余 磊，賈 科，溫志文，張 旸，孔繁哲，畢天姝

（新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（華北電力大學(xué)）,北京市 102206）

0 引言

配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、拓?fù)涠嘧?傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)整定配合困難。隨著分布式電源大量接入配電網(wǎng),其多向的“助增”“外汲”電流使得電流保護(hù)動(dòng)作性能進(jìn)一步劣化［1］。實(shí)際配電網(wǎng)中經(jīng)常采用分布式饋線(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)智能饋線(xiàn)終端來(lái)隔離故障［2-3］,然而分布式饋線(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)精確隔離故障仍需依賴(lài)電流保護(hù)的正確動(dòng)作及故障信息的準(zhǔn)確獲取,在配電網(wǎng)多逆變型分布式電源（inverter-interfaced distributed generation,IIDG）接入及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕l繁變化的情況下,其動(dòng)作性能有待進(jìn)一步評(píng)估。

近年來(lái),不少學(xué)者提出了基于終端量測(cè)信息的自適應(yīng)保護(hù)原理,利用多點(diǎn)量測(cè)信息提升保護(hù)動(dòng)作性能。然而,部分配電終端（如饋線(xiàn)終端）安裝于戶(hù)外,運(yùn)行環(huán)境較為惡劣,容易受到電磁干擾導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或畸變［4］,同時(shí)數(shù)據(jù)在通信通道傳輸過(guò)程中也可能存在數(shù)據(jù)丟包或誤碼情況［5］,從而影響保護(hù)正確動(dòng)作。因此,亟待研究可以適應(yīng)量測(cè)數(shù)據(jù)畸變甚至缺失的配電網(wǎng)自適應(yīng)電流保護(hù)方法。目前,基于通信的配電網(wǎng)自適應(yīng)保護(hù)研究根據(jù)自適應(yīng)調(diào)整對(duì)象可大致分為兩類(lèi):自適應(yīng)調(diào)整保護(hù)定值和自適應(yīng)調(diào)整保護(hù)策略。

自適應(yīng)調(diào)整保護(hù)定值的方法所用量測(cè)信息包括“故障后”信息和“故障前”信息。基于“故障后”信息的自適應(yīng)保護(hù)利用故障后的量測(cè)信息辨識(shí)所發(fā)生的故障狀態(tài)及系統(tǒng)運(yùn)行方式,一般對(duì)通信速度要求較高。文獻(xiàn)［6］利用主站系統(tǒng)獲取的配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息,通過(guò)差分進(jìn)化算法在線(xiàn)計(jì)算方向過(guò)流保護(hù)定值；文獻(xiàn)［8］通過(guò)故障后檢測(cè)得到的故障電流正、負(fù)序含量信息,確定故障類(lèi)型,在線(xiàn)切換保護(hù)定值的計(jì)算方式。基于“故障前”信息的自適應(yīng)保護(hù)利用故障前量測(cè)信息實(shí)時(shí)感知各電源出力狀態(tài),并以此進(jìn)行保護(hù)定值的自適應(yīng)調(diào)整。文獻(xiàn)［10-11］根據(jù)IIDG 低電壓穿越控制下故障電流的輸出特性,通過(guò)迭代法實(shí)時(shí)計(jì)算電流保護(hù)定值,以適應(yīng)IIDG 出力變化。然而,以上自適應(yīng)電流保護(hù)研究忽略了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘜?duì)定值整定的影響,難以適應(yīng)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞念l繁變化。

自適應(yīng)調(diào)整保護(hù)策略和動(dòng)作時(shí)限的方法利用保護(hù)獲得的區(qū)域信息,執(zhí)行預(yù)先設(shè)定的判據(jù)或條件,完成故障隔離［12-15］。文獻(xiàn)［12］基于IEC 61850 通信標(biāo)準(zhǔn)建立了微電網(wǎng)的中央保護(hù)單元模型與就地保護(hù)單元模型；文獻(xiàn)［13］基于就地保護(hù)單元的啟動(dòng)與方向判別信息,提出正向、反向和防孤島反向故障跳閘方案；文獻(xiàn)［14］通過(guò)保護(hù)啟動(dòng)信號(hào)和故障方向信息構(gòu)成區(qū)域保護(hù)判據(jù),實(shí)現(xiàn)了區(qū)內(nèi)故障加速切除,遠(yuǎn)后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間延長(zhǎng)的目標(biāo)。以上所提自適應(yīng)保護(hù)具備一定的冗余性能,可以適應(yīng)一定程度的量測(cè)信息丟失或錯(cuò)誤,但在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、拓?fù)涠嘧兊闹鲃?dòng)配電網(wǎng)中,本地保護(hù)啟動(dòng)信號(hào)和方向元件判別信息的準(zhǔn)確性均會(huì)下降,甚至錯(cuò)誤［16-17］,從而影響其保護(hù)的正確動(dòng)作。

針對(duì)以上基于通信的自適應(yīng)保護(hù)研究中存在的問(wèn)題,本文提出了一種考慮量測(cè)數(shù)據(jù)缺失及錯(cuò)誤的自適應(yīng)電流保護(hù)方法。該方法利用多點(diǎn)量測(cè)信息生成含實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒌年P(guān)聯(lián)阻抗矩陣,并用于短路電流迭代計(jì)算中,使得所提自適應(yīng)電流保護(hù)可以適應(yīng)配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)變化；采用改進(jìn)的基于Wasserstein 距離的生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)（Wasserstein generative adversarial network,WGAN）實(shí)現(xiàn)了缺失數(shù)據(jù)重構(gòu)與異常數(shù)據(jù)修正,解決了基于通信的配電網(wǎng)自適應(yīng)電流保護(hù)可能存在的量測(cè)數(shù)據(jù)丟失及錯(cuò)誤問(wèn)題。

1 基于多點(diǎn)量測(cè)信息的自適應(yīng)電流保護(hù)

配電網(wǎng)實(shí)時(shí)拓?fù)溆善潇o態(tài)拓?fù)浜途€(xiàn)路開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)所決定［18］。本文利用配電終端上傳的多點(diǎn)量測(cè)信息生成含實(shí)時(shí)拓?fù)湫畔⒌哪妇€(xiàn)電壓關(guān)聯(lián)矩陣,并用于電流保護(hù)的自適應(yīng)整定計(jì)算中。

1.1 母線(xiàn)電壓關(guān)聯(lián)阻抗矩陣的生成

研究對(duì)象可以抽象為圖1 所示的10 kV 配電網(wǎng),其中LD1 至LD5 為負(fù)荷支線(xiàn),IIDG 接入點(diǎn)上游線(xiàn)路兩側(cè)均配置斷路器,稱(chēng)其為雙開(kāi)關(guān)線(xiàn)路；其余單端電源供電線(xiàn)路稱(chēng)為單開(kāi)關(guān)線(xiàn)路。

圖1 10 kV 配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of 10 kV distribution network

根據(jù)圖1 系統(tǒng)母線(xiàn)A的出線(xiàn)情況,可將該配電網(wǎng)分成3 個(gè)饋線(xiàn)集（見(jiàn)附錄A 圖A1 至圖A3）,不同饋線(xiàn)集分別用于所對(duì)應(yīng)饋線(xiàn)上電流保護(hù)的自適應(yīng)整定計(jì)算。

對(duì)于母線(xiàn)i的注入電流與該母線(xiàn)至故障點(diǎn)間線(xiàn)路j流經(jīng)電流的關(guān)系,采用矩陣形式進(jìn)行描述,形成關(guān)聯(lián)矩陣S,其元素Sij定義為:

通過(guò)配電終端監(jiān)測(cè)各開(kāi)關(guān)的閉合狀態(tài),閉合時(shí)為1,斷開(kāi)時(shí)為0；對(duì)于雙開(kāi)關(guān)線(xiàn)路,均閉合時(shí)為1,其余為0。為反映饋線(xiàn)集內(nèi)開(kāi)關(guān)的上下級(jí)關(guān)系,依次排列系統(tǒng)電源側(cè)到線(xiàn)路最末端的開(kāi)關(guān),形成正向開(kāi)關(guān)序列；當(dāng)饋線(xiàn)集內(nèi)存在雙開(kāi)關(guān)線(xiàn)路時(shí),還需從反方向?qū)﹂_(kāi)關(guān)依次排列,形成反向開(kāi)關(guān)序列。當(dāng)序列內(nèi)下級(jí)開(kāi)關(guān)狀態(tài)為0 時(shí),其上級(jí)開(kāi)關(guān)狀態(tài)均為0。

以開(kāi)關(guān)序列值為對(duì)角線(xiàn)元素構(gòu)成對(duì)角矩陣C1,將對(duì)角矩陣C1乘以關(guān)聯(lián)矩陣S可得實(shí)時(shí)拓?fù)涿枋鼍仃嘥G.i為:

式中:Zj為饋線(xiàn)集內(nèi)線(xiàn)路j的阻抗。

同理,以各電源開(kāi)關(guān)的閉合狀態(tài)為對(duì)角線(xiàn)元素構(gòu)成對(duì)角矩陣C2,將C2乘以各電源輸出電流矩陣可得實(shí)時(shí)拓?fù)涿枋鲭娫措娏骶仃嘔G為:

式 中:I?G,i為 母 線(xiàn)i的 實(shí) 時(shí) 注 入 電 流。

1.2 保護(hù)定值自適應(yīng)整定算法

IIDG 故障電流的精細(xì)化求解模型在控制參數(shù)未知時(shí)往往難以工程應(yīng)用,基于文獻(xiàn)［19］中的IIDG工程實(shí)用化U-I映射關(guān)系,本文繪制出IIDG 工程實(shí)用化U-I映射曲線(xiàn)簇來(lái)求取IIDG 的故障電流,詳見(jiàn)附錄A。在外環(huán)控制階段,本文近似認(rèn)為其輸出功率保持不變,此時(shí)短路電流可由故障前的輸出有功值與并網(wǎng)點(diǎn)電壓d軸分量求得。

保護(hù)定值自適應(yīng)整定前,需要根據(jù)靜態(tài)拓?fù)湫畔⒋鎯?chǔ)的數(shù)據(jù)為各線(xiàn)路阻抗、保護(hù)所對(duì)應(yīng)的正、反向開(kāi)關(guān)序列以及母線(xiàn)電壓關(guān)聯(lián)矩陣；需要終端上送的量測(cè)數(shù)據(jù)為各電源注入電流、線(xiàn)路開(kāi)關(guān)閉合狀態(tài)及IIDG 輸出有功值。

以IIDG 的注入電流作為迭代初始值進(jìn)行如下迭代:

圖1 中各線(xiàn)路的配電終端間隔固定時(shí)間（本文取1 min,實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中可依據(jù)配電網(wǎng)拓?fù)渥兓l率、IIDG 日出力曲線(xiàn)等來(lái)綜合選?。┫蛑髡旧纤瓦b測(cè)、遙信量測(cè)信息,主站據(jù)此完成保護(hù)定值迭代計(jì)算,并通過(guò)保護(hù)通信系統(tǒng)下發(fā)給就地安裝于配電終端中的電流保護(hù)。

2 缺失及異常量測(cè)數(shù)據(jù)的處理算法

受外界環(huán)境或通信影響,配電終端上送給主站的量測(cè)數(shù)據(jù)存在缺失、畸變等問(wèn)題,影響自適應(yīng)保護(hù)定值計(jì)算準(zhǔn)確性。為此,針對(duì)上一章保護(hù)算法存在的數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題,提出量測(cè)數(shù)據(jù)缺失及異常的處理算法。

2.1 基于改進(jìn)WGAN 的缺失量測(cè)數(shù)據(jù)重建

WGAN 在電力系統(tǒng)缺失數(shù)據(jù)重構(gòu)中得到了一定應(yīng)用［21-23］,WGAN 由相互對(duì)立的生成器與判別器組成,經(jīng)博弈雙方的決策組合后最終可生成符合原始數(shù)據(jù)集分布規(guī)律的新樣本［24］,其原理詳見(jiàn)附錄B。

考慮到上一章自適應(yīng)整定算法處理的量測(cè)數(shù)據(jù)（終端周期性上送的電流、有功功率及開(kāi)關(guān)閉合狀態(tài)）均為時(shí)序數(shù)據(jù),且實(shí)際配電網(wǎng)收集的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集也容易存在缺失情況,故在WGAN 中采用能充分學(xué)習(xí)時(shí)序數(shù)據(jù)缺失規(guī)律的填充循環(huán)神經(jīng)單元（gated recurrent units for imputation,GRUI）［25］,從 而 可 對(duì)缺失的量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效學(xué)習(xí)并填充缺失值。

改進(jìn)WGAN 的模型框架如圖2 所示,生成器與判別器主要由GRUI 和全連接層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組成,鑒于純隨機(jī)噪聲不能有效地保存列間信息,將其與不完整訓(xùn)練數(shù)據(jù)共同作為生成器的輸入,從而使生成器的輸入得到很大程度優(yōu)化。

圖2 改進(jìn)WGAN 的整體框架Fig.2 Overall framework of improved WGAN

在生成器中,隨機(jī)噪聲和不完整數(shù)據(jù)經(jīng)全連接層網(wǎng)絡(luò)后輸入GRUI 層,生成相應(yīng)時(shí)間指標(biāo)的隱藏狀態(tài),隨后不斷自我迭代,最終合成的時(shí)序序列即為生成數(shù)據(jù)。在判別器中,生成數(shù)據(jù)和不完整數(shù)據(jù)共同輸入判別器,經(jīng)GRUI 處理后,將最后一個(gè)隱藏狀態(tài)反饋給全連接層,經(jīng)sigmoid 函數(shù)后生成判別器判為真的概率值Ptrue。

相比于配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的量測(cè)數(shù)據(jù),實(shí)際配電網(wǎng)發(fā)生故障的量測(cè)數(shù)據(jù)量少且較難獲取,故本文僅使用配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的量測(cè)數(shù)據(jù)訓(xùn)練改進(jìn)WGAN,本文所提的整定方法也通過(guò)配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行定值調(diào)整,而在故障期間終端不會(huì)向主站上送量測(cè)數(shù)據(jù),此時(shí)終端處的電流保護(hù)繼續(xù)使用上次調(diào)整的保護(hù)定值。

缺失量測(cè)數(shù)據(jù)重建后,針對(duì)可能存在的異常數(shù)據(jù),為減輕計(jì)算負(fù)擔(dān),下面將提出一種原理簡(jiǎn)單的物理驅(qū)動(dòng)方法對(duì)此進(jìn)行辨識(shí)與修正。

2.2 異常量測(cè)數(shù)據(jù)的辨識(shí)與修正

為反映饋線(xiàn)回路（指系統(tǒng)電源至負(fù)荷或IIDG 所流通的路徑）中開(kāi)關(guān)的上下級(jí)關(guān)系,定義饋線(xiàn)回路開(kāi)關(guān)矩陣,其行代表回路,列代表開(kāi)關(guān)。當(dāng)某一回路某開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)為0 時(shí),則本回路該開(kāi)關(guān)的所有下級(jí)開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)均為0,綜合矩陣內(nèi)各開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的各列數(shù)值,最終可得所有開(kāi)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)序列。

根據(jù)配電網(wǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)的兩個(gè)特征規(guī)則對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)（電流或功率）信任度［26］進(jìn)行評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)前需要以下近似處理:單開(kāi)關(guān)線(xiàn)路首末兩端的有功功率相等；通過(guò)采用“雙點(diǎn)遙信”、開(kāi)關(guān)狀態(tài)與事件順序記錄核對(duì)確認(rèn)等手段,加上開(kāi)關(guān)狀態(tài)的缺失重構(gòu)精度高,認(rèn)為開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)序列是可以可靠獲得的。具體評(píng)價(jià)規(guī)則如下。

1）開(kāi)關(guān)“二遙”規(guī)則:若序列值為0 的開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)量測(cè)數(shù)據(jù)也為0,則該量測(cè)數(shù)據(jù)的信任度加1。

2）母線(xiàn)、“線(xiàn)路”模型規(guī)則:考慮實(shí)際工程中互感器精度和采樣非同時(shí)性的影響,當(dāng)母線(xiàn)關(guān)聯(lián)量測(cè)數(shù)據(jù)與線(xiàn)路上兩直接相連測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)分別滿(mǎn)足式（11）、式（12）時(shí),對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的信任度均加1。

所有量測(cè)數(shù)據(jù)完成評(píng)價(jià)后,根據(jù)所得的信任度進(jìn)行如下異常量測(cè)數(shù)據(jù)修正:

步驟1:遍歷所有“線(xiàn)路”模型,當(dāng)兩直接相連測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)或其信任度不同時(shí),較低信任度的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)或其信任度用較高信任度的對(duì)應(yīng)值替代。

步驟2:遍歷所有母線(xiàn)模型,當(dāng)母線(xiàn)模型相關(guān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)不滿(mǎn)足母線(xiàn)模型時(shí),信任度最低的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)其余值求解,且其信任度替換為其余信任度中的最低值。

步驟3:重新進(jìn)行信任度評(píng)價(jià),并比較本次與上次的信任度總數(shù),若不再變化,則結(jié)束循環(huán)；否則返回步驟1 繼續(xù)修正。

對(duì)于修正后信任度仍為零的量測(cè)數(shù)據(jù),可將其剔除,并返回缺失數(shù)據(jù)重構(gòu)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu),直至其信任度不再為零或達(dá)到循環(huán)限定次數(shù)后退出循環(huán)。

綜上,本文所提計(jì)及量測(cè)數(shù)據(jù)缺失及錯(cuò)誤的配電網(wǎng)電流保護(hù)自適應(yīng)整定算法流程如圖3 所示。其中kmax為設(shè)定的最大迭代次數(shù)。

圖3 電流保護(hù)自適應(yīng)整定算法流程圖Fig.3 Flow chart of adaptive setting algorithm for over current protection

3 算例驗(yàn)證

3.1 缺失及錯(cuò)誤量測(cè)數(shù)據(jù)的重構(gòu)與修正

在PSCAD/EMTDC 中搭建如圖1 所示配電系統(tǒng)仿真模型,系統(tǒng)電源額定電壓為12.66 kV,內(nèi)阻為（0.5+j1.2）Ω,IIDG 額定容量為3 MW,線(xiàn)路單位長(zhǎng)度阻抗為（0.27+j0. 245）Ω/km,母線(xiàn)間線(xiàn)路長(zhǎng)度均為8 km。通過(guò)IIDG 及線(xiàn)路投退、IIDG 出力變化模擬配電系統(tǒng)運(yùn)行方式變化,采集所有開(kāi)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)、流經(jīng)電流、有功功率,構(gòu)建訓(xùn)練、測(cè)試數(shù)據(jù)集,共計(jì)獲得數(shù)據(jù)組數(shù)為（13 950,20,3）,按9∶1 分配訓(xùn)練集與測(cè)試集。由于本文WGAN 的生成器和判別器所采用的是GRUI 網(wǎng)絡(luò),在實(shí)際系統(tǒng)收集訓(xùn)練樣本時(shí),含缺失的時(shí)序量測(cè)數(shù)據(jù)也可作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)；且考慮到配電網(wǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)規(guī)模較小,可盡可能多地收集配電網(wǎng)不同運(yùn)行方式下的量測(cè)數(shù)據(jù)集,使得訓(xùn)練樣本具備一定的典型性,訓(xùn)練的生成器也將生成更加符合真實(shí)數(shù)據(jù)的重構(gòu)數(shù)據(jù)。

由于計(jì)劃?rùn)z修等原因,圖1 中開(kāi)關(guān)4 斷開(kāi),以正常運(yùn)行時(shí)某時(shí)刻電流量測(cè)數(shù)值為例,假設(shè)配電終端受外界環(huán)境或通信影響,測(cè)點(diǎn)編號(hào)為2、4、7、9、11 的量測(cè)數(shù)據(jù)全部丟失,測(cè)點(diǎn)編號(hào)為10、13、15 的量測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤,其余測(cè)點(diǎn)均正常,以上3 種量測(cè)數(shù)據(jù)分別用藍(lán)、紅、綠3 種顏色顯示,各終端上送至主站的某相電流如圖4 所示。

圖4 各終端上送至主站的電流信息Fig.4 Current information sent from each terminal to master station

首先利用訓(xùn)練好的改進(jìn)WGAN 模型對(duì)缺失的量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu),重構(gòu)效果如附錄C 圖C1 所示,可見(jiàn)在缺失率不高的情況下,開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)、電流、有功功率三者的重構(gòu)值均非常接近真實(shí)值,即此時(shí)模型已經(jīng)充分學(xué)習(xí)到量測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)空分布特性,可以較為精確地重構(gòu)出缺失值。

建立一個(gè)與量測(cè)數(shù)據(jù)維度一致的二值掩碼矩陣模擬數(shù)據(jù)缺失,分析在不同缺失率下開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)的重構(gòu)誤差,其重構(gòu)誤差為零的占比如附錄C 表C1所示,在缺失率小于40%的情況下,開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)的重構(gòu)誤差很小,一般情況下可以忽略。

引入均方根誤差（RMSE）評(píng)價(jià)指標(biāo)XRMSE衡量改進(jìn)模型的重構(gòu)效果。

式中:xt為缺失數(shù)據(jù)的真實(shí)值；x't為缺失數(shù)據(jù)的重構(gòu)值。

不同缺失率下2 種重構(gòu)方法的RMSE 如表1 所示。表中10%、20%、30%、40%表示對(duì)應(yīng)的量測(cè)數(shù)據(jù)缺失率。由表1 可見(jiàn),對(duì)不同的量測(cè)變量,改進(jìn)的WGAN-GRUI 重構(gòu)效果要優(yōu)于WGAN-GRUI,改進(jìn)后重構(gòu)方法的RMSE 最大可降低至改進(jìn)前重構(gòu)誤差的42.8%。

表1 不同隨機(jī)缺失率下兩種重構(gòu)方法的誤差對(duì)比Table 1 Error comparison of two reconstruction methods under different random missing rates

得到完整的量測(cè)數(shù)據(jù)后,基于母線(xiàn)、“線(xiàn)路”模型及開(kāi)關(guān)“二遙”規(guī)則對(duì)重構(gòu)后所有終端量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行信任度評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)結(jié)果如附錄C 表C2 所示,此時(shí)信任度共計(jì)22。

遍歷所有“線(xiàn)路”、母線(xiàn)模型進(jìn)行異常數(shù)據(jù)修正,修正后10、13 測(cè)點(diǎn)的異常數(shù)據(jù)被改正,再次對(duì)各測(cè)點(diǎn)量測(cè)數(shù)據(jù)信任度進(jìn)行評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)結(jié)果如附錄C 表C3 所示,此時(shí)信任度共計(jì)31,比上次評(píng)價(jià)時(shí)大,繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)和信任度修正,但信任度總和不再變化,結(jié)束循環(huán)。

對(duì)于此時(shí)信任度仍為0 的12、15 測(cè)點(diǎn)可將其數(shù)據(jù)剔除,并返回缺失數(shù)據(jù)重構(gòu)模型進(jìn)行重構(gòu),生成完整數(shù)據(jù)后再進(jìn)行不良數(shù)據(jù)修正,最終主站可獲得完整且正確的量測(cè)數(shù)據(jù)。

3.2 自適應(yīng)電流保護(hù)性能分析

量測(cè)數(shù)據(jù)處理后,主站系統(tǒng)將實(shí)時(shí)迭代計(jì)算各電流保護(hù)定值,本次求解通過(guò)MATLAB 程序計(jì)算,取最大迭代次數(shù)為20 次,迭代修正的容許誤差為0.001。

以圖4 中的保護(hù)4 整定為例,測(cè)試本文所提算法的計(jì)算速度。經(jīng)測(cè)試可得,該算例的缺失及異常量測(cè)數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)用時(shí)16.47 ms,故障電流迭代計(jì)算次數(shù)為4次,整定用時(shí)251.40 μs,共計(jì)用時(shí)16.72 ms?？紤]到本文自適應(yīng)整定方法所需的量測(cè)信息均為故障前信息,對(duì)電流保護(hù)定值整定的計(jì)算速度要求不高,利用一般微機(jī)保護(hù)的數(shù)據(jù)處理能力即可滿(mǎn)足。

為測(cè)試所提自適應(yīng)電流保護(hù)的動(dòng)作性能,以圖4 中的保護(hù)2 和保護(hù)4 為例,在線(xiàn)路2 末端設(shè)置兩相短路和不設(shè)置故障分別進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試結(jié)果如表2所示。對(duì)比傳統(tǒng)定值保護(hù)與本文所提保護(hù)的靈敏度可知,本文所提自適應(yīng)電流保護(hù)可以提高IIDG 接入點(diǎn)上游保護(hù)的靈敏度。對(duì)比兩種方法動(dòng)作情況可知,本文所提自適應(yīng)電流保護(hù)可以提高IIDG 接入點(diǎn)下游保護(hù)的動(dòng)作可靠性。

表2 不同IIDG 出力時(shí)保護(hù)動(dòng)作結(jié)果Table 2 Protection operation results with different IIDG outputs

與傳統(tǒng)電流保護(hù)一樣,本文所提自適應(yīng)電流保護(hù)的動(dòng)作性能會(huì)受到過(guò)渡電阻的影響,但可以滿(mǎn)足配電網(wǎng)對(duì)保護(hù)耐過(guò)渡電阻能力的要求。在實(shí)際配電網(wǎng)中,經(jīng)常將階段式電流保護(hù)與零序電流保護(hù)配合使用,零序電流保護(hù)可在經(jīng)較大過(guò)渡電阻接地故障時(shí)保持較高的靈敏度,可靠切除故障。

設(shè)置在線(xiàn)路9 中點(diǎn)處發(fā)生三相短路,對(duì)比不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下傳統(tǒng)定值保護(hù)與本文所提保護(hù)的動(dòng)作性能,對(duì)比結(jié)果如表3 所示。在故障發(fā)生前,本文所提自適應(yīng)電流保護(hù)會(huì)根據(jù)拓?fù)渥兓闆r自適應(yīng)更改保護(hù)定值,可以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)變化；不同運(yùn)行情況下發(fā)生故障,保護(hù)均正常動(dòng)作,而傳統(tǒng)定值保護(hù)存在拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。

表3 不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)保護(hù)動(dòng)作結(jié)果Table 3 Protection operation results with different topologies

4 結(jié)語(yǔ)

本文提出一種計(jì)及量測(cè)數(shù)據(jù)缺失及錯(cuò)誤的電流保護(hù)自適應(yīng)整定算法,解決了配電網(wǎng)運(yùn)行方式變化和量測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量導(dǎo)致的電流保護(hù)動(dòng)作性能下降問(wèn)題,有以下結(jié)論:

1）實(shí)時(shí)量測(cè)信息經(jīng)相關(guān)關(guān)聯(lián)矩陣引入電流保護(hù)自適應(yīng)整定算法后,所提保護(hù)可以適應(yīng)配電網(wǎng)運(yùn)行方式的動(dòng)態(tài)變化；

2）根據(jù)終端上送量測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)序特性和拓?fù)湫螒B(tài)特征規(guī)則,本文提出基于改進(jìn)WGAN 的缺失數(shù)據(jù)重構(gòu)算法和基于信任度的異常數(shù)據(jù)修正算法,可以較好地解決基于局域通信保護(hù)存在的量測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題。

算例測(cè)試結(jié)果表明,所提自適應(yīng)整定算法可精確重構(gòu)缺失數(shù)據(jù)及修正錯(cuò)誤數(shù)據(jù),并能較好地解決IIDG 接入及配電網(wǎng)運(yùn)行方式變化給傳統(tǒng)電流保護(hù)帶來(lái)的難題。然而受線(xiàn)路老化等各方面影響,實(shí)際運(yùn)行的配電網(wǎng)線(xiàn)路阻抗變化較大。因此,如何在線(xiàn)路阻抗不明確的情況下,利用多點(diǎn)量測(cè)信息進(jìn)行電流保護(hù)定值的自適應(yīng)整定,將是下一步的研究重點(diǎn)。

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