Single-end Flexible DC Protection Scheme Based on Similarity of S-transform Energy Spectrum Matrix of Traveling Wave

Wenjie QUAN; Xiaoyang TONG; Guangxiao ZHANG

doi:10.7500/AEPS20210621008

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Single-end Flexible DC Protection Scheme Based on Similarity of S-transform Energy Spectrum Matrix of Traveling Wave

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Single-end Flexible DC Protection Scheme Based on Similarity of S-transform Energy Spectrum Matrix of Traveling Wave
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 7, Pages: 178-186(2022)
- 作者机构：
  
  西南交通大学电气工程学院，四川省成都市 610031
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Key Research Project of Sichuan Department of Science and Technology(2017GZ0054)
- DOI：10.7500/AEPS20210621008
  CLC：
- Received：21 June 2021，
  
  Revised：2021-11-11，
  
  Published Online：24 February 2022，
  
  Published：10 April 2022
- 稿件说明：
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权文杰,童晓阳,张广骁.基于S变换行波能谱矩阵相似度的柔性直流单端保护方案[J].电力系统自动化,2022,46(7):178-186.

QUAN Wenjie,TONG Xiaoyang,ZHANG Guangxiao.Single-end Flexible DC Protection Scheme Based on Similarity of S-transform Energy Spectrum Matrix of Traveling Wave[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(7):178-186.
权文杰,童晓阳,张广骁.基于S变换行波能谱矩阵相似度的柔性直流单端保护方案[J].电力系统自动化,2022,46(7):178-186. DOI： 10.7500/AEPS20210621008.

QUAN Wenjie,TONG Xiaoyang,ZHANG Guangxiao.Single-end Flexible DC Protection Scheme Based on Similarity of S-transform Energy Spectrum Matrix of Traveling Wave[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(7):178-186. DOI： 10.7500/AEPS20210621008.

摘要

针对现有柔性直流线路保护耐受高阻、噪声干扰、区内远端高阻故障拒动等问题，提出一种基于行波能谱矩阵相似度的柔性直流线路单端保护方案。通过分析柔性直流电网限流电感的边界作用，得到区内、区外故障电压行波在时域和频域上的差异，利用S变换，构造能谱矩阵，加大区内、区外故障在能量谱分布上的差异，通过主成分分析法降维，减少样本数据的存储空间。利用归一化互相关系数，获得故障能谱矩阵与故障样本矩阵之间的相似度，构造柔性直流单端保护判据，判别区内、区外故障。考虑了架空线路易遭受雷击的因素，构建雷击干扰识别判据。仿真结果表明，所提保护方案不受故障位置、高阻、噪声干扰等影响。

Abstract

For the problems of high-resistance tolerance

noise interference

and operation refusal on remote high-resistance internal fault of the existing flexible DC line protection

this paper proposes a single-end protection scheme for the flexible DC transmission line based on the similarity of energy spectrum matrix of traveling waves. By analyzing the boundary effect of current limiting inductors in the flexible DC power grid

the difference of voltage traveling waves of internal and external faults in time and frequency domains is obtained. The S-transform is used to construct the energy spectrum matrix to increase the difference of energy spectrum distribution between internal and external faults. The principal components analysis is used to reduce the dimension and the storage space of sample data. By using the normalized cross-correlation coefficient

the similarity between the fault energy spectrum matrix and the fault sample matrix is calculated

and the single-end flexible DC protection criterion is constructed to distinguish the internal and external faults. Considering the factor that overhead lines are vulnerable to lightning

the lightning interference identification criterion is constructed. Simulation results show that the proposed algorithm is not affected by the fault location

the high resistance and the noise interference.

关键词

Keywords

references

陆晶晶，贺之渊，赵成勇，等 . 直流输电网规划关键技术与展望［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 2 ）： 182 - 191 .

LU Jingjing ， HE Zhiyuan ， ZHAO Chengyong ， et al . Key technologies and prospects for DC power grid planning ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 2 ）： 182 - 191 .

HE Y Y ， ZHENG X D ， TAI N L ， et al . A DC line protection scheme for MMC-based DC grids based on AC/DC transient information ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2020 ， 35 （ 6 ）： 2800 - 2811 .

王渝红，傅云涛，曾琦，等 . 柔性直流电网故障保护关键技术研究综述［J］. 高电压技术， 2019 ， 45 （ 8 ）： 2362 - 2374 .

WANG Yuhong ， FU Yuntao ， ZENG Qi ， et al . Review on key techniques for fault protection of flexible DC grids ［J］. High Voltage Engineering ， 2019 ， 45 （ 8 ）： 2362 - 2374 .

赵成勇，宋冰倩，许建中 . 柔性直流电网故障电流主动控制典型方案综述［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 5 ）： 3 - 13 .

ZHAO Chengyong ， SONG Bingqian ， XU Jianzhong . Overview on typical schemes for active control of fault current in flexible DC grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 5 ）： 3 - 13 .

周家培，赵成勇，李承昱，等 . 采用电流突变量夹角余弦的直流电网线路纵联保护方法［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 14 ）： 165 - 171 .

ZHOU Jiapei ， ZHAO Chengyong ， LI Chengyu ， et al . Pilot protection method for DC lines based on included angle cosine of fault current component ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 14 ）： 165 - 171 .

宋国兵，陈哲鸿，侯俊杰，等 . 基于电荷量变化特征的高压直流线路纵联保护［J］. 电力系统及其自动化学报， 2020 ， 32 （ 10 ）： 9 - 16 .

SONG Guobing ， CHEN Zhehong ， HOU Junjie ， et al . Pilot protection for HVDC transmission lines based on charge variation characteristics ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2020 ， 32 （ 10 ）： 9 - 16 .

董新洲，雷傲宇，汤兰西，等 . 行波特性分析及行波差动保护技术挑战与展望［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 19 ）： 184 - 191 .

DONG Xinzhou ， LEI Aoyu ， TANG Lanxi ， et al . Analysis of traveling wave characteristics and challenges and prospects of traveling wave differential protection technology ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 19 ）： 184 - 191 .

童晓阳，杨明杰，张广骁 . 基于改进DTW的行波波形相似性的高压直流输电线路保护方案［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 12 ）： 3878 - 3888 .

TONG Xiaoyang ， YANG Mingjie ， ZHANG Guangxiao . A protection scheme for HVDC transmission line based on traveling waveform similarity using improved DTW algorithm ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 12 ）： 3878 - 3888 .

陈少宇，黄文焘，邰能灵，等 . 基于单端暂态电压的含限流电抗器直流配电网保护方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 8 ）： 185 - 193 .

CHEN Shaoyu ， HUANG Wentao ， TAI Nengling ， et al . Protection method based on single-terminal transient voltage for DC distribution network with current limiting reactor ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 8 ）： 185 - 193 .

周家培，赵成勇，李承昱，等 . 基于直流电抗器电压的多端柔性直流电网边界保护方案［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 19 ）： 89 - 94 .

ZHOU Jiapei ， ZHAO Chengyong ， LI Chengyu ， et al . Boundary protection scheme for multi-terminal flexible DC grid based on voltage of DC reactor ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 19 ）： 89 - 94 .

杨赛昭，向往，文劲宇 . 基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 4 ）： 1196 - 1211 .

YANG Saizhao ， XIANG Wang ， WEN Jinyu . A fault protection scheme based on the difference of current-limiting reactor voltage for overhead MMC based DC grids ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 4 ）： 1196 - 1211 .

李威，吴学光，常彬，等 . 基于电压变化率故障检测的高压直流断路器保护策略［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 2 ）： 554 - 565 .

LI Wei ， WU Xueguang ， CHANG Bin ， et al . Research on protection strategy of HVDC circuit breaker based on voltage change rate fault detection ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 2 ）： 554 - 565 .

任师铎，肖浩，李银红 . 高压直流输电线路行波保护实用整定原则［J］. 电力自动化设备， 2019 ， 39 （ 9 ）： 54 - 60 .

REN Shiduo ， XIAO Hao ， LI Yinhong . Practical setting principle of traveling wave protection for HVDC power transmission line ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2019 ， 39 （ 9 ）： 54 - 60 .

DAI Z H ， LIU N N ， ZHANG C ， et al . A pilot protection for HVDC transmission lines based on transient energy ratio of DC filter link ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2020 ， 35 （ 4 ）： 1695 - 1706 .

邓丰，李欣然，曾祥君，等 . 基于波形唯一和时-频特征匹配的单端行波保护和故障定位方法［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 5 ）： 1475 - 1487 .

DENG Feng ， LI Xinran ， ZENG Xiangjun ， et al . Research on single-end traveling wave based protection and fault location method based on waveform uniqueness and feature matching in the time and frequency domain ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 5 ）： 1475 - 1487 .

谢仲润，邹贵彬，杜肖功，等 . 基于真双极的MTDC电网直流线路快速保护［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 6 ）： 1906 - 1915 .

XIE Zhongrun ， ZOU Guibin ， DU Xiaogong ， et al . Fast DC lines protection for symmetrical bipolar based MTDC grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 6 ）： 1906 - 1915 .

曹虹，周泽昕，柳焕章，等 . 基于单端电流积聚量的高压直流输电线路全线速动保护［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 12 ）： 4091 - 4104 .

CAO Hong ， ZHOU Zexin ， LIU Huanzhang ， et al . A novel whole-line fast protection scheme based on single-ended current accumulation for HVDC transmission lines ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 12 ）： 4091 - 4104 .

李周，詹若培，李亚州，等 . 真双极多端柔性直流输电系统多目标协同控制策略［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 19 ）： 101 - 110 .

LI Zhou ， ZHAN Ruopei ， LI Yazhou ， et al . Multi-objective coordinated control strategy for real bipolar VSC-MTDC transmission system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 19 ）： 101 - 110 .

李爱民，蔡泽祥，李晓华 . 直流线路行波传播特性的解析［J］. 中国电机工程学报， 2010 ， 30 （ 25 ）： 94 - 100 .

LI Aimin ， CAI Zexiang ， LI Xiaohua . Study on the propagation characteristics of traveling waves in HVDC transmission lines on the basis of analytical method ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2010 ， 30 （ 25 ）： 94 - 100 .

张艳霞，李多多，张帅，等 . 基于广义S变换的高压直流输电线路边界保护［J］. 高电压技术， 2018 ， 44 （ 10 ）： 3197 - 3206 .

ZHANG Yanxia ， LI Duoduo ， ZHANG Shuai ， et al . Boundary protection of HVDC transmission lines based on generalized S-transform ［J］. High Voltage Engineering ， 2018 ， 44 （ 10 ）： 3197 - 3206 .

罗仕乾 . 雷电波的频谱及能量分布［J］. 高电压技术， 1995 ， 21 （ 1 ）： 85 - 86 .

LUO Shiqian . The spectrum and energy distribution of lightning wave ［J］. High Voltage Engineering ， 1995 ， 21 （ 1 ）： 85 - 86 .

陶维青，夏熠，陆鼎堃 . S变换熵理论及其在电力系统故障检测中的应用研究［J］. 合肥工业大学学报（自然科学版）， 2016 ， 39 （ 1 ）： 40 - 45 .

TAO Weiqing ， XIA Yi ， LU Dingkun . Study of S-transform entropy theory and its application in fault detection of electric power system ［J］. Journal of Hefei University of Technology （Natural Science）， 2016 ， 39 （ 1 ）： 40 - 45 .

任雪松，于秀林 . 多元统计分析［M］. 北京：中国统计出版社， 2010 .

REN Xuesong ， YU Xiulin . Multivariate data analysis ［M］. Beijing ： China Statistics Press ， 2010 .

CUI Z J ， QI W F ， LIU Y X . A fast image template matching algorithm based on normalized cross correlation ［J］. Journal of Physics： Conference Series ， 2020 ， 1693 （ 1 ）： 012163 .

高本锋，董沛毅，刘辛晔，等 . 高压直流输电线路微分欠压保护特性与定值整定［J］. 电网技术， 2015 ， 39 （ 8 ）： 2303 - 2311 .

GAO Benfeng ， DONG Peiyi ， LIU Xinye ， et al . Research of HVDC transmission line differential under-voltage protection characteristics and value setting ［J］. Power System Technology ， 2015 ， 39 （ 8 ）： 2303 - 2311 .

郑伟，张楠，杨光源 . 西门子及ABB直流线路行波保护对比和改进研究［J］. 电力系统保护与控制， 2015 ， 43 （ 24 ）： 149 - 154 .

ZHENG Wei ， ZHANG Nan ， YANG Guangyuan . Comparative and improvement investigation on the DC transmission line traveling wave protections of Siemens and ABB ［J］. Power System Protection and Control ， 2015 ， 43 （ 24 ）： 149 - 154 .

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