[发明专利]一种输电线路保护特性识别及电压暂降持续时间估计方法

说明书

本发明公开了一种输电线路保护特性识别及电压暂降持续时间估计方法，首先根据样本区间均值标准差对线路保护类型进行识别，进而提出一种基于马氏距离和K近邻算法优化的DBSCAN聚类方法，对线路保护动作时间特性进行精确计算，最后提出了基于保护动作特性计算结果的电压暂降持续时间估计方法，为电能质量研究者在实际工程中评估电网电压暂降频次和风险提供极为重要的数据支撑，减少主观假设和对其他系统的依赖性，弥补现有评估技术实施困难和误差大的缺陷。随着目前电能质量监测器和故障记录器等监测设备价格愈发便宜和应用愈发广泛，该方法的适用性将不断提高。

技术领域

本发明涉及电压暂降评估技术领域，具体为一种输电线路保护特性识别及电压暂降持续时间估计方法。

背景技术

电压暂降会引起敏感设备跳闸，造成巨大的工业损失。电压暂降频次估计是解决电压暂降问题的重要前提。在电压暂降频次估计中，主要关心的是电压暂降的两个单事件特征，一个是电压幅值，另一个是持续时间。准确的电压暂降幅值和持续时间估计结果是计算敏感设备和工业过程跳闸概率、评估敏感用户受影响程度与经济损失、计算站点电能质量指标和评估风电机低压穿越性能的关键依据之一。对于电压暂降幅值的估计，现有的研究已较为成熟。然而，在电压暂降持续时间的估计方面，面临诸多缺陷和挑战。

在现有电压暂降持续时间的评估中，均是利用已知的保护特性、故障位置计算保护动作时间，以此估计电压暂降持续时间，但是这类方法存在一些不足之处。首先，仅利用故障位置计算保护动作时间是不准确的。这是因为保护的触发是根据故障电气量来决定的，而故障电气量不仅取决于故障位置，还与故障阻抗、故障类型、电网运行方式等因素相关，因此用现有方法估计保护动作时间会造成一定误差；第二，现有方法通过主观假设线路的保护配置信息均为已知量在实际工程中是难以实现的。这是因为保护系统和电能质量系统之间是不一样的系统，其间存在障碍，没有直接的数据连接。若电能质量人员手动将保护系统的数据采集到电能质量系统中，费时、不方便、易出错；第三，从保护系统得到的保护动作时间特性可能无法准确描述实际情况。一方面是由于操纵机构的不确定性导致实际动作时间与整定时间有差异，另一方面，电压电流互感器在保护用绕组上的精度相对测量用绕组的精度较低，因此用保护系统的数据计算动作时间可能产生一定偏差。

此外，对于只有电能质量数据的工程人员来说，通过挖掘电能质量历史监测数据来计算保护动作时间特性来评估电压暂降持续时间是可行的。目前，变电站中安装了大量的电能质量监测仪，记录了高精度的电压/电流波形，保存了丰富的、可访问的历史故障数据。基于电能质量数据驱动，识别保护类型和保护动作时间特性，计算保护动作时间，从而可建立更为可靠的电压暂降持续时间评估模型。

术语解释：

电压暂降：国际电气与电子工程师协会(IEEE)将电压暂降(voltage sag)定义为供电电压有效值快速下降到0.1～0.9p.u.，持续时间为0.5个周波至1min的电能质量现象。

电压暂降幅值：电压暂降过程中的三相电压均方根值最小值。

电压暂降持续时间：电压暂降事件过程中，电压幅值小于等于电压暂降阈值(电压额定标幺值的0.9倍)的持续时间。

矩形暂降：电压暂降过程中，最低电压幅值不随着时间变化的电压暂降事件。其电压有效值随时间变化的波形图大致呈矩形。

多级暂降：电压暂降过程中，由于故障进一步发展、两端保护动作不一致等因素的影响，最低电压幅值随着时间产生阶段性变化的电压暂降事件。其电压有效值随时间变化的波形图呈阶梯状。

保护动作时间：从保护继电器检测故障到保护动作机构操作切除故障的时间间隔。

保护动作时间特性：保护动作时间与故障电气量之间的函数关系，由人为整定。

故障电气量(Fault Electrical Quantity，FEQ)：电力系统发生短路故障时，继电保护系统所检测的一系列电气变量，包括电流、电压、测量阻抗等。