李振興，徐 浩，傅裕挺，李振華，翁漢琍

（1.三峽大學(xué)電氣與新能源學(xué)院，宜昌 443002；2.國網(wǎng)忻州供電公司，忻州 034000；3.梯級水電站運行與控制湖北省重點實驗室（三峽大學(xué)），宜昌 443002）

新能源接入配電網(wǎng)改變了傳統(tǒng)配電系統(tǒng)單向潮流的特點，給配電網(wǎng)安全運行帶來了新挑戰(zhàn)[1]。新能源接入配網(wǎng)，雖然其容量相對主網(wǎng)不大，但仍然改變了線路故障電流的形式，并且由于配網(wǎng)多分支負載及新能源電源呈現(xiàn)弱饋的故障特性，使傳統(tǒng)縱差保護靈敏度低[2]，短路電流相角受控畸變，從而導(dǎo)致傳統(tǒng)電流差動保護靈敏度下降甚至拒動[3]。

目前已有文獻提出了差動保護改進方案。文獻[4]針對含分布式電源DG（distributed generation）的有源配電網(wǎng)，提出基于故障線路兩側(cè)電流幅值差異的新型縱聯(lián)保護方案。文獻[5]在配電網(wǎng)原有電流保護基礎(chǔ)上增加單通道通信裝置，提出適合高滲透率光伏配電網(wǎng)的電流差動保護方案。文獻[6]提出了基于正序故障分量的反時限電流差動保護方案，解決了逆變類DG故障后接入點電壓、電流相位的不確定導(dǎo)致僅利用相位信息保護方案的局限性。文獻[7]基于模型識別原理，利用線路兩端全量電壓電流，采用時域波形相關(guān)性識別區(qū)內(nèi)外故障，提出了適用于風電接入系統(tǒng)的縱聯(lián)保護新原理。但上述文獻均以單DG系統(tǒng)進行仿真分析，且所提方案針對雙母線之間的線路保護，不適用于多母線配電網(wǎng)。

現(xiàn)有配電網(wǎng)電流相似性保護研究主要基于暫態(tài)零序電流，例如文獻[8]分析得出故障點兩側(cè)的暫態(tài)零序電流相似程度低、波形差異大，提出了一種基于暫態(tài)零序電流相似系數(shù)的故障定位方法。文獻[9]利用零序電流比值和分形維數(shù)對故障線路和非故障線路零序電流的相似性進行量化計算，提出了基于分形理論和聚類分析提出了高阻接地保護新方法。文獻[10]計算各區(qū)段兩側(cè)檢測點暫態(tài)零序電流的幅值分布差異系數(shù)，選擇幅值分布差異系數(shù)最大值對應(yīng)的區(qū)段為故障區(qū)段。文獻[11]由故障區(qū)段兩端暫態(tài)電流的差異，引入動態(tài)彎曲距離算法，提出了一種基于暫態(tài)零序電流動態(tài)彎曲距離的配電網(wǎng)小電流接地故障區(qū)段定位方法。以上文獻僅局限于暫態(tài)零序電流和傳統(tǒng)配電網(wǎng)，同時逆變型分布式電源的接入可能導(dǎo)致饋線零序電流保護誤動[12]，亟需探求適合含DG配電網(wǎng)新的保護方案。

本文引入余弦相似度和Petri網(wǎng)實現(xiàn)相似比較對象，提出一種基于電流余弦相似度比較的配電網(wǎng)故障識別新方法?；谟嘞蚁嗨贫壤碚?，首先利用配網(wǎng)多分支測量信息，根據(jù)故障發(fā)生在母線下游時，母線進線電源電流和出口電流呈正強相關(guān)性，而發(fā)生在母線上游時，無明顯相關(guān)性的特點，構(gòu)建比較判據(jù)，實現(xiàn)故障區(qū)域判別。然后利用故障區(qū)域干線測量信息，逆向逐級比較余弦相似度判斷故障區(qū)段。在上述基礎(chǔ)上引入Petri網(wǎng)理論，提出基于正向和反向Petri網(wǎng)搜索的故障定位方法。在PSCAD中搭建含多DG配電網(wǎng)系統(tǒng)進行仿真，結(jié)果表明，比較余弦相似度方法解決了DG并網(wǎng)后方向元件誤判問題，基于2次定位方案減小了復(fù)雜配電網(wǎng)的運算維度，能夠快速準確地識別故障區(qū)域。

1 配電網(wǎng)相間短路故障方向識別

1.1 配電網(wǎng)相間短路電流特征及相似性分析

圖1為典型含分布式電源配電網(wǎng)示意。根據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)，按照從左到右、從上到下依次為所有斷路器K和線路L進行編號，K1所在饋線記為饋線1，K8所在饋線記為饋線2，雙分支線路在其中未具體畫出，規(guī)定電流正常運行時流向為正。為準確判別故障方向和位置，對多分支母線上下游不同位置故障時的電流進行分析。

圖1 含DG配電網(wǎng)示意Fig.1 Schematic of distribution network with DGs

以多分支母線M1為例，若故障位于F2或F3即母線M1下游發(fā)生故障，則電流滿足

此時，由于存在短路點，負荷電流iload(t)的實際值遠小于正常運行時的額定值，即可認為i1(t)+i2(t)與i3(t)有較強的相關(guān)性。

若故障位于F1（即母線M1上游發(fā)生故障），則電流滿足

式中，if(t)為故障點處短路電流。由于if(t)和iload(t)的存在，i1(t)+i2(t)與i3(t)之間沒有明確的相關(guān)性。表1列舉了多分支母線M0、M2和M3不同故障位置時母線進線電源電流和出口電流相關(guān)性關(guān)系。由表1可知，故障發(fā)生在母線下游時，其呈正強相關(guān)性；故障發(fā)生在母線上游時，無明顯相關(guān)性。

表1 不同故障位置電流相關(guān)性Tab.1 Current correlation at different fault locations

綜上所述，對于含DG多分支母線，設(shè)iDG為DG支路電流，可根據(jù)本母線上游電源電流與iDG之和同出口處電流的相似度大小，準確區(qū)分故障方向，無明顯相關(guān)性時故障位于多分支母線上游，呈正強相關(guān)性時故障位于多分支母線下游，解決了DG接入配電網(wǎng)時故障方向元件誤判問題。對于不含DG的多分支母線，將本母線各出口處電流分別與上游電源電流進行相似度比較，確定故障發(fā)生在哪個分支。

1.2 余弦相似度基本理論

余弦相似度通過測量相互獨立的2個向量內(nèi)積夾角的余弦值來考察其極性，其結(jié)果不受2個向量幅值影響，僅與數(shù)據(jù)的變化趨勢有關(guān)，其理論已廣泛應(yīng)用在新能源接入高壓送出線路保護和直流電網(wǎng)保護等繼電保護領(lǐng)域[13-17]。

當配電網(wǎng)發(fā)生故障時，故障點上游母線進線電源電流與出口處電流相似度較大而下游較小，相比其他相似性算法，采用余弦相似度具有實現(xiàn)簡單、準確性高的優(yōu)點?？紤]到短路電流中存在衰減的直流分量，本文采用改進余弦相似度來衡量三分支母線暫態(tài)電流之間的極性變化趨勢，以消除直流分量對相似度的影響。對于離散電流信號序列x=(x1,x2,…,xn)和y=(y1,y2,…,yn)，其余弦相似度可表示為

式中：α為向量x和y的內(nèi)積夾角；；；n為采樣點數(shù)。若x和y完全正相關(guān)，則cosα=1；若x和y完全不相關(guān)，則cosα=0；若x和y完全負相關(guān)，則cosα=-1。

本文對各母線處電流進行采樣，通過中央決策單元匯總，結(jié)合配電網(wǎng)實際拓撲結(jié)構(gòu)，根據(jù)式（3）分別計算各三分支母線出口處電流和進線電源電流的余弦相似度cosα。

1.3 Petri網(wǎng)的基本理論

現(xiàn)有基于Petri網(wǎng)理論的配電網(wǎng)保護研究僅利用電流方向或幅值的差別進行故障位置計算[18-20]，忽略了DG的大規(guī)模接入和電力電子器件的廣泛使用造成傳統(tǒng)方向元件出現(xiàn)誤判的可能，以及高阻接地故障下故障電流不明顯的情況，降低了保護的可靠性。

圖2為簡易Petri網(wǎng)示意，s為庫所節(jié)點，r為變遷節(jié)點，s到r有輸入有向弧，r到s有輸出有向弧。黑色圓點代表托肯位置，Petri網(wǎng)通過托肯變遷來體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)特性。當托肯擁有發(fā)生權(quán)時，變遷觸發(fā)的同時伴隨著托肯的轉(zhuǎn)移；當Petri網(wǎng)中所有托肯都沒有發(fā)生權(quán)時，表示Petri網(wǎng)已穩(wěn)定。

圖2 簡易Petri網(wǎng)示意Fig.2 Schematic of simple Petri network

由于配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、節(jié)點眾多，直接比較所有節(jié)點的余弦相似度運算量大，不利于工程實現(xiàn)。為了提高Petri網(wǎng)搜索速度，本文提出正向和反向Petri網(wǎng)搜索概念。正向Petri網(wǎng)搜索與傳統(tǒng)Petri網(wǎng)搜索相同，而反向Petri網(wǎng)搜索卻在故障區(qū)域定位后，令牌反向傳遞進而搜索區(qū)域內(nèi)節(jié)點，以達到故障支路定位目的。

2 基于Cos-Petri的故障辨識方法

2.1 基于余弦相似度比較的故障識別判據(jù)

新能源接入配電網(wǎng)，僅靠電流判斷結(jié)合Petri網(wǎng)搜索進行故障定位可靠性不夠，本文將余弦相似度理論與Petri網(wǎng)理論相結(jié)合，既能快速識別出故障線路，又較大程度上減小計算量。

依據(jù)式（3）并結(jié)合故障位于上游、下游時故障電流特性，保護判據(jù)可依據(jù)余弦相似度的顯著差異而構(gòu)造。需要注意的是，該判據(jù)是在理想條件下得出的，即建立在忽略負荷電流、數(shù)據(jù)無畸變、測量無誤差、通訊無延遲等基礎(chǔ)之上，而在具體工程應(yīng)用中，這種理想情況不可能存在。同時，考慮到在不同的DG類型、故障類型、DG控制方式下，短路特性存在較大差異，因此在構(gòu)建判據(jù)時需預(yù)留一定裕度，本文以每相余弦相似度整定值取0.8，三相之和總整定值為2.4。若三相余弦相似度計算之和cosαA+cosαB+cosαC≤ 2.4，則故障位于母線上游；否則，故障位于母線下游。

在進行正向Petri網(wǎng)搜索的過程中，將2條相鄰多分支母線的余弦相似度與判據(jù)進行比對，若上游母線計算得到的余弦相似度大于2.4，下游母線計算得到的余弦相似度小于2.4，則故障區(qū)域定位在該2條母線之間。同理，在定位故障區(qū)域的基礎(chǔ)上，反向Petri網(wǎng)搜索定位故障支路。

對于主電源或DG脫網(wǎng)、“手拉手式”配電網(wǎng)的特殊情況，所提判據(jù)在如下情況下仍然滿足。

（1）配電網(wǎng)發(fā)生故障時，中央決策單元可通過故障信息綜合決策，切除主電源，由DG為系統(tǒng)供電或者切除DG。當主電源脫網(wǎng)，DG仍運行時，余弦相似度仍可正確判斷故障方向，只是減少了1個上游輸入量；同理，DG脫網(wǎng)時仍可正確判斷故障方向。

（2）本節(jié)分析是針對1條饋線，實際上目前配電網(wǎng)大多采用“手拉手”結(jié)構(gòu)，即通過1個常開聯(lián)絡(luò)開關(guān)將2條輻射狀線路連接起來，增加供電可靠性。當常開開關(guān)閉合時，可將其看另1條支路，處理方法同上。

對于差動保護，需綜合各母線出口處信息才能綜合決策。但就本方法而言，只需考慮各主分支電流關(guān)系，若母線出口處分支為負荷分支，則可忽略其對相似度計算的影響。因此需處理的數(shù)據(jù)量更少，速動性、靈敏性更好。

2.2 基于正向Petri搜索的區(qū)域性故障搜索

對于三分支母線，可通過電流余弦相似度判別故障發(fā)生在母線上游或者下游，利用Petri網(wǎng)正向搜索確定故障區(qū)域，此時托肯從線路始端變遷到故障區(qū)域末端。確定故障區(qū)域后利用Petri網(wǎng)反向搜索確定故障區(qū)段，此時托肯從故障區(qū)段末端倒退，直至確定故障區(qū)段后停止變遷。

表2為故障位于不同位置時不含DG三分支母線（簡稱為三分支母線）等效Petri網(wǎng)各位置編號的物理含義。

表2 無DG三分支母線Petri網(wǎng)物理含義Tab.2 Physical meaning of DG-free three-branch bus Petri network

圖3為三分支母線Petri網(wǎng)模型。其中，S中的“·”為托肯所在位置，下標Mi代表母線i，TMi-1為分配點，TMi-2、TMi-3、TMi-4為變遷點。將SMi-1分配為SMi-12、SMi-13、SMi-143個庫所，然后分別與SMi-2、SMi-31、SMi-32互相配合，當擁有發(fā)生權(quán)時托肯繼續(xù)變遷。

圖3 無DG三分支母線Petri網(wǎng)模型Fig.3 Petri network model of DG-free three-branch bus

由式（4）可推導(dǎo)得出Ki+1，當滿足Ki+1=Ki時，Petri網(wǎng)的托肯停止變遷，托肯最后的值就是所求的結(jié)果；當某一區(qū)域或區(qū)段兩次被定位發(fā)生故障時，由電流連續(xù)性可知此區(qū)域或區(qū)段即為故障發(fā)生處。

對于含DG三分支母線，本文方案不考慮DG出口處故障的情況，所以其Petri網(wǎng)模型與兩分支母線相同。

2.3 基于反向Petri搜索的支路性故障搜索

對于兩分支母線，可通過電流余弦相似度判別故障發(fā)生在母線上游或下游。表3為故障位于不同位置時兩分支母線和含DG三分支母線（簡稱為兩分支母線）等效Petri網(wǎng)各位置編號的物理含義。兩分支母線的Petri模型如圖4所示。

表3 兩分支母線Petri網(wǎng)各位置物理含義Tab.3 Physical meaning of each position in the twobranch bus Petri network

圖4 兩分支母線Petri網(wǎng)模型Fig.4 Petri network model of two-branch bus

據(jù)此，判斷出故障在SMj-9位置，對照表3可知，故障位于發(fā)生在兩分支母線下游。

以圖1中F2發(fā)生故障為例，正向Petri網(wǎng)搜索的故障區(qū)域一次定位過程如圖5所示。圖5由M0、M1、M2的Petri網(wǎng)模型3部分組成，其庫所S從上至下依次表示母線上游、下游（兩分支）或者母線上游、下游上分支、下游下分支（三分支）。

圖5 正向Petri搜索的故障區(qū)域一次定位過程Fig.5 First positioning process for fault area searched by forward Petri

由圖5可知，當F2發(fā)生故障時，首先中央決策單元通過計算余弦相似度確定初始托肯位于三分支母線M0對應(yīng)的Petri網(wǎng)的SM0-1處，即圖中黑色圓點所示。然后根據(jù)Petri網(wǎng)相關(guān)理論，托肯開始變遷，詳細過程如下。

步驟1SM0-1處托肯分配到SM0-12、SM0-13、SM0-14。

步驟2只有SM0-13和SM0-31配合托肯擁有發(fā)生權(quán)，SM0-13與SM0-31托肯合并繼續(xù)變遷到SM0-51，對應(yīng)故障位于母線M0下游上分支，即K1所在支路。根據(jù)拓撲結(jié)構(gòu)，此時托肯通過TM1-1傳遞到M1的SM1-13、SM1-12處。

步驟3同理，母線M1處SM1-13與SM1-3托肯合并繼續(xù)變遷到SM1-5，對應(yīng)故障發(fā)生在母線下游，此時托肯繼續(xù)變遷到母線M2的SM2-12、SM2-13、SM2-14處，僅SM2-2和SM2-12配合托肯擁有發(fā)生權(quán)，變遷到SM2-4處，對應(yīng)故障位于母線M2上游，托肯結(jié)束變遷，最終托肯位置為SM2-4，即可定位故障區(qū)域為兩分支母線M1和三分支母線M2之間。確定故障區(qū)域后，此時托肯位于母線M2處，托肯反向變遷，通過反向Petri網(wǎng)搜索最終確定故障區(qū)段。

M1和M2之間拓撲區(qū)段如圖6所示。反向Petri網(wǎng)搜索的故障區(qū)段二次定位過程如圖7所示。圖7展示了托肯反向變遷過程示意。類似正向搜索過程，托肯從M2處反向變遷，直到母線M5時計算得到故障位于母線下游，此時托肯不再觸發(fā)，實現(xiàn)最終故障區(qū)段定位在母線M5下游M6上游，即M5和M6之間為故障區(qū)段。

圖6 M1和M2之間拓撲區(qū)段Fig.6 Topology sections betweenM1andM2

圖7 反向Petri搜索的故障區(qū)域二次定位過程Fig.7 Secondary locating process for fault area searched by reverse Petri

綜上所述，本文所提故障識別方案的整體流程如下。

步驟1在系統(tǒng)正常運行時，根據(jù)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化保護系統(tǒng)，自適應(yīng)更新獲取配電網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)，形成Petri網(wǎng)模型。

步驟2當故障發(fā)生時，就地單元檢測到故障電流，并將策略數(shù)據(jù)發(fā)送至中央決策單元統(tǒng)一調(diào)控。結(jié)合Petri網(wǎng)模型，中央決策單元對上傳的故障電流進行分析，匯總各母線處電流信息，比較各饋線出口處電流與其上游總流入電流，按照式（3）分別計算三相電流余弦相似度，將3個相似度數(shù)值分別與三相余弦相似度計算之和cosαA+cosαB+cosαC進行比較。若 cosαA+cosαB+cosαC≤ 2.4，則故障位于母線上游；否則，故障位于母線下游。

步驟3根據(jù)余弦相似度計算結(jié)果確定初始托肯，結(jié)合Petri模型進行正向搜索，當滿足Ki+1=Ki時托肯停止變遷；當某一區(qū)域兩次被定位發(fā)生故障時，由電流連續(xù)性可知此區(qū)域為故障發(fā)生處。將故障定位在兩多分支母線之間，實現(xiàn)一次故障區(qū)域定位；然后進行托肯反向搜索，精確定位故障區(qū)段。

步驟4確定故障發(fā)生區(qū)段后，中央決策單元向就地單元發(fā)出跳閘指令，指令需結(jié)合故障性質(zhì)識別結(jié)果。具體跳閘重合策略詳見第3節(jié)。

3 仿真驗證

為驗證本文所提保護判據(jù)的合理性，以雙饋風機為例，使用PSCAD/EMTDC搭建如圖8所示的含多DG“手拉手”式配電網(wǎng)系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)設(shè)置2條饋線，“拉手”開關(guān)在正常運行時屬于常開節(jié)點，當1條饋線發(fā)生故障斷路器跳閘時，“拉手”開關(guān)自動閉合，向另1條饋線故障點下游供電，縮小了停電范圍。采樣頻率為1 kHz，DG為1.5 MW雙饋風機，具體參數(shù)見附錄A。

圖8 含多DG典型配電網(wǎng)系統(tǒng)Fig.8 Typical distribution network system with multi-DG

3.1 故障位置和故障類型對相似度的影響

針對不同的故障位置和故障類型，分別仿真計算各母線的三相余弦相似度。設(shè)置故障位置分別記為F1、F2、F3，如圖8所示。3種故障類型為BC（兩相相間短路）、BCG（兩相接地短路）、ABC（三相相間短路）。

由表4可知，首先通過計算母線M0處的相似度1和2（上、下分支），確定故障饋線，后續(xù)計算可忽略非故障饋線，僅計算故障饋線三分支母線電流相似度。當三分支母線下游發(fā)生故障時，滿足三相電流余弦相似度之和大于2.4；當三分支母線上游發(fā)生故障時，計算結(jié)果遠小于2.4，能夠可靠識別出故障方向。

表4 三分支母線不同故障時余弦相似度Tab.4 Cosine similarity of three-branch bus under various faults

3.2 數(shù)據(jù)窗對相似度的影響

圖9為F2點發(fā)生BC、BCG、ABC等3種故障類型時，數(shù)據(jù)窗長分別取 5 ms、10 ms、15 ms、20 ms、25 ms和30 ms，計算母線M0相似度1和母線M1余弦相似度。

圖9 不同數(shù)據(jù)窗長下余弦相似度Fig.9 Cosine similarity under different data window lengths

由圖9可知，當窗長為5 ms時，保護靈敏性差，對于下游故障，計算結(jié)果可能小于判據(jù)整定值2.4，出現(xiàn)誤判。這是因為新能源控制系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)節(jié)時間一般為10～20 ms，經(jīng)過20 ms后趨于穩(wěn)定。當數(shù)據(jù)窗長大于20 ms時，計算得到的相關(guān)系數(shù)波動較小，對判據(jù)影響可以忽略不計，但此時保護的速動性差。綜合來看，數(shù)據(jù)窗長取10 ms可滿足保護的要求，同時兼顧了DG控制系統(tǒng)的影響。

3.3 噪聲對相似度的影響

圖10為F2點發(fā)生BC、BCG、ABC等3種故障類型時，信噪比分別取10～50 dB時，計算母線M0相似度2和母線M1余弦相似度。各電流采樣值疊加高斯白噪聲。

圖10 不同信噪比下余弦相似度Fig.10 Cosine similarity under different SNRs

由圖10可知，當信噪比小于30 dB時，計算得到的相似度有輕微波動但不影響保護的正確動作；當信噪比大于30 dB時，相關(guān)系數(shù)計算值波動很小。這是因為余弦相似度僅關(guān)注向量之間的夾角，當各就地單元同時疊加高斯白噪聲時，對各電流向量之間的夾角影響很小。由此可知，噪聲對基于余弦相似度的故障方向識別影響較小。

3.4 正向反向Petri網(wǎng)求解

以F2發(fā)生故障為例，建立如圖5所示關(guān)于多分支節(jié)點的Petri網(wǎng)模型，通過計算得到初始托肯位置，并進行矩陣運算和托肯變遷，得出正向Petri網(wǎng)區(qū)域定位求解結(jié)果如表5所示。

表5 正向Petri網(wǎng)區(qū)域定位Tab.5 Area location by forward Petri network

由表5可知，當托肯傳遞到M3處時，區(qū)域（4）～（8）同時被三分支母線M2和M3判定為故障支路，于是得出區(qū)域（4）～（8）為故障區(qū)域，完成正向Petri網(wǎng)區(qū)域搜索定位。此時，托肯位于M3母線處，中央處理單元向M3上的饋線終端裝置下達命令，托肯開始反向搜索以確定故障區(qū)段。

表6為M2和M3之間反向Petri網(wǎng)區(qū)段定位求解結(jié)果?？梢?，當托肯從M3開始反向搜索故障區(qū)段時，托肯傳遞到M6處，區(qū)段（6）同時被母線M7和M8判定為故障區(qū)段，由此可得出故障位于區(qū)段（6），即母線 M7和M8之間。

表6 反向Petri網(wǎng)區(qū)段定位Tab.6 Segment location by reverse Petri network

3.5 與其他方法的對比分析

文獻[5-6]是典型的含DG配網(wǎng)電流差動保護。與文獻[5-6]方法相比，本文具有以下特點。

（1）保護方法簡單。文獻[5-6]所提方法對時間同步精度要求較高，然而由于當前配電網(wǎng)通訊通道與數(shù)據(jù)同步技術(shù)的制約，獲取電流同步相位信息困難。文獻[5]所提方法新增單通信通道設(shè)備，增加投資成本，不利于工程應(yīng)用。本文所提保護方案僅比對母線的進線電源電流和出線口電流相似度，對采樣精度要求不高，故障時就地單元就能滿足數(shù)據(jù)檢測要求，無需增加其他設(shè)備，簡單易實現(xiàn)。

（2）保護可靠性高。配電網(wǎng)短路電流特征受DG自身控制策略影響，使文獻[5-6]所提保護方案的靈敏度發(fā)生變化，甚至出現(xiàn)拒動或誤動現(xiàn)象。同時，差動保護需匯集各母線出口處信息才能正確決策，實際配電網(wǎng)存在許多不可測負荷分支，因此需要考慮不可測負荷分支對保護的影響，文獻[5]沒有將不可測負荷分支考慮在內(nèi)，而文獻[6]僅考慮了正常線路不可測負荷分支對保護的影響。本文所提方法只需考慮各主分支電流關(guān)系，可忽略母線出口處負荷分支的影響，通過相似度比較解決DG并網(wǎng)后方向元件誤判的問題，并且在數(shù)據(jù)窗選取時兼顧了DG控制系統(tǒng)的影響，提高了保護的可靠性。

（3）實用性強。本文所提保護方案在正常運行時更新網(wǎng)絡(luò)拓撲，避免了算法耗時長、計算量大的問題。故障時對各分支節(jié)點同時進行故障支路搜索，基于2次Petri網(wǎng)搜索減小了復(fù)雜配電網(wǎng)的運算維度，提高了保護的速動性，對于含多DG的復(fù)雜配網(wǎng)，結(jié)構(gòu)拓撲方便，具有較高的實用性。

4 結(jié)語

本文在介紹配電網(wǎng)區(qū)域保護的基礎(chǔ)上，利用區(qū)域信息，提出基于電流余弦相似度比較的配電網(wǎng)故障識別策略，解決了DG并網(wǎng)后方向元件誤判的情況，不受多類型DG接入后短路特性不確定性和不可完全預(yù)測性的影響，且識別速度快，對采樣精度要求不高，現(xiàn)有保護可滿足要求，無需增設(shè)其他采樣元件。在方向搜索的基礎(chǔ)上，結(jié)合Petri相關(guān)理論，提出基于正向Petri網(wǎng)搜索的故障區(qū)域定位和反向Petri網(wǎng)搜索的故障區(qū)段定位策略。通過2次定位減小了定位矩陣維度，進一步提高區(qū)域保護的速動性。通過PSCAD仿真驗證了所提方向搜索方案的合理性。通過數(shù)值仿真驗證了正向Petri網(wǎng)搜索的故障區(qū)域定位和反向Petri網(wǎng)搜索的故障區(qū)段定位策略的可行性。

附錄A

附表A-1 1.5 MW風機參數(shù)Tab.A1 Parameters of 1.5 MW wind turbine

附表A-2 繞線式感應(yīng)電機模型參數(shù)Tab.A2 Parameters of wound-rotor induction motor model