1.本发明属于电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种高精度差动保护方法及差动保护装置。
背景技术：
2.随着电力网络的逐步复杂化、多源化发展，形成了多分段、多分支、功率双向流动等特征，传统三段式保护难以保障选择性和灵敏性，而差动保护能够精确反映流过某一设备(主要是变电设备，如变压器)或某一线路的电流情况，差流的产生反映了设备内部或者线路中间存在的电流流向，从而反映出故障，因而差动保护可以有效对线路或故障进行检测保护，属于高灵敏度、高保护效用的一种手段。
3.但是，申请人发现：传统的差动保护主要采用单一电流差过量式判断或单一电流差分段式判断，这仅能反映电流的流动性，而没有考虑实际应用过程的众多因素：
4.1)高电压架空线路由于分布式参数，存在分布式电流，如分布式电容电流，线路谐振造成的局部电流放大效应等；
5.2)高压电力电缆的电容效应，造成电容电流，长距离时造成首尾端电流存在明显无功电流差；
6.3)高电压等级变压器存在局放、对地泄露电流、励磁、损耗等，也会造成输入输出电流的细微差别。
7.而分布式电容电流、泄露电流等会造成差动保护量的误差(电流差)，不同的线路分布式电流不同，因此在差动保护中只能采用扩大保护范围、降低保护灵敏度的方式进行弥补，造成了保护灵敏度降低，部分动作区域本质应属于非动作区(即有些区域不需要动作但是也动作了)，这在一定程度上增大了设备或线路运行的风险。
8.不难看出，现有技术方案还存在不足。
技术实现要素：
9.为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种考虑了分布式参数影响以及能够反映波形特性的高精度差动保护方法，以及采用了该高精度差动保护方法的差动保护装置。
10.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
11.本发明所述的一种高精度差动保护方法，包括：
12.s1.标准正弦的生成，对被保护线路的电压进行单相的分相锁相，生成各相独立的标准正弦；
13.s2.有功电流分量的提取，分别对被保护线路首尾两端的各相电流提取有功电流分量；
14.s3.波形相关度的计算，分别以s2中提取的有功电流分量为基础，计算出首尾两端的各相电流有功分量之间的波形相关度；
15.s4.波形差异的计算，分别以s2中提取的有功电流分量为基础，计算出首尾两端的各相电流有功分量的波形差异；
16.s5.差流的波形相关度计算，分别将首端各相电流减去尾端的有功电流分量，得到首尾端两端的各相差流，进而计算得到各相差流的波形相关度；
17.s6.差动保护的判断，根据计算得到的首尾两端的各相电流有功分量的波形相关度和波形差异、以及各相之间差流的波形相关度进行差动保护判断。
18.进一步地，步骤s2具体包括：
19.s201.将首尾两端各相的电流与标准正弦相乘；
20.s202.将步骤s201得到的各相乘积进行低通滤波；
21.s203.将步骤s202低通滤波后的各相乘积再乘以两倍对应相的标准正弦，得到了首端和尾端各相电流的有功电流分量。
22.进一步地，步骤s3具体包括：
23.s301.计算在周波内同一采样周期的首端和尾端各相电流的有功电流分量的乘积之和；
24.s302.计算在周波内所有采样周期的首端和尾端各相电流的有功电流分量平方之和的乘积；
25.s303.将步骤s301得到的乘积之和除以步骤s302得到的乘积，得到首尾两端的各相电流有功分量之间的波形相关度系数。
26.进一步地，步骤s4具体包括：
27.s401.计算在周波内首端和尾端各相电流当前采样周期的有功电流分量与上一周期的有功电流分量的平方差之和，得到首端和尾端各相电流有功分量的波形差异；
28.s402.将各相的尾端的电流有功分量的波形差异除以首端的电流有功分量的波形差异，得到各相首尾两端的差异比例系数；
29.s403.计算各相首尾两端的差异比例系数之间的相间比例系数。
30.进一步地，步骤s5具体包括：
31.s501.将首端的各相电流减去尾端对应相电流的有功分量，得到各相电流的差流；
32.s502.计算在周波内同一采样周期的各相电流的差流的乘积之和；
33.s503.计算在周波内所有采样周期的各相电流的差流平方之和的乘积；
34.s504.将步骤s502得到的乘积之和除以步骤s503得到的乘积，得到各相差流的波形相关度系数。
35.进一步地，步骤s6具体包括：
36.s601.相关度的划分，包括不相关、低相关、中度相关和高度相关四个档位；
37.s602.有功分量的波形相关度的判断，当步骤s3计算得到的各相首尾两端的波形相关度系数＜0.3时为不相关，当0.3≤波形相关度系数＜0.5时为低相关，当0.5≤波形相关度系数＜0.8时为中度相关，当波形相关度系数≥0.8时为高度相关，同时判断各相首尾两端的波形相关度系数是否处于同一档位，以及判断各相首尾两端的差异比例系数之间的相间比例系数是否在设定范围；若有任意相的波形相关度系数不处于同一档位时，且该相的首尾两端的差异比例系数之间的相间比例系数超出设定范围时开始计时，当计时时间达到差动保护动作延时值时，进行保护动作；
38.s603.差流的波形相关度的判断，当步骤s5计算得到的各相差流的波形相关度系数小于设定值时开始计时，当计时时间达到差动保护动作延时值时，进行保护动作。
39.本发明还提供了一种差动保护装置，包括电源模块、模数转换模块、光纤接口、光电转换模块、电光转换模块、cpu控制器、5g通讯模块、晶振电路；其中，所述cpu控制器分别与电源模块、模数转换模块、光电转换模块、电光转换模块、5g通讯模块、晶振电路相连，所述电源模块与cpu控制器、模数转换模块、光电转换模块、电光转换模块、5g通讯模块、晶振电路相连提供电源，所述光纤接口与光电转换模块、电光转换模块相连，所述cpu控制器通过光电转换模块、电光转换模块、光纤接口或5g通讯模块发送和接收数据；所述cpu控制器还包括：
40.标准正弦生成模块，用于对线路电压进行单相的分相锁相，生成各相独立的标准正弦；
41.有功电流分量提取模块，用于分别对首尾两端的各相电流提取有功电流分量；
42.波形相关度计算模块，用于分别以提取的有功电流分量为基础，计算出首尾两端的各相电流有功分量之间的波形相关度；
43.波形差异计算模块，用于分别以提取的有功电流分量为基础，计算出首尾两端的各相电流有功分量的波形差异；
44.差流波形相关度计算模块，用于分别将首端各相电流减去尾端的有功电流分量，得到首尾端两端的各相差流，进而计算得到各相差流的波形相关度；
45.差动保护判断单元，用于根据计算得到的首尾两端的各相电流有功分量的波形相关度和波形差异、以及各相之间差流的波形相关度进行差动保护判断。
46.进一步地，所述有功电流分量提取模块用于分别对首尾两端的各相电流提取有功电流分量，具体为：首先将首尾两端各相的电流与标准正弦相乘，然后对得到的各相乘积进行低通滤波，最后将低通滤波后的各相乘积再乘以两倍对应相的标准正弦，得到了首端和尾端各相电流的有功电流分量；
47.所述波形相关度计算模块用于分别以提取的有功电流分量为基础，计算出首尾两端的各相电流有功分量之间的波形相关度，具体为：首先计算在周波内同一采样周期的首端和尾端各相电流的有功电流分量的乘积之和，然后计算在周波内所有采样周期的首端和尾端各相电流的有功电流分量平方之和的乘积，最后得到有功电流分量的乘积之和除以有功电流分量平方之和的乘积，得到首尾两端的各相电流有功分量之间的波形相关度系数；
48.所述波形差异计算模块用于分别以提取的有功电流分量为基础，计算出首尾两端的各相电流有功分量的波形差异，具体为：首先计算在周波内首端和尾端各相电流当前采样周期的有功电流分量与上一周期的有功电流分量的平方差之和，得到首端和尾端各相电流有功分量的波形差异；然后将各相的尾端的电流有功分量的波形差异除以首端的电流有功分量的波形差异，得到各相首尾两端的差异比例系数；最后计算各相首尾两端的差异比例系数之间的相间比例系数；
49.所述差流波形相关度计算模块用于分别将首端各相电流减去尾端的有功电流分量，得到首尾端两端的各相差流，进而计算得到各相差流的波形相关度，具体为：首先将首端的各相电流减去尾端对应相电流的有功分量，得到各相电流的差流；然后计算在周波内同一采样周期的各相电流的差流的乘积之和；接着计算在周波内所有采样周期的各相电流
的差流平方之和的乘积；最后将得到的各相电流的差流的乘积之和除以各相电流的差流平方之和的乘积，得到各相差流的波形相关度系数；
50.所述差动保护判断单元用于根据计算得到的首尾两端的各相电流有功分量的波形相关度和波形差异、以及各相差流的波形相关度进行差动保护判断，具体为：首先进行相关度的划分，划分为不相关、低相关、中度相关和高度相关四个档位；然后判断计算得到的各相首尾两端的波形相关度系数是否处于同一档位，以及判断各相首尾两端的差异比例系数之间的相间比例系数是否在设定范围，若有任意相的波形相关度系数不处于同一档位时，且该相的首尾两端的差异比例系数之间的相间比例系数超出设定范围时开始计时，当计时时间达到差动保护动作延时值时，进行保护动作；最后判断计算得到的各相差流的波形相关度系数判断是否小于设定值，若是则开始计时，当计时时间达到差动保护动作延时值时，进行保护动作。
51.本发明通过上述技术方案，主要具有以下有益效果：
52.(1)以保护范围内首尾两端的电流有功分量、差流分量进行区分衡量，实现了高精度控制；
53.(2)以有功分量作为差动保护之一，直接反映了负荷中做功能力电流的变化，指向意义强，同时以两端电流波形关联度反映首尾之间相电流之间的差异情况，并以有功差异比例的相间比例系数还间接反映了各相电流之间的关联关系，对发生相间短路也能进行判别保护，判别精确度高，保护效果更好；
54.(3)以首端相电流与尾端有功电流差的关联度反映了无功功率、不对称、分布式电容电流的影响，一旦无功或分布式参数有较大差异也反映了断线等类型故障，该保护方法考虑因素更为全面，大大提高判别精确度和保护效果。
附图说明
55.图1是本发明所述高精度差动保护方法的流程示意图。
具体实施方式
56.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
57.如图1中所示，本发明实施例所述的高精度差动保护方法，包括：
58.步骤s1.标准正弦的生成，对被保护线路的电压进行单相的分相锁相，生成各相独立的标准正弦(当中的锁相和生成标准正弦的方法均属于现有技术，在此不再详细赘述。)；可以避免因为三相锁相对不对称、不平衡时候容易产生误差而降低电流有功分量的求解精度和降低差动保护的判断精度的问题。
59.步骤s2.有功电流分量的提取，分别对被保护线路首尾两端的各相电流提取有功电流分量；具体包括：
60.s201.将首尾两端各相的电流与标准正弦相乘；
61.s202.将步骤s201得到的各相乘积进行低通滤波；
62.s203.将步骤s202低通滤波后的各相乘积再乘以两倍对应相的标准正弦，得到了
首端和尾端各相电流的有功电流分量。
63.本方法通过利用电力电子领域的瞬时变换方法求解有功分量，并以有功分量进行差动保护判断，且有功分量受分布式参数的影响小，因而可以提高了保护的精度。
64.步骤s3.波形相关度的计算，分别以s2中提取的有功电流分量为基础，计算出首尾两端的各相电流有功分量之间的波形相关度；具体包括：
65.s301.计算在周波内同一采样周期的首端和尾端各相电流的有功电流分量的乘积之和；
66.s302.计算在周波内所有采样周期的首端和尾端各相电流的有功电流分量平方之和的乘积；
67.s303.将步骤s301得到的乘积之和除以步骤s302得到的乘积，得到首尾两端的各相电流有功分量之间的波形相关度系数。
68.步骤s4.波形差异的计算，分别以s2中提取的有功电流分量为基础，计算出首尾两端的各相电流有功分量的波形差异；具体包括：
69.s401.计算在周波内首端和尾端各相电流当前采样周期的有功电流分量与上一周期的有功电流分量的平方差之和，得到首端和尾端各相电流有功分量的波形差异；
70.s402.将各相的尾端的电流有功分量的波形差异除以首端的电流有功分量的波形差异，得到各相首尾两端的差异比例系数；
71.s403.计算各相首尾两端的差异比例系数之间的相间比例系数。
72.步骤s5.差流的波形相关度计算，分别将首端各相电流减去尾端的有功电流分量，得到首尾端两端的各相差流，进而计算得到各相差流的波形相关度；具体包括：
73.s501.将首端的各相电流减去尾端对应相电流的有功分量，得到各相电流的差流；
74.s502.计算在周波内同一采样周期的各相电流的差流的乘积之和；
75.s503.计算在周波内所有采样周期的各相电流的差流平方之和的乘积；
76.s504.将步骤s502得到的乘积之和除以步骤s503得到的乘积，得到各相差流的波形相关度系数。
77.步骤s6.差动保护的判断，根据计算得到的首尾两端的各相电流有功分量的波形相关度和波形差异、以及各相之间差流的波形相关度进行差动保护判断；具体包括：
78.s601.相关度的划分，包括不相关、低相关、中度相关和高度相关四个档位；
79.s602.有功分量的波形相关度的判断，当步骤s3计算得到的各相首尾两端的波形相关度系数＜0.3时为不相关，当0.3≤波形相关度系数＜0.5时为低相关，当0.5≤波形相关度系数＜0.8时为中度相关，当波形相关度系数≥0.8时为高度相关，同时判断各相首尾两端的波形相关度系数是否处于同一档位，以及判断各相首尾两端的差异比例系数之间的相间比例系数是否在设定范围；若有任意相的波形相关度系数不处于同一档位时，且该相的首尾两端的差异比例系数之间的相间比例系数超出设定范围时开始计时，当计时时间达到差动保护动作延时值(该差动保护动作延时值是人为设定的保护定值)时，进行保护动作；
80.s603.差流的波形相关度的判断，当步骤s5计算得到的各相差流的波形相关度系数小于设定值时开始计时，当计时时间达到差动保护动作延时值(该差动保护动作延时值是人为设定的保护定值)时，进行保护动作。
81.在差动保护的判断时通过复合判断，可以有效减少误动。
82.下面以a、b、c三相线路为例，对本发明所述的高精度差动保护方法做进一步说明。
83.假设被保护线路包括a、b、c三相，本发明所述高精度差动保护方法包括：
84.1、标准正弦的生成，对被保护线路的电压进行单相的分相锁相，生成a、b、c三相独立的标准正弦；即：a相单独锁相，生成a相的标准正余弦，b相单独锁相，生成b相的标准正余弦，c相单独锁相，生成c相的标准正余弦；可以避免因为三相锁相对不对称、不平衡时候容易产生误差而降低电流有功分量的求解精度和降低差动保护的判断精度的问题。
85.2、有功电流分量的提取，分别对被保护线路首端(s端)和尾端(w端)的a、b、c相电流提取有功电流分量，包括：
86.以首端a相电流i
sa
为例，其锁相得到a相的标准正弦为sinωt；
87.211.a相电流与a相标准正弦相乘，得到：
88.212.对进行低通滤波，得到
89.213.将乘以2sinωt，得到了首端a相电流的有功分量i
sap
；
90.按照211-213的方法，分别求得首端b相和c相电流的有功电流分量i
sbp
和i
scp
，以及尾端a相、b相、c相电流的有功电流分量i
wap
、i
wbp
、i
wcp
。
91.3、波形相关度的计算，分别以提取的首尾两端的a相、b相、c相有功电流分量为基础，计算出首尾两端的a、b、c三相电流有功分量之间的波形相关度，包括：
92.311.以计算得到的首端a、b、c三相电流的有功分量i
sap
、i
sbp
、i
scp
为计算基础，按照公式公式分别计算出首端a、b、c三相电流的有功分量之间的波形相关度系数,其中p
sabp
为首端ab相电流的有功分量之间的波形相关度系数，p
sbcp
为首端bc相电流的有功分量之间的波形相关度系数，p
scap
为首端ac相电流的有功分量之间的波形相关度系数，k表示当前采样所在周期，n表示周波内的总采样点数；
93.312.以计算得到的尾端a、b、c三相电流的有功分量i
wap
、i
wbp
、i
wcp
为计算基础，按照公式
分别计算出尾端a、b、c三相电流的有功分量之间的波形相关度系数,其中p
wabp
为尾端ab相电流的有功分量之间的波形相关度系数，p
wbcp
为尾端bc相电流的有功分量之间的波形相关度系数，p
wcap
为尾端ac相电流的有功分量之间的波形相关度系数，k表示当前采样所在周期，n表示周波内的总采样点数。
94.4、波形差异的计算，分别以提取的首尾两端的a相、b相、c相有功电流分量为基础，计算出首尾两端的a、b、c三相电流有功分量的波形差异，包括：
95.411.以步骤s2计算得到的首端a、b、c三相电流的有功分量i
sap
、i
sbp
、i
scp
为计算基础，按照公式础，按照公式分别计算得到首端a、b、c三相电流的有功分量的波形差异,其中c
sap
为首端a相电流的有功分量的波形差异，c
sbp
为首端b相电流的有功分量的波形差异，c
scp
为首端c相电流的有功分量的波形差异，k表示当前采样所在周期，n表示周波内的总采样点数，k-n表示上个周期的采样位置；
96.412.以计算得到的尾端a、b、c三相电流的有功分量i
wap
、i
wbp
、i
wcp
为计算基础，按照公式公式分别计算得到尾端a、b、c三相电流的有功分量的波形差异,其中c
wap
为尾端a相电流的有功分量的波形差异，c
wbp
为尾端b相电流的有功分量的波形差异，c
wcp
为尾端c相电流的有功分量的波形差异，k表示当前采样所在周期，n表示周波内的总采样点数，k-n表示上个周期的采样位置；
97.413.根据411和412得到的波形差异，分别计算出a、b、c三相首端与尾端的差异比例系数ka、kb、kc，其中，其中
98.414.求a、b、c三相之间差异比例系数的相间比例系数k
ab
、k
bc
、k
ca
，其中
99.5、差流的波形相关度计算，分别将首端a、b、c三相电流减去尾端的对应相的有功电流分量，得到首尾端两端的a相、b相和c相的差流，进而计算得到各相之间差流的波形相关度，包括：
100.511.将首端a相电流i
sa
减去尾端a相电流的有功分量i
wap
，得到a相电流的差流ic-swa
；
101.512.按照511的方法，依次求得b相电流的差流i
c-swb
＝i
sb-i
wbp
和c相电流的差流i
c-swc
＝i
sc-i
wcp
；
102.513.求a、b、c三相之间差流的波形相关度系数p
c_sw_ab
、p
c_sw_bc
、p
c_sw_ca
，其中，其中，其中
103.6、差动保护的判断，根据计算得到的首尾两端的a、b、c三相电流有功分量的波形相关度和波形差异、以及各相之间差流的波形相关度进行差动保护判断，包括：
104.611.相关度的划分，包括不相关(波形相关度系数《0.3)、低相关0.3≤波形相关度系数《0.5)、中度相关(0.5≤波形相关度系数《0.8)和高度相关(波形相关度系数≥0.8)四个档位；
105.612.有功分量的波形相关度的判断，当计算得到的首尾两端的a、b、c三相电流的有功分量之间的波形相关度系数＜0.3时为不相关，当0.3≤波形相关度系数＜0.5时为低相关，当0.5≤波形相关度系数＜0.8时为中度相关，当波形相关度系数≥0.8时为高度相关，同时判断a、b、c三相首尾两端的波形相关度系数p
scap
与p
wcap
是否处于同一档位、p
sbcp
与p
wbcp
是否处于同一档位、p
sabp
与p
wabp
是否处于同一档位，以及判断a、b、c三相首尾两端的差异比例系数之间的相间比例系数k
ab
、k
bc
、k
ca
是否处于0.95～1.05范围内；若a、b、c三相首尾两端的波形相关度系数中任意一相的相关度系数不处于同一档位时，且k
ab
、k
bc
、k
ca
超出该范围时开始计时，当计时时间达到差动保护动作延时值时，进行保护动作；判断a、b、c三相之间差流的波形相关度系数p
c_sw_ab
、p
c_sw_bc
、p
c_sw_ca
是否大于等于0.3(p
c_sw_ab
、p
c_sw_bc
、p
c_sw_ca
均应大于等于0.3，如果处于“不相关”范围，证明被保护线路存在了故障。)，若小于0.3时则开始计时，当计时时间达到差动保护动作延时值时，进行保护动作(告警或跳闸)。
106.本发明还提供了一种差动保护装置，包括电源模块、模数转换模块、光纤接口、光电转换模块、电光转换模块、cpu控制器、5g通讯模块、晶振电路；其中，所述cpu控制器分别与电源模块、模数转换模块、光电转换模块、电光转换模块、5g通讯模块、晶振电路相连，所述电源模块与cpu控制器、模数转换模块、光电转换模块、电光转换模块、5g通讯模块、晶振电路相连提供电源，所述光纤接口与光电转换模块、电光转换模块相连，所述cpu控制器通过光电转换模块、电光转换模块、光纤接口或5g通讯模块发送和接收数据。
107.所述cpu控制器还包括：
108.标准正弦生成模块，用于对线路电压进行单相的分相锁相，生成各相独立的标准正弦；
109.有功电流分量提取模块，用于分别对首尾两端的各相电流提取有功电流分量，具
体为：首先将首尾两端各相的电流与标准正弦相乘，然后对得到的各相乘积进行低通滤波，最后将低通滤波后的各相乘积再乘以两倍对应相的标准正弦，得到了首端和尾端各相电流的有功电流分量；
110.波形相关度计算模块，用于分别以提取的有功电流分量为基础，计算出首尾两端的各相电流有功分量之间的波形相关度，具体为：首先计算在周波内同一采样周期的首端和尾端各相电流的有功电流分量的乘积之和，然后计算在周波内所有采样周期的首端和尾端各相电流的有功电流分量平方之和的乘积，最后得到有功电流分量的乘积之和除以有功电流分量平方之和的乘积，得到首尾两端的各相电流有功分量之间的波形相关度系数；
111.波形差异计算模块，用于分别以提取的有功电流分量为基础，计算出首尾两端的各相电流有功分量的波形差异，具体为：首先计算在周波内首端和尾端各相电流当前采样周期的有功电流分量与上一周期的有功电流分量的平方差之和，得到首端和尾端各相电流有功分量的波形差异；然后将各相的尾端的电流有功分量的波形差异除以首端的电流有功分量的波形差异，得到各相首尾两端的差异比例系数；最后计算各相首尾两端的差异比例系数之间的相间比例系数；
112.差流波形相关度计算模块，用于分别将首端各相电流减去尾端的有功电流分量，得到首尾端两端的各相差流，进而计算得到各相差流的波形相关度，具体为：首先将首端的各相电流减去尾端对应相电流的有功分量，得到各相电流的差流；然后计算在周波内同一采样周期的各相电流的差流的乘积之和；接着计算在周波内所有采样周期的各相电流的差流平方之和的乘积；最后将得到的各相电流的差流的乘积之和除以各相电流的差流平方之和的乘积，得到各相差流的波形相关度系数；
113.差动保护判断单元，用于根据计算得到的首尾两端的各相电流有功分量的波形相关度和波形差异、以及各相差流的波形相关度进行差动保护判断，具体为：首先进行相关度的划分，划分为不相关、低相关、中度相关和高度相关四个档位；然后判断计算得到的各相首尾两端的波形相关度系数是否处于同一档位，以及判断各相首尾两端的差异比例系数之间的相间比例系数是否在设定范围，若有任意相的波形相关度系数不处于同一档位时，且该相的首尾两端的差异比例系数之间的相间比例系数超出设定范围时开始计时，当计时时间达到差动保护动作延时值时，进行保护动作；最后判断计算得到的各相差流的波形相关度系数判断是否小于设定值，若是则开始计时，当计时时间达到差动保护动作延时值时，进行保护动作。
114.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
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