本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了一種基于電弧暫態(tài)分量的配電網(wǎng)單相接地故障選線方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)35kv及以下的電壓等級(jí)的小電流接地系統(tǒng)中為減小接地電流，往往采用經(jīng)消弧線圈接地方式。接地電流的減小是通過(guò)消弧線圈補(bǔ)償電感電流來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)故障特征比較復(fù)雜，故障信號(hào)穩(wěn)態(tài)量往往很小，再加上電網(wǎng)本身及負(fù)荷的復(fù)雜性，使得實(shí)際中很難提取小電流諧振接地系統(tǒng)中的故障信號(hào)，因此其故障選線尤其困難。而且準(zhǔn)確性往往不能得到很好的保證。

為此，大量電力工作者也提出了一些利用接地故障后的零序分量特征實(shí)現(xiàn)的選線方法。傳統(tǒng)的小電流接地系統(tǒng)中的選線方法，如零序電流無(wú)功功率方向法、極性比較法、群體比幅比相發(fā)，這類方法在發(fā)生電弧性接地故障，尤其是間歇性電弧急切地故障時(shí)其準(zhǔn)確性會(huì)受到較大影響，同時(shí)不太適合諧振接地系統(tǒng)中。而且當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生高阻等穩(wěn)態(tài)接地故障時(shí)，由于穩(wěn)態(tài)分量很小或幾乎沒(méi)有時(shí)，該類方法也很有可能出現(xiàn)誤選的情況。因此，利用暫態(tài)量來(lái)進(jìn)行故障選線是近幾年研究的主要方向，暫態(tài)量在數(shù)值上往往遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)量，因此可以在一定程度上提高選線的準(zhǔn)確性。而如何有效利用暫態(tài)分量則成為該類方法應(yīng)用的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述背景技術(shù)提出的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種通過(guò)改變電弧暫態(tài)分量權(quán)重來(lái)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)單相接地故障選線的方法，其克服了現(xiàn)有技術(shù)中故障選線方法準(zhǔn)確性差、可靠性低等缺陷，該方法通過(guò)深度濾波和ceemd分解抑制電弧接地故障過(guò)程中伴隨的寬帶白噪聲和孤立脈沖噪聲，根據(jù)消除干擾后的特征分量進(jìn)行故障選線，提高故障選線的準(zhǔn)確性和可靠性。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

當(dāng)檢測(cè)到配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，執(zhí)行以下步驟進(jìn)行選線：

a、求取發(fā)生單相接地故障時(shí)的故障相和故障時(shí)刻；

b、選取故障時(shí)刻前后十分之一工頻周期的電流暫態(tài)信號(hào)作為采樣數(shù)據(jù)，并對(duì)采樣數(shù)據(jù)依次進(jìn)行深度濾波處理和ceemd分解，得到各饋線的imf1分量；

c、根據(jù)各饋線的imf1分量，得出一階差分極性和瞬間相位進(jìn)行故障選線的判據(jù)；

d、綜合一階差分極性判據(jù)和瞬間相位判據(jù)進(jìn)行故障選線。

優(yōu)選的是，所述步驟a中，故障相和故障時(shí)刻的求取過(guò)程為，

a1、令

a2、計(jì)算

上式中，分別為三相相電動(dòng)勢(shì)，中幅值最小所對(duì)應(yīng)的相就是故障相；

a3、分別取零序電壓采樣值和故障相電壓采樣值代入式中，分別得到滿足上式的零序電壓采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻t1和滿足上式的故障相電壓采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻t2，將這兩個(gè)時(shí)刻取平均得到故障時(shí)刻：

上式中，u(j)為電壓的第j個(gè)采樣值，則t1、t2分別為零序電壓、故障相電壓采樣值帶入上式后對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，m為設(shè)定的閾值，n為一個(gè)周波采樣點(diǎn)數(shù)。

優(yōu)選的是，所述步驟b中，深度濾波處理的公式為：

上式中，zn1、zn2為深度濾波處理后的數(shù)據(jù)，f(n)為定義在{0,1,...,n-1}上的離散函數(shù)，f(n)是輸入的采樣數(shù)據(jù)，g(m)是定義在{0,1,...,m-1}上的離散函數(shù)，g(m)是結(jié)構(gòu)元素集合，n為采樣長(zhǎng)度，n為采樣點(diǎn)數(shù)，n1是結(jié)構(gòu)元素類型數(shù)，m為大于零的常數(shù)，n>>m，gi(m)是g(m)中的第i種結(jié)構(gòu)元素，n(n)和n(-n)為一對(duì)大小相等、符號(hào)相反的白噪聲。

優(yōu)選的是，所述結(jié)構(gòu)元素集合g(m)的確定過(guò)程如下：

(1)確定使用的2種結(jié)構(gòu)元素：三角形結(jié)構(gòu)元素和半圓形結(jié)構(gòu)元素，它們的單位結(jié)構(gòu)元素分別記為bt和bs：

(2)設(shè)零序電流采樣信號(hào)的極大值序列為pe＝{pei|i＝1,2,...,npe},npe為極大值序列個(gè)數(shù)，局部極小值序列為ne＝{nei|i＝1,2,...,nne},nne為極小值序列個(gè)數(shù)。定義局部極大值間隔和局部極小值間隔：

dp＝{dp|dpi＝pei+1-pei,i＝1,2,...,npe-1}

dn＝{dn|dni＝nei+1-nei,i＝1,2,...,nne-1}

由上式可得結(jié)構(gòu)元素的長(zhǎng)度尺度的最值如下：

klmin＝min([(min(dpi)-1)/2),[(min(dni)-1)/2))

klmax＝max(((max(dpi)-1)/2],((max(dni)-1)/2])

上式中，[·)為向上取整計(jì)算，(·]為向下取整計(jì)算。

由上式可得結(jié)構(gòu)元素的長(zhǎng)度序列kl：

kl＝{klmin,klmin+1,...,klmax-1,klmax}

(3)確定結(jié)構(gòu)元素的高度，根據(jù)采樣的暫態(tài)零序電流的局部極值的幅值大小來(lái)確定結(jié)構(gòu)元素高度，設(shè)極大值序列pe和極小值序列ne的最值分別為ppmax、ppmin、pnmax、pnmin。定義信號(hào)的局部極值的高度值是he：

he＝max(ppmax-ppmin,pnmax-pnmin)

因此，結(jié)構(gòu)元素高度序列可定義為：

hl＝{α·[he/(kmax-kmin+1)+(j-1)·he/(kmax-kmin+1)]}

其中，j＝1,2,...,kmax-kmin+1，α為小于1的正數(shù)，是高度比例系數(shù)，本實(shí)施例取0.05；

(4)得到各種尺度的結(jié)構(gòu)元素

g1＝hl(i).kl(i)bti＝1,2,...,kmax-kmin+1

g2＝hl(i).kl(i)bsi＝1,2,...,kmax-kmin+1

g1、g2為經(jīng)由上式構(gòu)造得到的三角形結(jié)構(gòu)元素和半圓形結(jié)構(gòu)元素集合，即g(m)＝(g1，g2)。

優(yōu)選的是，所述步驟b中，ceemd分解的具體過(guò)程如下：

(1)在深度濾波后的信號(hào)里成對(duì)地添加符號(hào)相反、大小相同的白噪聲；

(2)將加入白噪聲后的信號(hào)進(jìn)行emd分解，獲得imf分量；

(3)重復(fù)添加不同的白噪聲，并進(jìn)行emd分解，對(duì)獲得的所有imf分量取平均值，得到最后的分解結(jié)果。

優(yōu)選的是，所述步驟c中，

所述一階差分極性判據(jù)為，當(dāng)某一饋線所對(duì)應(yīng)的imf1分量的一階差分極性唯一，且與其余饋線對(duì)應(yīng)的imf1分量的一階差分極性均不同，則該饋線為可疑故障線路；

所述瞬時(shí)相位判據(jù)為，當(dāng)某一饋線所對(duì)應(yīng)的imf1分量的瞬時(shí)相位與其余饋線對(duì)應(yīng)的imf1分量的瞬時(shí)相位的差值的絕對(duì)值均大于等于則該饋線為可疑故障線路。

優(yōu)選的是，所述步驟d的具體過(guò)程為：

d1、分配一階差分極性判據(jù)和瞬間相位判據(jù)的權(quán)值；

d2、根據(jù)兩種判據(jù)的權(quán)值計(jì)算綜合判據(jù)，ck值最大的饋線即為故障線路。

8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于電弧暫態(tài)分量的配電網(wǎng)單相接地故障選線方法，其特征在于：所述步驟d1采用的分配權(quán)重方案為：

設(shè)置暫態(tài)零序電流幅值的閾值為iz；當(dāng)暫態(tài)零序電流幅值i≥iz，則設(shè)定瞬時(shí)相位判據(jù)的權(quán)值為0.9，一階差分極性判據(jù)的權(quán)值為0.1；當(dāng)暫態(tài)零序電流幅值i＜iz，則設(shè)定一階差分極性判據(jù)和瞬間相位判據(jù)的權(quán)值均為0.5。

優(yōu)選的是，所述步驟d2中，ck計(jì)算公式為：

上式中，ck表示可疑程度綜合值，sak表示第k條饋線的瞬時(shí)相位判據(jù)的可疑程度，sdk表示第k條饋線的一階差分極性判據(jù)的可疑程度，nm為饋線數(shù)。

優(yōu)選的是，所述sak和sdk的取值方案為：

當(dāng)?shù)趉條饋線滿足瞬時(shí)相位判據(jù)，則sak取0.85，若第k條饋線不滿足瞬時(shí)相位判據(jù)，則sak取0.15；當(dāng)?shù)趉條饋線滿足一階差分極性判據(jù)，則sdk取0.72，若第k條饋線不滿足一階差分極性判據(jù)，則sdk取0.18。

本發(fā)明有益效果：

(1)本發(fā)明可以有效地抑制電力系統(tǒng)故障過(guò)程伴隨的寬帶白噪聲和孤立脈沖噪聲對(duì)單相接地選線地影響，能有效提取可用于電弧接地選線的暫態(tài)特征分量；

(2)本發(fā)明綜合利用特征分量的一階差分極性和瞬時(shí)相位綜合判斷故障線路，對(duì)提高電弧接地選線的準(zhǔn)確性具有很好的應(yīng)用價(jià)值，可有效地提高配電網(wǎng)供電的安全性和可靠性。

(3)本發(fā)明無(wú)需增加新的設(shè)備，只需對(duì)原裝置進(jìn)行算法改進(jìn)即可，因此具有經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，便于大規(guī)模的推廣應(yīng)用的特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的基于電弧暫態(tài)分量變權(quán)重配電網(wǎng)單相接地故障選線流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例所提供的配電系統(tǒng)仿真模型結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例所提供的所有線路的imf1的hht變換波形圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例所提供的仿真環(huán)境下l3ceemd分解波形；

圖5是本發(fā)明實(shí)施例所提供的仿真環(huán)境下l1的ceemd分解波形。

具體實(shí)施方式

為了加深對(duì)本發(fā)明的理解，下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

本實(shí)施例采用根據(jù)檢測(cè)到的零序電壓判斷是否發(fā)生單相接地故障。

當(dāng)時(shí)，判斷發(fā)生了單相接地故障，其中，為監(jiān)測(cè)到的零序電壓的幅值，u0zd為零序電壓的整定值。

當(dāng)檢測(cè)到配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，執(zhí)行下列選線步驟。

a、若發(fā)生了故障，求取故障相和故障時(shí)刻。

首先，令

然后，計(jì)算

上式中，分別為三相相電動(dòng)勢(shì)；

中幅值最小所對(duì)應(yīng)的相就是故障相；

分別取零序電壓和故障相電壓代入式中，分別得到兩個(gè)時(shí)刻t1和t2，將這兩個(gè)時(shí)刻取平均得到故障時(shí)刻：

上式中，u(j)為電壓的第j個(gè)采樣值，則t1、t2分別為零序電壓、故障相電壓的采樣值代入上式后對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，m為設(shè)定的閾值，n為采樣長(zhǎng)度。

b、選取故障時(shí)刻前后十分之一工頻周期的電流暫態(tài)信號(hào)作為采樣數(shù)據(jù)，并對(duì)采樣數(shù)據(jù)依次進(jìn)行深度濾波處理和ceemd分解，得到各饋線的imf1分量。

所述深度濾波處理的方法如下：

上式中，zn1、zn2為深度濾波處理后的數(shù)據(jù)，f(n)為定義在{0,1,...,n-1}上的離散函數(shù)，f(n)是輸入的采樣數(shù)據(jù)，g(m)是定義在{0,1,...,m-1}上的離散函數(shù)，g(m)是結(jié)構(gòu)元素集合，n為采樣長(zhǎng)度，n為采樣點(diǎn)數(shù)，m為大于零的常數(shù)，n>>m，gi(m)是g(m)中的第i種結(jié)構(gòu)元素，n(n)和n(-n)為一對(duì)大小相等、符號(hào)相反的白噪聲。

下文是關(guān)于結(jié)構(gòu)元素集合g(m)的確定。

首先確定使用的2種結(jié)構(gòu)元素：三角形結(jié)構(gòu)元素和半圓形結(jié)構(gòu)元素，它們的單位結(jié)構(gòu)元素分別記為bt和bs：

設(shè)零序電流采樣信號(hào)的極大值序列為pe＝{pei|i＝1,2,...,npe},npe為極大值序列個(gè)數(shù)，局部極小值序列為ne＝{nei|i＝1,2,...,nne},nne為極小值序列個(gè)數(shù)。定義局部極大值間隔和局部極小值間隔：

dp＝{dp|dpi＝pei+1-pei,i＝1,2,...,npe-1}

dn＝{dn|dni＝nei+1-nei,i＝1,2,...,nne-1}

由上式可得結(jié)構(gòu)元素的長(zhǎng)度尺度的最值如下：

klmin＝min([(min(dpi)-1)/2),[(min(dni)-1)/2))

klmax＝max(((max(dpi)-1)/2],((max(dni)-1)/2])

上式中，[·)為向上取整計(jì)算，(·]為向下取整計(jì)算。

由上式可得結(jié)構(gòu)元素的長(zhǎng)度序列kl：

kl＝{klmin,klmin+1,...,klmax-1,klmax}

然后就是確定結(jié)構(gòu)元素的高度，根據(jù)采樣的暫態(tài)零序電流的局部極值的幅值大小來(lái)確定結(jié)構(gòu)元素高度，設(shè)極大值序列pe和極小值序列ne的最值分別為ppmax、ppmin、pnmax、pnmin。定義信號(hào)的局部極值的高度值是he：

he＝max(ppmax-ppmin,pnmax-pnmin)

因此，結(jié)構(gòu)元素高度序列可定義為：

hl＝{α·[he/(kmax-kmin+1)+(j-1)·he/(kmax-kmin+1)]}

其中，j＝1,2,...,kmax-kmin+1，α為小于1的正數(shù)，是高度比例系數(shù)，本實(shí)施例取0.05。

于是可以得到各種尺度的結(jié)構(gòu)元素

g1＝hl(i).kl(i)bti＝1,2,...,kmax-kmin+1

g2＝hl(i).kl(i)bsi＝1,2,...,kmax-kmin+1

g1、g2為經(jīng)由上式構(gòu)造得到的三角形結(jié)構(gòu)元素和半圓形結(jié)構(gòu)元素集合，即g(m)＝(g1，g2)。

在深度濾波后，進(jìn)行ceemd分解。在信號(hào)里成對(duì)地添加符號(hào)相反、大小相同的白噪聲；將加入白噪聲后的信號(hào)進(jìn)行emd分解，獲得imf分量；重復(fù)添加不同的白噪聲，并進(jìn)行emd分解，對(duì)獲得的所有imf分量取平均值，得到最后的分解結(jié)果。

c、根據(jù)各饋線的imf1分量，得出一階差分極性和瞬間相位進(jìn)行故障選線的判據(jù)。

一階差分極性判據(jù)為，當(dāng)某一饋線所對(duì)應(yīng)的imf1分量的一階差分極性唯一，且與其余饋線對(duì)應(yīng)的imf1分量的一階差分極性均不同，則該饋線為可疑故障線路。瞬時(shí)相位判據(jù)為，當(dāng)某一饋線所對(duì)應(yīng)的imf1分量的瞬時(shí)相位與其余饋線對(duì)應(yīng)的imf1分量的瞬時(shí)相位的差值的絕對(duì)值均大于等于則該饋線為可疑故障線路。

d、綜合一階差分極性判據(jù)和瞬間相位判據(jù)進(jìn)行故障選線。

分配一階差分極性判據(jù)和瞬間相位判據(jù)的權(quán)值；

設(shè)置暫態(tài)零序電流幅值的閾值il，當(dāng)暫態(tài)零序電流幅值i≥il，則設(shè)定瞬時(shí)相位判據(jù)的權(quán)值為0.9，一階差分極性判據(jù)的權(quán)值為0.1，當(dāng)暫態(tài)零序電流幅值i＜iz，則設(shè)定兩種判據(jù)的權(quán)值均為0.5；

根據(jù)兩種判據(jù)的權(quán)值計(jì)算綜合判據(jù)，ck值最大的饋線即為故障線路：

上式中，sak表示第k條饋線的瞬時(shí)相位判據(jù)的可疑程度，當(dāng)?shù)趉條饋線滿足瞬時(shí)相位判據(jù)，則sak取0.85，若第k條饋線不滿足瞬時(shí)相位判據(jù)，則sak取0.15，sdk表示第k條饋線的一階差分極性判據(jù)的可疑程度，當(dāng)?shù)趉條饋線滿足一階差分極性判據(jù)，則sdk取0.72，若第k條饋線不滿足一階差分極性判據(jù)，則sdk取0.28；nm為饋線數(shù)。

在matlab/simulink仿真環(huán)境下，供配電系統(tǒng)原理圖的仿真模型如圖2所示。該系統(tǒng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈過(guò)補(bǔ)償方式，過(guò)補(bǔ)償度為5％，經(jīng)計(jì)算消弧線圈電感l(wèi)＝0.8697h，r＝30ω。在matlab仿真中，線路的正序參數(shù)為：r1＝0.01273ω/km，l1＝9.337×10^-4h/km,c1＝1.274×10^-8f/km；零序參數(shù)為r0＝0.3863ω/km,l0＝4.1264×10^-3h/km，c0＝7.751×10^-9f/km。模型中線路長(zhǎng)度分別為103km、175km、151km。電源采用的是“three-phasesource”模型，電源功率為10000mv.a,電壓是110kv，輸出電壓為11kv。變壓器額定容量為sn＝20mv.a,短路電壓us％＝10.5,短路損耗δps＝135kw，空載損耗δp0＝22kw，空載電流i0％＝0.8，變比kt＝110/10，高低壓繞組均為y型聯(lián)結(jié)。線路負(fù)荷均采用“three-phaseseriesrlcload”模型，有功負(fù)荷分別為1mw、0.2mw、2mw，采樣頻率設(shè)為100khz,初始故障時(shí)間先設(shè)為0.04s。選取故障時(shí)刻前后十分之一工頻周期的電流暫態(tài)信號(hào)作為采樣數(shù)據(jù)，并對(duì)采樣數(shù)據(jù)依次進(jìn)行深度濾波處理和ceemd分解，得到各饋線的imf1分量，圖3為所有線路的imf1的hht變換波形圖。圖4、圖5為過(guò)渡電阻rf＝0，故障時(shí)間t＝0.04s時(shí)的故障線路l3和一條非故障線路l1的部分ceemd分解結(jié)果波形圖。從圖4、圖5可以看出，非故障線路與故障線路在故障后的1/4周期相位相差180度。

表1實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

上表的選線結(jié)果證明了基于電弧暫態(tài)分量的配電網(wǎng)單相接地故障選線方法能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確選線。

以上所術(shù)僅是本發(fā)明的一種實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。