基于IF-DTW的柔性直流配电网故障保护方法

曾志辉; 韩凌祥; 韦延方; 王晓卫

doi:10.20204/j.sp.2026.03007

欢迎来到能源电力期刊网！

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于IF-DTW的柔性直流配电网故障保护方法

电力电子装备与柔性控制 | 更新时间：2026-04-08

- 基于IF-DTW的柔性直流配电网故障保护方法
- IF-DTW Based Fault Protection Method for Flexible DC Distribution Networks
- 智慧电力 2026年54卷第3期页码：56-64
- 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
  中图分类号：
- 纸质出版：2026
- 稿件说明：
移动端阅览
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

张心怡，盖午阳，孙巧玉，等. 基于电流变异特性的直流配电系统单极接地差动保护方法 [J ] .智慧电力，2025，53（6）：93-100.

杨赛昭，向往，文劲宇. 架空柔性直流电网线路故障保护综述 [J ] .中国电机工程学报，2019，39（22）：6600-6617.

武传健，梁正堂，黄强，等. 基于EEMD和GP的混合直流系统双端保护方案研究 [J ] .智慧电力，2025，53（1）：98-106.

马红月，李温静，吴文炤，等. 基于CEEMDAN和卷积神经网络的配电网故障选线新方法 [J ] .电测与仪表，2024，61（10）：97-103.

盖午阳，张心怡，钟世民，等. 基于频域加权量的直流配电线路单极接地故障工况辨识方法 [J ] .智慧电力，2024，52（11）：106-113.

邱书琦，蹇照民，方立雄，等. 基于变分模态分解和集成学习的光伏发电预测 [J ] .智慧电力，2024，52（3）：32-38.

刘金朋，邓嘉明，高鹏宇，等. 基于VMD-IMPA-SVM的超短期风电功率预测 [J ] .智慧电力，2024，52（7）：24-31，79.

李玉东，刘天恩，曾志辉，等. 基于虚拟功率差异性的柔直电网故障保护方案 [J ] .高压电器，2025，61（10）：227-236.

李正，陈堂贤，张赟宁，等. 基于ISSA-BiLSTM的多端柔性直流输电线路保护方案 [J ] .电测与仪表，2025，62（4）：97-104.

李静正，杜晓通，李猛. 海上柔性低频输电线路高频暂态量单端保护 [J ] .电力建设，2025，46（8）：105-115.

邢超，魏荣智，奚鑫泽，等. 基于GRU的特高压三端混合直流输电线路故障区域识别方法 [J ] .电力系统保护与控制，2023，51（10）：98-109.

冉启胜，张哲，韩杰祥，等. 基于改进动态时间弯曲距离算法的直流配电网线路纵联保护方案 [J ] .电力自动化设备，2022，42（12）：157-164.

童晓阳，杨明杰，张广骁. 基于改进DTW的行波波形相似性的高压直流输电线路保护方案 [J ] .中国电机工程学报，2020，40（12）：3878-3888.

韦延方，杨萍，杨湛晔，等. 基于EWT改进限流电抗电压的柔性直流配电网故障保护方法 [J ] .电力系统保护与控制，2024，52（23）：22-32.

王维高，魏云冰，滕旭东. 基于VMD-SSA-LSSVM的短期风电预测 [J ] .太阳能学报，2023，44（3）：204-211.

MEGHWANI A，SRIVASTAVA S C，CHAKRABARTI S. A non-unit protection scheme for DC microgrid based on local measurements [J ] . IEEE Transactions on Power Delivery，2017，32（5）：2567-2577.

何东，甘贝贝，袁英硕，等. 基于暂态电压Pearson相关系数的柔性直流配电网纵联保护方法 [J ] .电力系统保护与控制，2024，52（20）：166-176.

曾志辉，郑莹莹，韦延方，等. 基于暂态功率脉冲因子的柔性直流输电线路故障检测 [J ] .电力系统保护与控制，2025，53（7）：133-143.

李海勇，郑新铖，郑茂然，等. 基于虚拟过渡电阻与DTW距离的有源配电网高阻故障区段定位方法 [J ] .电力系统及其自动化学报，2025，37（03）：139-148.

韦延方，吴凯航，王晓卫，等. 基于故障行波VS-DDTW距离的柔性直流输电线路保护方案 [J ] .电力系统及其自动化学报，2025，37（12）：24-34.

洪聪，张员宁，黄景光，等. 基于形态边缘导向算子的风电场送出线路梯度能量匹配式纵联保护判据 [J ] .电力自动化设备，2025，45（6）：88-94，100.

张健宝，王磊，江伟建. 基于VMD和Duffing振子算法的配电网差动保护 [J ] .中国电力，2024，57（11）：26-35.

段宏，郭成，孙海东，等. 基于DDTW聚类和SK TCN-GC BiGRU的分布式光伏短期功率预测 [J ] .智慧电力，2025，53（4）：71-80.

戴明威，张春富，杨佳武. 基于多特征融合的锂电池热失控预警方法 [J ] .南方能源建设，2025，12（2）：128-133.

龚迪阳，唐雅洁，高为举，等. 基于Q学习和PCA的分布式光伏集群优化调度 [J ] .浙江电力，2025，44（11）：72-82.

李振，王楠，周喜超，等. 基于电流平衡和电压DTW距离的户变户相识别 [J ] .电子设计工程，2025，33（18）：35-39.

张弘喆，丛伟，王瑞梅，等. 基于Bhattacharyya系数和Pearson相关系数的交直流混联电网电压波形相似度纵联保护方法 [J ] .山东电力技术，2024，51（12）：19-26.

余波，高学军，王灿，等. 基于行波特征与KOA-CNN-BiGRU-AM的柔直输电线路故障诊断 [J ] .电力工程技术，2025，44（2）：185-196.

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于移动储能与配电网协同的低碳鲁棒优化运行策略

基于外罚函数法与改进鲸鱼优化算法的配电网承载电动汽车可开放容量评估方法

基于IPO算法的配电网储能优化配置

基于多类型虚拟电厂协同及交易结算的配电网弹性提升策略

计及可控负荷及分布式电源接入的配电网网架布局规划方法