CN115453265B - 基于故障初期电流波形特征的岛屿微电网故障暂态保护方法 - Google Patents
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Abstract
基于故障初期电流波形特征的岛屿微电网故障暂态保护方法，该方法先采样岛屿微电网***中被保护线路两侧电流，然后计算两侧当前时刻电流与前一个工频周期对应时刻电流的差值及其一阶变化梯度和，判断微电网***是否发生故障，若判定故障，接下来获取故障初期的电流数据，并依次计算故障初期电流的膨胀腐蚀差分值、偏度系数、能量值，判断两侧故障初期电流膨胀腐蚀差分值的偏度系数的乘积是否大于零，若是，则判定为该线路为两侧均连接有微源的故障线路且j相为故障相，否则再判断两侧故障初期的电流能量值之差是否远大于能量阈值，若是，则判定该线路为仅一侧连接有微源的故障线路且j相为故障相，否则判定线路为故障线路的非故障相或非故障线路。
Description
技术领域
本发明涉及电力***技术领域，尤其指一种基于故障初期电流波形特征的岛屿微电网故障暂态保护方法。
背景技术
作为解决离陆海岛可靠供电难题的有效方式和途径，岛屿微电网具有新能源消纳与独立运行能力，距离陆地供电中心远，仅依靠微电网内部的柴发、风电、光伏等分布式微源对负荷进行供电。特殊地理位置决定岛屿微电网随时可能面临雷电风暴、低温等恶劣环境挑战，导致***短路故障频发。然而，由于岛屿微电网缺乏大电网支撑，具有***惯性弱、阻尼小、电力电子变换器过流能力差等特点，岛屿微电网短路故障承受能力差，容易出现重要设备烧毁，甚至***失稳问题，因此亟需研究快速可靠的岛屿微电网短路故障保护技术。
岛屿微电网发生短路故障后，风电、光伏等逆变器型微源会启动相应的故障穿越控制策略，将逆变器输出电流限制在1.5～2倍额定电流以内，考虑逆变器控制策略切换影响，逆变器型微源故障暂态响应过程包含丰富的故障信息，且通常出现在故障后5ms以内，利用逆变器型微源引入的故障暂态信息可以实现故障快速检测。目前已有的微电网保护方法大多基于电流幅值、相位、功率方向等故障稳态信息，通常需要至少一个工频周期才能完成故障检测与判别，并且故障穿越控制策略对逆变器输出电流幅值和相位的控制会导致微电网***区内外故障稳态特征差异变小，很难满足微电网***的保护选择性与快速性需求。因此，本发明利用故障初期电流暂态特征构造保护判据，提出基于故障初期电流波形特征的岛屿微电网故障暂态保护方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能快速判别故障线路和故障相的基于故障初期电流波形特征的岛屿微电网故障暂态保护方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方法：一种基于故障初期电流波形特征的岛屿微电网故障暂态保护方法，包括以下步骤：
步骤S1，岛屿微电网***中被保护线路两侧分别被定义为e侧和f侧，e侧和f侧的保护装置分别实时采集其一侧的电流信号，并存储一个工频周期内的电流数据，生成电流采样值序列iej(k)和ifj(k)，j表示a、b、c相，k表示第k个采样值；
步骤S2，计算被保护线路e侧当前时刻j相电流与前一个工频周期对应时刻j相电流的差值Δiej(k)以及f侧当前时刻j相电流与前一个工频周期对应时刻j相电流的差值Δifj(k)；
步骤S3，采用如下公式(1)计算步骤S2中得到的电流差值Δiej(k)的一阶变化梯度和Kej(k)以及电流差值Δifj(k)的一阶变化梯度和Kfj(k)，判断一阶变化梯度和Kej(k)、Kfj(k)是否均大于阈值Kset时，若不是，则转至步骤S1；若是，则岛屿微电网***中被保护线路e侧和f侧的保护装置标记当前时刻为故障时刻，并采集故障后x个工频周期内被保护线路e侧和f侧的电流数据；
式中，Q表示采样点数；
步骤S4，先利用数学形态学膨胀与腐蚀运算以及公式(3)计算故障后x个工频周期内被保护线路e侧电流的膨胀运算差分值Δfdile_j(n)和腐蚀运算差分值Δferoe_j(n)以及f侧电流的膨胀运算差分值Δfdilf_j(n)和腐蚀运算差分值Δferof_j(n)，所述数学形态学膨胀与腐蚀运算的定义式如下式(2)，再根据公式(4)获取故障后x个工频周期内被保护线路e侧电流的膨胀腐蚀运算差分值fgrade_j(n)以及f侧电流的膨胀腐蚀运算差分值fgradf_j(n)，最后根据公式(5)计算膨胀腐蚀运算差分值fgrade_j(n)的偏度系数Sfgrade_j以及膨胀腐蚀运算差分值fgradf_j(n)的偏度系数Sfgradf_j；
式中，f(n)表示输入信号，0≤n<N，N为输入信号长度，g(m)表示结构元素，0≤m<M，M为结构元素长度，N大于M，符号表示数学形态学膨胀运算，/>表示数学形态学腐蚀运算；
Δfdil(n)＝fdil(n)-fdil(n-1)；Δfero(n)＝fero(n)-fero(n-1) (3)
式中，μ为膨胀腐蚀运算差分值fgrad(n)的平均值，σ为膨胀腐蚀运算差分值fgrad(n)的标准差，/>
步骤S5，根据如下公式(6)计算故障后x个工频周期内被保护线路e侧和f侧电流的能量值；
式中，Eej和Efj分别表示故障后x个工频周期内被保护线路e侧j相电流的能量值和被保护线路f侧j相电流的能量值；
步骤S6，启用保护判据#1，判断故障后5ms内被保护线路e侧电流的膨胀腐蚀运算差分值fgrade_j(n)的偏度系数Sfgrade_j以及f侧电流的膨胀腐蚀运算差分值fgradf_j(n)的偏度系数Sfgradf_j的乘积是否大于零，若大于零，则判定该被保护线路为两侧均连接有逆变器型微源的故障线路且j相为故障相；若小于零，则启用保护判据#2，判断故障后5ms内被保护线路e侧电流的能量值和f侧电流的能量值之差|Eej-Efj|是否远大于能量阈值Eset，若是，则判定该被保护线路为一侧连接有逆变器型微源的故障线路且j相为故障相；若不是，则判定该被保护线路为非故障线路或为故障线路的非故障相。
步骤S7，岛屿微电网***中被保护线路e侧和f侧的保护装置根据步骤S6的判定结果，启动保护措施，具体为：若步骤S6中满足保护判据#1，判定该被保护线路为两侧均连接有逆变器型微源的故障线路且j相为故障相，则该保护线路e侧和f侧的保护装置会分别向其一侧的j相断路器发送跳闸信号，实现分相跳闸；若步骤S6中不满足保护判据#1，但满足保护判据#2，判定该被保护线路为一侧连接有逆变器型微源的故障线路且j相为故障相，则该保护线路e侧和f侧的保护装置会分别向其一侧的j相断路器发送跳闸信号，实现分相跳闸；若步骤S6中保护判据#1和#2均不满足，判定被保护线路为非故障线路或故障线路的非故障相，则该被保护线路的保护装置不会向其j相断路器发送跳闸信号。
进一步地，在步骤S1中，岛屿微电网***中被保护线路e侧和f侧的保护装置的采样频率为10kHz，即一个工频周期20ms内采集200个采样点。
进一步地，所述x个工频周期为四分之一个工频周期，即为5ms。
更进一步地，在步骤S3中，采用公式(1)计算电流差值Δiej(k)的一阶变化梯度和Kej(k)以及电流差值Δifj(k)的一阶变化梯度和Kfj(k)时，采样点数Q为10。
再进一步地，步骤S3中所述阈值Kset为0.01。
优选地，步骤S6中所述能量阈值Eset为故障后5ms内被保护线路两侧电流能量最小值的10倍。
本发明根据岛屿微电网***发生短路故障后，各逆变器型微源输出故障初期发生相位跳变的故障电流，流经各馈线馈入故障点，故障线路与非故障线路两侧故障初期电流的相位跳变方向存在差异的特点，提出一种基于故障初期电流波形特征的岛屿微电网故障暂态保护方法。该方法通过数学形态学膨胀腐蚀运算差分值的偏度系数表征故障初期电流相位跳变方向，同时通过故障初期电流能量值表征故障初期电流幅值情况，确保岛屿微电网发生短路故障时，被保护线路两侧保护装置能够实现故障线路以及故障相判别。该方法只需要交换被保护线路两侧故障初期电流膨胀腐蚀运算差分值的偏度系数与故障初期电流能量值，通信数据量小，对通信带宽与速度要求较低。并且，由于微电网***发生故障后，逆变器型微源会在故障后5ms内启动电流限幅控制策略进行电流抑制，即其输出电流会在故障后5ms内出现相位跳变现象，因此本发明在故障发生后能快速完成故障线路及故障相的判别，进而故障线路两侧的保护装置能快速切断故障线路故障相的断路器，以实现故障暂态保护。
附图说明
图1是典型的岛屿微电网***结构图；
图2是岛屿微电网中故障初期线路两侧电流波形；(a)两侧均连接有逆变器型微源时故障线路两侧的故障相电流波形；(b)仅一侧连接有逆变器型微源时故障线路两侧的故障相电流波形；(c)非故障线路两侧电流波形；
图3是岛屿微电网中故障初期电流的膨胀腐蚀运算差分值；(a)两侧均连接有逆变器型微源时故障线路两侧故障相电流波形的膨胀腐蚀运算差分值；(b)仅一侧连接有逆变器型微源时故障线路两侧故障相电流波形的膨胀腐蚀运算差分值；(c)非故障线路两侧电流波形的膨胀腐蚀运算差分值；
图4是基于故障初期电流波形特征的岛屿微电网故障暂态保护方法流程图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
如图1所示，典型的岛屿微电网***结构主要包括光伏发电单元、风力发电单元、储能***、电力负荷、电流测量单元与断路器等组件，光伏逆变器采用PQ控制策略，储能逆变器采用恒频恒压控制策略(Vf控制)，这些逆变器型微源均通过接口变压器接入10kV网络，接口变压器低压侧为Y型绕组连接方式，便于为单相负荷供电，高压侧为Δ型绕组连接方式。
对于采用PQ控制策略的光伏逆变器，正常运行时处于单位功率因数工作状态，光伏逆变器输出电压、电流的相位差为0°。微电网中某条馈线发生短路故障后，***母线电压发生跌落，当任意一相电流瞬时值大于光伏逆变器最大允许值(一般为1.2p.u.～2p.u.)时，光伏逆变器会启动电流限幅控制策略，将电流控制环无功电流、有功电流参考值调整为式(7)-(8)所示的参考值，光伏逆变器输出电压、电流的相位差属于(0°,90°]之间。考虑到光伏逆变器输出电流跟随参考电流变化的响应速度很快，可近似认为是输出电流波形在电流限幅控制启动时刻经历了一次相位跳变。
式中，i* Ld和i* Lq为限流控制策略调整的有功、无功电流参考值，Imax为最大允许值，Vof为故障后光伏逆变器输出正序电压幅值，Vn为额定电压值。
对于采用Vf控制策略的储能逆变器，正常运行时处于额定运行状态，储能逆变器输出电压可零误差跟踪电压参考值，可以等效为内阻抗为零的恒压源。由于10kV微电网线路阻感比较大，储能逆变器输出电压、电流的相位差可近似认为等于0°。微电网中某条馈线发生短路故障后，***母线电压发生跌落，当任意一相电流瞬时值大于储能逆变器最大允许值(一般为1.2p.u.～2p.u.)时，储能逆变器会启动电流限幅控制策略，将逆变器从Vf控制模式切换为电流控制模式，电流控制环的无功电流、有功电流参考值同样如式(7)-(8)所示，储能逆变器输出电压电流的相位差属于(0°,90°]之间。同样地，考虑到储能逆变器输出电流跟随参考电流变化的响应速度很快，可近似认为是输出电流波形在电流限幅控制启动时刻经历了一次相位跳变。
岛屿微电网***发生短路故障后，各逆变器型微源输出故障初期发生相位跳变的故障电流，流经各馈线馈入故障点。对于线路两侧均连接有逆变器型微源的故障线路，线路两侧故障相电流方向相同，即相位跳变方向相同；对于仅线路一侧连接有逆变器型微源的故障线路，线路两侧故障相电流相位跳变方向相反，且连接有逆变器型微源一侧的电流远大于另一侧电流；故障线路两侧非故障相电流与非故障线路两侧电流的相位跳变方向均相反，且线路两侧电流幅值相等。岛屿微电网中线路两侧均连接有逆变器型微源的故障线路两侧故障相电流波形、仅线路一侧连接有逆变器型微源的故障线路两侧故障相电流波形、非故障线路两侧电流波形分别如图2(a)-(c)所示。
本发明利用上述故障初期故障线路与非故障线路电流波形的相位跳变特征差异，提出基于故障初期电流波形特征的岛屿微电网暂态保护方法，过程如图4所示，具体步骤如下：
步骤S1，岛屿微电网***中被保护线路两侧分别被定义为e侧和f侧，e侧和f侧的保护装置(因为微电网***拓扑结构和潮流方向双向等特性，现有微电网***中线路两侧都有保护装置)分别通过电流测量单元实时采集其一侧的电流信号，并存储一个工频周期内的电流数据，生成电流采样值序列iej(k)和ifj(k)，j表示a、b、c相，k表示第k个采样值，采样频率为10kHz，即一个工频周期20ms内采集200个采样点。
步骤S2，计算被保护线路e侧当前时刻j相电流与前一个工频周期对应时刻j相电流的差值Δiej(k)以及f侧当前时刻j相电流与前一个工频周期对应时刻j相电流的差值Δifj(k)。
步骤S3，采用如下公式(1)计算步骤S2中得到的电流差值Δiej(k)的一阶变化梯度和Kej(k)以及电流差值Δifj(k)的一阶变化梯度和Kfj(k)，判断一阶变化梯度和Kej(k)、Kfj(k)是否均大于阈值Kset时，若不是，则转至步骤S1；若是，则岛屿微电网***中被保护线路e侧和f侧的保护装置标记当前时刻为故障时刻，并采集故障后5ms内被保护线路e侧和f侧的电流数据。正常运行状态下电流差值Δiej(k)、Δifj(k)均为零，其一阶变化梯度和Kej(k)、Kfj(k)也等于零，微电网***故障瞬间，Δiej(k)和Δifj(k)发生突增，Kej(k)、Kfj(k)大于零，因此前述阈值Kset设置为0.01，避免测量误差的影响。
式中，Q表示采样点数，设置为10。
步骤S4，先利用数学形态学膨胀与腐蚀运算以及公式(3)计算故障后5ms内被保护线路e侧电流的膨胀运算差分值Δfdile_j(n)和腐蚀运算差分值Δferoe_j(n)以及f侧电流的膨胀运算差分值Δfdilf_j(n)和腐蚀运算差分值Δferof_j(n)，数学形态学膨胀与腐蚀运算的定义式如下式(2)，再根据公式(4)获取故障后5ms内被保护线路e侧电流的膨胀腐蚀运算差分值fgrade_j(n)以及f侧电流的膨胀腐蚀运算差分值fgradf_j(n)，最后根据公式(5)计算膨胀腐蚀运算差分值fgrade_j(n)的偏度系数Sfgrade_j以及膨胀腐蚀运算差分值fgradf_j(n)的偏度系数Sfgradf_j。
式中，f(n)表示输入信号，0≤n<N，N为输入信号长度，这里为50个采样点，g(m)表示结构元素，0≤m<M，M为结构元素长度，N大于M，符号表示数学形态学膨胀运算，Θ表示数学形态学腐蚀运算。
Δfdil(n)＝fdil(n)-fdil(n-1)；Δfero(n)＝fero(n)-fero(n-1) (3)
式中，μ为膨胀腐蚀运算差分值fgrad(n)的平均值，σ为膨胀腐蚀运算差分值fgrad(n)的标准差，/>
由于膨胀、腐蚀运算分别是对输入信号边界向外部扩张和向内部收缩的过程，输入信号的膨胀腐蚀差分运算可以用于边沿检测，其定义如式(4)所示，当Δfdil(n)和Δfero(n)均大于零时，输入信号的膨胀腐蚀运算差分值fgrad(n)等于Δfdil(n)和Δfero(n)中的大值减去小值，fgrad(n)为正数，认为输入信号处于上升沿；当Δfdil(n)和Δfero(n)均小于或等于零时，输入信号的膨胀腐蚀运算差分值fgrad(n)等于Δfdil(n)和Δfero(n)中的小值减去大值，fgrad(n)为负数，认为输入信号处于下降沿。图2(a)-(c)所示故障线路与非故障线路上故障初期电流通过式(2)、(3)、(4)可得其对应的膨胀腐蚀运算差分值，如图3(a)-(c)所示，由此可以看出，对于线路两侧均连接有逆变器型微源的故障线路，线路两侧故障相电流相位跳变方向相同，线路两侧故障相电流波形的膨胀腐蚀运算差分值分布均偏向于负半轴；而对于仅线路一侧连接有逆变器型微源的故障线路，线路两侧故障相电流相位跳变方向相反，线路两侧故障相电流波形的膨胀腐蚀运算差分值分布情况相反，一侧偏向于正半轴，另一侧则偏向于负半轴；对于非故障线路，不管是两侧均连接有微源或仅一侧连接有微源，线路两侧电流相位跳变方向相反，线路一侧电流波形的膨胀腐蚀运算差分值分布偏向于正半轴，另一侧则偏向于负半轴。据此，我们可知可以利用电流的膨胀腐蚀运算差分值分布情况判别出线路两侧连接有微源的故障线路及故障相，由于计算偏度系数可将膨胀腐蚀运算差分值(一组数据)的正负半轴分布情况转变为一个数值，数值分布偏向正半轴，偏度系数大于零，数值分布偏向负半轴，偏度系数小于零，这样可以减小线路两侧的通信数据量，降低通信带宽要求，因此在步骤S4中，计算完线路电流的膨胀腐蚀运算差分值之后，我们进一步计算了膨胀腐蚀运算差分值的偏度系数，这也成为了后续构造保护判据#1的依据。而根据此处对图2(a)-(c)以及图3(a)-(c)的描述分析，我们是无法仅根据电流的膨胀腐蚀运算差分值分布情况来区分“仅线路一侧连接有微源的故障线路及故障相”与“不管是两侧均连接有微源或仅一侧连接有微源的非故障线路”，然而图2(a)-(c)中示出，对于仅线路一侧连接有逆变器型微源的故障线路，线路两侧故障相电流相位跳变方向相反，且连接有逆变器型微源一侧的电流远大于另一侧电流；故障线路两侧非故障相电流与非故障线路两侧电流的相位跳变方向均相反，且线路两侧电流幅值相等。据此，我们可知可以通过结合电流的膨胀腐蚀运算差分值的偏度系数与电流的能量值来有效分区这两种情况，对此，接下来引入了步骤S5，这为构造保护判据#2提供了依据。
步骤S5，根据如下公式(6)计算故障后5ms内被保护线路e侧和f侧电流的能量值。
式中，Eej和Efj分别表示故障后5ms内被保护线路e侧j相电流的能量值和被保护线路f侧j相电流的能量值。
综合步骤S4和S5，预先构造实现岛屿微电网故障线路及故障相判别的保护判据#1和保护判据#2。
保护判据#1：判断故障后5ms内被保护线路e侧电流的膨胀腐蚀运算差分值fgrade_j(n)的偏度系数Sfgrade_j以及f侧电流的膨胀腐蚀运算差分值fgradf_j(n)的偏度系数Sfgradf_j的乘积是否大于零，若大于零，则判定该被保护线路为故障线路且j相为故障相；若小于零，则启用保护判据#2。
保护判据#2：判断故障后5ms内被保护线路e侧电流的能量值和f侧电流的能量值之差|Eej-Efj|是否远大于能量阈值Eset，若是，则同样判定该被保护线路为故障线路且j相为故障相；若不是，则判定该被保护线路为非故障线路或为故障线路的非故障相。
步骤S6，启用保护判据#1，判断故障后5ms内被保护线路e侧电流的膨胀腐蚀运算差分值fgrade_j(n)的偏度系数Sfgrade_j以及f侧电流的膨胀腐蚀运算差分值fgradf_j(n)的偏度系数Sfgradf_j的乘积是否大于零，若大于零，则判定该被保护线路为两侧均连接有逆变器型微源的故障线路且j相为故障相；若小于零，则启用保护判据#2，判断故障后5ms内被保护线路e侧电流的能量值和f侧电流的能量值之差|Eej-Efj|是否远大于能量阈值Eset，若是，则判定该被保护线路为一侧连接有逆变器型微源的故障线路且j相为故障相；若不是，则判定该被保护线路为非故障线路或为故障线路的非故障相。值得注意的是，为避免测量误差、采样同步误差以及滤波器引入误差的影响，这里的能量阈值Eset取值为线路两侧故障初期电流能量最小值的10倍。
步骤S7，岛屿微电网***中被保护线路e侧和f侧的保护装置根据步骤S6的判定结果，启动保护措施，具体为：若步骤S6中满足保护判据#1，判定该被保护线路为两侧均连接有逆变器型微源的故障线路且j相为故障相，则该保护线路e侧和f侧的保护装置会分别向其一侧的j相断路器发送跳闸信号，实现分相跳闸；若步骤S6中不满足保护判据#1，但满足保护判据#2，判定该被保护线路为一侧连接有逆变器型微源的故障线路且j相为故障相，则该保护线路e侧和f侧的保护装置会分别向其一侧的j相断路器发送跳闸信号，实现分相跳闸；若步骤S6中保护判据#1和#2均不满足，判定被保护线路为非故障线路或故障线路的非故障相，则该被保护线路的保护装置不会向其j相断路器发送跳闸信号。
综合而言，本发明被保护线路两侧保护装置只需要交换故障初期电流的膨胀腐蚀运算差分值的偏度系数与故障初期电流能量值，通信数据量小，对通信带宽和速度要求较低。并且，由于微电网***发生故障后，逆变器型微源一般会在故障后5ms内启动电流限幅控制策略进行电流抑制，即其输出电流会在故障后5ms内出现相位跳变现象，因此本发明在故障后5ms内即可完成故障线路及故障相判别。
为了验证本发明的有效性，接下来在PSCAD/EMTDC中建立图1所示的10kV岛屿微电网***模型，逆变器型微源光伏1、光伏2与风机的容量均为500kW，其逆变器均采用PQ控制策略，储能容量为500kVA，其逆变器采用Vf控制策略。负荷1容量为(1+j0.03)MVA，负荷2和负荷3的容量均为(0.5+j0.015)MVA。所有馈线长度均为2km，线路单位长度正序阻抗和零序阻抗分别为0.265+j0.078Ω/km和2.7+j0.318Ω/km。
图1微电网中F1处发生AB相间短路故障，且故障电阻为1Ω时，各馈线两侧故障后5ms内电流的形态特征值与能量值以及故障线路与故障相判别结果如表1所示。由表可知，馈线23两侧A相和B相电流的膨胀腐蚀运算差分值偏度系数满足保护判据#1，A相和B相电流能量值满足保护判据#2，其他馈线两侧电流的膨胀腐蚀运算差分值偏度系数不满足保护判据#1，且两侧电流能量值不满足保护判据#2，表明所提方法能准确判别出馈线23为故障线路，并且A相和B相为故障相，C相为非故障相。
表1
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其他元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。
Claims (6)
1.基于故障初期电流波形特征的岛屿微电网故障暂态保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，岛屿微电网***中被保护线路两侧分别被定义为e侧和f侧，e侧和f侧的保护装置分别实时采集其一侧的电流信号，并存储一个工频周期内的电流数据，生成电流采样值序列iej(k)和ifj(k)，j表示a、b、c相，k表示第k个采样值；
步骤S2，计算被保护线路e侧当前时刻j相电流与前一个工频周期对应时刻j相电流的差值Δiej(k)以及f侧当前时刻j相电流与前一个工频周期对应时刻j相电流的差值Δifj(k)；
步骤S3，采用如下公式(1)计算步骤S2中得到的电流差值Δiej(k)的一阶变化梯度和Kej(k)以及电流差值Δifj(k)的一阶变化梯度和Kfj(k)，判断一阶变化梯度和Kej(k)、Kfj(k)是否均大于阈值Kset时，若不是，则转至步骤S1；若是，则岛屿微电网***中被保护线路e侧和f侧的保护装置标记当前时刻为故障时刻，并采集故障后x个工频周期内被保护线路e侧和f侧的电流数据；
式中，Q表示采样点数；
步骤S4，先利用数学形态学膨胀与腐蚀运算以及公式(3)计算故障后x个工频周期内被保护线路e侧电流的膨胀运算差分值Δfdile_j(n)和腐蚀运算差分值Δferoe_j(n)以及f侧电流的膨胀运算差分值Δfdilf_j(n)和腐蚀运算差分值Δferof_j(n)，所述数学形态学膨胀与腐蚀运算的定义式如下式(2)，再根据公式(4)获取故障后x个工频周期内被保护线路e侧电流的膨胀腐蚀运算差分值fgrade_j(n)以及f侧电流的膨胀腐蚀运算差分值fgradf_j(n)，最后根据公式(5)计算膨胀腐蚀运算差分值fgrade_j(n)的偏度系数Sfgrade_j以及膨胀腐蚀运算差分值fgradf_j(n)的偏度系数Sfgradf_j；
式中，f(n)表示输入信号，0≤n<N，N为输入信号长度，g(m)表示结构元素，0≤m<M，M为结构元素长度，N大于M，符号表示数学形态学膨胀运算，/>表示数学形态学腐蚀运算；
Δfdil(n)＝fdil(n)-fdil(n-1)；Δfero(n)＝fero(n)-fero(n-1) (3)
式中，μ为膨胀腐蚀运算差分值fgrad(n)的平均值，σ为膨胀腐蚀运算差分值fgrad(n)的标准差，/>
步骤S5，根据如下公式(6)计算故障后x个工频周期内被保护线路e侧和f侧电流的能量值；
式中，Eej和Efj分别表示故障后x个工频周期内被保护线路e侧j相电流的能量值和被保护线路f侧j相电流的能量值；
步骤S6，启用保护判据#1，判断故障后5ms内被保护线路e侧电流的膨胀腐蚀运算差分值fgrade_j(n)的偏度系数Sfgrade_j以及f侧电流的膨胀腐蚀运算差分值fgradf_j(n)的偏度系数Sfgradf_j的乘积是否大于零，若大于零，则判定该被保护线路为两侧均连接有逆变器型微源的故障线路且j相为故障相；若小于零，则启用保护判据#2，判断故障后5ms内被保护线路e侧电流的能量值和f侧电流的能量值之差|Eej-Efj|是否远大于能量阈值Eset，若是，则判定该被保护线路为一侧连接有逆变器型微源的故障线路且j相为故障相；若不是，则判定该被保护线路为非故障线路或为故障线路的非故障相；
步骤S7，岛屿微电网***中被保护线路e侧和f侧的保护装置根据步骤S6的判定结果，启动保护措施，具体为：若步骤S6中判定该被保护线路为两侧均连接有逆变器型微源的故障线路且j相为故障相，则该保护线路e侧和f侧的保护装置会分别向其一侧的j相断路器发送跳闸信号，实现分相跳闸；若步骤S6中判定该被保护线路为一侧连接有逆变器型微源的故障线路且j相为故障相，则该保护线路e侧和f侧的保护装置会分别向其一侧的j相断路器发送跳闸信号，实现分相跳闸；若步骤S6中判定被保护线路为非故障线路或故障线路的非故障相，则该被保护线路的保护装置不会向其j相断路器发送跳闸信号。
2.根据权利要求1所述的基于故障初期电流波形特征的岛屿微电网故障暂态保护方法，其特征在于：在步骤S1中，岛屿微电网***中被保护线路e侧和f侧的保护装置的采样频率为10kHz，即一个工频周期20ms内采集200个采样点。
3.根据权利要求2所述的基于故障初期电流波形特征的岛屿微电网故障暂态保护方法，其特征在于：所述x个工频周期为四分之一个工频周期，即为5ms。
4.根据权利要求3所述的基于故障初期电流波形特征的岛屿微电网故障暂态保护方法，其特征在于：在步骤S3中，采用公式(1)计算电流差值Δiej(k)的一阶变化梯度和Kej(k)以及电流差值Δifj(k)的一阶变化梯度和Kfj(k)时，采样点数Q为10。
5.根据权利要求4所述的基于故障初期电流波形特征的岛屿微电网故障暂态保护方法，其特征在于：步骤S3中所述阈值Kset为0.01。
6.根据权利要求5所述的基于故障初期电流波形特征的岛屿微电网故障暂态保护方法，其特征在于：步骤S6中所述能量阈值Eset为故障后5ms内被保护线路两侧电流能量最小值的10倍。
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Also Published As
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