一種基于高頻分量相關(guān)度的接地故障選線方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于高頻分量相關(guān)度的接地故障選線方法，其步驟為：S1：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電線路出口零序電壓值；若零序電壓值大于限定值時(shí)，則判定為配電網(wǎng)發(fā)生接地故障，采集各線路的零序電流；S2：對(duì)各線路的零序電流進(jìn)行消噪處理后得到純故障分量；S3：對(duì)純故障分量進(jìn)行EMD分解，得到各種暫態(tài)頻率分量，然后通過(guò)瞬時(shí)頻率分析，剔除工頻分量，提取相應(yīng)的高頻暫態(tài)分量；S4：對(duì)各線路高頻暫態(tài)分量進(jìn)行兩兩相關(guān)性分析，得到相關(guān)系數(shù)矩陣M，求出各線路的綜合相關(guān)系數(shù)ρi。本發(fā)明具有原理簡(jiǎn)單、抗干擾能力、保護(hù)精度高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種基于高頻分量相關(guān)度的接地故障選線方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明主要涉及到配電網(wǎng)接地技術(shù)領(lǐng)域，特指一種基于高頻分量相關(guān)度的接地故 障選線方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)配電網(wǎng)廣泛采用中性點(diǎn)非有效接地方式，這種運(yùn)行能有效提高了供電的可靠 性，但其單相接地故障時(shí)，故障殘流小，受干擾等因素的影響，接地故障保護(hù)精度及可靠性 差，選線準(zhǔn)確率普遍較低。
[0003] 現(xiàn)有的基于穩(wěn)態(tài)信號(hào)選線的方法主要包括零序電流比幅比相法、負(fù)序電流法、諧 波法等?？偟膩?lái)說(shuō)，穩(wěn)態(tài)法主要困難是故障電流微弱，容易受接地方式、消弧線圈過(guò)補(bǔ)償?shù)?因素的影響，因此測(cè)得的信號(hào)可靠性不高，甚至產(chǎn)生誤判，漏判的現(xiàn)象。人工注入法在現(xiàn)場(chǎng) 應(yīng)用中有一定的效果，但不能檢測(cè)瞬時(shí)性和間歇性故障，且需要增加信號(hào)注入設(shè)備，投資 大。暫態(tài)信號(hào)法由于故障特征明顯，且不受消弧線圈及電弧不穩(wěn)定的影響，具有檢測(cè)靈敏度 高的優(yōu)點(diǎn)，而成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。
[0004] 現(xiàn)有的暫態(tài)接地故障保護(hù)的方法對(duì)故障的暫態(tài)特性分析還不夠深入，多數(shù)僅從不 同角度對(duì)暫態(tài)特性做了籠統(tǒng)的分析，缺乏綜合分析。其中比較典型的有:①利用零序電流選 線法，但當(dāng)零序電流中含有較強(qiáng)直流分量時(shí)由于電流互感器飽和引起波形畸變而容易帶來(lái) 選線失效問(wèn)題，因此，若不加以處理，會(huì)造成選線的誤判。②利用小波分析進(jìn)行選線，但小波 分析不具備自適應(yīng)性，而且容易受小波基函數(shù)及分解尺度等因素的影響。③利用特征頻段 來(lái)進(jìn)行選線，但由于暫態(tài)量頻率成分受網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、故障時(shí)刻等多種因素影響，不同線路暫態(tài) 量的特征頻段分布也不總是完全一致。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題就在于:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一 種原理簡(jiǎn)單、抗干擾能力、保護(hù)精度高的基于高頻分量相關(guān)度的接地故障選線方法。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種基于高頻分量相關(guān)度的接地故障選線方法，其步驟為：
[0008] S1:實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電線路出口零序電壓值;若零序電壓值大于限定值時(shí)，則判定為配 電網(wǎng)發(fā)生接地故障，采集各線路的零序電流；
[0009] S2:對(duì)各線路的零序電流進(jìn)行消噪處理后得到純故障分量；
[0010] S3:對(duì)純故障分量進(jìn)行EMD分解，得到各種暫態(tài)頻率分量頂F1、頂F2、…，然后通過(guò) 瞬時(shí)頻率分析，剔除工頻分量，提取相應(yīng)的高頻暫態(tài)分量；
[0011] S4:對(duì)各線路高頻暫態(tài)分量進(jìn)行兩兩相關(guān)性分析，得到相關(guān)系數(shù)矩陣M，求出各線 路的綜合相關(guān)系數(shù)Pi，其中i = l、2.....n代表線路編號(hào)；當(dāng)pmax-pmin>pse5t時(shí)，判定p min所對(duì)應(yīng) 的線路為故障線路;當(dāng)Pmax-Pmin〈pse5t時(shí)，判定母線故障;其中Pmin為綜合相關(guān)系數(shù)最小值，Pm ax 為綜合相關(guān)系數(shù)最大值，PW為綜合相關(guān)系數(shù)設(shè)定值。
[0012]所述步驟S3的具體步驟為：
[0013 ] S301:利用EMD自適應(yīng)的將信號(hào)中不同尺度的波動(dòng)或趨勢(shì)逐級(jí)的分解出來(lái)，得到一 系列不同頻率尺度的數(shù)據(jù)序列，每一個(gè)序列為一個(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF，頻率依次從高到低， 計(jì)算的公式如下： n
[0014] s ⑴=z c , + r / = !
[0015]上式中分量C1、C2.....(^分別為輸入信號(hào)中頻率從高到低的不同頻段成分，r為平 均趁勢(shì)；
[0016] S302:利用Hilbert變換對(duì)分解出各頻率分量進(jìn)行瞬時(shí)頻率分析，通過(guò)頻率特性剔 除工頻分量和衰減的直流分量，得到暫態(tài)特征量最為明顯高頻分量。
[0017] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟S4的具體步驟為：
[0018] S401:對(duì)各線路高頻分量波形進(jìn)行相關(guān)度分析，兩個(gè)波形的相似度通過(guò)相關(guān)系數(shù) 來(lái)描述，其計(jì)算公式為：
[0020] 式中x(n)、y(n)為2個(gè)離散信號(hào)序列，對(duì)應(yīng)暫態(tài)高頻分量采樣值，N表示離散采樣信 號(hào)序列的長(zhǎng)度；
[0021] S402:在同一數(shù)據(jù)窗下，對(duì)各線路暫態(tài)高頻分量進(jìn)行兩兩相關(guān)性分析，求出相關(guān)系 數(shù)矩陣： "P m P ,, L P
[0022] M = ^ 2t ^ -1 L P M； M G M _P n, P n, L P i
[0023] 式中為各線路之間暫態(tài)高頻分量的相關(guān)系數(shù)，n為線路的條數(shù)；
[0024] S403:將相關(guān)系數(shù)矩陣M做歸一化處理，得到各線路綜合相關(guān)系數(shù)，公式如下：
[0026] 式中Pl為各線路綜合相關(guān)系數(shù)，為線路間的相關(guān)系數(shù)，N為線路條數(shù)。
[0027] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟S2中，當(dāng)零序電壓越限時(shí)，采集故障時(shí)刻前后 各1/4個(gè)周期的零序電流，相減之后，得到純故障分量;所述零序電壓突變時(shí)刻為故障發(fā)生 時(shí)刻。
[0028] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟S1中，所述電壓限定值的取值范圍為15%的 相電壓。
[0029] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0030] 1、本發(fā)明的基于高頻分量相關(guān)度的接地故障選線方法，只需測(cè)量被保護(hù)對(duì)象的電 壓、電流，易于實(shí)現(xiàn);綜合利用了各高頻暫態(tài)分量的幅值和相位特征，以相關(guān)系數(shù)的大小作 為選線判據(jù)，有效地剔除了不對(duì)稱分量、系統(tǒng)噪音以及工頻分量的影響，具有運(yùn)算簡(jiǎn)單、實(shí) 用性強(qiáng)的特點(diǎn)，進(jìn)一步提高了選線的裕度;且不受系統(tǒng)運(yùn)行方式、過(guò)渡電阻、故障時(shí)刻等因 素的影響。
[0031] 2、本發(fā)明的基于高頻分量相關(guān)度的接地故障選線方法，是針對(duì)傳統(tǒng)選線方法的不 足，在對(duì)小電流接地故障暫態(tài)信號(hào)特征分析的基礎(chǔ)上，借助HHT變換在分析非線性、非平穩(wěn) 信號(hào)時(shí)良好的時(shí)頻局部化特性，利用EMD對(duì)故障后各線路零序電流進(jìn)行分解，得到頻率由高 到低的各頻率成分進(jìn)而提取出其高頻分量相應(yīng)的相位和幅值等特征，在一定的數(shù)據(jù)窗下對(duì) 其進(jìn)行相關(guān)度分析。本發(fā)明的方法不受運(yùn)行方式的影響，能夠消除工頻分量、系統(tǒng)噪音、不 對(duì)分量的干擾，準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)選線保護(hù)，具有抗干擾能力，保護(hù)精度高等特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1是本發(fā)明方法的流程示意圖。
[0033]圖2是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中的實(shí)驗(yàn)原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]以下將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0035] 如圖1所示，本發(fā)明的基于高頻分量相關(guān)度的接地故障選線方法，其步驟為：
[0036] S1:實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電線路出口零序電壓值;若零序電壓值大于限定值時(shí)，則判定為配 電網(wǎng)發(fā)生接地故障，通過(guò)FTU采集各線路的零序電流;零序電壓突變時(shí)刻為故障發(fā)生時(shí)刻； [0037] S2:對(duì)各線路的零序電流進(jìn)行消噪處理后得到純故障分量；
[0038] S3:對(duì)純故障分量進(jìn)行EMD分解，得到各種暫態(tài)頻率分量頂F1、頂F2、...，然后通過(guò) 瞬時(shí)頻率分析，剔除工頻分量，提取相應(yīng)的高頻分量；
[0039] S4:對(duì)各線路高頻暫態(tài)分量進(jìn)行兩兩相關(guān)性分析，得到相關(guān)系數(shù)矩陣M，求出各線 路的綜合相關(guān)系數(shù)Pi(i = l、2、? ? .、n代表線路編號(hào)）。當(dāng)Pmax-Pmin>Pset時(shí)，判定Pmin所對(duì)應(yīng)的 線路為故障線路;當(dāng)Pmax-PmirXPset時(shí)，判定母線故障。
[0040] 作為較佳的實(shí)施例，本實(shí)例的步驟S1中，電壓限定值的取值范圍為15 %的相電壓。 [0041 ]在具體應(yīng)用時(shí)，本實(shí)例的步驟S3中，利用EMD自適應(yīng)的將信號(hào)中不同尺度的波動(dòng)或 趨勢(shì)逐級(jí)的分解出來(lái)，得到一系列不同頻率尺度的數(shù)據(jù)序列，每一個(gè)序列為一個(gè)固有模態(tài) 函數(shù)IMF，頻率依次從高到低，計(jì)算的公式如下：
[0042] S{t) = Z C + r i = 1
[0043] 上式中分量C1、C2.....Cn分別為輸入信號(hào)中頻率從高到低的不同頻段成分，r為平 均趁勢(shì)。
[0044]然后，再利用Hi lbert變換對(duì)分解出各頻率分量進(jìn)行瞬時(shí)頻率分析，通過(guò)頻率特性 剔除工頻分量和衰減的直流分量，得到暫態(tài)特征量最為明顯高頻分量。
[0045]在具體應(yīng)用時(shí)，本實(shí)例的步驟S4中，對(duì)各線路高頻分量波形進(jìn)行相關(guān)度分析，兩個(gè) 波形的相似度可以通過(guò)相關(guān)系數(shù)來(lái)描述，其計(jì)算公式為：
[0047] 式中x(n)、y(n)為2個(gè)離散信號(hào)序列，對(duì)應(yīng)暫態(tài)高頻分量采樣值，N表示離散采樣信 號(hào)序列的長(zhǎng)度。
[0048] 在同一數(shù)據(jù)窗下，對(duì)各線路暫態(tài)高頻分量進(jìn)行兩兩相關(guān)性分析，求出相關(guān)系數(shù)矩 陣： >'u. Po. L P
[0049] M = ^ a：1 P 21. L P 2n M: M 0 M _ P n\ P ,,2： L P nn _
[0050] 式中Pij為各線路之間暫態(tài)高頻分量的相關(guān)系數(shù)，n為線路的條數(shù)。
[0051 ]最后，將相關(guān)系數(shù)矩陣M做歸一化處理，得到各線路綜合相關(guān)系數(shù)，公式如下：
[0053]式中Pl為各線路綜合相關(guān)系數(shù)，為線路間的相關(guān)系數(shù)，N為線路條數(shù)。
[0054]由上可知，本發(fā)明為使所提出的保護(hù)方法適合在配電自動(dòng)化終端單元上就地實(shí) 現(xiàn)，選擇就地測(cè)量各線路的暫態(tài)零序電流、零序電壓。當(dāng)零序電壓越限時(shí)，采集故障時(shí)刻前 后各1/4個(gè)周期的零序電流，相減之后，得到純故障分量;再通過(guò)EMD分解和Hibert瞬時(shí)頻率 分析得到各線路的暫態(tài)高頻故障特征分量:各線路的高頻分量。再通過(guò)波形相關(guān)性分析計(jì) 算出綜合相關(guān)系數(shù)Pi，當(dāng)Pm ax-Pmin>Pse5t時(shí)，Pmin所對(duì)應(yīng)的線路判定為故障線路，當(dāng)Pmax-Pmi n〈 Pset時(shí)，判定為母線故障。
[0055]如圖2所示，在一個(gè)具體應(yīng)用實(shí)例中，母線上帶有1^、1^、1^、14四條饋線山為201〇11的 架空線路，LsSlOkm的電纜線路，L3為混合線路，由10km的架空線路和5km的電纜線路組成， L 4為30km的架空線路，在各饋線出口安裝保護(hù)裝置。本發(fā)明按圖1所示的10.5kV配電系統(tǒng)進(jìn) 行了實(shí)驗(yàn)，饋線參數(shù)見(jiàn)表1。
[0056]表 1
[0058]分別以線路及母線在不同故障條件下(包括故障距離、接地電阻、故障初相角 等)發(fā)生單相接地故障時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，安裝在線路端口的保護(hù)裝置獲取各線路的暫態(tài)零 序電流信號(hào);經(jīng)過(guò)預(yù)處理消噪之后，提取出暫態(tài)高頻故障特征量，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)性分析，得 到綜合相關(guān)系數(shù)Pi。
[0059] 在配電網(wǎng)接地故障保護(hù)方法測(cè)試過(guò)程中，取零序電壓整定值為10%相電壓。選線 結(jié)果如表2所示。
[0060] 表 2
[0062] 從表2可知，無(wú)論在何種情況下，故障線路的綜合相關(guān)系數(shù)均小于0,遠(yuǎn)小于其他線 路的綜合相關(guān)系數(shù)，很容易判定出故障線路。母線故障時(shí)，各線路綜合相關(guān)系數(shù)相差不大， 其最大值和最小值之差均小于設(shè)定值，因此，可判定為母線故障。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明的 方法不受過(guò)渡電阻、故障時(shí)刻及系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響，具有較高的準(zhǔn)確性、有效性和可 靠性。
[0063] 以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例， 凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。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)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù) 范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于高頻分量相關(guān)度的接地故障選線方法，其特征在于，步驟為： S1:實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電線路出口零序電壓值;若零序電壓值大于限定值時(shí)，則判定為配電網(wǎng) 發(fā)生接地故障，采集各線路的零序電流； S2:對(duì)各線路的零序電流進(jìn)行消噪處理后得到純故障分量； S3:對(duì)純故障分量進(jìn)行EMD分解，得到各種暫態(tài)頻率分量MF1、MF2、，然后通過(guò)瞬時(shí)頻 率分析，剔除工頻分量，提取相應(yīng)的高頻暫態(tài)分量； S4:對(duì)各線路高頻暫態(tài)分量進(jìn)行兩兩相關(guān)性分析，得到相關(guān)系數(shù)矩陣M，求出各線路的 綜合相關(guān)系數(shù)Pi，其中i = l、2、. . .、n代表線路編號(hào)；當(dāng)Pmax-Pmin>Pse3t時(shí)，判定Pmin所對(duì)應(yīng)的線 路為故障線路;當(dāng)Pm ax-Pmin〈pse3t時(shí)，判定母線故障;其中Pmin為綜合相關(guān)系數(shù)最小值，Pm M為綜 合相關(guān)系數(shù)最大值，PW為綜合相關(guān)系數(shù)設(shè)定值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高頻分量相關(guān)度的接地故障選線方法，其特征在于，所述 步驟S3的具體步驟為： S301:利用EMD自適應(yīng)的將信號(hào)中不同尺度的波動(dòng)或趨勢(shì)逐級(jí)的分解出來(lái)，得到一系列 不同頻率尺度的數(shù)據(jù)序列，每一個(gè)序列為一個(gè)固有模態(tài)函數(shù)IMF，頻率依次從高到低，計(jì)算 的公式如下：上式中分量C1、c2.....cn分別為輸入信號(hào)中頻率從高到低的不同頻段成分，r為平均趁 勢(shì)； S302:利用Hilbert變換對(duì)分解出各頻率分量進(jìn)行瞬時(shí)頻率分析，通過(guò)頻率特性剔除工 頻分量和衰減的直流分量，得到暫態(tài)特征量最為明顯高頻分量。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高頻分量相關(guān)度的接地故障選線方法，其特征在于，所述 步驟S4的具體步驟為： S401:對(duì)各線路高頻分量波形進(jìn)行相關(guān)度分析，兩個(gè)波形的相似度通過(guò)相關(guān)系數(shù)來(lái)描 述，其計(jì)算公式為：式中x(n)、y(n)為2個(gè)離散信號(hào)序列，對(duì)應(yīng)暫態(tài)高頻分量采樣值，N表示離散采樣信號(hào)序 列的長(zhǎng)度； S402:在同一數(shù)據(jù)窗下，對(duì)各線路暫態(tài)高頻分量進(jìn)行兩兩相關(guān)性分析，求出相關(guān)系數(shù)矩 陣：式中PU為各線路之間暫態(tài)高頻分量的相關(guān)系數(shù)，η為線路的條數(shù)； S403:將相關(guān)系數(shù)矩陣Μ做歸一化處理，得到各線路綜合相關(guān)系數(shù)，公式如下：式中Pi為各線路綜合相關(guān)系數(shù)，Pij為線路間的相關(guān)系數(shù)，Ν為線路條數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的基于高頻分量相關(guān)度的接地故障選線方法，其 特征在于，所述步驟S2中，當(dāng)零序電壓越限時(shí)，采集故障時(shí)刻前后各1/4個(gè)周期的零序電流， 相減之后，得到純故障分量;所述零序電壓突變時(shí)刻為故障發(fā)生時(shí)刻。5. 根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項(xiàng)所述的基于高頻分量相關(guān)度的接地故障選線方法，其 特征在于，所述步驟S1中，所述電壓限定值的取值范圍為15%的相電壓。
【文檔編號(hào)】G01R31/02GK105929297SQ201610274020
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】曾祥君, 劉謀海, 谷應(yīng)科
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)沙理工大學(xué)