[发明专利]基于DTW算法的换流变压器零序差动保护防误动方法

说明书

基于DTW算法的换流变压器零序差动保护防误动方法，采用动态时间弯曲距离算法对换流变压器零序差动保护用自产零序电流和中性线零序电流相似度进行提取，并形成量化判别依据。本发明方法在保证传统带制动特性零序差动保护动作性能的同时，能有效防止复杂涌流和区外故障伴随中心线TA饱和所导致的换流变压器零序差动保护误动问题。

技术领域

本发明一种基于DTW算法的换流变压器零序差动保护防误动方法，涉及换流变压器零序差动保护技术领域。

背景技术

高压直流输电系统(HVDC)因其具备远距离、大容量的送电能力，以及具有调节灵活、功率损耗低等特点，逐渐在电力系统起着不可或缺的作用。换流变压器作为其主设备之一，它的安全运行直接关系到整个输电系统供电的可靠性。因此，换流变压器除了配置纵联差动保护作为主保护外，还装设了能够灵敏反应Y型绕组单相接地故障的零序差动保护。该保护在换流变压器空载合闸和外部接地故障存续期间及故障切除后都应可靠不误动。对于换流变压器而言，其所处交直流系统紧密连接的中心，较之传统电力变压器空载合闸以及外部不对称故障的发生和消除，较为复杂的电磁暂态环境将进一步加剧换流变压器经历涌流工况时其零序差动保护误动的风险。

一方面，换流变压器连接的系统强度往往高于传统交流变电站，其产生的故障恢复性涌流以及空载合闸励磁涌流的衰减阻尼更小，零序涌流的幅值更大且不对称，衰减更为缓慢，持续时间也会更长。另一方面，对于三相进线侧电流互感器(TA)而言，由于其在很宽的量程内都能比较准确地测量，因此电流中的直流分量使其达到饱和所需的时间，远比中性线TA达到饱和所需时间长。考虑到变压器本身铁芯以及TA铁芯的阻尼效应，通常情况下涌流现象的持续时间不足以使三相进线TA达到饱和。而对于量程窄、精度高的中性线TA，其抗饱和能力一般远低于三相进线TA，剩磁的累计效应易导致其饱和，这将产生较大的零序虚假差流，从而对零序差动保护造成不利影响。

根据分析，在理想状态下，Y/Y换流变压器的零序电流的幅值大小约是Y/△换流变压器零序电流的2倍，而在工程实际中，受系统阻抗的影响，Y/△换流变压器零序电流的幅值将会进一步减小，因此，在相同合闸条件下，Y/Y换流变压器零序电流的幅值会比Y/△换流变压器零序电流更大，较大的零序电流可能导致中性线TA饱和，TA传变特性的劣化会产生较大的零序差动电流，进而引发传统Y/Y换流变压器零序差动保护误动。

虽然在空载合闸励磁涌流以及外部故障切除恢复性涌流工况下，因中性线TA饱和导致零序差动保护用的自产零序电流(i_s0)与中性线电流(i_n0)之间存在显著幅值差异，产生可观的虚假差动电流，但从整体特征考虑，两电流仍接近同相位，波形具备较高相似度。而对于一般内部故障，i_s0与i_n0的相位接近反相，相角差在180°左右，相似度极小。利用上述波形相似度特征，可以很容易区分出区内故障与涌流。

能够进行波形相似度计算的方法较多，例如：传统的欧式距离算法、皮尔逊相关系数法、余弦距离算法和Hausdorff距离算法等。其中：欧式距离算法、皮尔逊相关系数法、余弦距离算法只能够实现数据同步匹配，即数据点“一对一”匹配，对时间序列数据的异常点敏感，度量质量容易受其影响。Hausdorff距离算法在异常数据上需要对数据进行预处理，即进行极值提取和舍弃，使得计算过程变得更为复杂。而基于Hausdorff距离算法提出的判据在针对不同情况需要调整门槛值，影响判据的适应性。

动态时间弯曲(Dynamic Time Warping，DTW)距离是一种准确率高、鲁棒性强的时间序列相似性度量方法，与传统欧氏距离等相似度算法不同的是，动态时间弯曲距离可以通过弯曲时间序列的时域对时间序列的数据点进行匹配，即数据点“一对多”匹配，通过在累积矩阵中得到一条最优路径，更容易躲过数据异常点，动态时间弯曲对时间序列振幅变化、相位偏移、数据异常点等时间序列普遍存在的问题有很强的健壮性。不仅如此，它对不同采样频率具有一定的耐受性。

因此，采用动态时间弯曲算法，能够实现对换流变压器故障与异常工况的准确辨识，可以提升换流变压器零序差动保护的可靠性。