本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中的故障選線方法領(lǐng)域，涉及補(bǔ)償接地電網(wǎng)自適應(yīng)選線方法，特別是一種利用粗集理論分類的補(bǔ)償接地電網(wǎng)自適應(yīng)選線方法。

背景技術(shù)：

在我國(guó)6~66kv的配電網(wǎng)中，中性點(diǎn)主要采用非有效接地方式，即中性點(diǎn)不接地或中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式。而隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，使得系統(tǒng)容量不斷增大，饋出線數(shù)目不斷增加，導(dǎo)致發(fā)生單相接地故障時(shí)的接地電容電流也越來越大。為了遏制接地電流，配電網(wǎng)中，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式越來越受到青睞。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)也被稱為補(bǔ)償接地電網(wǎng)。

補(bǔ)償接地電網(wǎng)中，單相接地故障時(shí)，由于接地電流較小且三相線電壓仍保持對(duì)稱，因此仍可運(yùn)行1~2小時(shí)。但是，單相接地故障后，非故障相電壓會(huì)升高為線電壓，從而對(duì)線路的絕緣產(chǎn)生了較大的威脅。若不能及時(shí)找出故障線路，會(huì)引發(fā)相間短路或多點(diǎn)故障，產(chǎn)生更大的危害。因此，及時(shí)準(zhǔn)確地選出故障線路對(duì)于系統(tǒng)的安全是非常必要的。

現(xiàn)有技術(shù)中，主要分為單判據(jù)選線方法和多判據(jù)融合選線方法。單判據(jù)選線方法的適用范圍有限，如基于穩(wěn)態(tài)量的選線方法適用于暫態(tài)信息弱的故障情況，基于暫態(tài)量的選線方法對(duì)于暫態(tài)信息強(qiáng)的故障情況準(zhǔn)確性較強(qiáng)；多判據(jù)融合的選線方法，諸如：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等融合方法，在一定程度上解決了單判據(jù)適用性有限的問題，但同時(shí)出現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理量大、信息冗余及需要大量訓(xùn)練樣本的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述不足之處提供一種利用粗集理論分類的補(bǔ)償接地電網(wǎng)的自適應(yīng)選線方法，利用粗集理論將頻帶能量因子和暫態(tài)因子融合將故障分為強(qiáng)、中、弱三種接地故障類型。然后，根據(jù)不同的故障類型選擇不同的選線方法。

本發(fā)明是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種利用粗集理論分類的補(bǔ)償接地電網(wǎng)的自適應(yīng)選線方法，包括如下步驟：

1）監(jiān)測(cè)零序電壓的大小判斷是否發(fā)生單相接地故障；

2）發(fā)生單相接地故障時(shí)采集各線路零序電流；

3）計(jì)算各線路零序電流暫態(tài)分量；

4）計(jì)算本次單相接地故障的暫態(tài)因子；

5）計(jì)算本次單相接地故障的頻帶能量因子；

6）用粗集理論融合步驟4）的暫態(tài)因子和步驟5）的頻帶能量因子，形成決策規(guī)則，從而將故障分為強(qiáng)、中、弱三種類型；

7）根據(jù)確定的故障類型，選擇處理方法；對(duì)于強(qiáng)故障類型，由于暫態(tài)信息較為豐富，選擇暫態(tài)能量法；對(duì)于弱故障類型，由于暫態(tài)信息較弱，不易提取暫態(tài)特征量，則選擇穩(wěn)態(tài)方法—有功分量法；對(duì)于中等故障類型，則用證據(jù)理論將兩種選線方法進(jìn)行融合；從而確定故障線路。

步驟1）中監(jiān)測(cè)零序電壓的大小，當(dāng)零序電壓大于整定值時(shí)認(rèn)為系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障;

步驟2）~步驟5）中，采集各線路故障后一個(gè)周期的零序電流，分別計(jì)算各線路前半個(gè)周期和后半個(gè)周期的零序電流絕對(duì)值之和，用s1(k)表示第k條線路前半個(gè)周期的零序電流絕對(duì)值之和，用s2(k)表示第k條線路后半個(gè)周期的零序電流絕對(duì)值之和；選取各線路零序電流前半個(gè)周期零序電流絕對(duì)值之和最大值和后半個(gè)周期零序電流絕對(duì)值之和最大值，定義暫態(tài)因子az：

式中，k表示第k條線路，l表示線路總數(shù)，n表示各線路故障后一個(gè)周期的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，表示第m個(gè)采樣點(diǎn)的零序電流，暫態(tài)因子az用來衡量過渡電阻對(duì)于暫態(tài)特性的影響；

采集各線路故障后半個(gè)周期的零序電流，選擇零序電流幅值最大的線路，用db15小波對(duì)該線路采集到的零序電流進(jìn)行5尺度分解，得到第i尺度高頻系數(shù)di(k)和低頻系數(shù)ai(k)；從而計(jì)算頻帶能量因子ap：

式中，k表示的是在尺度i下小波系數(shù)的長(zhǎng)度。頻帶能量因子ap用來衡量故障初相角對(duì)于暫態(tài)特性的影響。

在所述步驟6）中，用粗集理論融合暫態(tài)因子az和頻帶能量因子ap，形成決策規(guī)則，從而將故障分為強(qiáng)、中、弱三種類型；

具體步驟如下:

6-1）給定故障類型判別系統(tǒng)k=(u，a)，論域u為不同故障情況下零序電流暫態(tài)特性，a=c∪d，其中，c為條件屬性集，定義為c={azap}；d為決策屬性集，定義為d=xv3r9jzsqg，其中，d表示的是單相接地時(shí)的故障類型；

6-2）暫態(tài)因子az和頻帶能量因子ap的離散化；用等距離劃分法將az和ap離散化，即將az和ap的取值范圍劃分為k級(jí)，這里k取3，即，f(u,az)=k，f(u,ap)=k，k=1,2,3；

6-3）建立決策規(guī)則，將故障分為強(qiáng)、中、弱三種類型；具體規(guī)則如下，

f(u,az)=3，f(u,ap)=3，→f(u,d)=3；f(u,az)=3，f(u,ap)=2，→f(u,d)=3；

f(u,az)=2，f(u,ap)=3，→f(u,d)=3；f(u,az)=2，f(u,ap)=2，→f(u,d)=2；

f(u,az)=3，f(u,ap)=1，→f(u,d)=1；f(u,az)=1，f(u,ap)=3，→f(u,d)=1；

f(u,az)=2，f(u,ap)=1，→f(u,d)=1；f(u,az)=1，f(u,ap)=2，→f(u,d)=1；

f(u,az)=1，f(u,ap)=1，→f(u,d)=1；

其中，f(u,d)=1,2,3分別表示弱、中、強(qiáng)三種故障類型。

對(duì)于強(qiáng)接地故障，由于暫態(tài)信息較強(qiáng)，僅用暫態(tài)能量法便可準(zhǔn)確選出故障線路；

暫態(tài)能量法的計(jì)算公式為：

式中，表示的是零序電壓；表示的是第k條饋出線的零序電流；t表示的是電網(wǎng)工頻周期；計(jì)算出來的各線路中的絕對(duì)值最大且與其它反相的線路，即為故障線路。

對(duì)于弱接地故障，由于暫態(tài)信息較弱，再利用暫態(tài)信息就容易出現(xiàn)誤判，本發(fā)明采用穩(wěn)態(tài)選線方法中的有功分量法，計(jì)算各線路零序電流的有功分量，計(jì)算得出零序電流有功分量最大的即為故障線路。

對(duì)于中等接地故障，采用證據(jù)理論將暫、穩(wěn)態(tài)選線方法進(jìn)行融合。

下面介紹證據(jù)理論的基本原理:

對(duì)于故障選線問題而言，證據(jù)理論的識(shí)別框架為：

。

基本信度分配函數(shù)的構(gòu)造是證據(jù)理論的重要環(huán)節(jié)，基本信度分配函數(shù)是由相對(duì)信度分配函數(shù)和可確定信度系數(shù)的乘積構(gòu)成，即

式中，體現(xiàn)的是某條線路的故障測(cè)度與其他線路故障測(cè)度的相對(duì)比較值，定義為：

其中，

，

式中，表示的是相對(duì)故障測(cè)度，表示的是線路的故障測(cè)度。

體現(xiàn)的是一個(gè)故障樣本的特征量的明顯程度，可定義為：

對(duì)于不同的兩個(gè)判據(jù)，需要經(jīng)過證據(jù)的融合，使得兩證據(jù)共同支持的結(jié)果突出出來。設(shè)表示的暫態(tài)能量法判據(jù)，表示的是有功分量法判據(jù)。各線路在兩種判據(jù)下的基本信度分配可表示為：

暫態(tài)能量法判據(jù)：

有功分量法判據(jù)：

其中，

可依次求得，，，；其中最大的即為故障線路；而兩證據(jù)融合后的不確定度表示成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明所提供的一種利用粗集理論分類的補(bǔ)償接地電網(wǎng)自適應(yīng)選線方法，從暫態(tài)信息的豐富程度出發(fā)，將故障分為強(qiáng)、中、弱三種類型后分別采取對(duì)應(yīng)的選線方法。相較于單判據(jù)的選線方法而言，其適用性更強(qiáng)，準(zhǔn)確率更高；相較于直接進(jìn)行多判據(jù)融合的選線方法而言，不僅減少了不必要的融合，使得數(shù)據(jù)處理量大大減小，而且又能保證選線的準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法的流程圖;

圖2是本發(fā)明方法的驗(yàn)證系統(tǒng)圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明:

含分布式電源配電網(wǎng)的故障定位新方法，如圖1所示，包括以下步驟：

（1）監(jiān)測(cè)零序電壓的大小，當(dāng)零序電壓大于整定值時(shí)認(rèn)為系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障；

（2）記錄和采集各線路的零序電流，并根據(jù)零序電壓的突變點(diǎn)確定故障的起始時(shí)刻；

（3）利用各線路故障后一個(gè)周期（n個(gè)采樣點(diǎn)）的零序電流采樣值，分別計(jì)算各線路前半個(gè)周期和后半個(gè)周期的零序電流絕對(duì)值之和，分別用s1(k)和s2(k)表示；選取各線路零序電流前半個(gè)周期零序電流絕對(duì)值之和最大值和后半個(gè)周期零序電流絕對(duì)值之和最大值，定義暫態(tài)因子az：

式中，k表示第k條線路，l表示線路總數(shù)，n表示各線路故障后一個(gè)周期的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，表示第m個(gè)采樣點(diǎn)的零序電流，暫態(tài)因子az用來衡量過渡電阻對(duì)于暫態(tài)特性的影響；

（4）利用各線路故障后半個(gè)周期的零序電流采樣值，選擇零序電流幅值最大的線路，用db15小波對(duì)該線路采集到的零序電流進(jìn)行5尺度分解，得到第i尺度高頻系數(shù)di(k)和低頻系數(shù)ai(k)；從而計(jì)算頻帶能量因子ap：

式中，k表示的是在尺度i下小波系數(shù)的長(zhǎng)度。頻帶能量因子ap用來衡量故障初相角對(duì)于暫態(tài)特性的影響；

（5）用粗集理論融合暫態(tài)因子az和頻帶能量因子ap，形成決策規(guī)則，從而將故障分為強(qiáng)、中、弱三種類型；

給定故障類型判別系統(tǒng)k=(u,a)，論域u為不同故障情況下零序電流暫態(tài)特性，a=c∪d，其中，c為條件屬性集，定義為c={az,ap}；d為決策屬性集，定義為d=xv3r9jzsqg，其中，d表示的是單相接地時(shí)的故障類型；

暫態(tài)因子az和頻帶能量因子ap的離散化。用等距離劃分法將az和ap離散化，即將az和ap的取值范圍劃分為k級(jí)，這里k取3。即，f(u,az)=k，f(u,ap)=k，k=1,2,3；

決策規(guī)則的建立，具體決策規(guī)則為：

f(u,az)=3，f(u,ap)=3，→f(u,d)=3；f(u,az)=3，f(u,ap)=2，→f(u,d)=3；

f(u,az)=2，f(u,ap)=3，→f(u,d)=3；f(u,az)=2，f(u,ap)=2，→f(u,d)=2；

f(u,az)=3，f(u,ap)=1，→f(u,d)=1；f(u,az)=1，f(u,ap)=3，→f(u,d)=1；

f(u,az)=2，f(u,ap)=1，→f(u,d)=1；f(u,az)=1，f(u,ap)=2，→f(u,d)=1；

f(u,az)=1，f(u,ap)=1，→f(u,d)=1；

其中，f(u,d)=1,2,3分別表示弱、中、強(qiáng)三種故障類型;

（6）根據(jù)故障類型選擇合適的選線方法，對(duì)于強(qiáng)故障類型，由于暫態(tài)信息較為豐富，選擇暫態(tài)能量法；對(duì)于弱故障類型，由于暫態(tài)信息較弱，不易提取暫態(tài)特征量，則選擇穩(wěn)態(tài)方法—有功分量法；對(duì)于中等故障類型，則用證據(jù)理論將兩種選線方法進(jìn)行融合;

（7）根據(jù)確定的故障類型，確定故障線路,對(duì)于強(qiáng)接地故障，由于暫態(tài)信息較強(qiáng)，僅用暫態(tài)能量法便可準(zhǔn)確選出故障線路；

暫態(tài)能量法的計(jì)算公式為：

式中，表示的是零序電壓；表示的是第k條饋出線的零序電流；t表示的是電網(wǎng)工頻周期。各線路中絕對(duì)值最大且與其它反相的線路即為故障線路。

對(duì)于弱接地故障，由于暫態(tài)信息較弱，再利用暫態(tài)信息就容易出現(xiàn)誤判，這里利用穩(wěn)態(tài)選線方法—有功分量法，計(jì)算各線路零序電流的有功分量，其中零序電流有功分量最大的為故障線路。

對(duì)于中等接地故障，則要用證據(jù)理論將暫、穩(wěn)態(tài)選線方法進(jìn)行融合。下面介紹證據(jù)理論的基本原理。

對(duì)于故障選線問題而言，證據(jù)理論的識(shí)別框架為：

基本信度分配函數(shù)的構(gòu)造是證據(jù)理論的重要環(huán)節(jié)。基本信度分配函數(shù)是由相對(duì)信度分配函數(shù)和可確定信度系數(shù)的乘積構(gòu)成，即

式中，體現(xiàn)的是某條線路的故障測(cè)度與其他線路故障測(cè)度的相對(duì)比較值，可定義為：

其中，

，

式中，表示的是相對(duì)故障測(cè)度，表示的是線路的故障測(cè)度。

體現(xiàn)的是一個(gè)故障樣本的特征量的明顯程度，可定義為：

對(duì)于不同的兩個(gè)判據(jù)，需要經(jīng)過證據(jù)的融合，使得兩證據(jù)共同支持的結(jié)果突出出來。設(shè)表示的暫態(tài)能量法判據(jù)，表示的是有功分量法判據(jù)。各線路在兩種判據(jù)下的基本信度分配可表示為：

暫態(tài)能量法判據(jù)：

有功分量法判據(jù)：

將兩證據(jù)進(jìn)行融合，即

其中，

可依次求得，，，。其中最大的即為故障線路；而兩證據(jù)融合后的不確定度可表示成。

實(shí)例：

下面從模型建立、依據(jù)原理、有效性驗(yàn)證幾個(gè)方面具體說明:

(1)模型建立

如附圖2所示為在atp-emtp中所建立的10kv的配電網(wǎng)模型，線路均為架空線路。架空線路參數(shù)為：正序電阻r1=0.17ω/km，正序電感l(wèi)1=1.36×10^-3h/km，正序電容c1=6.1×10^-8f/km；零序電阻r0=0.23ω/km，零序電感l(wèi)0=3.872×10^-3h/km，零序電容c0=2.278×10^-8f/km；饋線長(zhǎng)度分別為10km，18km，20km，16km。消弧線圈電感值按照過補(bǔ)償10%來整定，所求得的電感值為l=2.13h，電阻值按照感抗值的10%來整定，得r=66.9ω;

(2)依據(jù)原理

定義頻帶能量因子和暫態(tài)因子的依據(jù),

當(dāng)單相接地故障發(fā)生時(shí)，接地點(diǎn)的暫態(tài)零序電流為：

式中，ilm，icm分別表示的是暫態(tài)電感電流和暫態(tài)電容電流的幅值；ωf和δ分別表示暫態(tài)電容電流的振蕩角頻率和衰減系數(shù)；ω表示工頻角頻率；表示故障發(fā)生時(shí)故障相電壓的相角，也稱為故障初相角；τl表示暫態(tài)電感電流的時(shí)間常數(shù)。其中，

；

；

式中，l0，c0，r0分別表示系統(tǒng)等效的零序電感，零序電容和零序電阻，其是由系統(tǒng)參數(shù)決定的，rg表示接地點(diǎn)的過渡電阻,

通過上式，經(jīng)分析可以得到，影響零序電流暫態(tài)特性的因素主要是故障初相角和過渡電阻,

當(dāng)故障發(fā)生在故障初相角為90°附近時(shí)，暫態(tài)電容電流占主要成分，頻率較高；當(dāng)故障發(fā)生在故障初相角為0°附近時(shí)，暫態(tài)電感電流占主要成分，頻率較低。用頻帶能量因子ap來衡量故障初相角對(duì)零序電流暫態(tài)特性的影響,

暫態(tài)電容電流的振蕩角頻率和衰減系數(shù)主要受過渡電阻的影響。過渡電阻較小時(shí)，振蕩角頻率較大，衰減系數(shù)較小，暫態(tài)過渡過程較長(zhǎng)；過渡電阻較大時(shí)，振蕩角頻率較小，衰減系數(shù)較大，暫態(tài)過渡過程較短。用暫態(tài)因子az來衡量過渡電阻對(duì)零序電流暫態(tài)特性的影響,

據(jù)以上分析，可將將單相接地故障分為三類:

a、弱接地故障

當(dāng)故障初相角較小，或過渡電阻值較大時(shí)，暫態(tài)信息含量較少，此時(shí)發(fā)生的單相接地故障，在這里被稱為弱接地故障，其具體表現(xiàn)為頻帶能量因子ap較小或暫態(tài)因子az較小;

b、強(qiáng)接地故障

當(dāng)故障初相角較大，過渡電阻值較小時(shí)，暫態(tài)信息含量較豐富，此時(shí)發(fā)生的單相接地故障，在這里被稱為發(fā)生的單相接地故障被稱為強(qiáng)接地故障，其具體表現(xiàn)為頻帶能量因子ap和暫態(tài)因子az都較大;

c、中等接地故障

當(dāng)故障既不為弱接地故障也不為強(qiáng)接地故障時(shí)，稱此時(shí)的故障為中等接地故障;

(3)有效性驗(yàn)證

選取線路4作為故障線路，線路4在不同過渡電阻、不同故障初相角下發(fā)生的單相接地故障來驗(yàn)證一種利用粗集理論分類的補(bǔ)償接地電網(wǎng)自適應(yīng)選線方法的有效性,

表1

注：表中z-表示暫態(tài)能量法；w-表示有功分量法；m-表示證據(jù)理論融合后的結(jié)果。

從表1可以看到，用粗集理論將頻帶能量因子和暫態(tài)因子融合后，將故障分為了強(qiáng)、中、弱三種故障類型。對(duì)于暫態(tài)信息含量較少的弱接地故障，僅采用有功分量法即可準(zhǔn)確選出故障線路；對(duì)于暫態(tài)信息含量較多的強(qiáng)接地故障，僅采用暫態(tài)能量法便可準(zhǔn)確選出故障線路。對(duì)于中等接地故障，綜合利用兩種選線方法，若選出的是同一條線路則表明該線路故障。對(duì)于表1中，不同的故障工況下發(fā)生的故障，將其分流為強(qiáng)、中、弱三種類型，且判別為中等類型故障較少。這樣就減少了選線判據(jù)不必要的融合，使得選線算法更加簡(jiǎn)潔有效。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的某些特殊實(shí)例，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)范圍。