具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，其示出了本申请的一种基于垂段最小距离拟合的高压送出线距离保护方法的流程图。

如图1所示，基于垂段最小距离拟合的高压送出线距离保护方法包括以下步骤：

S1：新型距离保护启动判据启动后，在正确选择故障相的基础上，对故障相的三相电压、三相电流进行采样，得到故障相的三相电压数组和故障相的三相电流数组，分别表示a相、b相以及c相。

在本实施例中，新型距离保护的启动判据为：

S101：对采样得到故障相的三相电压数组进行4层db3小波包分解，其中，小波包的分解的算法公式为：

（1）

式（1）中，、均为小波包分解系数，为小波包分解尺度，取=4，n为频带，为信号中各点的时域位置，、分别为小波包分解的低通滤波器系数和小波包分解的高通滤波器系数，为信号中第k个采样点，分解尺度为j-1，频带为n的小波包分解系数；

S102：构造能量函数： （2）

式（2）中，为第n-1个数据点的小波均方极值，为第n个数据点的小波均方极值；

为（3）

式（3）中，定义为取括号内数值序列的最大值；

S103：根据能量函数的数值判断电压跌落点，即新型距离保护的启动点： （4）

S2：对三相电压数组与三相电流数组进行中位原点矩滤波处理，得到滤波后的三相电压数组与滤波后的三相电流数组，并根据滤波后的三相电流数组计算得到零序电流数组。

在本实施例中，对采样所得的三相电压数组与三相电流数组进行中位原点矩滤波处理，具体步骤如下：

S201：选择长度为的滑动窗，即选取中的个数据组成数组，其中，，为数组中元素总数，将每个数组中的元素按照从小到大的顺序进行排列，得到新数组；

S202：计算新数组的中位数，计算方法为： （5）

将式（5）中的中位数代替原数组的元素；按照此规律，从i=1至i=n-h-1更新数组中的n-h-1个元素，使得到数组；

S203：根据数组，仍取长度为h的滑动窗长，得到数组，其中，，计算数组的k阶原点矩，具体算法为： （6）

式（6）中，为数组中第个元素的次幂，将数组的阶原点矩代替数组Y的第i个元素；

按照此规律，从i=1至i=n-h-1更新数组中的n-h-1个元素，得到数组，此数组即为中位原点矩滤波后的最终数组。

三相电流滤波过程与上述过程相同，不再赘述，最终得到滤波后的三相电流数组为。

S3：基于滤波后的三相电压数组、滤波后的三相电流数组以及零序电流数组计算故障点距离保护端测量阻抗所需的接地测量电压数组、接地测量电流数组、相间测量电压数组以及相间测量电流数组。

在本实施例中，基于滤波后的三相电压数组、滤波后的三相电流数组以及零序电流数组计算故障点距离保护端测量阻抗所需的接地测量电压数组、接地测量电流数组、相间测量电压数组以及相间测量电流数组的具体方法如下：

（7）

式（7）中，、、分别为A相、B相和C相采样后的滤波后的电流，与分别为滤波后的某一故障相的三相电压数组和滤波后的另一故障相的三相电压数组，与分别为滤波后的某一故障相的三相电流数组和滤波后的另一故障相的三相电流数组，为零序补偿系数，零序补偿系数的计算公式为：

（8）

式（8）中，为线路单位长度的零序阻抗，为线路单位长度的正序阻抗为线路单位长度的零序阻抗，为线路单位长度的正序阻抗。

S4：将故障点与保护端处线路之间的KVL方程进行离散化，使得到KVL离散化方程，并利用多组KVL离散化方程，将测量电阻与测量电感进行最小垂段距离拟合，得到故障点距离保护端的测量电阻值R与测量电感值L，随后对测量电阻值R与测量电感值L进行修正，使得到修正电阻值与修正电感值。

在本实施例中，故障点与保护端处线路之间的KVL方程为：

（9）或

式中，R为故障点距离保护端的测量电阻值，L为故障点距离保护端的测量电感值，为发生接地故障时的接地测量电压数组，为发生接地故障时的接地测量电流数组，为发生相间短路时的相间测量电压数组，为发生相间短路时的相间测量电流；

故障点与保护端处线路之间的离散化KVL方程为：

（10） 或

式中，R为故障点距离保护端的测量电阻值，L为故障点距离保护端的测量电感值，为采样频率， 为发生接地故障时的接地测量电压数组的第个采样点，为发生接地故障时的接地测量电流数组的第个采样点，为发生相间短路时的相间测量电压数组的第个采样点，为发生相间短路时的相间测量电流的第个采样点；

将得到的离散化差分方程与所得的各电量数组，进行垂段最小距离拟合求解，得到故障点距离保护端的测量电阻值R与测量电感值L，具体方法如下所示：

S401：将式（10）进行等价换得到式（11）；

（11）

令，，，则方程变为式（12）；

（12）

S402：定义距离累加函数如式（13）所示;

（13）

该函数表示为所有离散点至拟合直线垂直距离的平方和，求解R、L使距离的平方和最小，即完成R、L的垂段最小距离拟合。

距离累加函数分别对R，L求偏导，并令偏导为0，即 （14）

求解式（14），得到由垂段最小距离拟合算法所求的R与L值，如式（15）所示：

（15）

式（15）中，，，，，。 （16）

S5：将修正电阻值与修正电感值代入阻抗特性复平面，进而判别保护是否动作。

在本实施例中，由于电阻、电感等参数与线路长度、线路半径以及环境温度等因素有关，因此计算所得的R、L拟合值需要进行进一步修正，修正表达式为：

（17）

式（17）中，为修正电阻值，为修正电感值， R为故障点距离保护端的测量电阻值，L为故障点距离保护端的测量电感值，为环境温度，为输电线路长度，为圆柱形导线的自几何间距，取，为温度系数，为导线的半径；

将修正电感值换算成线路电抗值，换算公式为：

（18）

将计算的线路电抗值代入传统阻抗特性平面，若阻抗矢量在阻抗特性平面内，则判定为在正向区内发生故障，保护动作，否则，保护不动作。

综上描述，本实施例的方法在距离保护启动并正确选择故障相后，采用保护端对故障相电压、故障相电流、零序电流进行采样，将采样后的信号进行中位原点矩滤波，随后将滤波后的各组电量代入离散化的线路KVL差分方程，得到多组反映故障点距离保护端的线路电阻和电抗，利用垂段最小距离拟合算法，对上述的多组电抗值与电阻值分别进行计算处理，最终得到一组反映故障点距离保护端的线路电抗与电阻值，实现了不受故障电流中引入的谐波干扰的影响，可精确计算故障点距离保护端的线路阻抗值，并可有效防止坏数据干扰，大幅提升装有双馈风机机组的风电场送出线路的距离保护的动作可靠性。

请参阅图2，其示出了本申请的在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建的仿真模型的拓扑图。

如图2所示，该模型具体参数如下：等效DFIG风电机组由60台1.5 MW的DFIG风力机组等效而成，线路长度为150 km，正序阻抗为，零序阻抗为，零序补偿系数K=1.9999，采样频率为2.4 kHz，滑动的采样窗长为h=20个数据点，即1 ms。下面结合区内金属性接地故障、区外金属性接地故障两种场景分析新型距离保护的适应性。

实施例一：1 s时刻，区内（10%，15km处）A相金属性接地故障。

首先，对采样a相电压进行4层小波包变换，由式（1）和式（4）计算能量函数。由图3可知，在1 s时刻附近，能量函数阈值高于0.2，满足启动判据条件，新型距离保护方案启动。随后，对故障相A相电压、三相电流进行采样、中位原点矩滤波，并计算得到计算测量阻抗所需的接地测量电压数组或相间测量电压数组、接地测量电流数组或相间测量电流数组以及零序电流数组。随后将计算数据代入式（7）和式（15）中即可得到测量电阻值R与测量电感值L，再由式（17）对测量电阻值R与测量电感值L进行修正，最后由式（18）将修正电感值换算成线路电抗值，得到=2.3 Ω，=5.87 Ω，阻抗Z=6.3 Ω，修正电阻值与线路电抗值随采样窗长推移如附图说明图4所示，从附图说明图4可以看出，传统距离保护算法计算的阻抗因短路电流的频率偏移而围绕真实值振荡，该振荡将引发距离保护振荡闭锁，导致保护不可靠，而本发明所提出的新型距离保护算法计算的阻抗不受频率偏移的影响，在3 ms内迅速稳定，保护正确出口。将修正电阻值与线路电抗值代入阻抗特性复平面，如附图5所示。从附图5可以看出，阻抗矢量在阻抗特性圆内，保护正确动作。

实施例二：1 s时刻，区外（90%，135 km处）A相金属性接地故障。

类似于实施例一中的步骤，计算得到的修正电阻=21.438 Ω，=50.6499Ω，阻抗Z=55.0149 Ω，修正电阻与线路电抗值随采样窗长推移如附图说明图6所示，从附图说明图6可以看出，传统距离保护算法计算的阻抗因短路电流的频率偏移而围绕真实值振荡，该振荡将引发距离保护振荡闭锁，导致保护不可靠，而本发明所提出的新型距离保护算法计算的阻抗不受频率偏移的影响，在3 ms内迅速稳定，保护正确出口。将电阻Rr与电抗Xr代入阻抗特性复平面，如附图7所示。从附图7可以看出，阻抗矢量在阻抗特性圆外，保护不出口。

综上，基于垂段最小距离拟合算法求解故障点距离保护端阻抗的新型距离保护方案在应用于装有双馈风机机组风电场的送出线路时，相比于传统距离保护方案，不受双馈风机机组短路电流频偏特性的影响，能够精准反映故障点与保护端之间的而距离，此外，所测测量阻抗能够在3 ms内迅速稳定，防止了振荡闭锁的发生，从而保证保护的正确出口。

请参阅图8，其示出了本申请的一种基于垂段最小距离拟合的高压送出线距离保护装置的结构框图。

如图8所示，高压送出线距离保护装置600，包括采样模块610、滤波模块620、计算模块630、拟合模块640以及判别模块650。

其中，采样模块610，配置为新型距离保护启动判据启动后，在正确选择故障相的基础上，对故障相的三相电压、三相电流进行采样，得到故障相的三相电压数组和故障相的三相电流数组，分别表示a相、b相以及c相；滤波模块620，配置为对三相电压数组与三相电流数组进行中位原点矩滤波处理，得到滤波后的三相电压数组与滤波后的三相电流数组，并根据滤波后的三相电流数组计算得到零序电流数组；计算模块630，配置为基于滤波后的三相电压数组、滤波后的三相电流数组以及零序电流数组计算故障点距离保护端测量阻抗所需的接地测量电压数组、接地测量电流数组、相间测量电压数组以及相间测量电流数组；拟合模块640，配置为将故障点与保护端处线路之间的KVL方程进行离散化，使得到KVL离散化方程，并利用多组KVL离散化方程，将测量电阻与测量电感进行最小垂段距离拟合，得到故障点距离保护端的测量电阻值R与测量电感值L，随后对测量电阻值R与测量电感值L进行修正，使得到修正电阻值与修正电感值；判别模块650，配置为将修正电阻值与修正电感值代入阻抗特性复平面，进而判别保护是否动作。

应当理解，图8中记载的诸模块与参考图1中描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作和特征以及相应的技术效果同样适用于图8中的诸模块，在此不再赘述。

在另一些实施例中，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的基于垂段最小距离拟合的高压送出线距离保护方法；

作为一种实施方式，本发明的计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为：

新型距离保护启动判据启动后，在正确选择故障相的基础上，对故障相的三相电压、三相电流进行采样，得到故障相的三相电压数组和故障相的三相电流数组，分别表示a相、b相以及c相；

对三相电压数组与三相电流数组进行中位原点矩滤波处理，得到滤波后的三相电压数组与滤波后的三相电流数组，并根据滤波后的三相电流数组计算得到零序电流数组；

基于滤波后的三相电压数组、滤波后的三相电流数组以及零序电流数组计算故障点距离保护端测量阻抗所需的接地测量电压数组、接地测量电流数组、相间测量电压数组以及相间测量电流数组；

将故障点与保护端处线路之间的KVL方程进行离散化，使得到KVL离散化方程，并利用多组KVL离散化方程，将测量电阻与测量电感进行最小垂段距离拟合，得到故障点距离保护端的测量电阻值R与测量电感值L，随后对测量电阻值R与测量电感值L进行修正，使得到修正电阻值与修正电感值；

将修正电阻值与修正电感值代入新型阻抗特性，进而判别保护是否动作。

计算机可读存储介质可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据高压送出线距离保护装置的使用所创建的数据等。此外，计算机可读存储介质可以包括高速随机存取存储器，还可以包括存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，计算机可读存储介质可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至高压送出线距离保护装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

图9是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图9所示，该设备包括：一个处理器710以及存储器720。电子设备还可以包括：输入装置730和输出装置740。处理器710、存储器720、输入装置730和输出装置740可以通过总线或者其他方式连接，图9中以通过总线连接为例。存储器720为上述的计算机可读存储介质。处理器710通过运行存储在存储器720中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例基于垂段最小距离拟合的高压送出线距离保护方法。输入装置730可接收输入的数字或字符信息，以及产生与高压送出线距离保护装置的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置740可包括显示屏等显示设备。

上述电子设备可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。

作为一种实施方式，上述电子设备应用于高压送出线距离保护装置中，用于客户端，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：

新型距离保护启动判据启动后，在正确选择故障相的基础上，对故障相的三相电压、三相电流进行采样，得到故障相的三相电压数组和故障相的三相电流数组，分别表示a相、b相以及c相；

对三相电压数组与三相电流数组进行中位原点矩滤波处理，得到滤波后的三相电压数组与滤波后的三相电流数组，并根据滤波后的三相电流数组计算得到零序电流数组；

基于滤波后的三相电压数组、滤波后的三相电流数组以及零序电流数组计算故障点距离保护端测量阻抗所需的接地测量电压数组、接地测量电流数组、相间测量电压数组以及相间测量电流数组；

将故障点与保护端处线路之间的KVL方程进行离散化，使得到KVL离散化方程，并利用多组KVL离散化方程，将测量电阻与测量电感进行最小垂段距离拟合，得到故障点距离保护端的测量电阻值R与测量电感值L，随后对测量电阻值R与测量电感值L进行修正，使得到修正电阻值与修正电感值；

将修正电阻值与修正电感值代入新型阻抗特性，进而判别保护是否动作。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。