[发明专利]基于聚类和迭代算法的柔性直流电网故障测距方法

说明书

本发明公开了一种基于聚类和迭代算法的柔性直流电网故障测距方法，利用MUSIC算法获得一系列线模电压频谱，提取所有谱峰对应的频率作为聚类对象；利用K均值聚类方法，以获得的聚类中心频率作为固有频率；固有主频、次频和第三频率测距结果迭代校验，若三个频率对应的故障距离d₁、d₂、d₃相接近，则将此时的固有主频率视为真实的固有主频率，取上述三个故障距离计算结果的平均值作为真实的故障距离。与现有技术相比，本发明不依赖附加测距操作或设备、仅基于RCB跳开之后线路剩余电压固有频率特性的故障定位方法，并对基于MUSIC算法测距方法进行了改进；并且能够精确计算直流故障距离的故障定位方法。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电系统继电保护及故障测距领域，具体涉及一种基于聚类和迭代算法的柔性直流电网故障测距改进方法。

背景技术

柔性直流输电技术及柔性直流电网的发展占据着越来越重要的地位，然而裸露在空气中的高压直流架空线极易发生故障，实现故障的精确定位，对柔性直流电网保护、快速清除故障具有重要意义。

目前高压直流输电线路故障定位方法主要包括时域法和行波法，其中时域法主要利用双端故障信息，根据计算的沿线电压分布在故障点处相等的原理实现故障定位，由于电压、电流对应的变送设备的暂态传变特性不一致，测距精度将受到一定影响。行波法主要分为双端行波法和单端行波法，其中：双端行波法的精准测量基于第一个行波波头到达时刻的精准捕捉，但是由于直流输电系统中平波电抗器及直流滤波器等边元件的存在，使行波的高频及低频成分呈不同的频率特性，给行波波头的识别和到达时刻的准确捕捉带来困难；除此之外，双端法测距成本相对较高，应用场景相对较少。单端行波法对行波波头的准确识别则有着更高要求，其不仅需要第一个行波波头到达的精度捕捉，还需要准确识别由故障点再次反射回来的第二个行波波头，尤其在高阻接地故障或线路形式发生变化时，对反射波波头的正确识别存在困难。

针对上述问题，本领域提出在常规直流系统故障初期提取行波的固有主频进行测距的方法，有效避免了上述测距方法对于行波波头捕捉的严格要求。然而，柔性直流电网的边界结构和运行方式和常规直流电网都有较大差异，因此，有必要对柔性直流电网利用固有频率测距的方法进一步研究，以确保实现柔性直流电网故障的精准定位。

在利用行波固有频率测距时，需要分析频率特性，即需要有效精确提取故障行波的固有频率分量，因此快速准确的测频方法成为研究的关键。目前所提出方法都有各自的优缺点。如FFT算法能减轻单独应用FFT时遇到的频谱泄漏和栅栏效应问题，提高了谐波参数的检测精度，但无法检测到整数次谐波附近的间谐波；连续小波变换可实现对间/次谐波的检测，但不同尺度的小波函数在频域中存在相互干扰，当被检测信号中含有频率相近的谐波分量时，检测方法将失效。除此之外，目前有将现代谱估计方法应用到电力谐波分析中进行频率分析的研究，其中利用MUSIC算法提取固有频率方法最具代表性，即通过构造伪谱、扫描信号获得伪谱谱峰对应频率从而确定真实信号的频率。但是在利用MUSIC算法进行测频时，由于频率信号个数也就是信号子空间的维数N是无法确定的，只能主观判断调整且没有准确性的判断依据。并且在确定信源个数N的过程中，N值选取过大，频率扫描获得的频谱将出现虚假谱峰，造成固有频率搜索的极大偏差；N值选取过小，则可能会造成频谱谱峰的丢失。因此有必要对基于MUSIC算法测距方法进行改进，以提高测频测距算法的客观性和精确性。

分析在断路器开断故障过程中行波固有频率与故障距离的特性关系，探索基于行波固有频率进行测距方法在故障处理自然过程中的适用阶段，是本发明亟待解决的。

发明内容

针对基于混合式直流断路器的柔性直流输电系统，本发明提出了一种基于聚类和迭代算法的柔性直流电网故障测距方法，对基于MUSIC算法进行测距的方法进行了改进。

本发明的基于聚类和迭代算法的柔性直流电网故障测距改进方法，包括以下步骤：