張運(yùn)馳，高厚磊，袁 通，向岷江

突變量與形態(tài)學(xué)相結(jié)合的配電網(wǎng)故障時(shí)刻檢測(cè)方法

張運(yùn)馳1，高厚磊1，袁 通1，向岷江2

(1.山東大學(xué)電氣工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250061；2.國(guó)網(wǎng)濟(jì)南供電公司，山東 濟(jì)南 250012)

在配網(wǎng)應(yīng)用中，以故障時(shí)刻為同步基準(zhǔn)的差動(dòng)保護(hù)需要精準(zhǔn)地檢測(cè)故障發(fā)生時(shí)刻。而常見(jiàn)的相電流突變量故障時(shí)刻檢測(cè)方法的誤差受故障發(fā)生時(shí)刻、分布式電源故障特性等因素的影響較大，會(huì)給差動(dòng)保護(hù)帶來(lái)較大的同步誤差。為此，提出了適用于配電網(wǎng)故障時(shí)刻自同步原理的精確故障時(shí)刻檢測(cè)方法。首先以傳統(tǒng)相電流突變量檢測(cè)算法為基礎(chǔ)選取數(shù)據(jù)窗，然后對(duì)窗內(nèi)數(shù)據(jù)應(yīng)用改進(jìn)多分辨形態(tài)梯度算子進(jìn)行處理，得到凸顯波形突變情況的梯度信號(hào)。之后利用該梯度信號(hào)的極值點(diǎn)位置提取故障發(fā)生時(shí)刻。最后PSCAD仿真以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果表明，該方法檢測(cè)精度高、穩(wěn)定性好，可有效減小因故障時(shí)刻檢測(cè)而產(chǎn)生的同步誤差。

配網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)；自同步原理；同步誤差；故障時(shí)刻檢測(cè)；改進(jìn)多分辨形態(tài)梯度

0 引言

在繼電保護(hù)應(yīng)用中，精確地檢測(cè)故障時(shí)刻有著非常重要的意義，尤其是對(duì)于采樣率普遍不高的配電網(wǎng)。由于分布式電源(Distributed Generator, DG)的廣泛接入，配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，由傳統(tǒng)的輻射狀網(wǎng)絡(luò)變?yōu)槎嘣淳W(wǎng)絡(luò)[1-4]，而且分布式電源的接入使得系統(tǒng)的故障特性也發(fā)生了部分改變[5-7]。為了提升配電網(wǎng)的供電可靠性，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)快速故障隔離，高可靠性的縱聯(lián)保護(hù)逐步替代傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)，在配網(wǎng)中得到了一定的應(yīng)用[8-12]。但受限于配電網(wǎng)的通信建設(shè)水平，傳統(tǒng)的差動(dòng)保護(hù)數(shù)據(jù)同步方法難以實(shí)現(xiàn)。

文獻(xiàn)[13]考慮到目前有源配電網(wǎng)的故障特征和通信條件，提出充分式電流幅值差動(dòng)保護(hù)思想，對(duì)數(shù)據(jù)同步的要求較低。文獻(xiàn)[14]針對(duì)配電網(wǎng)線路較短的特點(diǎn)，提出了故障時(shí)刻自同步原理，兩端保護(hù)以各自檢測(cè)到的故障發(fā)生時(shí)刻作為時(shí)間基準(zhǔn)進(jìn)行后續(xù)的計(jì)算。該方法將兩側(cè)保護(hù)通過(guò)故障發(fā)生時(shí)刻聯(lián)系起來(lái)，無(wú)需額外的對(duì)時(shí)手段，但此方法不可避免地會(huì)產(chǎn)生由于兩側(cè)保護(hù)檢測(cè)故障發(fā)生時(shí)刻的延時(shí)不同而帶來(lái)的同步誤差。傳統(tǒng)的故障時(shí)刻檢測(cè)采用相電流突變量檢測(cè)原理，該原理的檢測(cè)延時(shí)會(huì)受故障發(fā)生時(shí)刻、DG故障特性和啟動(dòng)門檻值等因素影響[15]，當(dāng)兩側(cè)檢測(cè)延時(shí)相差較大時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的同步誤差，一旦超過(guò)了同步誤差的允許裕度，就可能會(huì)造成區(qū)內(nèi)故障時(shí)保護(hù)的拒動(dòng)。因此，準(zhǔn)確地檢測(cè)故障發(fā)生時(shí)刻可以減小故障時(shí)刻自同步原理產(chǎn)生的誤差。

文獻(xiàn)[16]利用小波變換對(duì)超高壓輸電線路進(jìn)行故障時(shí)刻的提取，多用于故障定位，但小波變換本身存在時(shí)移，且對(duì)采樣率有較高的要求。文獻(xiàn)[17-21]將數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)應(yīng)用于暫態(tài)分量濾波、故障測(cè)距以及行波保護(hù)，通常對(duì)裝置采樣率的要求較高，需實(shí)時(shí)計(jì)算，難以直接應(yīng)用于配電網(wǎng)。文獻(xiàn)[22]對(duì)電流突變量進(jìn)行波形擬合，根據(jù)故障后數(shù)據(jù)得到的擬合波形與實(shí)際波形的相關(guān)度差異尋找突變點(diǎn)，該方法存在低采樣率時(shí)檢測(cè)誤差較大以及所需數(shù)據(jù)窗較長(zhǎng)的問(wèn)題。文獻(xiàn)[23]根據(jù)奇異值分解原理構(gòu)造Hankel矩陣，得到信號(hào)的細(xì)節(jié)部分，利用模極大值法求取奇異點(diǎn)，但該檢測(cè)方法對(duì)數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度具有一定要求。

數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)(Mathematical Morphology, MM)中的形態(tài)梯度法(Morphological Gradient, MG)可以有效地提取圖像的邊緣信息[24-26]，對(duì)應(yīng)一維函數(shù)信號(hào)的突變。因此，本文提出了一種相電流突變量與形態(tài)學(xué)相結(jié)合的配電網(wǎng)故障時(shí)刻檢測(cè)方法，首先利用相電流突變量檢測(cè)方法確定數(shù)據(jù)窗，然后利用改進(jìn)多分辨形態(tài)梯度算子(Improved Multi-resolution Morphological Gradient, IMMG)對(duì)采集到的相電流信號(hào)進(jìn)行多級(jí)梯度處理，從而得到輸入信號(hào)的梯度輸出，梯度值變化最劇烈的位置對(duì)應(yīng)原始信號(hào)的波形突變點(diǎn)，即故障發(fā)生時(shí)刻。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用故障時(shí)刻自同步原理，可以極大地減小由故障發(fā)生時(shí)刻的檢測(cè)延時(shí)不同導(dǎo)致的同步誤差。此外，本文方法對(duì)不同采樣率的保護(hù)裝置都具有較強(qiáng)的適用性，為電流差動(dòng)保護(hù)應(yīng)用于配電網(wǎng)提供了有利條件。

1 相電流突變量故障檢測(cè)原理

在實(shí)際工程應(yīng)用中，常用的故障時(shí)刻檢測(cè)方法為相電流突變量檢測(cè)法(以下簡(jiǎn)稱突變量算法)，它是通過(guò)判斷實(shí)時(shí)相電流變化量是否超過(guò)設(shè)定的門檻值來(lái)實(shí)現(xiàn)的，判據(jù)一般如式(1)所示[14]。

文獻(xiàn)[15]表明，傳統(tǒng)突變量算法檢測(cè)故障時(shí)刻的誤差主要與判據(jù)門檻值、故障電流幅值、故障初始角、非周期分量衰減速度等因素有關(guān)。此外，也與采樣率有關(guān)，其他條件均相同時(shí)，采樣率越高，檢測(cè)誤差越小。圖1展示了突變量算法所產(chǎn)生的檢測(cè)誤差。

圖1 突變量算法的檢測(cè)延時(shí)

圖2 故障時(shí)刻自同步原理的同步誤差

2 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)檢測(cè)故障時(shí)刻

2.1 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)

式中，、分別為輸入信號(hào)和結(jié)構(gòu)元素的采樣點(diǎn)序號(hào)。式(3)、式(4)的數(shù)學(xué)差分為基本的形態(tài)梯度算子，即

2.2 改進(jìn)多分辨形態(tài)梯度檢測(cè)故障時(shí)刻

傳統(tǒng)利用扁平結(jié)構(gòu)元素的多分辨形態(tài)梯度運(yùn)算可用于故障測(cè)距，在高采樣率下能夠準(zhǔn)確地定位行波波頭到達(dá)時(shí)刻，但在配電網(wǎng)常規(guī)采樣率保護(hù)中，該方法在相電流峰谷值處也會(huì)檢測(cè)到奇異性[25]，從而影響故障時(shí)刻檢測(cè)的準(zhǔn)確性。為了能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)信號(hào)突變并且能夠適用于一般采樣率的保護(hù)，本文在文獻(xiàn)[25]的基礎(chǔ)上利用斜坡結(jié)構(gòu)元素形成了各級(jí)結(jié)構(gòu)元素相同的改進(jìn)多分辨形態(tài)梯度算子，由于其結(jié)合了多分辨濾波與形態(tài)學(xué)梯度，因而具有較強(qiáng)的抑制噪聲和凸顯奇異特征的能力。文獻(xiàn)[25]為了檢測(cè)電流互感器的飽和，采用了幅值隨輸入信號(hào)變化的多分辨結(jié)構(gòu)元素，但這會(huì)導(dǎo)致采樣數(shù)據(jù)量及計(jì)算量的增加。因此，本文結(jié)合配網(wǎng)實(shí)際故障特征與保護(hù)需求，為突出信號(hào)細(xì)微的變化，且盡可能地適合較低采樣率，選取的各級(jí)結(jié)構(gòu)元素均為

圖3 原始故障電流及IMMG3輸出結(jié)果

圖4 故障時(shí)刻檢測(cè)算法流程圖

3 仿真分析

為了驗(yàn)證本文所提算法的性能，在PSCAD仿真軟件中搭建了10 kV有源配電網(wǎng)模型，如圖5所示。交流系統(tǒng)容量為200 MVA；線路L1長(zhǎng)度為2.7 km，接有3 MVA負(fù)荷；線路L2長(zhǎng)度為3.8 km；線路L3長(zhǎng)度為2.1 km，接有2 MVA負(fù)荷；線路L4長(zhǎng)度為1 km，接有6 MVA負(fù)荷；線路阻抗為0.17 + j0.34 Ω/km，負(fù)荷功率因數(shù)均為0.9。兩分布式電源均為逆變類DG，DG1額定輸出功率為1 MW，DG2額定輸出功率為4 MW。故障位置設(shè)置在距M側(cè)1.8 km處，電流互感器二次額定電流均為5 A，采樣率選為4 kHz，相電流突變量算法的門檻值設(shè)為0.3倍的額定電流。

圖5 仿真系統(tǒng)圖

3.1 算法的精確性

為了驗(yàn)證本文所提方法的精確性，仿真兩種不同的故障情形。首先，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)刻恰為采樣時(shí)刻時(shí)，仿真0.501 25 s時(shí)故障位置處發(fā)生三相短路故障，過(guò)渡電阻設(shè)為5 Ω，得到M、N兩側(cè)故障電流。利用本文算法對(duì)故障發(fā)生時(shí)刻進(jìn)行檢測(cè)，得到A相電流及檢測(cè)結(jié)果，如圖6、圖7所示。圖中，3級(jí)形態(tài)梯度的輸出可以很好地反應(yīng)波形的突變情況，再加上以突變量檢測(cè)算法為基礎(chǔ)選擇數(shù)據(jù)窗，提高了算法的抗干擾性和可靠性。本文算法對(duì)M、N兩側(cè)A相電流的檢測(cè)結(jié)果均為：第一極值點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻fir= 0.501 s，第二極值點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻為sec= 0.501 5 s，得到故障發(fā)生時(shí)刻k= 0.501 25 s，與實(shí)際故障發(fā)生時(shí)刻相同。當(dāng)采樣時(shí)刻并非故障發(fā)生時(shí)刻時(shí)，考慮不同的故障初始角時(shí)本文算法的檢測(cè)誤差，并且與突變量算法進(jìn)行對(duì)比。故障初始角(以故障發(fā)生時(shí)刻代替)會(huì)影響故障電流的波形特征，設(shè)置圖5中點(diǎn)處發(fā)生兩相短路故障，過(guò)渡電阻為5 Ω，隨機(jī)設(shè)置不同故障發(fā)生時(shí)刻，得到M、N兩側(cè)A相電流的檢測(cè)結(jié)果及對(duì)應(yīng)檢測(cè)誤差，如表1、表2所示。

由表1、表2中的數(shù)據(jù)可以看出，隨著故障初始角的改變，傳統(tǒng)突變量算法的檢測(cè)誤差較大，而本文算法產(chǎn)生的檢測(cè)誤差均小于一個(gè)采樣間隔且很穩(wěn)定。表1數(shù)據(jù)源于系統(tǒng)側(cè)電流，由于其故障電流幅值較大，非周期分量衰減較快，突變量算法的檢測(cè)誤差相對(duì)較小且變化不會(huì)特別劇烈。但DG側(cè)由于其弱饋特性，故障電流的幅值不會(huì)很大，此時(shí)不同的故障初始角會(huì)引起很大的檢測(cè)誤差，進(jìn)而造成嚴(yán)重的同步誤差。例如，在0.506 11 s時(shí)，突變量算法的檢測(cè)結(jié)果為：M側(cè)0.506 25 s，檢測(cè)誤差為2.52°；N側(cè)0.51 s，檢測(cè)誤差為70.02°；兩側(cè)產(chǎn)生的同步誤差為67.5°。而本文算法對(duì)M、N側(cè)電流的檢測(cè)結(jié)果均為：故障發(fā)生時(shí)刻為0.506 s，檢測(cè)誤差為-1.98°，兩側(cè)產(chǎn)生的同步誤差為0。由于故障發(fā)生時(shí)刻具有隨機(jī)性，而保護(hù)裝置的采樣率有一定限制，大多數(shù)情況下的故障發(fā)生時(shí)刻并非采樣時(shí)刻。本文所提算法雖然可以較精確地定位到信號(hào)突變點(diǎn)，但仍會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，該檢測(cè)誤差很小且兩端檢測(cè)誤差幾乎完全相等，同步誤差幾乎全為0。針對(duì)檢測(cè)誤差為負(fù)值的問(wèn)題，具體應(yīng)用到保護(hù)中可以采取在本文檢測(cè)到故障時(shí)刻之后的一個(gè)點(diǎn)開(kāi)始計(jì)算，仍不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的同步造成影響。

圖7 N側(cè)A相電流及本文算法檢測(cè)結(jié)果

表1 M側(cè)A相電流兩種算法的檢測(cè)結(jié)果

表2 N側(cè)A相電流兩種算法的檢測(cè)結(jié)果

3.2 低采樣率的適應(yīng)性

為了驗(yàn)證本文算法同樣也可以適用于較低采樣率保護(hù)，仿真0.501 25 s時(shí)發(fā)生兩相短路故障，過(guò)渡電阻同樣設(shè)置為5 Ω，采樣率設(shè)為1.6 kHz，得到M、N兩側(cè)故障電流。利用本文算法對(duì)故障發(fā)生時(shí)刻進(jìn)行檢測(cè)，得到A相電流及本文算法的檢測(cè)結(jié)果，如圖8、圖9所示。

圖8 M側(cè)A相電流及本文算法檢測(cè)結(jié)果

圖9 N側(cè)A相電流及本文算法檢測(cè)結(jié)果

由圖8、圖9可以看出，本文算法對(duì)于配網(wǎng)中普遍采用較低采樣率的保護(hù)仍然適用，算法對(duì)M、N兩側(cè)電流的檢測(cè)結(jié)果均為：第一極值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻fir= 0.495 s，第二極值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻sec= 0.507 5 s，得到故障發(fā)生時(shí)刻為0.501 25 s，與實(shí)際故障發(fā)生時(shí)刻相同。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)刻并非采樣時(shí)刻時(shí)，以3.1節(jié)中0.506 11 s時(shí)發(fā)生故障為例，僅改變采樣率為1.6 kHz，其余設(shè)置均相同，得到M、N兩側(cè)電流信號(hào)。利用本文算法檢測(cè)故障發(fā)生時(shí)刻，M側(cè)檢測(cè)到的故障時(shí)刻為0.506 25 s，檢測(cè)誤差為2.52°，N側(cè)檢測(cè)到的故障時(shí)刻為0.505 625 s，檢測(cè)誤差為-8.73°，產(chǎn)生的同步誤差為11.25°，恰為該采樣率下的一個(gè)采樣間隔，仍小于保護(hù)允許的同步誤差裕度。而利用突變量算法檢測(cè)時(shí)，M側(cè)檢測(cè)到的故障時(shí)刻為0.506 875 s，檢測(cè)誤差為13.77°，N側(cè)檢測(cè)到的故障時(shí)刻為0.510 625 s，檢測(cè)誤差為81.27°，檢測(cè)誤差遠(yuǎn)大于本文算法所得到的結(jié)果。

仿真條件保持不變，從0.6 s起間隔1 ms進(jìn)行10次仿真。定義max為10次仿真中最大檢測(cè)誤差絕對(duì)值與采樣周期的比值，min為10次仿真中最小檢測(cè)誤差絕對(duì)值與采樣周期的比值，avg為10次仿真平均檢測(cè)誤差絕對(duì)值與采樣周期的比值，本文算法對(duì)兩側(cè)A相電流的檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 1.6 kHz采樣率時(shí)算法的檢測(cè)誤差

由仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)采樣率降低時(shí)，本文算法的檢測(cè)誤差在分布式電源側(cè)偶爾會(huì)出現(xiàn)大于一個(gè)采樣間隔的情況，但平均檢測(cè)誤差仍保持在一個(gè)采樣間隔之內(nèi)，而且兩側(cè)產(chǎn)生的同步誤差均未超過(guò)一個(gè)采樣間隔。

3.3 單相接地故障的應(yīng)對(duì)能力

為檢測(cè)所提算法在小電阻接地系統(tǒng)中的適應(yīng)性，針對(duì)圖5所示系統(tǒng)，在M母線處安裝一經(jīng)5 Ω電阻接地的接地變壓器，在處仿真經(jīng)不同電阻接地的A相接地故障，過(guò)渡電阻分別取0 Ω、5 Ω、10 Ω、20 Ω。按照3.1節(jié)中的故障時(shí)刻各進(jìn)行10次仿真，采用表3中定義的誤差指標(biāo)，得到本文算法對(duì)兩側(cè)A相電流的檢測(cè)結(jié)果，如表4所示。

表4 單相接地不同故障電阻時(shí)算法的檢測(cè)誤差

由結(jié)果可知，發(fā)生單相接地故障時(shí)，分布式電源側(cè)由于故障前后電流幅值變化不大，可能會(huì)出現(xiàn)檢測(cè)誤差大于一個(gè)采樣間隔的情況，但平均檢測(cè)誤差仍保持在一個(gè)采樣間隔之內(nèi)，而且兩側(cè)產(chǎn)生的同步誤差也未超過(guò)一個(gè)采樣間隔。值得注意的是，當(dāng)本算例中的接地電阻大于10 Ω時(shí)，0.1倍額定電流門檻值的相電流突變量算法已無(wú)法啟動(dòng)，繼續(xù)降低其門檻值，本文方法仍能夠精確地檢測(cè)故障發(fā)生時(shí)刻。但過(guò)渡電阻繼續(xù)增大時(shí)，由于分布式電源側(cè)相電流波形變化特征極不明顯，三級(jí)形態(tài)梯度運(yùn)算的極值難以取到，此時(shí)可以考慮同時(shí)用本文方法處理零序電流，以提高算法的抗過(guò)渡電阻能力。

4 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)驗(yàn)證

利用現(xiàn)場(chǎng)配電網(wǎng)試驗(yàn)中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)本文方法進(jìn)行驗(yàn)證。所用電流數(shù)據(jù)為發(fā)生C相接地故障時(shí)的二次值，額定值為5 A，采樣率為6 400 Hz，包含992個(gè)采樣點(diǎn)，故障前線路空載。現(xiàn)場(chǎng)C相電流波形及本文算法檢測(cè)結(jié)果如圖10、圖11所示。

圖10 現(xiàn)場(chǎng)一端C相電流及本文算法檢測(cè)結(jié)果

圖11 現(xiàn)場(chǎng)對(duì)端C相電流及本文算法檢測(cè)結(jié)果

對(duì)于原始故障電流數(shù)據(jù)，一端電流的故障時(shí)刻為第416個(gè)采樣點(diǎn)，對(duì)端電流的故障時(shí)刻為第402個(gè)采樣點(diǎn)。由圖10、圖11可以看出，本文算法均能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)故障發(fā)生時(shí)刻，沒(méi)有檢測(cè)誤差。由故障時(shí)刻檢測(cè)導(dǎo)致的同步誤差為0；而利用突變量算法檢測(cè)的結(jié)果如下：一端檢測(cè)時(shí)刻為第428個(gè)采樣點(diǎn)，對(duì)端檢測(cè)時(shí)刻為第403個(gè)采樣點(diǎn)，檢測(cè)誤差分別為1.875 ms 和0.156 ms，由故障時(shí)刻檢測(cè)導(dǎo)致的同步誤差約為30.94°。

5 結(jié)論

故障時(shí)刻自同步原理的提出為差動(dòng)保護(hù)在配網(wǎng)中的應(yīng)用提供了極大便利，而精確的故障時(shí)刻檢測(cè)方法可以減小自同步原理本身帶來(lái)的同步誤差，提高差動(dòng)保護(hù)的可靠性。本文基于相電流突變量及改進(jìn)多分辨形態(tài)梯度算子提出了一種適用于配電網(wǎng)的精確故障時(shí)刻檢測(cè)方法。仿真分析和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)驗(yàn)證均表明：

1) 本文方法可以精確地檢測(cè)信號(hào)的突變位置，受衰減直流分量和故障發(fā)生時(shí)刻的影響小，檢測(cè)誤差很小且沒(méi)有大的波動(dòng)，極大地降低了因故障檢測(cè)而產(chǎn)生的同步誤差。

2) 本文方法以傳統(tǒng)突變量檢測(cè)算法為基礎(chǔ)，受數(shù)據(jù)擾動(dòng)的影響較??；考慮形態(tài)學(xué)端點(diǎn)效應(yīng)的影響，僅需3/4個(gè)周波的數(shù)據(jù)窗，且只需故障之后1/4個(gè)周波的數(shù)據(jù)，采樣率高時(shí)數(shù)據(jù)窗可進(jìn)一步縮短；形態(tài)學(xué)不涉及復(fù)雜的運(yùn)算過(guò)程，僅需要在突變量檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上增加極小的計(jì)算量。

3) 本文方法對(duì)保護(hù)裝置的采樣率要求不高，1.6 kHz時(shí)仍可保持極小的檢測(cè)誤差和同步誤差，可適用于配電網(wǎng)中較低采樣率的保護(hù)裝置。

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A fault time detection method in a distribution network based on a sudden change of current and mathematical morphology

ZHANG Yunchi1, GAO Houlei1, YUAN Tong1, XIANG Minjiang2

(1. School of Electrical Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China; 2. State Grid Jinan Power Supply Company, Jinan 250012, China)

Differential protection based on fault time self-synchronization principle requires to detect fault time accurately in distribution network. However, the error in the conventional phase current sudden-change-based fault time detection method is greatly affected by the fault occurrence time, distributed power generation fault characteristics and other factors. These can cause a large synchronization error in the differential protection. Therefore, an accurate fault time detection method is proposed, one which is suitable for the fault time self-synchronization principle in a distribution network. First, a data window is selected based on a conventional phase current sudden-change detection algorithm, and then an improved multi-resolution morphological gradient operator is used to process the data to obtain the gradient signal. This highlights the waveform mutation. Then the fault time is extracted through extreme point positions of the gradient signal. Finally, PSCAD simulation and field test data show that this method has high detection accuracy and good stability, and can effectively reduce the synchronization error caused by fault time detection.

distribution network differential protection;self-synchronization principle; synchronization error; fault time detection; improved multi-resolution morphological gradient

10.19783/j.cnki.pspc.211038

2021-08-06；

2021-09-25

張運(yùn)馳(1999—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分布式故障自愈技術(shù)；E-mail:laonazyc@mail.sdu.edu.cn

高厚磊(1963—)，男，通信作者，博士，教授，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)保護(hù)與控制；E-mail:houleig@sdu.edu.cn

袁 通(1996—)，男，博士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)、5G應(yīng)用。E-mail: yuantongsdu@126.com

國(guó)家電網(wǎng)公司總部科技項(xiàng)目資助(5100-20205501 8A-0-0-00)；山東電力公司科技項(xiàng)目資助(5206011900DG)

This work is supported by the Science and Technology Project of the Headquarters of State Grid Corporation of China (No.5100-202055018A-0-0-00).

(編輯 姜新麗)