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专利号: 2025100041353
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于阻感参数同调最小特征的新能源打捆外送线路故障选相方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1:建立单端测量信号的对侧等值RLC网络;

步骤2:分别对故障相、非故障相的特征进行分析;

步骤3:分析受端系统的阻感参数特性;

步骤4:构建阻感参数的同调最小化选相特征;

步骤5:通过递推最小二乘法RLS计算RLC网络的电阻、电感参数;

步骤6:建立故障选相判据;

所述步骤2中,对于故障相,由故障网络能够推导得到,故障后的等值R、L、C参数为:(2);

(3);

其中,R’、L’、C’分别表示等值RLC网络的电阻、电感、电容参数;R1和R2分别表示故障点左侧和右侧的线路电阻;Re表示故障后受端系统的等值电阻;A表示故障点右侧的电阻附加系数;L1和L2分别表示故障点左侧和右侧的线路电感;Le表示故障后受端系统的等值电感;B表示故障点右侧的电感附加系数; 为过渡电阻; 为额定角频率;

可见式(3)中,无论故障位置和过渡电阻如何,分子总是小于分母,所以系数B总是小于

1;而A会受到Rf、Le、以及故障位置的影响;

对于非故障相,由于其拓扑结构与故障前无异,故电阻、电感、电容的其等值参数与式(1)表达相同;

由于电容的容抗远大于电阻、电感的值,由式(1)、式(2)可知,故障后的等值RLC网络参数差异,体现在R和L之间,C不变,故后续只关注的R和L的特征变化。

2.根据权利要求1所述基于阻感参数同调最小特征的新能源打捆外送线路故障选相方法,其特征在于:所述步骤1中,以电源侧线路单端测量信号为基准,构建对侧等值RLC网络,其中,线路等效为R、L、C的串并联组合,受端系统等效为无源的阻抗,并以阻感参数的数值变化描述电源行为;稳态时,等值RLC网络的参数存在以下关系:(1);

式(1)中:下标0表示故障前稳态运行的参数;R’、L’、C’分别表示等值RLC网络的电阻、电感、电容参数;R、L、C分别表示线路的电阻、电感、电容参数; 和 分别表示故障前受端系统的等值阻感参数。

3.根据权利要求1所述基于阻感参数同调最小特征的新能源打捆外送线路故障选相方法,其特征在于:所述步骤3中,通过步骤2的分析能够得到,故障相的等值阻感参数与受端无穷大系统的等值阻抗参数有关;取线路稳态功率流动方向为参考正方向,稳态运行时,受端无穷大系统吸收功率能够等效为正值阻抗;而故障后,受端无穷大系统向故障点反向供电,相别之间的阻感参数存在差异。

4.根据权利要求3所述基于阻感参数同调最小特征的新能源打捆外送线路故障选相方法,其特征在于:步骤3中:(1)故障相:由于受端无穷大系统向故障点反向供电,且受端无穷大系统提供的故障相电流最大,导致Re和Le相较故障前显著跌落;同时由于反向供电,极性翻转,Re和Le故障后趋于负值;

(2)非故障相:实际运行中,考虑到线路互感、耦合因素,非故障线路电流可能存在极小幅波动,因此故障后非故障相的Re和Le相较故障前变化小。

5.根据权利要求1所述基于阻感参数同调最小特征的新能源打捆外送线路故障选相方法,其特征在于:所述步骤4中,将步骤3得到的受端无穷大系统的Re和Le特征带入步骤2中,能够分析得到故障相和非故障相之间的阻感参数变化规律;

(1)非故障相:由于等值RLC网络结构不变,且受端无穷大系统非故障相的Re和Le相较故障前变化较小,最终由式(1)的表达可知:由电源侧线路单端测量信号的表征的非故障相等值阻感参数 和 在故障后仅存在小幅变化;

(2)故障相:对于电感L’参数,由于系数B总是小于1,且Le减小且趋于负值,结合式(2)、式(3)可知,故障相的电感L’参数在故障后远小于非故障相和稳态时的值,同时故障相的L’变化规律显著区别于非故障相的L’;对于电阻R’参数,由于非故障相的R’不变,因此故障相的电阻R’参数的变化趋势与非故障相不同;

另外,针对电感参数L’,由于故障相L’故障后的值远小于故障前稳态的值,故其变化量为负;以单端测量的三相电压电流突变量表征等值RLC网络中阻感参数的变化,即(4);

式(4)中: 为电感参数变化量;L’为故障后的电感参数; 为故障前电感参数。

6.根据权利要求1所述基于阻感参数同调最小特征的新能源打捆外送线路故障选相方法,其特征在于:所述步骤5中,以电源侧线路端口测量的电压、电流突变量作为输入,应用递推最小二乘法RLS实时计算阻感参数的变化量,单端口网络的电压电流方程为:(5);

其中,u和i分别表示M侧的电压电流突变量;t表示时间变量,R、L、C分别为等值网络的电阻、电容、电感参数;X1、X2、X3、X4分别为RLS算法输出的4个待求参数;

将式(5)改写为系统线性方程:

(6);

T

式(6)中,Y(n)表示系统方程因变量矩阵,基于式(5)可知,Y(n)=[u(1) u(2) …u(n)] ,u(1) u(2) …u(n)分别表示第1、第2…第n个电压突变量的值;H(n)为输入矩阵,H(n)=[hT(1) h(2) …h(n)],h(1) h(2) …h(n)分别表示输入矩阵中第1、第2…第n个采样点的值;

2 2 T

h(n)=[du/dtdu/dtdi/dti];X(n)为待估计参数矩阵,X(n)=[X1X2X3X4];

带遗忘因子的RLS算法的递推和参数更新公式为:

(7);

式中,n表示当前采样点数; 表示遗忘因子; 表示对应第n+1个采样点的增益向量的值; 表示对应第n+1个采样点的估计误差协方差矩阵的值; 表示对应第n+

1个采样点的待估计参数矩阵的值; 表示输入矩阵中第n+1个采样点的值;

表示对应第n+1个采样点的系统方程因变量矩阵的值,也就是第n+1个电压突变量的值;

对应第n个采样点的估计误差协方差矩阵的值;对应第n个采样点的待估计参数矩阵的值; 输入矩阵中第n+1个采样点的值的转置向量;

使用RLS求得的电阻、电感参数的变化量为:

其中, 表示电阻参数的变化量,其值等于RLS算法待估计参数矩阵的第四个值X4;

表示电感参数的变化量,其值等于RLS算法待估计参数矩阵的第三个值X3。

7.根据权利要求6所述基于阻感参数同调最小特征的新能源打捆外送线路故障选相方法,其特征在于:所述步骤6中,通过步骤5计算的三相等值网络的电阻、电感参数,计算三相之间电阻电感的欧氏距离表征同调变化趋势,构建对称性、非对称性故障的同调变化辨识趋势方法,最终建立故障选相判据;包括:(1)同调变化趋势辨识:

应用滑动数据窗计算相间阻感参数的欧氏距离,作为同调变化趋势的指标,计算如下:(8);

式(8)中, 表示第n个采样点时m和n相之间的电感欧式距离;m和n的取值为A、B或C;D表示滑动数据窗内的数据点总数,考虑特征平滑性的要求,取一周波的数据点总数;n表示第n个采样点;N0为判据启动后的采样点编号; 表示数据窗内第i个采样点m相的电感参数变化量; 表示数据窗内第i个采样点n相的电感参数变化量;

电阻的欧氏距离与上式同理,仅需将L替换为R,计算如下:;

其中, 表示第n个采样点时m和n相之间的电阻欧式距离;m和n的取值为A、B或C;D表示滑动数据窗内的数据点总数,考虑特征平滑性的要求,取一周波的数据点总数;n表示第n个采样点;N0为判据启动后的采样点编号; 表示数据窗内第i个采样点m相的电阻参数变化量; 表示数据窗内第i个采样点n相的电阻参数变化量,针对对称性和非对称性故障特点,构建不同的同调变化判据;

对称性故障三相参数的欧氏距离较小,理论趋近于0;构建如式(9)所示的判据识别对称性故障;

(9);

其中,DRmn表示电阻参数的三相欧氏距离;下标m和n为相别标志,取值为A、B或C;N0为判据启动后的采样点编号; 为第i个采样点的电阻欧氏距离;M为平均值计算窗;Dset为对称性故障判别阈值;

电感参数计算同理,将R替换为L;计算如下:

其中,DLmn表示电感参数的三相欧氏距离;下标m和n为相别标志,取值为A、B或C;N0为判据启动后的采样点编号; 为第i个采样点的电感欧氏距离;M为平均值计算窗;Dset为对称性故障判别阈值;

非对称性故障总有两相存在同调变化趋势,因此非对称性故障的同调变化判据为:(11);

式(11)中, 表示m和n相之间的电阻欧氏距离; 表示x和y相之间的电阻欧氏距离;

表示m和n相之间的电感欧氏距离; 表示x和y相之间的电感欧氏距离;若mn取AB,则xy为BC或CA;a和b分别电阻和电感的自适应比较系数;

(2)故障选相判据:

以上述判别的同调变化相别为基础,构建故障选相判据:

(13);

其中, 表示p相的电感参数变化量; 表示m相的电感参数变化量; 表示n相的电感参数变化量; 表示逻辑“与”运算。