本发明专利技术涉及一种强噪声背景下弱暂态零序电流故障特征提取方法。本方法为：首先，确定暂态频率压缩比CR，其中CR的数值范围为1000-2000，并依据CR确定压缩采样频率fsc，再由fsc确定压缩数值计算步长hsc；然后，将强噪声背景下的暂态零序电流izy(t)输入双稳态系统，利用四阶龙格-库塔算法对双稳态系统进行数值计算，输出信号为is(t)；接着，提取is(t)的起始阶段作为特征信号ic(t)；最后，求取特征信号ic(t)和无噪声暂态零序电流的起始阶段izo(t)之间的互相关系数ρcz，若ρcz≥0.7，则暂态零序电流故障特征提取完成；若ρcz＜0.7，则调整CR，直至ρcz≥0.7，也即暂态零序电流故障特征提取完成。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于电力系统 配电网故障选线领域。
技术介绍
配电网故障选线具有以下难点和问题：1)信号的故障特征不明显：单相接地故障 后，稳态电流一般小于30A甚至只有几 A，此外，配电网络结构复杂导致有时候故障特征不 明显，虽然故障暂态零序电流信号比稳态零序电流信号大，但是持续时间短，有时难以检 测；2)我国配电网运行方式多变，各配电线路的长短不一、数量也会经常发生变化，其线路 的谐波电流和分布电容电流也随之发生变。另外，外界噪声的强度、负荷的影响、母线电压 的波动和故障点接地电阻的不确定等因素均会影响故障零序电流的变化。综上所述，如何 在强随机噪声背景下提取暂态零序电流的故障特征是解决配电网故障选线的关键技术。 随机共振技术在上世纪八十年代由意大利学者Benzi等人在研究地球古气象冰 川问题时提出的。它指一个非线性双稳态系统，当仅在噪声或仅在小周期信号作用下都不 足以使系统输出在两个稳态之间跃迀，而在噪声和小周期信号的共同作用下，系统输出的 功率谱中，在信号的频率处出现一峰值，当噪声强度达到某一合适值时，输出功率谱的峰值 达到最大。随机共振利用噪声增强微弱信号传输的优点，使其与其他的微弱信号检测方法 相比具有独特的优势。然而，如何利用随机共振来增强强噪声背景下弱暂态零序电流的检 测，是配电网故障诊断领域需要解决的问题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于利用双稳态系统提取强噪声背景下弱暂态零序电流的故障特 征，为了达到上述目的，本专利技术提出的技术方案为： -种强噪声背景下弱暂态零序电流故障特征提取方法，包括如下步骤： 步骤1设定暂态频率压缩比CR，其中CR的数值范围为1000~2000 ; 步骤2设定压缩采样频率fs。，其中fs。= f S/CR，fs为信号采样频率，f s = 100000Hz ； 步骤3设定压缩数值计算步长hs。，其中hs。= 1/f s。； 步骤4将强噪声背景下的暂态零序电流izy(t)输入双稳态系统，利用四阶龙 格-库塔算法对双稳态系统进行数值计算，其中计算步长为h s。，所得的解为整体特征信号 is⑴； 步骤5提取整体特征信号is(t)的起始阶段作为特征信号ie(t)，其中0~0.0 ls 为is(t)的起始阶段； 步骤6求取ijt)与无噪声暂态零序电流的起始阶段iZC](t)之间的互相关系数 P α，若P 0. 7,则暂态零序电流故障特征提取完成；若P0. 7,则进行步骤7 ; 步骤7重新设定CR的值，再按步骤2-步骤6依次进行，直至P α彡0. 7。 本专利技术工作原理 1暂态零序电流 基于暂态量选线法所依据的暂态特征比稳态值大几倍甚至几十倍，且不受消弧线 圈的影响，无需添加额外设备，因此具有更高的可靠性及应用价值。因此，利用单相接地零 序暂态等值电路进行暂态零序电流分析，如图1所示。其中：C。为线路零序电容；L。为线路 零序等值电感；R g为接地点的过渡电阻；RP和Lp分别为消弧线圈的等效电阻和电感；e(t) 为零序电压。 在补偿电网发生故障的瞬间，由图1可得流过故障点的暂态零序电流iz(t)为： 其中：i^t为暂态零序电流中的电感电流分量；i 为暂态零序电流的电容电流 分量；Ibll和I eni分别为电感电流和电容电流的初值（I eni= Uphnic〇C，Ibll= Uphni/c〇L) ;Uphni为相 电压的幅值；ω为工频角频率；ω#Ρ δ分别为暂态零序电流容性分量的振荡角频率和衰 减系数；^为电感电流的衰减时间常数；0为接地时故障线路相电压的初始相位。 由式（1)可知，当小电流接地系统发生单相接地故障时，暂态电容电流具有周期 性的衰减振荡特性。此外，一般架空线路的自由振荡频率为300~1500Hz，电缆线路的电感 远小于架空线路，而对地电容却较后者大许多倍，故电容电流暂态过程的振荡频率很高，持 续时间很短，其自由振荡频率一般为1500~3000Hz。 2.双稳态系统 用于研究随机共振的双稳态系统： dx/dt = -dU (x)/dx+s； (t) + Γ (t) (2) 其中，1](1)=-812/2+匕14/4,8;(1:)代表输入信号，本专利技术中8;(1:)代表暂态零序电 流^⑴，Γ⑴代表噪声。 尽管随机共振现象与人的直觉有差异，但它的基本原理还是比较简单的。首先，可 通过一个简单的模型来解释随机共振的基本原理，示意图如图2所示。 单个布朗粒子在图2所示的对称双势阱中运动，当它不受任何外力作用时，粒子 将最终停留于其中的一个势阱内，而位于哪个势阱将由初始位置决定。但当存在随机扰 动时，粒子在随机力的作用下会有一定的机率在两势阱间跳跃。当粒子仅受周期外力作用 时，如果周期外力的强度很小，那么布朗粒子将在某个势阱内做小范围的振动，而不会有跨 势阱的大范围运动。而当周期外力和噪声同时作用时，上述情况将会发生改变：随机力诱 导的势阱间的跃迀和周期外力发生同步，粒子将以外驱动力频率在两个势阱间做大范围运 动，弱的输入周期信号得以放大，于是便发生了随机共振。 3龙格-库塔方法 为了避免计算高阶导数，龙格-库塔方法利用F(x，y)在某些点处的值的线性组 合，构造一类计算公式，使其按泰勒级数展开后，与初值问题的解的泰勒展开式比较，存在 尽可能多的项完全相同，从而保证算式有较高的精度。这种方法间接利用了泰勒展开的思 想，避免了计算高阶导数的困难。 一般的龙格-库塔方法的形式为： 其中α η，μ n, i，cn均为待定参数，h为数值计算步长，选取这些参数的原 贝1J，是要求式（3)中第1式右端在（x", 朴作表勒展开式，并按h的幂次从低到 高的排列式与微分方程解的泰勒展开式有尽可能多的项重合，也就是要求符合式 (4)： X 1= F n，X 2= F' n，X 3= F" n，… (4) 这里 Fn，F' n，F" n，…，表示 y' （xn) = f(xn，yn)，y" (xn)，y" (xn)，…。通 常把式（3)称为N级龙格-库塔方法，简记为N级龙格-库塔方法。更高阶的龙格-库塔 方法由于计算量较大，一般不采用。本专利技术采用4阶龙格-库塔方法，其计算式如式（5)所 示： 4.变尺度双稳态系统及评价指标 变尺度思想的本质：将大频率转换为低频率，使得大参数信号频率接近或符 合随机共振所要求的小参数条件，也即将频率压缩到双稳态系统所能检测的频带范围 内。变尺度的具体运算过程是：根据信号的频率和采样频率fs确定一个暂态频率压缩比 (Contraction Ratio CR)，然后根据CR再确定压缩采样频率fst:=fs/CR，由压缩采样频率 fji一步得到压缩数值计算步长h s。= 1/f s。，最后数值求解双稳系统的响应输出。 特征电流ijt)定义：对带有强噪声背景下的暂态零序电流的变尺度双稳态系统 进行四阶龙格-库塔算法求解，求解所获得输出信号的起始阶段即为特征电流。 传统的信噪比测度适用于输入/输出信号的频谱中具有较清晰谱线的情况，而 暂态零序电流一般都是宽带信号，信号频率范围不是集中在一个或几个可数的频率上，而 是分布在很宽一段频带内。因此，传统的信噪比测度将难以适用，需要发展其它的测度指 标。非线性朗之万方程虽然不能准确预测布朗粒子的运动，但是本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种强噪声背景下弱暂态零序电流故障特征提取方法，其特征在于，所述强噪声背景下弱暂态零序电流故障特征提取方法包括如下步骤：步骤1设定暂态频率压缩比CR，其中CR的数值范围为1000～2000；步骤2设定压缩采样频率fsc，其中fsc＝fs/CR，fs为信号采样频率，fs＝100000Hz；步骤3设定压缩数值计算步长hsc，其中hsc＝1/fsc；步骤4将强噪声背景下的暂态零序电流izy(t)输入双稳态系统，利用四阶龙格‑库塔算法对双稳态系统进行数值计算，其中计算步长为hsc，所得的解为整体特征信号is(t)；步骤5提取整体特征信号is(t)的起始阶段作为特征信号ic(t)，其中0～0.01s为is(t)的起始阶段；步骤6求取ic(t)与无噪声暂态零序电流的起始阶段izo(T)之间的互相关系数ρcz，若ρcz≥0.7，则暂态零序电流故障特征提取完成；若ρcz＜0.7，则进行步骤7；步骤7重新设定CR的值，再按步骤2‑步骤6依次进行，直至ρcz≥0.7。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓卫，高杰，魏向向，韦延方，曾志辉，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41
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