IF-DTW Based Fault Protection Method for Flexible DC Distribution Networks

ZENG Zhihui; HAN Lingxiang; WEI Yanfang; WANG Xiaowei

doi:10.20204/j.sp.2026.03007

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IF-DTW Based Fault Protection Method for Flexible DC Distribution Networks

更新时间：2026-04-08

- IF-DTW Based Fault Protection Method for Flexible DC Distribution Networks
- Vol. 54, Issue 3, Pages: 56-64(2026)
- 作者机构：
  
  1. 1.河南理工大学电气工程与自动化学院,河南,焦作,454003
  2. 西安理工大学电气工程学院,陕西,西安,710000
  3. 河南省煤矿装备智能检测与控制重点实验室,河南,焦作,454003
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20204/j.sp.2026.03007
  CLC：
- Published：2026
- 稿件说明：
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曾志辉,韩凌祥,韦延方,王晓卫.基于IF-DTW的柔性直流配电网故障保护方法[J].智慧电力,2026,54(3):56-64.

doi:10.20204/j.sp.2026.03007
曾志辉,韩凌祥,韦延方,王晓卫.基于IF-DTW的柔性直流配电网故障保护方法[J].智慧电力,2026,54(3):56-64. DOI： 10.20204/j.sp.2026.03007.

doi:10.20204/j.sp.2026.03007 DOI：

摘要

柔性直流配电网是支撑能源低碳转型与高比例分布式能源接入的关键技术，但其低惯性、弱阻尼特性导致故障电流骤升，对保护的速动性与可靠性提出极高要求。针对动态时间规整（DTW）算法在故障保护中存在的边缘效应问题，提出一种基于改进Fast-DTW（IF-DTW）的故障保护方法。该方法首先利用鲸鱼优化算法（WOA）对变分模态分解（VMD）的模态数与惩罚因子进行自适应寻优，以精确提取故障暂态高频分量，有效抑制模态混叠与噪声干扰；其次，采用电压信号的三阶紧凑差分格式构建故障启动判据，提升抗噪能力与数值稳定性，确保在0.15 ms内快速启动；进而，通过计算线路两端电流信号的IF-DTW距离，量化波形差异性，实现区内、外故障的准确识别与故障选极。IF-DTW通过子序列匹配与动态半径调整策略，从理论上规避了边缘效应，并显著降低了计算复杂度。仿真结果表明，该方法可在1.61 ms内完成故障隔离，并在低信噪比（5 dB）与高过渡电阻（300 Ω）的苛刻条件下仍能保持准确判别，展现出良好的工程适用性。

Abstract

Flexible DC distribution networks are a key technology for supporting low-carbon energy transition and the integration of high-penetration distributed energy resources. However

their low inertia and weak damping characteristics lead to rapid increases in fault currents

imposing extremely high demands on the speed and reliability of protection. To address the edge effect issue of the dynamic time warping （DTW） algorithm in fault protection

this paper proposes a fault protection method based on Improved Fast-DTW （IF-DTW）. Firstly

this method utilizes the whale optimization algorithm （WOA） to adaptively optimize the mode number and penalty factor of variational mode decomposition （VMD）

enabling precise extraction of high-frequency components from fault transients and effectively suppressing mode mixing and noise interference. Secondly

a fault initiation criterion is constructed using a third-order compact difference scheme of voltage signals to enhance noise immunity and numerical stability

ensuring rapid initiation within 0.15 ms. Subsequently

by calculating the IF-DTW distance between current signals at both ends of the line

waveform differences are quantified to achieve accurate identification of internal and external faults and fault pole selection. IF-DTW theoretically avoids edge effects through subsequence matching and a dynamic radius adjustment strategy

while significantly reducing computational complexity. Simulation results show that this method can complete fault isolation within 1.61 ms and maintains accurate discrimination even under harsh conditions of low signal-to-noise ratio （5 dB） and high transition resistance （300 Ω）

demonstrating good engineering applicability.

关键词

Keywords

references

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