集划分及启动判据获取模块，用以获取并根据网络实时结构和量测装置工况数据，对每个支路搜索测点配置，以查找每个节点的关联量测支路，据以划分差动保护的最小差动保护子集，根据配电网过流保护判据作为保护启动判据；去噪信号获取模块，用以利用保护装置实时采集预设时间窗内，两侧保护安装处的电压电流信号，小波变换处理所述电压电流信号，以得到电压电流去噪信号，据以获取末端测量点电流；波形相似度比较模块，用以获取并根据配电网结构计算得到光伏输出量电流，据以计算得到虚拟测量电流，对所述虚拟测量电流与所述末端测量点电流的波形相似度进行量化比较，以得到得出波形相似度，根据所述电流相似度及预置阀值判定触发保护动作，所述波形相似度比较模块与所述去噪信号获取模块连接，其中，所述波形相似度比较模块包括：实时电流估算模块，用以估算实时的所述光伏输出量电流；虚拟电流计算模块，用以根据所述光伏输出量电流，处理得到所述虚拟测量电流，其中，根据各所述光伏实时电流，通过下述逻辑处理得到所述虚拟测量电流：i
k
＝i
m
+i
pv1
+i
pv2
…
+i
pvn
其中，ik为虚拟测量电流，im为线路首端测量电流，ipvi(i＝1，2
……
n)为区内线路接入光伏输出电流，所述虚拟电流计算模块与所述实时电流估算模块连接；编辑距离处理模块，用以基于改进编辑距离算法，获取编辑距离，据以比较所述虚拟测量电流与所述末端测量点电流的波形相似度所述波形相似度，所述编辑距离处理模块与所述虚拟电流计算模块连接；保护方案优化选取模块，用以在pscad仿真平台搭建模型进行模拟，得到虚拟补偿电流，根据所述波形相似度及所述虚拟补偿电流，获取纵联保护方案判据，据以验证并选取纵联保护方案，所述保护方案优化选取模块与所述波形相似度比较模块连接。

技术总结
本发明提供基于虚拟测量电流制动配电线路广域差动保护方法及系统，包括：形成智能配网最小差动保护子集；根据过流判据来启动保护；采集线路两侧电压电流数据；对采集数据进行预处理；光伏实时电流估算；虚拟测量电流计算；基于改进编辑距离算法进行比较。本发明解决了因故障特性复杂多变，导致传统过流保护等措施无法快速、准确响应的技术问题。准确响应的技术问题。准确响应的技术问题。


技术研发人员：汪伟 李端超 王吉文 戴长春 张骏 邵庆祝 于洋 程小平 王璨 王栋 桂华 李雪
受保护的技术使用者：北京四方继保工程技术有限公司
技术研发日：2023.05.05
技术公布日：2023/10/7