综述报告: 基于改进DTW算法的高渗透分布式电源配电网络差动保护方案

一、研究概述

本文为Xiren Miao, Dan Zhao, Baoquan Lin, Hao Jiang及Jing Chen所著，发表于IEEE Access期刊2023年4月。主要作者及其所属机构包括福州大学电气工程与自动化学院（福建福州350116，中国）。文章探讨了一个基于改进动态时间规整（Dynamic Time Warping, DTW）算法的新的差动保护方案，旨在解决因多逆变器接口分布式发电（Inverter-Interfaced Distributed Generation, IIDG）接入带来的电力流动方向不确定性问题。

二、研究背景

随着新能源的广泛倡导，越来越多的IIDG被批准接入配电网络，使得电网结构趋于平坦、分布化和本地化。这种转变造成传统的径向配电网变为复杂的多源分散网络，从而改变了电力流动方向和电压分布，导致传统保护措施的拒动或者误动作。此外，IIDG输出电流与其控制策略及外部条件（如光强、风速等）相关，增加了故障电流的不确定性。因此，有必要研究新的保护方法来应对这种复杂的电网环境。

三、研究方法

本文提出的改进DTW算法通过微调搜索和导数估计来计算正序电流波形的相似性。研究方法主要包括以下几个过程： 1. 数据预处理与同步：使用FTU（Feeder Terminal Unit）进行数据采集，并通过波形相似性来计算正序电流的差分值。 2. 改进算法设计：设计了放宽搜索导数动态时间规整（Relaxed Search Derivative Dynamic Time Warping, RS-DDTW），通过估算导数解决趋势不同的奇异性问题，放宽点间特征的对应关系以增强数据同步误差的容错能力。 3. 性能验证与仿真测试：使用PSCAD/EMTDC仿真软件在不同故障类型、过渡电阻、数据同步误差、IIDG输出和负载功率等因素下，对RS-DDTW算法进行性能验证。

四、主要结果

研究结果显示，改进的差动保护方案在多种故障场景下都表现出良好的性能： 1. 灵敏度和选择性：RS-DDTW算法能够有效定位故障区域，并在数据同步误差达到36°和过渡电阻为60Ω的情况下仍具有较高的灵敏度和选择性。 2. 抗干扰能力：该方案在应对系统扰动、IIDG渗透率变化以及负载切换等情况时表现稳定。 3. 经济性和实用性：利用现有FTU设备，无需增加新设备，降低了实施成本，且增加了对复杂网络拓扑变化的适应能力。

五、研究的重大意义

本文提出的基于PSCDP（Positive Sequence Current Differential Protection, 正序电流差动保护）的保护方案，具有较高的抗扰动能力和数据同步误差容忍度。研究不仅提高了配电网高渗透率IIDG的保护灵敏度和选择性，又提供了一种操作简便、成本低廉的方案，具有显著的经济效益和工程应用价值。

六、亮点和应用前景

1. 创新性算法：RS-DDTW算法在现有DTW算法基础上进行了重要改进，提高了数据同步误差的容忍度。
2. 广泛适用性：适用于含高渗透率IIDG的复杂配电网，具有广泛的工程应用前景。
3. 经济性和简便性：无需高成本的时钟同步设备，充分利用现有硬件资源，降低了实施和维护成本。

七、结论

研究成果表明，RS-DDTW算法在检测多种故障类型和过渡电阻下均表现出优异性能。采用这一新方案的配电网不仅能准确定位和隔离故障，还能在高渗透率IIDG和数据同步误差较大的情况下保持稳定运行。这一研究为未来电网保护技术的发展提供了宝贵的思路和方法。

参考文献

文中引用了多篇涉及配电网保护、动态时间规整算法及IIDG相关领域的重要文献，综述了当前已有技术的优势与不足，为新方案的提出奠定了理论基础。