本發(fā)明涉及一種基于同步采樣和全態(tài)故障特征量綜合分析技術(shù)，具體涉及一種分布式配電網(wǎng)單相接地故障定位的方法，屬于配電網(wǎng)
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：10kV配電網(wǎng)多為小電流接地系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，三相電壓依然保持平衡，因此具有不影響用戶供電，系統(tǒng)能夠繼續(xù)運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)。在小電流接地系統(tǒng)中，單相接地故障是最常見(jiàn)的，約占80％以上，因此，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)快速、準(zhǔn)確地定位故障點(diǎn)，對(duì)于提高配電網(wǎng)供電可靠性具有重要的意義?，F(xiàn)有配電網(wǎng)單相接地故障定位技術(shù)可分為主動(dòng)注入定位法和被動(dòng)定位法兩類，主動(dòng)注入法又稱信號(hào)注入法，理論可行，但需要附加專用的信號(hào)注入裝置，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施困難。被動(dòng)定位法不需要附加額外的設(shè)備，在現(xiàn)場(chǎng)易實(shí)現(xiàn)，但是線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障信號(hào)疊加在負(fù)荷電流上，幅值小，并且系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式、接地過(guò)渡電阻及環(huán)境的電磁干擾等嚴(yán)重影響故障定位的準(zhǔn)確性，使得配電網(wǎng)單相接地故障定位一直是個(gè)難題，故障定位也主要依靠人工巡檢。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于同步采樣和全態(tài)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)故障特征量綜合分析技術(shù)，即一種實(shí)現(xiàn)分布式配電網(wǎng)單相接地故障定位的方法，解決了配電網(wǎng)單相接地故障定位的難題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種實(shí)現(xiàn)分布式配電網(wǎng)單相接地故障定位的方法，其包括同步采樣方法、故障穩(wěn)態(tài)分量啟動(dòng)和防抖方法、故障錄波傳輸和合成方法、基于奇異值分解的故障初始時(shí)刻確定方法、基于暫態(tài)分量縱向相關(guān)系數(shù)分析的故障區(qū)段定位方法，其具體包括如下：S1)同步采樣方法；所述同步采樣方法為基于GPS的同步采樣方法，即所有裝置的采樣脈沖均是經(jīng)過(guò)GPS的1pps同步的，同時(shí)同步校準(zhǔn)內(nèi)部時(shí)鐘，保證所有裝置的采樣和錄波數(shù)據(jù)的同步性。如下：(A1)由高精度晶振輸出的振蕩信號(hào)經(jīng)整形、變換調(diào)理后，得到滿足采樣要求的時(shí)鐘信號(hào)CLK1；(A2)CLK1時(shí)鐘信號(hào)每隔1s被GPS的1PPS信號(hào)同步一次，保證CLK1脈沖前沿與GPS時(shí)間同步；(A3)CLK1時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻后輸出采樣信號(hào)FSK，各裝置都是用同步后的FSK時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行采樣，確保各裝置采樣的同步性；(A4)裝置接收GPS的1pps信號(hào)和對(duì)時(shí)報(bào)文，校準(zhǔn)裝置內(nèi)部時(shí)鐘。S2)故障穩(wěn)態(tài)分量啟動(dòng)和防抖方法；所述故障穩(wěn)態(tài)分量啟動(dòng)方法即采用半波真有效值法計(jì)算零序電壓，當(dāng)零序電壓大于啟動(dòng)門檻時(shí)，啟動(dòng)故障錄波進(jìn)程；如下：(B1)基于半波真有效值法計(jì)算零序電壓，公式如下：U0half=1NΣj=1Nu0j2---(1)]]>式中U0half是零序電壓半波有效值，u0j是零序電壓的第j個(gè)采樣數(shù)據(jù)，N為10ms內(nèi)零序電壓的總的采樣個(gè)數(shù)；(B2)當(dāng)判斷U0half滿足式(2)后，判斷發(fā)生故障，開(kāi)始啟動(dòng)故障錄波；U0half>Uset(2)式中U0half是是零序電壓半波有效值，Uset是零序電壓?jiǎn)?dòng)門檻。(B3)此錄波包含故障暫態(tài)過(guò)程，為了真實(shí)記錄和還原暫態(tài)過(guò)程，錄波周期為故障發(fā)生前3周波，故障發(fā)生后2周波；(B4)錄波信息臨時(shí)保存在RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。S3)所述故障穩(wěn)態(tài)分量防抖技術(shù)的具體方法如下：(C1)錄波啟動(dòng)后，延時(shí)Tset毫秒(Tset為錄波防抖時(shí)間定值)后再次進(jìn)行穩(wěn)態(tài)故障分量判斷；(C2)如果零序電壓故障分量和相電流故障分量滿足式(3)條件，則判斷有單相接地發(fā)生，將RAM區(qū)的故障錄波數(shù)據(jù)保存到FLASH中，并生成錄波文件，如果不滿足，丟棄本次錄波數(shù)據(jù)；式中U0half是是零序電壓半波有效值，Uset是零序電壓?jiǎn)?dòng)門檻，IA、IB、IC是A相電流有效值、B相電流有效值、C相電流有效值，Iset是相電流動(dòng)作門檻。(C3)故障錄波文件采用COMTRADE格式，COMTRADE是IEEE標(biāo)準(zhǔn)電力系統(tǒng)暫態(tài)數(shù)據(jù)交換通用格式，包括配置文件(.cfg)、數(shù)據(jù)文件(.dat)。S4)故障錄波傳輸和合成方法；所述故障錄波傳輸和合成方法即本裝置生成錄波文件后，將錄波文件傳輸?shù)较噜徰b置，并在接收到相鄰裝置錄波文件后根據(jù)錄波啟動(dòng)時(shí)刻合成錄波合成文件，如下：(D1)裝置生成COMTRADE錄波文件后，搜索鄰近裝置配置表中相鄰節(jié)點(diǎn)信息，依次將配置文件(.cfg)、數(shù)據(jù)文件(.dat)文件以錄波報(bào)文格式分幀傳輸?shù)较噜徆?jié)點(diǎn)；(D2)相鄰節(jié)點(diǎn)收到錄波報(bào)文后檢查報(bào)文的有效性和連續(xù)性，檢查正確后發(fā)送應(yīng)答報(bào)文；(D3)裝置收到應(yīng)答幀后繼續(xù)下一幀報(bào)文的傳輸，如果超時(shí)未收到應(yīng)答幀，重新傳輸當(dāng)前幀，直到錄波文件傳輸完畢；(D4)裝置在接收到相鄰裝置的錄波文件后，如果錄波啟動(dòng)時(shí)刻相同或者誤差小于一個(gè)周波，判斷為同一次接地故障的錄波，將錄波通道及錄波數(shù)據(jù)合成為錄波合成文件。S5)基于奇異值分解的故障初始時(shí)刻確定方法；所述基于奇異值分解的故障初始時(shí)刻確定方法，即對(duì)錄波合成文件中提取零序電壓分量進(jìn)行奇異值分解，獲得零序電壓近似信號(hào)和細(xì)節(jié)信號(hào)，可以確定故障初始時(shí)刻，如下；(E1)對(duì)錄波合成文件中提取包含接地暫態(tài)過(guò)程的零序電壓采樣值序列Uk＝[u1u2u3……uk](4)式中，uk為k點(diǎn)零序電壓采樣值，k為零序電壓采樣值數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度。(E2)構(gòu)造Hankel形式矩陣Hk如下：Hk=u1u2...uk-1u2u3...uk---(5)]]>(E3)對(duì)矩陣Hk矩陣進(jìn)行奇異值分解可得：Hk＝USVT＝Ha+Hd(6)Ha=U(:,1)×S(1,1)×V(:,1)T=a11a12...a1k-1a21a22...a2k-1---(7)]]>Hd=U(:,2)×S(2,2)×V(:,2)T=d11d12...d1k-1d21d22...d2k-1---(8)]]>式中，Ha為近似矩陣，反應(yīng)零序電壓信號(hào)的主要部分；Hd為細(xì)節(jié)矩陣，反應(yīng)零序電壓信號(hào)的細(xì)節(jié)部分。(E4)由式(7)和(8)可獲得零序電壓信號(hào)近似部分Ua和細(xì)節(jié)部分UdUa＝[a11,(La1+La2)/2，a2k-1](9)Ud＝[d11,(Ld1+Ld2)/2，d2k-1](10)式中La1＝[a12……a1k-1](11)La2＝[a21……a1k-2](12)Ld1＝[d12……d1k-1](13)Ld2＝[d21……d1k-2](14)(E5)選擇零序電壓細(xì)節(jié)部分Ud的第一個(gè)奇異點(diǎn)位置為接地故障初始時(shí)刻。S6)基于暫態(tài)分量縱向相關(guān)系數(shù)分析的故障區(qū)段定位方法；所述于暫態(tài)分量縱向相關(guān)系數(shù)分析的故障區(qū)段定位方法，即通過(guò)奇異值分解法確定故障初始時(shí)刻后，以初始時(shí)刻為基準(zhǔn)向后取1/4周波采樣點(diǎn)，對(duì)錄波合成文件中零序電流暫態(tài)分量進(jìn)行相關(guān)系數(shù)分析，并根據(jù)分析結(jié)果確定故障區(qū)段，如下：(F1)通過(guò)奇異值分解法確定故障初始時(shí)刻后，提取錄波文件中零序電流，具體是以初始時(shí)刻為基準(zhǔn)向后取1/4周波采樣點(diǎn)，則此分量為包括暫態(tài)分量的零序電流，對(duì)此暫態(tài)零序電流進(jìn)行相關(guān)系數(shù)分析，公式如下：ρj=Σk=1N(ik-i‾)(ijk-ij‾)Σk=1N(ik-i‾)2Σk=1N(ijk-ij‾)2---(15)]]>式中ρj為本節(jié)點(diǎn)暫態(tài)零序電流與第j個(gè)相鄰下游節(jié)點(diǎn)暫態(tài)零序電流間的相關(guān)系數(shù)，ik為本節(jié)點(diǎn)零序電流的第k個(gè)采樣數(shù)據(jù)，為本節(jié)點(diǎn)零序電流的平均值，ijk為第j個(gè)相鄰下游節(jié)點(diǎn)零序電流的第k個(gè)采樣數(shù)據(jù)，為第j個(gè)下游節(jié)點(diǎn)零序電流的平均值，N為1/4周波內(nèi)采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)。(F2)根據(jù)上述相關(guān)系數(shù)ρj構(gòu)成的序列判斷故障區(qū)段，方法如下：如果本節(jié)點(diǎn)與相鄰下游節(jié)點(diǎn)暫態(tài)零序初始極性相反，即相關(guān)系數(shù)為負(fù)，則該條線路區(qū)段為故障區(qū)段；如果本節(jié)點(diǎn)與所有相鄰節(jié)點(diǎn)相關(guān)系數(shù)均為正，則該條線路區(qū)段沒(méi)有發(fā)生接地故障。本發(fā)明是采用基于同步采樣和全態(tài)(穩(wěn)態(tài)+暫態(tài))故障特征量綜合分析方法，包括同步采樣方法、故障穩(wěn)態(tài)分量啟動(dòng)和防抖方法、故障錄波傳輸和合成方法、基于奇異值分解的故障初始時(shí)刻確定方法、基于暫態(tài)分量縱向相關(guān)系數(shù)分析的故障區(qū)段定位方法，采用以上分布式綜合技術(shù)和方法解決了配電網(wǎng)單相接地故障定位的難題，本發(fā)明對(duì)于單相接地故障定位具有定位準(zhǔn)確，自動(dòng)化程度高的優(yōu)勢(shì)，具有良好的應(yīng)用前景。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的故障穩(wěn)態(tài)分量啟動(dòng)和防抖技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例是一種實(shí)現(xiàn)分布式配電網(wǎng)單相接地故障定位的方法，包括同步采樣方法、故障穩(wěn)態(tài)分量啟動(dòng)和防抖方法、故障錄波傳輸和合成方法、基于奇異值分解的故障初始時(shí)刻確定方法、基于暫態(tài)分量縱向相關(guān)系數(shù)分析的故障區(qū)段定位方法，其具體包括如下：S1)同步采樣方法；所述同步采樣方法為基于GPS的同步采樣方法，即所有裝置的采樣脈沖均是經(jīng)過(guò)GPS的1pps同步的，同時(shí)同步校準(zhǔn)內(nèi)部時(shí)鐘，保證所有裝置的采樣和錄波數(shù)據(jù)的同步性。如下：(A1)由高精度晶振輸出的振蕩信號(hào)經(jīng)整形、變換調(diào)理后，得到滿足采樣要求的時(shí)鐘信號(hào)CLK1；(A2)CLK1時(shí)鐘信號(hào)每隔1s被GPS的1PPS信號(hào)同步一次，保證CLK1脈沖前沿與GPS時(shí)間同步；(A3)CLK1時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻后輸出采樣信號(hào)FSK，各裝置都是用同步后的FSK時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行采樣，確保各裝置采樣的同步性；(A4)裝置接收GPS的1pps信號(hào)和對(duì)時(shí)報(bào)文，校準(zhǔn)裝置內(nèi)部時(shí)鐘。S2)故障穩(wěn)態(tài)分量啟動(dòng)和防抖方法；如圖1所示為故障穩(wěn)態(tài)分量啟動(dòng)和防抖方法實(shí)現(xiàn)流程圖，包括以下步驟：(B1)基于半波真有效值法計(jì)算零序電壓，公式如下：U0half=1NΣj=1Nu0j2---(1)]]>式中U0half是零序電壓半波有效值，u0j是零序電壓的第j個(gè)采樣數(shù)據(jù)，N為10ms內(nèi)零序電壓的總的采樣個(gè)數(shù)；由于接地發(fā)生時(shí)會(huì)產(chǎn)生豐富的諧波分量，真有效值計(jì)算法可以準(zhǔn)確檢測(cè)故障諧波分量，因此采用基于半波真有效值的零序電壓?jiǎn)?dòng)算法可以在發(fā)生故障時(shí)快速啟動(dòng)錄波，保證錄波文件能準(zhǔn)確捕捉故障暫態(tài)分量。B2)判斷錄波啟動(dòng)標(biāo)志Flg是否等于1，如果等于1，錄波已啟動(dòng)，執(zhí)行B5),否則執(zhí)行B3)；B3)判斷U0half是否滿足式(2)，如果滿足，判斷發(fā)生故障，執(zhí)行B4)，否則，執(zhí)行B10)；U0half>Uset(2)式中U0half是是零序電壓半波有效值，Uset是零序電壓?jiǎn)?dòng)門檻。B4)置啟動(dòng)標(biāo)志Flg＝1,清防抖延時(shí)計(jì)數(shù)Td＝0，開(kāi)始故障錄波，執(zhí)行B10)；此錄波包含故障暫態(tài)過(guò)程，為了真實(shí)記錄和還原暫態(tài)過(guò)程，錄波采樣點(diǎn)數(shù)不小于80點(diǎn)/周波，錄波周期為故障發(fā)生前3周波，故障發(fā)生后2周波。B5)判斷延時(shí)計(jì)數(shù)Td<Tset(Tset＝100ms),如果小于Tset，執(zhí)行B6)，否則執(zhí)行B7)；B6)延時(shí)計(jì)數(shù)：Td＝Td+TΔ，TΔ為調(diào)用本流程的中斷時(shí)間計(jì)數(shù)，執(zhí)行B10)；B7)判斷零序電壓故障分量U0half和相電流故障分量IA、IB、IC是否滿足式(3)，如果滿足執(zhí)行B8)，否則執(zhí)行B9)；B8)判斷發(fā)生單相故障，置保存標(biāo)志，將RAM區(qū)數(shù)據(jù)保存在FLASH，生成錄波文件，清啟動(dòng)標(biāo)志，F(xiàn)q＝0，執(zhí)行B10)；錄波文件采用COMTRADE格式，包括配置文件(.cfg)、數(shù)據(jù)文件(.dat)。B9)未發(fā)生單相接地故障，置刪除標(biāo)志，刪除RAM區(qū)錄波數(shù)據(jù)，清啟動(dòng)標(biāo)志，F(xiàn)q＝0；B10)結(jié)束；S3)故障錄波傳輸和合成方法；所述故障錄波傳輸和合成方法即本裝置生成錄波文件后，將錄波文件傳輸?shù)较噜徰b置，并在接收到相鄰裝置錄波文件后根據(jù)錄波啟動(dòng)時(shí)刻合成錄波合成文件，如下：(D1)裝置生成COMTRADE錄波文件后，搜索鄰近裝置配置表中相鄰節(jié)點(diǎn)信息，依次將配置文件(.cfg)、數(shù)據(jù)文件(.dat)文件以錄波報(bào)文格式分幀傳輸?shù)较噜徆?jié)點(diǎn)；(D2)相鄰節(jié)點(diǎn)收到錄波報(bào)文后檢查報(bào)文的有效性和連續(xù)性，檢查正確后發(fā)送應(yīng)答報(bào)文；(D3)裝置收到應(yīng)答幀后繼續(xù)下一幀報(bào)文的傳輸，如果超時(shí)未收到應(yīng)答幀，重新傳輸當(dāng)前幀，直到錄波文件傳輸完畢；(D4)裝置在接收到相鄰裝置的錄波文件后，如果錄波啟動(dòng)時(shí)刻相同或者誤差小于一個(gè)周波，判斷為同一次接地故障的錄波，將錄波通道及錄波數(shù)據(jù)合成為錄波合成文件。S4)基于奇異值分解的故障初始時(shí)刻確定方法；所述基于奇異值分解的故障初始時(shí)刻確定方法，即對(duì)錄波合成文件中提取零序電壓分量進(jìn)行奇異值分解，獲得零序電壓近似信號(hào)和細(xì)節(jié)信號(hào)，可以確定故障初始時(shí)刻，如下；(E1)對(duì)錄波合成文件中提取包含接地暫態(tài)過(guò)程的零序電壓采樣值序列Uk＝[u1u2u3……uk](4)式中，uk為k點(diǎn)零序電壓采樣值，k為零序電壓采樣值數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度。(E2)構(gòu)造Hankel形式矩陣Hk如下：Hk=u1u2...uk-1u2u3...uk---(5)]]>(E3)對(duì)矩陣Hk矩陣進(jìn)行奇異值分解可得：Hk＝USVT＝Ha+Hd(6)Ha=U(:,1)×S(1,1)×V(:,1)T=a11a12...a1k-1a21a22...a2k-1---(7)]]>Hd=U(:,2)×S(2,2)×V(:,2)T=d11d12...d1k-1d21d22...d2k-1---(8)]]>式中，Ha為近似矩陣，反應(yīng)零序電壓信號(hào)的主要部分；Hd為細(xì)節(jié)矩陣，反應(yīng)零序電壓信號(hào)的細(xì)節(jié)部分。(E4)由式(7)和(8)可獲得零序電壓信號(hào)近似部分Ua和細(xì)節(jié)部分UdUa＝[a11,(La1+La2)/2，a2k-1](9)Ud＝[d11,(Ld1+Ld2)/2，d2k-1](10)式中La1＝[a12……a1k-1](11)La2＝[a21……a1k-2](12)Ld1＝[d12……d1k-1](13)Ld2＝[d21……d1k-2](14)(E5)選擇零序電壓細(xì)節(jié)部分Ud的第一個(gè)奇異點(diǎn)位置為接地故障初始時(shí)刻。S5)基于暫態(tài)分量縱向相關(guān)系數(shù)分析的故障區(qū)段定位方法；所述于暫態(tài)分量縱向相關(guān)系數(shù)分析的故障區(qū)段定位方法，即通過(guò)奇異值分解法確定故障初始時(shí)刻后，以初始時(shí)刻為基準(zhǔn)向后取1/4周波采樣點(diǎn)，對(duì)錄波合成文件中零序電流暫態(tài)分量進(jìn)行相關(guān)系數(shù)分析，并根據(jù)分析結(jié)果確定故障區(qū)段，如下：(F1)通過(guò)奇異值分解法確定故障初始時(shí)刻后，提取錄波文件中零序電流，具體是以初始時(shí)刻為基準(zhǔn)向后取1/4周波采樣點(diǎn)，則此分量為包括暫態(tài)分量的零序電流，對(duì)此暫態(tài)零序電流進(jìn)行相關(guān)系數(shù)分析，公式如下：ρj=Σk=1N(ik-i‾)(ijk-ij‾)Σk=1N(ik-i‾)2Σk=1N(ijk-ij‾)2---(15)]]>式中ρj為本節(jié)點(diǎn)暫態(tài)零序電流與第j個(gè)相鄰下游節(jié)點(diǎn)暫態(tài)零序電流間的相關(guān)系數(shù)，ik為本節(jié)點(diǎn)零序電流的第k個(gè)采樣數(shù)據(jù)，為本節(jié)點(diǎn)零序電流的平均值，ijk為第j個(gè)相鄰下游節(jié)點(diǎn)零序電流的第k個(gè)采樣數(shù)據(jù)，為第j個(gè)下游節(jié)點(diǎn)零序電流的平均值，N為1/4周波內(nèi)采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)。(F2)根據(jù)上述相關(guān)系數(shù)ρj構(gòu)成的序列判斷故障區(qū)段，方法如下：如果本節(jié)點(diǎn)與相鄰下游節(jié)點(diǎn)暫態(tài)零序初始極性相反，即相關(guān)系數(shù)為負(fù)，則該條線路區(qū)段為故障區(qū)段；如果本節(jié)點(diǎn)與所有相鄰節(jié)點(diǎn)相關(guān)系數(shù)均為正，則該條線路區(qū)段沒(méi)有發(fā)生接地故障。本節(jié)點(diǎn)定義說(shuō)明：本節(jié)點(diǎn)是用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所描述的分布式配電網(wǎng)單相接地故障定位方法的配電裝置；上游節(jié)點(diǎn)、下游節(jié)點(diǎn)定義說(shuō)明：假設(shè)只有主電源供電，以該電源的功率流出方向?yàn)楣β收较?，以本?jié)點(diǎn)為中心，連接所有與本節(jié)點(diǎn)有物理連接的相鄰節(jié)點(diǎn)，如果從某節(jié)點(diǎn)到本節(jié)點(diǎn)的支路電流方向與功率正方向一致，則該節(jié)點(diǎn)為上游節(jié)點(diǎn)，如果電流方向與功率正方向相反，則此類節(jié)點(diǎn)為下游節(jié)點(diǎn)。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3