一种抗通信延时及丢包的差动保护算法

发布时间：2020-01-27 14:20

【摘要】：提出一种基于三阶动态时间弯曲(DTW)算法的变压器差动保护算法。该方法利用差动保护两侧数据窗内的电流采样值构成最短距离矩阵,通过最短距离搜寻算法,在该矩阵内寻找到一条最短路径,将该路径所经过的局部最短距离元素的总距离的平均值作为两侧采样电流的差流。在数字化变电站由于通信原因造成数据延时及数据丢包的情况下,利用该差动保护算法,可使得区外故障时保护不误动作;区内故障时,保护可靠动作。仿真验证了不同延时状况及不同丢包率情况下,区内、区外故障时常规相量差动保护及DTW差动保护的动作性能。结果表明,DTW差动保护在抗延时性能、抗丢包性能及灵敏性上明显优于常规相量差动保护。
【图文】：

性，而且对差动保护两侧信号的延时问题也具有较强的耐受能力。同时该差动保护算法的可靠性及灵敏性也高于现有差动保护算法。１ＤＴＷ算法ＤＴＷ算法采用动态规划技术将一个复杂的全局最优化问题化为许多局部最优化问题，进而一步一步地进行决策［１１］。它能够对存在全局或局部扩展、压缩或变形（如保护中的不同步情况）的相同时间长度或不同时间长度的序列进行匹配，计算出两侧时间序列的最短距离［１２－１４］。ＤＴＷ计算两序列各点之间距离的思想如图１所示，具体算法见附录Ａ。图１ＤＴＷ思想Ｆｉｇ．１ＩｄｅａｏｆｄｙｎａｍｉｃｔｉｍｅｗａｒｐｉｎｇＤＴＷ算法可计算两不同长度时间序列之间的相似性，且对于保护两侧采样序列由于不同步或丢包产生的序列变形问题，ＤＴＷ算法同样具有很好的效果。ＤＴＷ上述特性决定了在发生丢包或者延时的情况下，其具有减小两侧差流的特性。区外故障时，当某侧采样序列由于丢包或者延时，导致该侧采样序列与对侧采样序列的差异增大时，ＤＴＷ可以采用该侧临近正常采样值代替该异常采样值，减小差流。区内故障时，由于两侧电流相位大致相同，—９２—第３８卷第４期２０１４年２月２５日Ｖｏｌ．３８Ｎｏ．４Ｆｅｂ．２５，２０１４

模型图,区内外故障,模型

则两侧采样点的对应差流均较大，故整体上ＤＴＷ算法不会减小两侧电流形成的差流。而对于带制动特性的差动保护来说，由于采用ＤＴＷ算法后，区外故障时两侧电流的差异减小，因此从反面增强了区内故障时保护的可靠性及灵敏性。２ＤＴＷ差动保护判据及抗同步误差、抗丢包性能分析２．１动作判据以数字化变电站中的变压器为例进行分析。如图２所示，规定一次电流以流入变压器为正方向。当系统发生外部故障时（点ｋ１），Ｎ侧电流为正方向，Ｍ侧电流为负方向，忽略两侧电流同步误差等问题，两侧电流大小相等，，方向相反。设Ｎ侧电流采样值和Ｍ侧电流采样值序列分别为ＩＮ和ＩＭ。数据窗取１个周期，求取两端采样电流信号的ＤＴＷ距离。图２区内外故障模型Ｆｉｇ．２Ｍｏｄｅｌｆｏｒｉｎｔｅｒｎａｌａｎｄｅｘｔｅｒｎａｌｆａｕｌｔｓ新型差动保护的闭锁判据为：Ｄ（ｋ）＝１∑Ｋｋ＝１ｗｋ（ｍｉｎ∑Ｋｋ＝１ｗｋＤ）ｋ≤Ｄｒｅｓ（１）式中：Ｄ（ｋ）为Ｎ和Ｍ侧电流的平均ＤＴＷ距离，定义为动作量；Ｄｒｅｓ为制动电流整定值；ｗｋ为非负的权函数，一般取１；Ｄｋ为在最佳规整路径Ｐ＊第ｋ个点时的Ｎ侧电流和Ｍ侧反向电流的局部ＤＴＷ距离；Ｋ为数据窗中的总点数。此处将Ｍ侧电流反向，即取负值，是因为规定电流以流入变压器为正方向，则区外故障时，将Ｍ侧取反方向进行ＤＴＷ距离的计算，可以使Ｎ侧电流和反方向Ｍ侧电流波形相同，进而使保护的动作量Ｄ（ｋ）很校对于数据窗中的点，ｋ＝１对应数据窗中第１个点

【参考文献】