一种基于时间序列压缩的动态时间弯曲距离故障区段定位方法技术

本发明专利技术的技术方案包括一种基于时间序列压缩的动态时间弯曲距离故障区段定位方法，该方法包括：对馈线终端设备采集到的故障录波数据进行预先处理，预先处理包括提取录波数据的初始值和极值以及录波数据变化，得到录波数据新的时间序列；将时间序列发送至主站，使用主站采用动态时间弯曲距离算法求取两相邻馈线终端设备零模电流的相似性，从而判出故障区段。本发明专利技术的有益效果为：数据量相比原时间序列至少减少了一半以上，大大减少了通信成本；对于高频信号，动态时间弯曲距离算法在抗同步误差能力和信号幅值反应能力上较强于相关系数法；所提方法鲁棒性较强且不需要严格时间同步。

A fault location method based on time series compression and dynamic time warping distance

The technical scheme of the invention includes a time series compression based location method for the dynamic time bending distance fault section. The method includes: preprocessing the fault recording data collected by the feeder terminal equipment, preprocessing the initial value and extreme value of the extracted recorded wave data and the change of the recorded wave data in advance. The new time series of the wave data is sent to the main station, and the main station uses the dynamic time bending distance algorithm to find the similarity of the zero mode current of the two adjacent feeder terminal devices, thus the fault section is judged. The beneficial effect of the invention is that the amount of data is reduced by more than half of the original time series, and the communication cost is greatly reduced; for high frequency signals, the dynamic time bending distance algorithm is stronger than the correlation coefficient method in the ability to resist synchronization error and the response ability of the signal amplitude; the proposed method is robust and does not need to be strict. Time synchronization.

【技术实现步骤摘要】
一种基于时间序列压缩的动态时间弯曲距离故障区段定位方法
本专利技术涉及一种基于时间序列压缩的动态时间弯曲距离故障区段定位方法，属于计算机电力故障定位领域。
技术介绍
我国中压配电网大多采用中性点非有效接地运行方式，当发生单相接地故障时，系统无法形成有效短路回路，因而接地电流较小、故障电气量微弱、故障特征提取困难。而配电网带故障运行将会引起正常相电压升高，造成绝缘薄弱环节击穿，进而发展成为相间或多点故障，降低系统供电可靠性。传统依靠站内人工试拉和现场巡线排查的解决方法不仅耗费人力物力，还容易扩大停电范围。为了适应智能电网发展的需要，需要进一步研究具备单相接地故障定位功能的配电自动化系统。主要分为就地型和集中型两种模式。就地型馈线自动化以电压时间型、电压电流型为代表的产品和运行经验都已比较成熟。它主要依靠重合器与变电站出现开关相配合，通过多次分合闸来实现故障定位与隔离，再通过转供电实现非故障区段恢复供电。但多次分合闸容易导致非故障区段供电闪动，而且其对定值管理水平要求较高，造成维护困难。主站型馈线自动化主要基于对小电流接地故障简化模型进行分析，选择出能反应故障区段信息的故障特征量，通过沿线安装的FTU上送至主站，由主站直接判出故障区段，可以达到快速切除故障和恢复供电的目的。其中，基于故障后零序稳态电气量的故障选线方法受接地运行方式的影响，稳态零序电流幅值和零序功率方向易受干扰。随着信号处理算法的成熟和硬件平台的发展，基于信号暂态特征量的故障定位方法备受关注。通过求取相邻检测点之间暂态零模电流相关系数确定故障区段，只需检测零模电流但需要各检测点严格时间同步；利用故障暂态电压、电流特征频段内的无功功率方向确定故障区段不需要各检测点时间精确同步，但需要利用零序电压信号，而馈线终端大多只配套安装线电压互感器；鉴于此，有人提出利用暂态线电压和零模电流计算故障方向，再根据故障区段两侧方向参数极性相反的特点定位故障区段，但现场一般只能直接获取到两个线电压。除使用零模分量外，利用三相电流中的每两相电流突变量相关系数实现接地故障定位，但需要先选择合适的带通录波器滤去合适的高次谐波；通过比较三相电流中由接地故障产生的故障电流暂态分量的相关系数判别故障区段，但单相接地故障电流非常小容易受负荷电流的影响。利用小波分析选取特征频段，再根据特征频段类零序电压于零序电流的乘积的极性实现故障选线；没有考虑故障点下游区段可能存在特征频带选取困难的情况。也有学者将计算机优化算法引入故障区段判别，如矩阵优化算法、Pareto进化算法，其实用性还有待验证。针对基于暂态零模电流相关系数法的配电网故障区段定位方法存在数据处理量大且需要时间同步问题，提出一种基于时间序列压缩的动态时间弯曲距离的小电流接地故障区段定位方法。
技术实现思路
针对基于暂态零模电流相关系数法的配电网故障区段定位方法存在数据处理量大且需要时间同步问题，本文提出一种基于时间序列压缩的动态时间弯曲距离故障区段定位方法。先对终端控制单元(FTU)采集的故障录波数据预先处理，只提取故障发生后一个工频周波内的初始值、极值以及两极值点之间数据变化差值最大的两点，再将新的时间序列上传至主站，最后由主站采用动态时间弯曲距离算法求取两相邻FTU零模电流的相似性来进行故障区段定位。通过算法对比分析可得，在抗同步误差能力和信号幅值反应能力上，DTW算法较强于相关系数法；在直流分量表达能力上，两算法效果基本一致。此外，数据压缩后的新时间序列在DTW距离上的相似度表达能力基本与原时间序列相同，但数据处理量减少了至少一半以上。该专利能在不同故障角、接地电阻、故障位置下都能准确判出故障区段。本专利技术的技术方案包括一种基于时间序列压缩的动态时间弯曲距离故障区段定位方法，其特征在于，该方法包括：A.对馈线终端设备采集到的故障录波数据进行预先处理，预先处理包括提取录波数据的初始值和极值以及录波数据变化，得到录波数据新的时间序列；B.将时间序列发送至主站，使用主站采用动态时间弯曲距离算法求取两相邻馈线终端设备零模电流的相似性，从而判出故障区段。根据所述的基于时间序列压缩的动态时间弯曲距离故障区段定位方法，其中的步骤A还包括：馈线终端设备采集故障录波包括采用线电压突变量启动算法，判断是否出现故障，若出现判断出故障为单相接地故障后，则使用馈线终端设备执行故障录波，其中的录波包括取故障后一周波零序电流的初始时间序列。根据所述的基于时间序列压缩的动态时间弯曲距离故障区段定位方法，其中特征在于：馈线终端设备采集得到的故障录波包括4个周波，以及故障发生后8个周波内的零序电流信息量。根据所述的基于时间序列压缩的动态时间弯曲距离故障区段定位方法，其中特征在于：所述录波数据变化为两极值点之间数据变化差值最大的两点。根据所述的基于时间序列压缩的动态时间弯曲距离故障区段定位方法，其中的步骤A包括：S41，对于简单信号，设置信号x1及x2，其中x1＝sin(2πft)，x2＝sin(2πft+α)，其中t＝[0,0.0001,…,0.002]，其中f为模拟小电流接地故障中的高频信号，f＝1000Hz，其中α用于用来模拟同步误差，α取值范围为0～π；S42，构建时间序列x1＝sin(2πft)和x2＝Asin(2πft)+K，其中t＝[0,0.0001,…,0.002]，A＝[1,2,…,20]，t＝[-2,-1.75,…,2]，f＝1000Hz；S43，执行数据处理，得到新的数据序列。根据所述的基于时间序列压缩的动态时间弯曲距离故障区段定位方法，其中步骤B还包括：S61，对与两个时间序列x与y长度分别为m和n，从元素(x1,y1)开始，它们之间当前格点累加距离Dtw(i,j)为其中d(xi,yi)＝|xi-yj|表示当前格点两元素之间的距离，当前格点累加至的最后一个序列(xm,yn)时，所得到的累加距离Dtw(m,n)为两序列的动态时间弯曲距离；S62，求出两时间序列的动态弯曲距离后在进行归一化处理，其中归一化处理公式为根据所述的基于时间序列压缩的动态时间弯曲距离故障区段定位方法，该方法还包括：使用主站结合线路拓扑结构，使用说是不步骤S61及S62计算公式计算出相邻区段零模电流的DTW距离，选出DTW距离最大的区段即为故障区段。本专利技术的有益效果为：所提方法不需要电压信息，仅需上送各监测点零模电流故障后一个周波内的初始值、极值以及两极值点之间数据变化最大的两点，数据量相比原时间序列至少减少了一半以上，大大减少了通信成本；对于高频信号，动态时间弯曲距离算法在抗同步误差能力和信号幅值反应能力上较强于相关系数法；且数据压缩后的新时间序列在DTW距离上的相似度表达能力上基本与原时间序列一致，从而所提方法鲁棒性较强且不需要严格时间同步。附图说明图1所示为现有技术的单相接地故障简化模型图；图2a，2b分别所示为现有技术的故障点上游区段模电流波形和频谱图；图3a，3b分别所示为故障点下游区段零模电流波形和频谱图；图4所示为根据本专利技术实施方式的流程图；图5a，5b分别为本专利技术实施方式的不同算法抗时间同步误差比较图；图6a，6b分别为本专利技术实施方式的不同算法和时间序列幅值反应能力比较图；图7a，7b分别为本专利技术实施方式的不同算法直流反应能力比较图；图8为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于时间序列压缩的动态时间弯曲距离故障区段定位方法，其特征在于，该方法包括：A.对馈线终端设备采集到的故障录波数据进行预先处理，预先处理包括提取录波数据的初始值和极值以及录波数据变化，得到录波数据新的时间序列；B.将时间序列发送至主站，使用主站采用动态时间弯曲距离算法求取两相邻馈线终端设备零模电流的相似性，从而判出故障区段。

【技术特征摘要】
1.一种基于时间序列压缩的动态时间弯曲距离故障区段定位方法，其特征在于，该方法包括：A.对馈线终端设备采集到的故障录波数据进行预先处理，预先处理包括提取录波数据的初始值和极值以及录波数据变化，得到录波数据新的时间序列；B.将时间序列发送至主站，使用主站采用动态时间弯曲距离算法求取两相邻馈线终端设备零模电流的相似性，从而判出故障区段。2.根据权利要求1所述的基于时间序列压缩的动态时间弯曲距离故障区段定位方法，其特征在于，所述的步骤A还包括：馈线终端设备采集故障录波包括采用线电压突变量启动算法，判断是否出现故障，若出现判断出故障为单相接地故障后，则使用馈线终端设备执行故障录波，其中的录波包括取故障后一周波零序电流的初始时间序列。3.根据权利要求2所述的基于时间序列压缩的动态时间弯曲距离故障区段定位方法，其特征在于：馈线终端设备采集得到的故障录波包括4个周波，以及故障发生后8个周波内的零序电流信息量。4.根据权利要求1所述的基于时间序列压缩的动态时间弯曲距离故障区段定位方法，其特征在于：所述录波数据变化为两极值点之间数据变化差值最大的两点。5.根据权利要求1所述的基于时间序列压缩的动态时间弯曲距离故障区段定位方法，其特征在于，所述的步骤A包括：S41，对于简单信号，设置信号x1及x2，其中x1＝sin(2πft...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗勋华，张维，郭上华，许冲冲，谭卫斌，魏浩铭，
申请(专利权)人：珠海许继电气有限公司，国网北京市电力公司，
类型：发明
国别省市：广东,44