一种基于电压电流短时窗小波系数相关分析的母线保护方法技术

本发明专利技术涉及一种基于电压电流短时窗小波系数相关分析的母线保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。当母线或线路发生故障后，检测并记录故障后短时窗内的母线电压以及与母线相连各条线路电流数据，对母线电压与各条线路所测电流进行小波分解，选取母线电压的小波分解第一尺度结果与各线路所测电流的小波分解第一尺度结果作为研究对象；对短时窗内母线以及各条线路的小波分解第一尺度结果进行相关分析并计算相关系数ru,i，根据相关系数ru,i判断母线以及各条线路的极性，进而判断故障是母线故障还是线路故障。本发明专利技术可以准确判别母线故障与线路故障。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于电压电流短时窗小波系数相关分析的母线保护方法，属于电力系统继电保护

技术介绍
母线作为发电厂和变电站内的重要设备，直接参与电力传输并承担电能在同一电压等级的汇集与分配，在电力系统中占极其重要的地位。如果母线上发生故障，故障母线上所有支路上的元件将被迫切换到无故障母线上运行，若不能及时检测并切除故障，可能会破坏电力系统的稳定性，毁坏电力设备，严重的情况下可能会扩大事故范围，甚至瓦解整个电力系统，造成严重后果。随着电力系统的日益扩大，电网等级也逐步提高，因此，提高母线保护的可靠性、选择性、速动性以及灵敏性变得尤为重要。按照保护原理划分，母线保护有工频量保护和暂态量保护两大类。传统的工频量母线保护受振荡、过渡电阻、CT饱和等影响，而采用暂态量进行母线保护，提取暂态量中高频信号，从中提取所需要的方向、位置、持续时间等信号来解决实际问题。因此，采用暂态量进行母线保护的研究，不受CT饱和影响，不反映电力系统振荡，具有工频量母线保护所不具有的优点，对母线保护的深入探索具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是利用故障后母线电压以及各线路电流短时窗数据经过小波分解后，计算母线电压与各线路电流的相关系数，提出一种利用母线电压与线路电流相关性进行母线保护的方法。本专利技术的技术方案是：一种基于电压电流短时窗小波系数相关分析的母线保护方法，当母线或线路发生故障后，检测并记录故障后短时窗内的母线电压以及与母线相连各条线路电流数据，对母线电压与各条线路所测电流进行小波分解，选取母线电压的小波分解第一尺度结果与各线路所测电流的小波分解第一尺度结果作为研究对象；对短时窗内母线以及各条线路的小波分解第一尺度结果进行相关分析并计算相关系数ru,i，根据相关系数ru,i判断母线以及各条线路的极性，进而判断故障是母线故障还是线路故障。具体步骤为：(1)当母线或线路发生故障后，测量单元取故障前1ms至故障后2ms的母线电压数据以及各条线路电流数据；(2)对测量的母线电压数据以及母线上各线路电流数据进行小波变换；(3)取母线电压小波分解第一尺度结果d1u与母线上各线电流的小波分解第一尺度结果d1i进行归一化处理；(4)分别选取母线电压数据以及母线上各线路电流数据第一尺度下的小波系数进行相关分析，求得基于电压电流短时窗小波系数相关分析的相关系数ru,i为：ru,i=Σk=1Nd1u(k)·d1i(k)/Σk=1Nd1u(k)2Σk=1Nd1i(k)2---(1)]]>式(1)中，k是与母线相连线路上电流互感器故障时的数量，N是与母线相连线路上电流互感器的总数量；(5)通过电压电流短时窗小波系数相关分析的母线保护判别式和与母线相连线路上电流互感器的总数量进行比较，来进行线路故障判断：若判为线路故障；若判为母线故障；式中，sgn为符号函数，ru,i(k)为母线上第k个电流互感器的d1i与d1u的相关系数。本专利技术的原理是：(1)对母线电压及各线路电流进行小波分解当母线或线路发生故障后，测量单元取故障前1ms至故障后2ms的母线电压数据以及各条线路电流数据。利用db4小波对母线电压数据以及各条线路电流数据进行小波分解，db4小波分解公式为：WDWT·ψ[f(m,n)]=2-m2∫-∞+∞f(t)Ψ(t)*(t-2mn2m)dt]]>式中：*代表复共轭；m，n∈Z，为尺度和时间平移参数；Ψ(t)是给定的基函数。(2)利用小波分解第一尺度判断故障后母线电压与各线路电流的相关性选取母线电压数据以及母线上各线路电流数据第一尺度下的小波系数进行相关分析，在发生母线故障时，各条出线的电流行波浪涌极性相同，各条出线电流的小波分解第一尺度结果与母线电压的小波分解第一尺度都呈正相关；发生线路故障时，因故障线与健全线电流行波浪涌的极性相反，故障线电流的小波分解第一尺度结果与母线电压的小波分解第一尺度结果呈负相关，而健全线电流的小波分解第一尺度结果与母线电压的小波分解第一尺度结果呈正相关。(3)保护判据基于电压电流短时窗小波系数相关分析的母线保护判别式为：若判为线路故障；判为母线故障。式中，sgn为符号函数，ru,i(k)为母线上第k个电流互感器的d1i与d1u的相关系数。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术使用故障后母线电压和各线路电流的变化趋势实施保护，可靠性高。(2)本专利技术从极性的角度出发，利用故障后母线电压与各线路电流的极性对故障进行判断，避免了行波波头难以捕捉的问题。附图说明图1是本专利技术仿真系统图；图2是本专利技术母线M发生接地故障时，各量测点母线电压以及出线1电流小波分解第一尺度结果的比较；图3是本专利技术母线M发生接地故障时，各量测点母线电压以及出线2电流小波分解第一尺度结果的比较；图4是本专利技术母线M发生接地故障时，各量测点母线电压以及出线3电流小波分解第一尺度结果的比较；图5是本专利技术线路L1发生金属性单相接地故障时，各量测点母线电压以及出线1电流小波分解第一尺度结果的比较；图6是本专利技术线路L1发生金属性单相接地故障时，各量测点母线电压以及出线2电流小波分解第一尺度结果的比较；图7是本专利技术线路L1发生金属性单相接地故障时，各量测点母线电压以及出线3电流小波分解第一尺度结果的比较。具体实施方式下面结合具体实施方式，对本专利技术作进一步说明。一种基于电压电流短时窗小波系数相关分析的母线保护方法，当母线或线路发生故障后，检测并记录故障后短时窗内的母线电压以及与母线相连各条线路电流数据，对母线电压与各条线路所测电流进行小波分解，选取母线电压的小波分解第一尺度结果与各线路所测电流的小波分解第一尺度结果作为研究对象；对短时窗内母线以及各条线路的小波分解第一尺度结果进行相关分析并计算相关系数ru,i，根据相关系数ru,i判断母线以及各条线路的极性，进而判断故障是母线故障还是线路故障。具体步骤为：(1)当母线或线路发生故障后，测量单元取故障前1ms至故障后2ms的母线电压数据以及各条线路电流数据；(2)对测量的母线电压数据以及母线上各线路电流数据进行小波变换；(3)取母线电压小波分解第一尺度结果d1u与母线上各线电流的小波分解第一尺度结果d1i进行归一化处理；(4)分别选取母线电压数据以及母线上各线路电流数据第一尺度下的小波系数进行相关分析，求得基于电压电流短时窗小波系数相关分析的相关系数ru,i为：ru,i=Σk=1Nd1u(k)·d1i(k)/Σk=1Nd1u(k)2Σk=1Nd1i(k)2---(1)]]>式(1)中，k是与母线相连线路上电流互感器故障时的数量，N是与母线相连线路上电流互感器的总数量；(5)通过电压电流短时窗小波系数相关分析的母线保护判别式和与母线相连线路上电流互感器的总数量进行比较，来进行线路故障判断：若判为线路故障；若判为母线故障；式中，sgn为符号函数，ru,i(k)为母线上第k个电流互感器的d1i与d1u的相关系数。实施例1：以如图1所示的单母线接线方式的仿真模型进行仿真，母线对地电容为0.01μF，线路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电压电流短时窗小波系数相关分析的母线保护方法，其特征在于：当母线或线路发生故障后，检测并记录故障后短时窗内的母线电压以及与母线相连各条线路电流数据，对母线电压与各条线路所测电流进行小波分解，选取母线电压的小波分解第一尺度结果与各线路所测电流的小波分解第一尺度结果作为研究对象；对短时窗内母线以及各条线路的小波分解第一尺度结果进行相关分析并计算相关系数ru,i，根据相关系数ru,i判断母线以及各条线路的极性，进而判断故障是母线故障还是线路故障。

【技术特征摘要】
1.一种基于电压电流短时窗小波系数相关分析的母线保护方法，其特征在于：当母线或线路发生故障后，检测并记录故障后短时窗内的母线电压以及与母线相连各条线路电流数据，对母线电压与各条线路所测电流进行小波分解，选取母线电压的小波分解第一尺度结果与各线路所测电流的小波分解第一尺度结果作为研究对象；对短时窗内母线以及各条线路的小波分解第一尺度结果进行相关分析并计算相关系数ru,i，根据相关系数ru,i判断母线以及各条线路的极性，进而判断故障是母线故障还是线路故障。2.根据权利要求1所述的基于电压电流短时窗小波系数相关分析的母线保护方法，其特征在于具体步骤为：(1)当母线或线路发生故障后，测量单元取故障前1ms至故障后2ms的母线电压数据以及各条线路电流数据；(2)对测量的母线电压数据以及母线上各线路电流数据进行小波变换；(3)取母线电压小波...

【专利技术属性】
技术研发人员：束洪春，卢杨，曹璞璘，沐润志，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53