一种抗通信延时及丢包的差动保护算法-论文.pdf

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1、第38卷第4期电力系统自动化Vol

2、38NO．42014年2月25日Autom~ionofElectricPowerSystemsFeb．25，2O14DOI：10．7500／AEPS201302036一种抗通信延时及丢包的差动保护算法王业，陆于平(东南大学电气工程学院，江苏省南京市210096)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

3、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。关键词：数字化变电站；变压器保护；差动保护；通信延时；丢包；动态时间弯曲0引言有较强的耐受性，而且对差动保护两侧信号的延时问题也具有

4、较强的耐受能力。同时该差动保护算法随着数字通信技术的日益发展及其在电力系统的可靠性及灵敏性也高于现有差动保护算法。中的逐步应用，数字化差动保护已被广泛用作发电机、变压器、母线和大型电动机等元件设备的主保1DTW算法护。而通信传输对数字化差动保护起着非常重要的DTW算法采用动态规划技术将一个复杂的全作用，归结起来通信传输主要存在两种问题：数据传局最优化问题化为许多局部最优化问题，进而一步输质量和数据同步。一步地进行决策口。它能够对存在全局或局部扩数据传输质量问题主要反映在信号传输时的丢展、压缩或变形

5、(如保护中的不同步情况)的相同时包、衰耗及高误码率。为解决此问题，国内外学者针间长度或不同时间长度的序列进行匹配，计算出两对变电站自动化网络传输性能进行了深入研究口]，侧时间序列的最短距离n。DTW计算两序列各而针对差动保护算法本身抗丢包特性的研究较少。点之间距离的思想如图1所示，具体算法见附录A。而对于数据同步问题，国内外学者提出了相应的数据同步方法l6。，但问题主要集中于减小网络延时信号及提出对采样值加时标的数据对时方法，同样没有对差动保护算法本身的抗同步误差特性进行分析。一旦全球卫星定位系统

6、(GPs)等硬同步方法遇到故时间障时，保护不能正常工作，将被闭锁。如果能从保护图1DTW思想算法本身特性出发，找到一种既能抗数据传输丢包、Fig．1Ideaofdynamictimewarping又能抗数据同步误差的差动保护算法，便可以满足数字化变电站新的发展要求，且能够在硬同步方法DTW算法可计算两不同长度时间序列之间的遇到故障、保护两侧同步误差不超过一定范围时，使相似性，且对于保护两侧采样序列由于不同步或丢差动保护可以继续正常工作，而不被闭锁。包产生的序列变形问题，DTW算法同样具有很好本文提

7、出一种基于动态时间弯曲(dynamic的效果。DTW上述特性决定了在发生丢包或者延timewarping，DTW)算法的差动保护算法，不仅能时的情况下，其具有减小两侧差流的特性。区外故对差动保护两侧信号传输时产生的丢包及衰耗数据障时，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，减收稿日期：2o13—0205；修回日期：2o13—09—03。小差流。区内故障时，由于两侧电流相位大致相同，国家自然科学基金资助项目(513

8、77022，50977012)。一92一·研制与开发·王业，等一种抗通信延时及丢包的差动保护算法则两侧采样点的对应差流均较大，故整体上DTW反方向后，，和M差异较大，则D(k)较大，即保算法不会减小两侧电流形成的差流。而对于带制动护的动作量很大。特性的差动保护来说，由于采用DTW算法后，区外2．2制动电流故障时两侧电流的差异减小，因此从反面增强了区考虑特殊情况，当系统处于最小运行方式及轻内故障时保护的可靠性及灵敏性。微故障情况下，为了使保护具有较高的灵敏度，选择带制动特性的差动保护整定方式，则制动

9、电流可表2DTW差动保护判据及抗同步误差、抗丢示为：包性能分析D一D。+KD(忌)(3)2．1动作判据式中：D。为很小的门限值；D(k)为制动门槛值；以数字化变电站中的变压器为例进行分析。如K为制动特性斜率系数，一般取0．4～1E]。图2所示，规定一次电流以流人变压器为正方向。D。克服两侧互感器误差及两侧信号不同步情当系统发生外部故障时(点k)，N侧电流为正方况下继电器产生的误动情况：两侧信号如果幅值相向，M侧电流为负方向，忽略两侧电流同步误差等位完全相同时，则其DTw距离应为0，