采用不變矩的諧振接地系統(tǒng)故障選線方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采用不變矩的諧振接地系統(tǒng)故障選線方法，包括以下步驟：S1：記錄故障發(fā)生后1個(gè)工頻周期內(nèi)各線路首端測(cè)得的零序電流波形；S2：令測(cè)得的各零序電流波形曲線上的點(diǎn)灰度為1，其余為0，得到圖像灰度分布函數(shù)；S3：將得到的零序電流波形的圖像灰度分布函數(shù)帶入不變矩公式中，求出反映圖形特征的11個(gè)不變矩，并提取其中4個(gè)表示圖形軸對(duì)稱關(guān)系的不變矩特征量、、和；S4：對(duì)不變矩特征量、、和進(jìn)行譜系聚類分析，輸出聚類樹(shù)；S5：根據(jù)聚類有效性指標(biāo)，選出最佳聚類樹(shù)，進(jìn)行故障選線。本發(fā)明選線準(zhǔn)確，可提高配電網(wǎng)接地選線的可靠性。
【專利說(shuō)明】采用不變矩的諧振接地系統(tǒng)故障選線方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及配電網(wǎng)自動(dòng)化繼電保護(hù)領(lǐng)域，尤其是一種采用不變矩的諧振接地系統(tǒng)故障選線方法。
【背景技術(shù)】
[0002]諧振接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于消弧線圈電感電流對(duì)電網(wǎng)電容電流的補(bǔ)償作用，只產(chǎn)生很小的故障電流，且各線電壓基本保持不變，不影響對(duì)負(fù)載的供電。按照我國(guó)電力安全規(guī)程規(guī)定諧振接地系統(tǒng)可帶單相接地故障繼續(xù)運(yùn)行I~2h[1]，有較高供電可靠性。但單相接地故障將使得非故障相對(duì)地電壓升高，長(zhǎng)時(shí)間帶故障運(yùn)行易造成絕緣薄弱處擊穿，使故障情況惡化，進(jìn)而損壞電力設(shè)備，破壞系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，發(fā)生單相接地故障后，應(yīng)在最短時(shí)間內(nèi)確定故障線路，將故障隔離在最小范圍。
[0003]諧振接地系統(tǒng)中，消弧線圈的補(bǔ)償作用雖能減小短路電流，但也給故障選線帶來(lái)困難[2]。國(guó)內(nèi)外許多選線方法不斷涌現(xiàn)。工頻量選線法[2_4]應(yīng)用歷史長(zhǎng)，但故障電流微弱易受干擾，選線效果不理想。信號(hào)注入法[4'5]為主動(dòng)式選線，但需附加裝置且高阻接地時(shí)選線可靠性低。暫態(tài)量選線法[6_9]因暫態(tài)量所含信息豐富而受關(guān)注，但暫態(tài)量受故障條件影響大。而現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)[9_11]的融入解決了暫態(tài)量信息的提取問(wèn)題。
[0004]近年來(lái)，智能選線方法[12_17]成為主要發(fā)展趨勢(shì)。文獻(xiàn)[15]以S變換提取故障特征量，提出融合投票結(jié)果并給出信心度的故障選線新思路，但信心度只是一個(gè)可靠性度量，沒(méi)有顯著提高高阻接地時(shí)的選線準(zhǔn)確性。文獻(xiàn)[16]將EMD方法消噪后的信號(hào)輸入DufTing振子系統(tǒng)，由所得相圖進(jìn)行選線，在高阻接地時(shí)仍能正確選線。但用相圖選線時(shí)需人為介入。文獻(xiàn)[17]提出暫態(tài)零序電荷-電壓特征與支持向量機(jī)結(jié)合的選線方法，對(duì)各種故障工況有良好外擴(kuò)能力。支持向量機(jī)僅需`小樣本訓(xùn)練，但系統(tǒng)狀態(tài)大變動(dòng)時(shí)的適應(yīng)性有待驗(yàn)證。
[0005]本發(fā)明從諧振接地系統(tǒng)暫態(tài)零序電流波形特征出發(fā)，提出一種不變矩特征量與聚類分析相結(jié)合的變的特性，能表征各波形間的不嚴(yán)格軸對(duì)稱關(guān)系。聚類分析及其有效性計(jì)算，提供了選線結(jié)果的置信度，使選線過(guò)程無(wú)人為介入。且聚類分析無(wú)需先驗(yàn)知識(shí)，能適應(yīng)各種復(fù)雜配電系統(tǒng)，具有可移植性。因此，該故障選線方法具有較高的實(shí)用價(jià)值。
[0006]參考文獻(xiàn)
[0007][I]中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).DL/T620-1997.交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合[S].中華人民共和國(guó)電力工業(yè)部.1997.[0008][2]賈清泉.非有效接地電網(wǎng)選線保護(hù)技術(shù)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2007.[0009][3]曾祥君，尹項(xiàng)根，張哲，等.配電網(wǎng)接地故障負(fù)序電流分布及接地保護(hù)原理研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2001，21 (6):84-89.[0010][4]曾祥君，尹項(xiàng)根，張哲，等.零序?qū)Ъ{法饋線接地保護(hù)的研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2001，21 (4):5-10.[0011][5]曾祥君，尹項(xiàng)根，于永源，等.基于注入變頻信號(hào)法的經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)控制與保護(hù)新方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2000，20 (I):29-32.[0012][6]賈清泉，劉連光，楊以涵，等.應(yīng)用小波檢測(cè)故障突變特性實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)小電流故障選線保護(hù)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2001，21 (10):8-82.[0013][7]張帆，潘貞存，張慧芬，等.基于方向行波的小電流接地系統(tǒng)故障選線[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27 (34):70-75.[0014][8]Abdel-Fattah M F, Lehtonen M.A transient fault detection techniquewith varying fault detection window of earth modes in unearthed MV systems[C]//IEEE Power Quality and Supply Reliability Conference, Parnu,2008.[0015][9]Abdel-Fattah M F,Lehtonen M.Transient-based protection as a solutionfor earth-fault detection in unearthed and compensated neutral medium voltagedistribution networks[C]//IEEE Electric Power Quality and Supply ReliabilityConference, Kuressaare,2010.[0016][10]曲軼龍，譚偉璞，楊以涵.基于形態(tài)濾波的諧振接地系統(tǒng)故障選線新方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32 (12):73-77.[0017][ll]Elkalashy N I, Tarhuni N G, Lehtonen M.Simplified probabilisticselectivity technique for earth fault detection in unearthed MV networks[J].Generation, Transmission&Distribution, IET,2009,3 (2): 145-153.[0018][12]束洪春，高利，段銳敏，等.利用零序電流全量Hough變換的配電網(wǎng)故障選線方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013,37(9):110-116.[0019][13]龐清樂(lè)，孫同景，鐘麥英，等.基于粗集理論的小電流接地系統(tǒng)故障選線[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27 (4):60-64.[0020][14]束洪春，彭仕欣，李斌，等.利用測(cè)后模擬的諧振接地系統(tǒng)故障選線方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28 (16):59-64.[0021][15]張鈞，何正友，賈勇.基于S變換的故障選線新方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011,31(10):109-115.[0022][16]張淑清,翟欣沛,董璇,等.EMD及Duffing振子在小電流系統(tǒng)故障選線方法中的應(yīng)用[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，33 (010):161-167.[0023][17]張姝，何正友，王圮，等.暫態(tài)零序電荷-電壓特征與 支持向量機(jī)結(jié)合的諧振接地系統(tǒng)故障選線研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，41 (12):71-78.
【發(fā)明內(nèi)容】

[0024]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種采用不變矩的諧振接地系統(tǒng)故障選線方法，充分利用暫態(tài)零序電流中豐富的故障信息，結(jié)合聚類分析，使選線過(guò)程無(wú)人為介入，能適應(yīng)各種復(fù)雜配電系統(tǒng)，提高非有效接地系統(tǒng)故障選線的準(zhǔn)確性。
[0025]本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn):一種采用不變矩的諧振接地系統(tǒng)故障選線方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0026]S1:記錄故障發(fā)生后I個(gè)工頻周期內(nèi)各線路首端測(cè)得的零序電流波形；
[0027]S2:令測(cè)得的各零序電流波形曲線上的點(diǎn)灰度為1，其余為0，得到圖像灰度分布函數(shù)F(t, i),其中自變量t表示時(shí)間，因變量i表示零序電流；
[0028]S3:將得到的零序電流波形的圖像灰度分布函數(shù)F(t，i)帶入不變矩公式中，求出反映圖形特征的11個(gè)不變矩，并提取其中4個(gè)表示圖形軸對(duì)稱關(guān)系的不變矩特征量Ψ4、Ψ6、Ψ9 和 V11 ;
[0029]S4:對(duì)不變矩特征量Ψ4、Ψ6、Ψ9和V11進(jìn)行譜系聚類分析,輸出聚類樹(shù)；具體的，以表征圖形軸對(duì)稱關(guān)系的4個(gè)不變矩特征量Ψ4、Ψ6、Ψ9、Ψη為輸入,分別用最短距離、最長(zhǎng)距離、類平均距離、重心距離和離差平方和距離5種類間距離進(jìn)行譜系聚類分析，輸出5棵聚類樹(shù)；
[0030]S5:根據(jù)聚類有效性指標(biāo)，選出最佳聚類樹(shù)，進(jìn)行故障選線。
[0031]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述步驟S3中將得到的零序電流波形的圖像灰度分布函
數(shù)F(t，i)帶入不變矩公式中具體方法為:圖像的p+q階原點(diǎn)矩為
【權(quán)利要求】
1.一種采用不變矩的諧振接地系統(tǒng)故障選線方法，其特征在于，包括以下步驟: 51:記錄故障發(fā)生后I個(gè)工頻周期內(nèi)各線路首端測(cè)得的零序電流波形； 52:令測(cè)得的各零序電流波形曲線上的點(diǎn)灰度為1，其余為O，得到圖像灰度分布函數(shù)F(t, i)，其中自變量t表示時(shí)間，因變量i表示零序電流； 53:將得到的零序電流波形的圖像灰度分布函數(shù)F(t，i)帶入不變矩公式中，求出反映圖形特征的11個(gè)不變矩，并提取其中4個(gè)表示圖形軸對(duì)稱關(guān)系的不變矩特征量Ψ4、Ψ6、Ψ9和 V11; 54:對(duì)不變矩特征量V11進(jìn)行譜系聚類分析，輸出聚類樹(shù)；具體的，以表征圖形軸對(duì)稱關(guān)系的4個(gè)不變矩特征量Ψ4、Ψ6、Ψ9、Ψη為輸入，分別用最短距離、最長(zhǎng)距離、類平均距離、重心距離和離差平方和距離5種類間距離進(jìn)行譜系聚類分析，輸出5棵聚類樹(shù)； 55:根據(jù)聚類有效性指標(biāo)，選出最佳聚類樹(shù)，進(jìn)行故障選線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用不變矩的諧振接地系統(tǒng)故障選線方法，其特征在于，所述步驟S3中將得到的零序電流波形的圖像灰度分布函數(shù)F(t，i)帶入不變矩公式中具體方法為:圖像的P+q階原點(diǎn)矩為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用不變矩的諧振接地系統(tǒng)故障選線方法，其特征在于，所述反映圖形特征的11個(gè)不變矩用歸一化的2~4階中心矩構(gòu)造得到，公式為:

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用不變矩的諧振接地系統(tǒng)故障選線方法，其特征在于:所述步驟S4中采用歐氏距離，設(shè)兩個(gè)樣本的η維特征量分別為Xi=Uil, xi2, -xj和Xj=Uj1, Xj2,…Xjn),則樣本間歐氏距離為
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用不變矩的諧振接地系統(tǒng)故障選線方法，其特征在于:所述最短距離公式為
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用不變矩的諧振接地系統(tǒng)故障選線方法，其特征在于:所述最長(zhǎng)距離公式為
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用不變矩的諧振接地系統(tǒng)故障選線方法，其特征在于:所述類平均距離公式為
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用不變矩的諧振接地系統(tǒng)故障選線方法，其特征在于:所述重心距離公式為
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用不變矩的諧振接地系統(tǒng)故障選線方法，其特征在于:所述離差平方和距離公式為
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用不變矩的諧振接地系統(tǒng)故障選線方法，其特征在于:所述聚類有效性指標(biāo)為cophenet相關(guān)系數(shù),選取cophenet相關(guān)系數(shù)最高的聚類方案,選出最佳聚類樹(shù)，進(jìn)行故障選線。
【文檔編號(hào)】G01R31/08GK103823158SQ201410056205
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】郭謀發(fā), 許曄, 楊耿杰, 高偉, 繆希仁 申請(qǐng)人:福州大學(xué)