一种配电网单相接地故障选线方法技术

本发明专利技术公开了一种配电网单相接地故障选线方法，包括步骤：一、故障信号的实时获取；二、故障信号的采集、存储及分析处理；三、单相接地故障发生与否的判断；四、各支线零序电流的非工频分量的提取；五、故障线路的选择；六、故障选线结果显示、传送及报警。本发明专利技术设计新颖，步骤简单，能自适应复杂故障状态及不同网络结构，采用迭代收敛的方式提取各支线的零序电流非工频分量幅值，通过绝对值离差与临界离差的对比进行故障选线，选线效果好，方法准确、可靠，物理意义明晰。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于单相接地故障
，具体涉及一种配电网单相接地故障选线方法。
技术介绍
目前，消弧线圈接地的系统发生单相接地故障时，若未能有效的检测出故障支路，则持续故障可能发展为更严重的两相或三相短路，按照利用的信号来源，现有选线方法有注入信号法、故障信号法及信息融合法。注入信号法通过向电网外加信号选线，其信号源设计与控制复杂；故障信号法利用系统单相接地的稳态或暂态特征检测故障支路；信息融合法通过融合多种信号和方法选线，被融合方法的有效域及其组合的有效性尚待研究。故障信号法包括稳态选线和暂态选线方法，稳态选线法利用的稳态信号微弱，且在过补偿的消弧线圈接地系统中存在死区，该方法应用受限；故障暂态信号包含的故障特征丰富，若能充分利用，有利于选线。利用暂态特征选线方面，主要集中在高频特征的提取。用小波包分析暂态零序量选线时，小波法需要选择最佳小波函数，其选择困难；用S变换选线时，主要提取某频带的暂态信号极性或幅值特征，未考虑其它特征；用暂态行波选线时，行波波头瞬时易逝，准确检测有难度；用暂态直流特征方法选线时，其不能作为主判据；用暂态信号能量选线时，由于累积误差较大，应用受限；用暂态全信号波形的差异性选线时，差异性阈值不易确定，影响选线效果；暂态过程机理复杂、状态随机，特别是小故障角或高阻接地的条件下，现有暂态选线的可靠性无法得到保证。另外，暂态信号频率成分复杂，明确暂态信号中各频率分量的分布特性是选线的前提，准确提取可用于选线的故障暂态特征信号是选线的关键。所以可将配电网发生单相接地故障时的零序电流成分划分为工频分量和非工频分量两部分，其中，故障支路的非工频分量大于非故障支路，利用这一特征识别故障支路。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种配电网单相接地故障选线方法，其设计新颖合理，步骤简单，能自适应复杂故障状态及不同网络结构，采用迭代收敛的方式提取各支线的零序电流非工频分量幅值，通过绝对值离差与临界离差的对比进行故障选线，选线效果好，方法准确、可靠，物理意义明晰，便于推广使用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种配电网单相接地故障选线方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、故障信号的实时获取：采用电网电压传变电路实时检测电网电压并通过电网电压滤波器进行滤波去噪处理，采用零序电压传变电路实时检测零序电压并通过零序电压滤波器进行滤波去噪处理，采用多个支线零序电流传变电路实时检测各支线零序电流并分别通过支线零序电流滤波器进行滤波去噪处理；步骤二、故障信号的采集、存储及分析处理：模数转换器在微控制器的控制下，对步骤一中滤波去噪处理后的电网电压、零序电压和多条支线的零序电流信号进行周期采样，并对每一采样周期内所采集的信号进行模数转换后输出给微控制器，微控制器将其接收的电网电压、零序电压和多条支线的零序电流信号存储在数据存储器中，并对信号进行分析处理，得到电网电压的相电压的有效值Ua和零序电压的有效值U0；步骤三、单相接地故障发生与否的判断：微控制器将其分析处理得到的半个周波内的多个零序电压的有效值U0与设定的电网零序电压门槛值UOP＝0.15Ua相比较，当U0≥Uop时，判断为单相接地故障发生，执行步骤四；否则，当多个电网零序电压U0中有小于电网零序电压门槛值Uop时，返回步骤二；步骤四、各支线零序电流的非工频分量的提取：微控制器对步骤二中各支线零序电流的非工频分量进行提取，微控制器对任一支线的零序电流的非工频分量的提取过程均相同，得到幅值系数向量其中，N为支线个数且N≥2，aj为任一支线的支线零序电流的非工频分量的幅值，1≤j≤N；所述微控制器对任一支线的零序电流的非工频分量的幅值aj提取时，过程如下：步骤401、构造支线零序电流的观测信号矩阵X：微控制器利用故障后一个周波的支线零序电流i0的数据构造支线零序电流的观测信号矩阵其中，M为一个周波T内的采样点数且M≥1，Ts为相邻两个采样点的采样时间间隔，i0(qTs)为第q个采样点的零序电流采样值，sin(qωTs)为单位工频信号的正弦虚拟观测信号sin(ωt)在第q个采样点处的离散值，cos(qωTs)为单位工频信号的余弦虚拟观测信号cos(ωt)在第q个采样点处的离散值，q＝1，2，…，M；步骤402、观测信号矩阵X的中心化：微控制器对观测信号矩阵X中心化处理，得到中心化矩阵步骤403、中心化矩阵的白化：微控制器对步骤402中的中心化矩阵白化处理，得到白化矩阵Z；步骤404、迭代初始化：通过微控制器初始化W(k)，即令k＝0任意取W(0)且满足||W(0)||2＝1，W(k)为解混矩阵W的第k次迭代，其中，W是n×n维的解混矩阵，k＝0，1，……，M，n为观测信号矩阵行数；步骤405、根据进行迭代过程，其中，λ为迭代的阻尼因子且0＜λ＜1，G为非线性函数且G(x)＝tan(a1x)，a1为非线性函数G的变量系数且1≤a1≤2，β为常数，E(Y)为变量数据Y的均值；步骤406、根据公式W(k+1)←W(k+1)/||W(k+1)||，对步骤405中的解混矩阵W(k+1)进行归一化处理；步骤407、判断W(k+1)是否收敛并获取解混矩阵W：微控制器根据收敛误差限ε判别收敛，当|W(k+1)-W(k)|＞ε且迭代次数小于M，W(k+1)未收敛，执行步骤405；否则，取W＝W(k+1)，执行步骤408；步骤408、支线零序电流的非工频分量的幅值系数的获取：首先，根据公式A＝W-1，计算支线的混合矩阵A；然后，提取混合矩阵A中第一行元素中非工频分量对应的元素a1i，得到支线零序电流的非工频分量的幅值aj＝|a1i|，i＝1，2，...，n；步骤五、故障线路的选择，过程如下：步骤501、计算绝对离差其中，ag为幅值系数向量a中的最大元素且为不包含ag的平均值且步骤502、计算临界离差sσ，其中，s是t分布检验系数，σ为标准差且步骤503、选择故障线路：当时，母线发生接地故障；否则，支线发生接地故障，且幅值系数向量a中最大元素即对应的支线为故障线路；步骤六、故障选线结果显示、传送及报警：微控制器通过液晶显示电路模块显示故障选线结果并通过以太网通信模块向上位机传输故障选线结果信息，通过开关量输出模块输出跳闸指令，报警模块及时报警提示故障线路。上述的一种配电网单相接地故障选线方法，其特征在于：步骤408中将支线零序电流X分离得到X＝AS，其中，S为源信号且S为n×M维的矩阵，S中n个行向量采用频率算法区分出非工频分量以及工频分量，提取混合矩阵A中第一行元素中非工频分量对应的元素a1i，过程如下：步骤Ι、选择频率计算采样点：微控制器在其分析处理的半个周波内查找采样点Sid、和其中，Sid为分离得到的源信号S中第i行向量上第d个离散点对应的电流值，为与Sid间隔周波的离散点对应的电流值，为与Sid间隔周波的离散点对应的电流值，且0≤d≤M；步骤ΙΙ、根据公式计算步骤ΙΙΙ、判断源信号S中第i行向量是否为非工频分量：当步骤ΙΙ中时，计算得到的f为非工频信号，此时，确定源信号S中行序号i，则混合矩阵A中第一行元素中相应的元素a1i为非工频分量对应的幅值大小，完成该支线零序电流的非工频分量的幅值的获取；否则，执行步骤Ι本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配电网单相接地故障选线方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、故障信号的实时获取：采用电网电压传变电路(1‑1)实时检测电网电压并通过电网电压滤波器(1‑2)进行滤波去噪处理，采用零序电压传变电路(1‑3)实时检测零序电压并通过零序电压滤波器(1‑4)进行滤波去噪处理，采用多个支线零序电流传变电路(2‑1)实时检测各支线零序电流并分别通过支线零序电流滤波器(2‑2)进行滤波去噪处理；步骤二、故障信号的采集、存储及分析处理：模数转换器(3)在微控制器(6)的控制下，对步骤一中滤波去噪处理后的电网电压、零序电压和多条支线的零序电流信号进行周期采样，并对每一采样周期内所采集的信号进行模数转换后输出给微控制器(6)，微控制器(6)将其接收的电网电压、零序电压和多条支线的零序电流信号存储在数据存储器(4)中，并对信号进行分析处理，得到电网电压的相电压的有效值Ua和零序电压的有效值U0；步骤三、单相接地故障发生与否的判断：微控制器(6)将其分析处理得到的半个周波内的多个零序电压的有效值U0与设定的电网零序电压门槛值UOP＝0.15Ua相比较，当U0≥Uop时，判断为单相接地故障发生，执行步骤四；否则，当多个电网零序电压U0中有小于电网零序电压门槛值Uop时，返回步骤二；步骤四、各支线零序电流的非工频分量的提取：微控制器(6)对步骤二中各支线零序电流的非工频分量进行提取，微控制器(6)对任一支线的零序电流的非工频分量的提取过程均相同，得到幅值系数向量其中，N为支线个数且N≥2，aj为任一支线的支线零序电流的非工频分量的幅值，1≤j≤N；所述微控制器(6)对任一支线的零序电流的非工频分量的幅值aj提取时，过程如下：步骤401、构造支线零序电流的观测信号矩阵X：微控制器(6)利用故障后一个周波的支线零序电流i0的数据构造支线零序电流的观测信号矩阵其中，M为一个周波T内的采样点数且M≥1，Ts为相邻两个采样点的采样时间间隔，i0(qTs)为第q个采样点的零序电流采样值，sin(qωTs)为单位工频信号的正弦虚拟观测信号sin(ωt)在第q个采样点处的离散值，cos(qωTs)为单位工频信号的余弦虚拟观测信号cos(ωt)在第q个采样点处的离散值，q＝1，2，…，M；步骤402、观测信号矩阵X的中心化：微控制器(6)对观测信号矩阵X中心化处理，得到中心化矩阵步骤403、中心化矩阵的白化：微控制器(6)对步骤402中的中心化矩阵白化处理，得到白化矩阵Z；步骤404、迭代初始化：通过微控制器(6)初始化W(k)，即令k＝0任意取W(0)且满足||W(0)||2＝1，W(k)为解混矩阵W的第k次迭代，其中，W是n×n维的解混矩阵，k＝0，1，……，M，n为观测信号矩阵行数；步骤405、根据进行迭代过程，其中，λ为迭代的阻尼因子且0＜λ＜1，G为非线性函数且G(x)＝tan(a1x)，a1为非线性函数G的变量系数且1≤a1≤2，β为常数，E(Y)为变量数据Y的均值；步骤406、根据公式W(k+1)←W(k+1)/||W(k+1)||，对步骤405中的解混矩阵W(k+1)进行归一化处理；步骤407、判断W(k+1)是否收敛并获取解混矩阵W：微控制器(6)根据收敛误差限ε判别收敛，当|W(k+1)‑W(k)|＞ε且迭代次数小于M，W(k+1)未收敛，执行步骤405；否则，取W＝W(k+1)，执行步骤408；步骤408、支线零序电流的非工频分量的幅值系数的获取：首先，根据公式A＝W‑1，计算支线的混合矩阵A；然后，提取混合矩阵A中第一行元素中非工频分量对应的元素a1i，得到支线零序电流的非工频分量的幅值aj＝|a1i|，i＝1，2，...，n；步骤五、故障线路的选择，过程如下：步骤501、计算绝对离差其中，ag为幅值系数向量a中的最大元素且为不包含ag的平均值且步骤502、计算临界离差sσ，其中，s是t分布检验系数，σ为标准差且步骤503、选择故障线路：当时，母线发生接地故障；否则，支线发生接地故障，且幅值系数向量a中最大元素即对应的支线为故障线路；步骤六、故障选线结果显示、传送及报警：微控制器(6)通过液晶显示电路模块(10)显示故障选线结果并通过以太网通信模块(7)向上位机传输故障选线结果信息，通过开关量输出模块(11)输出跳闸指令，报警模块(9)及时报警提示故障线路。...

【技术特征摘要】
1.一种配电网单相接地故障选线方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、故障信号的实时获取：采用电网电压传变电路(1-1)实时检测电网电压并通过电网电压滤波器(1-2)进行滤波去噪处理，采用零序电压传变电路(1-3)实时检测零序电压并通过零序电压滤波器(1-4)进行滤波去噪处理，采用多个支线零序电流传变电路(2-1)实时检测各支线零序电流并分别通过支线零序电流滤波器(2-2)进行滤波去噪处理；步骤二、故障信号的采集、存储及分析处理：模数转换器(3)在微控制器(6)的控制下，对步骤一中滤波去噪处理后的电网电压、零序电压和多条支线的零序电流信号进行周期采样，并对每一采样周期内所采集的信号进行模数转换后输出给微控制器(6)，微控制器(6)将其接收的电网电压、零序电压和多条支线的零序电流信号存储在数据存储器(4)中，并对信号进行分析处理，得到电网电压的相电压的有效值Ua和零序电压的有效值U0；步骤三、单相接地故障发生与否的判断：微控制器(6)将其分析处理得到的半个周波内的多个零序电压的有效值U0与设定的电网零序电压门槛值UOP＝0.15Ua相比较，当U0≥Uop时，判断为单相接地故障发生，执行步骤四；否则，当多个电网零序电压U0中有小于电网零序电压门槛值Uop时，返回步骤二；步骤四、各支线零序电流的非工频分量的提取：微控制器(6)对步骤二中各支线零序电流的非工频分量进行提取，微控制器(6)对任一支线的零序电流的非工频分量的提取过程均相同，得到幅值系数向量其中，N为支线个数且N≥2，aj为任一支线的支线零序电流的非工频分量的幅值，1≤j≤N；所述微控制器(6)对任一支线的零序电流的非工频分量的幅值aj提取时，过程如下：步骤401、构造支线零序电流的观测信号矩阵X：微控制器(6)利用故障后一个周波的支线零序电流i0的数据构造支线零序电流的观测信号矩阵其中，M为一个周波T内的采样点数且M≥1，Ts为相邻两个采样点的采样时间间隔，i0(qTs)为第q个采样点的零序电流采样值，sin(qωTs)为单位工频信号的正弦虚拟观测信号sin(ωt)在第q个采样点处的离散值，cos(qωTs)为单位工频信号的余弦虚拟观测信号cos(ωt)在第q个采样点处的离散值，q＝1，2，…，M；步骤402、观测信号矩阵X的中心化：微控制器(6)对观测信号矩阵X中心化处理，得到中心化矩阵步骤403、中心化矩阵的白化：微控制器(6)对步骤402中的中心化矩阵白化处理，得到白化矩阵Z；步骤404、迭代初始化：通过微控制器(6)初始化W(k)，即令k＝0任意取W(0)且满足||W(0)||2＝1，W(k)为解混矩阵W的第k次迭代，其中，W是n×n维的解混矩阵，k＝0，1，……，M，n为观测信号矩阵行数；步骤405、根据进行迭代过程，其中，λ为迭代的阻尼因子且0＜λ＜1，G为非线性函数且G(x)＝tan(a1x)，a1为非线性函数G的变量系数且1≤a1≤2，β为常数，E(Y)为变量数据Y的均值；步骤406、根据公式W(k+1)←W(k+1)/||W(k+1)||，对...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建文，梁静，刘永佳，方子朝，张广骁，刘鹏，赵斌，张乃元，李春辉，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61