基于暂态高频分量相关性分析的单相接地故障选线方法技术

一种基于暂态高频分量相关性分析的单相接地故障选线方法是根据母线零模电压瞬时值大小判断是否发生单相接地故障，对各馈线故障后两个工频周期的零模电流用db10小波进行5层小波包分解，去除最低频段后将各节点小波包分解系数重构求和得故障暂态高频电容电流分量，求取各馈线两两之间的相关系数矩阵M；设Si为第i条馈线故障暂态高频电容电流分量的相关性累加系数，当ρij＞ρset时，Si值加1，否则Si值减1，可得相关性累加系数矩阵S；若Si＞0恒成立，则母线发生故障；若仅有一条馈线的Si＜0，则该线路为故障线路；若Si＜0恒成立，则将高频段小波包能量总和最大的线路判定为故障线路。本发明专利技术经RTDS仿真实验验证，具有很好的精确性、适应性等。

Single phase to ground fault line selection method based on correlation analysis of transient high frequency components

A method of single-phase-to-ground fault line selection based on correlation analysis of transient high-frequency components is to judge whether single-phase-to-ground fault occurs or not according to the instantaneous value of bus zero-mode voltage. The zero-mode current of two power-frequency cycles after each feeder fault is decomposed by five-layer wavelet packet with db10 wavelet, and the wavelet packets of each node are divided after removing the lowest frequency band. The correlation coefficient matrix M between the two feeders is obtained by reconstructing the solution coefficients. Let S I be the correlation cumulative coefficient of the transient high-frequency capacitor current component of the first feeder. When P ij > P set, the value of S I is added by 1, otherwise the value of S I is subtracted by 1, the correlation cumulative coefficient matrix S can be obtained if S I > 0 is constant. If there is only one feeder with Si < 0, the line is a fault line. If Si < 0 is constant, the line with the maximum sum of wavelet packet energy in high frequency band is judged as a fault line. The invention is verified by RTDS simulation experiment, and has good accuracy and adaptability.

【技术实现步骤摘要】
基于暂态高频分量相关性分析的单相接地故障选线方法
本专利技术涉及一种单相接地故障选线方法，特别是一种用于中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障的选线方法，具体是指用db10小波包对各馈线故障发生后两个工频周期的零模电流进行5层分解，提取故障暂态高频分量，利用相关性分析和高频段小波包能量总和构成的互补判据实现单相接地故障选线。
技术介绍
长期以来，谐振接地系统单相接地故障选线一直是未有效解决的难题，当中性点采用消弧线圈接地方式后，基于功率零序方向型的保护原理不再成立，原有的单相接地保护装置的适用性受到了前所未有的挑战，为了解决谐振接地系统单相接地故障选线的难题，先后提出了五次谐波保护法、零序电流有功分量保护法、首半波法、注入信号法等，以上选线方法易受接地方式、消弧线圈补偿度等因素影响，投入较大且故障稳态信号不易被检测等，极易导致误判或漏判。传统的利用相关性分析进行选线的方法主要有：文献《基于时域下相关分析法的小电流接地故障选线》通过计算各出线零序电流和母线零序电压导数之间的相关系数实现故障选线；文献《谐振接地电网故障选线相关分析法》、专利《一种基于故障信号暂态相关分析的配电网小电流接地故障选线方法》（申请号201310672204.5，已授权）直接对各线路暂态零序电流或相电流进行相关性分析形成相关系数矩阵，利用最大最小相关系数差值确定故障线路，当接地电阻较大、故障初相角较小时，故障暂态特征不明显，直接利用暂态零序电流或相电流结合相关性分析进行选线极易导致错选，选线效果大幅降低。文献《基于高频分量相关度分析的故障选线方法》利用EMD分解提取各线路零序电流纯故障分量中的暂态频率分量，利用瞬时频率分析剔除工频分量，提取相应的高频分量，形成相关系数矩阵并求出各线路综合相关系数，利用综合相关系数最大值与最小值之差确定故障线路，该选线方法只是去除工频分量，无法去除零序电流中的低频暂态感性分量，如果不继续加以处理，会降低选线的准确性，甚至误判，选线效果欠佳；文献《基于暂态主频分量相关性分析的故障选线算法》、《基于主频零序功率的配电网故障选线新方法》利用prony算法提取各馈线主频零序电流和母线主频零序电压，根据故障线路与非故障线路暂态主频分量存在显著差异，各非故障线路暂态主频分量波形相似的特点，利用相关性分析得出综合相关系数进行正确选线，或将各馈线主频零序电流和母线主频零序电压二者相乘计算各馈线所对应的主频零序功率，根据各线路主频零序功率得到相关系数矩阵，利用综合相关系数进行选线，但线路主频易受网络参数、故障发生时刻等多种因素的影响，不同线路的主频也不一定相一致，因此，该选线方法的实际效果还有待于观察。以上选线方法皆未考虑当母线有两条出线且线路发生单相接地故障时相关性分析选线的适应性、正确性，具有一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在解决谐振接地系统单相接地故障选线准确度低、可靠性差的难题，提出一种基于暂态高频分量相关性分析的单相接地故障选线方法，该选线方法在不同接地电阻、故障初相角、消弧线圈补偿度、故障位置等因素影响下均能够正确选线，完全适用于中性点经消弧线圈接地的供配电系统。本专利技术为实现其目的所采取的技术方案是：利用db10小波对各馈线单相接地故障发生后两个工频周期的零模电流进行5层小波包分解，去掉包含稳态工频量和暂态感性分量的最低频段后，对各节点小波包分解系数重构求和，提取出故障暂态高频电容电流分量，根据单相接地故障发生后故障线路与非故障线路重构故障暂态高频电容电流信号波形存在显著差异，各非故障线路重构故障暂态高频电容电流信号波形相似的特点，利用相关性分析进行选线；同时利用故障线路高频段小波包能量总和大于非故障线路高频段小波包能量总和的特点，构成单相接地故障选线的互补判据，克服了母线有两条出线时相关性分析无法自动进行选线的难题，可对谐振接地系统单相接地故障进行快速的选线，按照如下具体方法步骤进行实现：一种基于暂态高频分量相关性分析的单相接地故障选线方法，所述选线方法是按下列具体步骤进行的：（1）当母线零模电压瞬时值u0(t)＞整定值时，单相接地故障选线算法启动，以8kHz的采样频率记录各馈线故障发生后两个工频周期的零模电流i(t)；（2）利用db10小波对各馈线故障发生后两个工频周期的零模电流i(t)进行5层小波包分解，得到各节点的小波包分解系数；（3）去掉包含稳态工频量和暂态感性分量的最低频段，对各节点小波包分解系数重构求和，得各馈线故障暂态高频电容电流分量，各馈线故障暂态高频电容电流分量两两之间的相关系数记为ρij，ρij可表示为：上式中xi（n）、yj（n）为第i条馈线和第j条馈线的重构故障暂态高频电容电流信号；n为采样序列，n=1表示故障发生时刻；N为各馈线故障暂态高频电容电流分量数据长度；ρij（i≠j）为互相关系数，取值范围为[-1,1]；ρ11、ρ22、、ρpp为自相关系数，其值均为1；利用相关性分析可得各馈线故障暂态高频电容电流分量两两之间的相关系数矩阵M，如下所示：（4）设Si为第i条馈线故障暂态高频电容电流分量的相关性累加系数，初值设为0，根据相关性强弱系数表，实际使用中考虑充足的选线裕度，设相关性阈值ρset=0.5，当ρij＞ρset时，Si值加1；当ρij＜ρset时，Si值减1，i为馈线编号，i=1,2,3,…，p；根据求出的Si构成相关性累加系数矩阵；（5）对分解出的各节点小波包分解系数按照下式求取各子频带所对应的能量：去除包含稳态工频量和暂态感性分量的最低频带后，按照下式求取各频带的能量总和：上述两式中Eqk为零模电流小波包分解到第[q,k]子频带的能量；为分解到[q,k]子频带的小波包分解系数，每个子频带共有m个（m=N/2q），q为分解的层数，k为小波包分解的第k个节点；E为剔除包含工频量和暂态感性分量的最低频带后各子频带的小波包能量总和;（6）若Si＞0恒成立，则判定为母线发生单相接地故障；若仅有一条馈线的相关性累加系数满足Si＜0，则判定该条线路为单相接地故障线路；若Si＜0恒成立，表明母线出线数l=2，相关性分析选线判据失效，利用去掉最低频段后的高频段小波包能量总和进行判断，高频段小波包能量总和最大的线路判定为单相接地故障线路。本专利技术上述选线方法技术方案与现有选线方法相比具有以下的优点。本选线方法是利用故障线路、非故障线路故障暂态高频电容电流分量波形和高频段小波包能量总和的差异，构成单相接地故障选线的互补判据，克服了母线有两条出线时利用相关性分析选线失败后无法进行正确选线的难题。本选线方法是以小波包变换和相关性分析为基础，充分利用故障暂态特征量，避免了故障特征不明显时可能导致选线失败情况的发生，提高了故障选线的可靠性和准确性。本选线方法是基于故障线路、非故障线路故障暂态高频电容电流幅值大、易检测的特点，该故障选线原理简单，极易在现有继保系统中拓展实现，完全适应于谐振接地系统。本选线方法的选线原理得出：对于中性点不接地、经高阻接地的小电流接地系统，该选线方法同样适用。附图说明图1是本专利技术中性点经消弧线圈接地的供电系统仿真模型。图2是本专利技术具体实施例1中线路L4发生单相接地故障时线路L1零模电流波形。图3是本专利技术具体实施例1中线路L4发生单相接地故障时线路L2零本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于暂态高频分量相关性分析的单相接地故障选线方法，所述选线方法是按下列具体步骤进行的：（1）当母线零模电压瞬时值u0(t) ＞整定值时，单相接地故障选线算法启动，以8kHz的采样频率记录各馈线故障发生后两个工频周期的零模电流i(t)；（2）利用db10小波对各馈线故障发生后两个工频周期的零模电流i(t)进行5层小波包分解，得到各节点的小波包分解系数；（3）去掉包含稳态工频量和暂态感性分量的最低频段，对各节点小波包分解系数重构求和，得各馈线故障暂态高频电容电流分量，各馈线故障暂态高频电容电流分量两两之间的相关系数记为ρij，ρij可表示为：

【技术特征摘要】
1.一种基于暂态高频分量相关性分析的单相接地故障选线方法，所述选线方法是按下列具体步骤进行的：（1）当母线零模电压瞬时值u0(t)＞整定值时，单相接地故障选线算法启动，以8kHz的采样频率记录各馈线故障发生后两个工频周期的零模电流i(t)；（2）利用db10小波对各馈线故障发生后两个工频周期的零模电流i(t)进行5层小波包分解，得到各节点的小波包分解系数；（3）去掉包含稳态工频量和暂态感性分量的最低频段，对各节点小波包分解系数重构求和，得各馈线故障暂态高频电容电流分量，各馈线故障暂态高频电容电流分量两两之间的相关系数记为ρij，ρij可表示为：上式中xi（n）、yj（n）为第i条馈线和第j条馈线的重构故障暂态高频电容电流信号；n为采样序列，n=1表示故障发生时刻；N为各馈线故障暂态高频电容电流分量数据长度；ρij（i≠j）为互相关系数，取值范围为[-1,1]；ρ11、ρ22、、ρpp为自相关系数，其值均为1；利用相关性分析可得各馈线故障暂态高频电容电流分量两两之间的相关系数矩阵M，如下所示：（4）设Si为第i条馈线故障暂态高频电容电流分量的...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿蒲龙，曲兵妮，罗超，郑丽君，高云广，宋建成，田慕琴，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14