小电流单相接地故障选线方法技术

小电流单相接地故障选线方法，包括以下步骤：首先确定信号采样周期，使用A/D转换器对系统母线零序电压和馈线零序电流进行采集，实时监测母线零序电压，当零序电压大于设定电压时，启动选线算法；将提取得到的每条馈线的暂态零序电流频谱平滑预处理，再进行经验小波变换分解，提取最能表征原信号的固有模态函数，利用希尔伯特变换后所得到的信号幅值计算能量相对熵，选取相对熵最大的线路作为故障备选线路，若相对熵最大的线路大于相对熵第二大和相对熵第三大的线路相对熵和，则判定相对熵最大的线路故障，否则判定为母线故障；不受中性点接地方式、故障距离、故障初始角或过渡电阻故障条件的影响，选线准确，实时性好。

【技术实现步骤摘要】
小电流单相接地故障选线方法
本专利技术属于电力系统智能状态检测
，具体涉及小电流单相接地故障选线方法。
技术介绍
经济快速发展对电力系统的可靠运行要求也随之增长，电力系统供电的稳定直接影响着社会的安全。如果出现故障不可避免，那么如何在故障后快速排除故障就成为一个研究的重点问题。配电网依据中性点接地方式的不同可分为两种，分别是小电流接地系统和大电流接地系统。我国66kv以下配电网为了保证持续供电大多使用小电流接地系统。经统计结果显示，配电设备出现故障后致使停电的概率达到95％以上，其中单相接地故障占比超过80％。当配电网发生单相接地故障时，中性点和地没有有效连接，因为没有构成短路回路，三相线电压保持对称，所以电流信号非常小，不会影响负载运行，故可以允许在故障后带电运行1-2个小时，可利用这段时间迅速排查故障保证用户端不断电，提高了供电持续性和可靠性。但如果不及时选线排除故障，可能造成相间短路、绝缘薄弱环节被击穿等造成严重后果。因此及时准确地选出故障线路，对提高供电可靠性意义重大。由于小电流接地系统发生单相接地故障后稳态时期多种信号混叠、信号又极微弱，暂态时期短暂且是典型的非平稳信号，从而导致故障特征难以提取，选线效果不佳。现有的选线方法按照采集故障数据的时间可分为基于稳态和暂态时期两种，基于稳态时期的方法主要是依据故障线与非故障线的零序电流幅值和相位区别形成判据。但在谐振系统中，由于故障发生后消弧线圈的过补偿作用，使得稳态时故障特征不甚明显，而暂态时期则由于短时期内电感补充作用不大，上述判据依旧有效。谐振系统具有可利于电弧自行熄灭、零序电流小等优点，使配电网运行更为可靠，但这就造成了故障选线更加困难。目前大部分方法都只适用于部分故障情况，普适性不够好。一些较复杂的算法也提供了很好的理论参考价值，但计算复杂度较高，真正应用在选线装置上较为困难。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供小电流单相接地故障选线方法，解决目前的选线算法普适性较差、选线正确率不高的问题，提高了选线结果和供电系统的准确性，可靠性。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：小电流单相接地故障选线方法，包括以下步骤：步骤1，使用A/D转换器对母线零序电压和各馈线零序电流进行采集，采样频率设为10KHz，实时监控系统母线零序电压U0，当零序电压大于阈值电压时，认为系统发生故障，开始选线；由于系统中存在一定三相不平衡电压，正常运行时线路中零序电压不可能为0，一般认为当零序电压大于0.15倍相电压时，发生单相接地故障；步骤2，采集故障点前1/4周期和故障点后3/4周期的零序电流作为暂态时期信号，首先用顶帽(Top-Hat)变换对原信号的频谱平滑处理，对处理后的信号进行经验小波变换(EWT)分解，得到各个固有模态函数(IMF)，为减少计算量，取各个固有模态函数(IMF)中与原信号相似系数最高的5个固有模态函数(IMF)作为有效分量；步骤3，利用各有效固有模态函数(IMF)分量经希尔伯特(Hilbert)变换，所得幅值计算各出线相对其他出线的能量相对熵Mi；步骤4，根据步骤3结果，对所得能量相对熵由大到小排序，取相对熵最大的三条线路作为可能发生故障的线路，按顺序标识能量相对熵为L1、L2、L3，判断L1>L2+L3，如是，则判定L1所在线路即为故障线路，否则判定为母线故障。其中步骤3所述的能量相对熵Mi，其具体计算步骤为：首先计算馈线S模态i的能量为ELs_imfi：式中，n为采样点，Di(n)为第i阶固有模态函数(IMF)经希尔伯特(Hilbert)变换后所得幅值，则线路S的能量为该线路各阶固有模态函数(IMF)能量和，再计算线路S的总能量为ELs：式中K为线路S的固有模态函数(IMF)阶数，各线路第i阶固有模态函数(IMF)的能量和为：计算各线路模态i的能量之和为Eimfi：计算线路S每个模态能量ELs_imfi占此模态各线路能量之和Eimfi的权重系数为PLs_imfi：依据上述相对熵及小电流系统的理论，定义馈线s相对熵的概率分布为：那么线路i相对于馈线l的经验小波变换(EWT)能量相对熵为：结合各线路能量ELs，定义置信矩阵对所有线路两两计算经验小波变换(EWT)能量相对熵，结合小电流接地系统的特点，得到相对熵矩阵：由于信号具有对称性的特点，定义线路S相对于其他馈线的综合经验小波变换(EWT)能量相对熵为：本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术针对小电流系统发生单相接地故障时暂态持续时间短、信号微弱、故障特征提取困难的问题，提出了一种故障选线新方法。本专利技术一种新的针对非线性、非平稳信号的自适应处理方法—经验小波变换对故障线路与非故障线路暂态零序电流进行分解，使用暂态信号避免了电网干扰和偶然因素的影响，而经验小波变换是一种具有自适应分解的方法，在无需预置条件的情况下对信号按照频率特征进行分解，利用零序电流暂态特征频段内数据避免了电网干扰因素，使用具有自适应的改进经验小波变换使得选线算法的分解效果更好，这样的方法普适性强，可以适合多种故障情况。分解前首先对零序电流的频谱进行顶帽(Top-Hat)变换平滑预处理，这样可以避免经验小波变换(EWT)的极大值频谱分割法陷入局部极值点以至于过度切割频谱最终分解出很多无意义的固有模态分量。利用分解得到各线路的各阶固有模态函数(IMF)，各线路分别前五阶固有模态函数(IMF)经过希尔伯特变换得到幅值信号，利用幅值信号求得能量相对熵，选取相对熵最大的线路作为故障备选线路，若相对熵最大的线路大于相对熵第二大和相对熵第三大的线路相对熵和，则判定相对熵最大的线路故障，否则则判定为母线故障，这样利用时频分析法更好的提取短暂暂态时期信号，与直接使用各馈线零序电流能量选线相比，经验小波变换(EWT)综合能量相对熵结合了馈线的能量和相关性，更能体现出故障馈线和非故障馈线的信号差异，使选线结果更加可靠。该方法通过经验小波变换提取暂态零序电流的故障特征，且不受中性点接地方式的影响，适应性好。提高了选线装置的选线准确率与可靠性，也可以提高供电系统的可靠性。为了使实验结果更加接近工程实际，对各种运行工况进行模拟，所得结果更具真实性，代表性。经验小波变换(EWT)综合能量相对熵结合了馈线的能量和相关性，更能体现出故障馈线和非故障馈线的信号差异，使选线结果更加可靠。利用实验室搭建模拟电路进行实验结果表明，不受中性点接地方式、故障距离、故障初始角或过渡电阻等故障条件的影响，选线准确，实时性好。附图说明图1为本专利技术的流程图。图2为本专利技术小电流接地系统单相接地故障试验电路原理图。图3(a)为本专利技术线路1-5零序电流曲线。图3(b)为本专利技术母线零序电压曲线。图4(a)为线路1分解后各阶固有模态函数(IMF)分量。图4(b)为线路2分解后各阶固有模态函数(IMF)分量。图5为能量相对熵选线结果。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但本专利技术并不限于这些实施方式。基于改进经验小波变换(EWT)和能量相对熵的选线算法流程图如图1所示，具体按照以下步骤实施：步骤1，使用A/D转换器对母线零序电压和各馈线零序电流进行采集，采样频率设为10KHz，实时监控系统母线零序电压U0，当零序电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.小电流单相接地故障选线方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，使用A/D转换器对母线零序电压和各馈线零序电流进行采集，采样频率设为10KHz，实时监控系统母线零序电压U0，当零序电压大于阈值电压时，认为系统发生故障，开始选线；由于系统中存在一定三相不平衡电压，正常运行时线路中零序电压不可能为0，一般认为当零序电压大于0.15倍相电压时，发生单相接地故障；步骤2，采集故障点前1/4周期和故障点后3/4周期的零序电流作为暂态时期信号，首先用顶帽(Top‑Hat)变换对原信号的频谱平滑处理，对处理后的信号进行经验小波变换(EWT)分解，得到各个固有模态函数(IMF)，为减少计算量，取各个固有模态函数(IMF)中与原信号相似系数最高的5个固有模态函数(IMF)作为有效分量；步骤3，利用各有效固有模态函数(IMF)分量经希尔伯特(Hilbert)变换，所得幅值计算各出线相对其他出线的能量相对熵Mi；步骤4，根据步骤3结果，对所得能量相对熵由大到小排序，取相对熵最大的三条线路作为可能发生故障的线路，按顺序标识能量相对熵为L1、L2、L3，判断L1>L2+L3，如是，则判定L1所在线路即为故障线路，否则判定为母线故障。...

【技术特征摘要】
1.小电流单相接地故障选线方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，使用A/D转换器对母线零序电压和各馈线零序电流进行采集，采样频率设为10KHz，实时监控系统母线零序电压U0，当零序电压大于阈值电压时，认为系统发生故障，开始选线；由于系统中存在一定三相不平衡电压，正常运行时线路中零序电压不可能为0，一般认为当零序电压大于0.15倍相电压时，发生单相接地故障；步骤2，采集故障点前1/4周期和故障点后3/4周期的零序电流作为暂态时期信号，首先用顶帽(Top-Hat)变换对原信号的频谱平滑处理，对处理后的信号进行经验小波变换(EWT)分解，得到各个固有模态函数(IMF)，为减少计算量，取各个固有模态函数(IMF)中与原信号相似系数最高的5个固有模态函数(IMF)作为有效分量；步骤3，利用各有效固有模态函数(IMF)分量经希尔伯特(Hilbert)变换，所得幅值计算各出线相对其他出线的能量相对熵Mi；步骤4，根据步骤3结果，对所得能量相对熵由大到小排序，取相对熵最大的三条线路作为可能发生故障的线路，按顺序标识能量相对熵为L1、L2、L3，判断L1>L2+L3，如是...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦尚彬，郭靖文，张青，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61