基于ESMD的配电网单相接地故障区段定位方法技术

本发明专利技术涉及一种基于ESMD的配电网单相接地故障区段定位方法，包括以下步骤：（1）判断母线零序电压值是否越限，若是，则执行步骤（2）；若否，则返回步骤（1）；（2）采集各测点故障后1/2工频周期内的零序电流信号；（3）对采集到的零序电流信号进行ESMD分解，得到一系列本征模态函数IMF及余量函数R；（4）对ESMD分解所得到的本征模态函数IMF及余量函数R构造描述暂态零序电流波形震荡强度的故障暂态能量函数；（5）基于故障暂态能量函数通过构造故障区段逻辑判断函数对其进行规格化处理；（6）结合配电网络拓扑结构确定故障所在区段。本发明专利技术对不同接地方式、不同过渡电阻和不同故障角下的接地故障都能表现出极好的适应性，易于工程实现。

【技术实现步骤摘要】
基于ESMD的配电网单相接地故障区段定位方法
本专利技术涉及电力系统继电保护
，尤其涉及一种基于ESMD的配电网单相接地故障区段定位方法。
技术介绍
当非有效接地系统发生单相接地故障时，因线电压继续保持对称，可极大提高供电可靠性，目前国外主要发达国家的配电网整体上也从小电阻接地方式逐渐向消弧线圈为代表的非有效接地方式过渡。但这种中性点经消弧线圈接地系统，因消弧线圈对配电网电容电流进行了一定程度补偿，使得整个配电网在故障发生后其电流分布规律发生了重大改变，给故障的定位排查带来了极大困难，这也使得小电流接地系统的故障定位问题成为传统配电网中为数不多的尚未得到彻底解决的问题之一。为解决这一问题，许多学者进行了大量研究，提出了一系列选线定位方案，大致包括稳态分量法、暂态分量法和信号注入法。从近年实际使用效果来看，基于稳态量的选线定位方法整体效果不佳，因其易受中性点接地方式、过渡电阻和不稳定电弧等因素影响，灵敏度低，容易发生误判；信号注入法的一个显著缺点是要大幅增加投资，且该方法并不能从根本上解决高阻接地故障问题；暂态法近年来受到高校学者、电力录波装置生产企业的青睐，主要因为消弧线圈补偿的对象是工频电流，对暂态过渡过程中的一些高频电流并没有显著的补偿效果，基于这个出发点提出了一系列基于暂态法的故障选线定位技术方案，但基于不同理论的暂态选线定位方法其效果、适用性也有相当大差异。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提供一种基于ESMD的配电网单相接地故障区段定位方法，该方法可有效提取故障暂态特征，有效规避了中性点接地方式、故障角、过渡电阻、故障发生位置等因素的影响，适用于缆线混连配电网、纯架空线配电网、同杆双回结构配电网，适用故障工况范围广，原理简单，易于工程实现。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于ESMD的配电网单相接地故障区段定位方法，包括以下步骤：(1)判断母线零序电压值是否越限，若是，则执行步骤(2)；若否，则返回步骤(1)；(2)采集各测点故障后1/2工频周期内的零序电流信号；(3)对采集到的零序电流信号进行ESMD分解，得到一系列本征模态函数IMF及余量函数R；(4)对ESMD分解所得到的本征模态函数IMF及余量函数R构造描述暂态零序电流波形震荡强度的故障暂态能量函数；(5)基于故障暂态能量函数通过构造故障区段逻辑判断函数对其进行规格化处理；(6)结合配电网络拓扑结构确定故障所在区段。本专利技术一个较佳实施例中，基于ESMD的配电网单相接地故障区段定位方法进一步包括所述步骤(1)中，当母线零序电压值超过0.15倍的母线额定电压值时，判定母线零序电压值越限。本专利技术一个较佳实施例中，基于ESMD的配电网单相接地故障区段定位方法进一步包括所述步骤(2)中，通过安装于配电网各测点的故障录波装置来采集各测点故障后1/2工频周期内的零序电流信号。本专利技术一个较佳实施例中，基于ESMD的配电网单相接地故障区段定位方法进一步包括所述步骤(3)包括以下步骤：(3.1)找出各测点零序电流实际采样信号I的所有极值点并依次将它们标记为Pi(i＝1,2,...,n)；(3.2)用线段连接各相邻极点，依次标记各线段中点为Fi(i＝1,2,...,n-1)；(3.3)通过线性插值法补充F0、Fn作为Fi的左右边界点；(3.4)对奇数序列的Fi构造插值线L1，对偶数序列的Fi构造插值线L2，并求出均值曲线L*；L*＝(L1+L2)/2(3.5)对I-L*重复步骤(3.1)-(3.4)直到|L*|≤ε或者筛选次数达到最大值K，此时分解得到第一个模态分量IMF1；其中，ε为预先设定的容许误差；(3.6)对I-IMF1重复步骤(3.1)-(3.5)依次获得IMF2，IMF3，…,直到余量R只剩一定数量的极点；(3.7)让最大筛选次数K于整数区间[Kmin,Kmax]内变换并重复步骤(3.1)-(3.6)得到一系列分解结果，计算方差比率σ/σ0，其中σ是I-R的相对标准差，σ0为I的标准差；其中，N为采样点数。(3.8)从区间[Kmin,Kmax]选出对应最小方差比率σ/σ0的最大筛选次数K0，据此重复步骤(3.1)-(3.6)输出分解结果。本专利技术一个较佳实施例中，基于ESMD的配电网单相接地故障区段定位方法进一步包括所述步骤(3.4)中，利用三次样条差值分别对奇数序列的Fi和偶数序列的Fi构造插值线。本专利技术一个较佳实施例中，基于ESMD的配电网单相接地故障区段定位方法进一步包括所述步骤(3.5)中，ε＝0.001σ0，σ0为I的标准差。本专利技术一个较佳实施例中，基于ESMD的配电网单相接地故障区段定位方法进一步包括所述步骤(4)包括以下步骤：(4.1)设第j个本征模态函数对应的解析表达式为：IMFj＝Aj(t)cosθj(t)其中，A(t)为振幅函数，θ(t)为相位函数；(4.2)定义t时刻故障零序电流信号所具有的瞬时能量值为：(4.3)定义单相接地暂态过程的能量函数为：其中，T为工频周期。本专利技术一个较佳实施例中，基于ESMD的配电网单相接地故障区段定位方法进一步包括所述步骤(5)包括以下步骤：(5.1)基于各测点计算所得的F＝{F1,F2,...,Fk}(5.2)令Fmax＝max{F1,F2,...,Fk}(5.3)引入故障区段逻辑判断函数：式中：i＝1,2,…,k判定：G＝1时，认为该测点位于故障点上游；G＝0时，认为该测点位于故障点下游或其它正常线路；G＝-1时，认为该测点采样信号不足以提供充分证据判断故障点位置。本专利技术解决了
技术介绍
中存在的缺陷，本专利技术的方法可有效提取故障后的暂态信号特征，对不同接地方式、不同过渡电阻和不同故障角下的接地故障都能表现出极好的适应性，尤其是能对800欧姆以内过渡电阻下所有故障角的单相接地故障进行准确区段定位，不受中性点接地方式影响，各测点仅需上传一个暂态能量函数值可有效降低通讯压力、节约投资成本，为配电网单相接地故障的处理提供有效决策依据，原理简单，易于工程实现，适用于缆线混连配电网、纯架空线配电网、同杆双回结构配电网，适用故障工况范围广。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的优选实施例的流程图；图2是本专利技术的优选实施例的基于实际配电网参数的缆-线混连PSCAD仿真模型图；图3是以图2模型为仿真数据来源，以故障点下游6号测点为例给出其各模态分解结果图；图4是以图2模型为仿真数据来源，以1、2、4、5、6、7、12、13号共8个测点为例，得到的各测点瞬时能量时域图。具体实施方式现在结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。如图1所示，一种基于ESMD的配电网单相接地故障区段定位方法，包括以下步骤：(1)判断母线零序电压值是否越限，若是，则执行步骤(2)；若否，则返回步骤(1)。母线零序电压值可根据配电网实际情况选定，本实施例中，优选当母线零序电压值超过0.15倍的母线额定电压值时，判定母线零序电压值越限，认为发生故障。(2)采集各测点故障后1/2工频周期内的零序电流信号。本实施例中，通过安装于配电网各测点的故障录波装置来采集各测点故障后1/2工频周期内的零序电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ESMD的配电网单相接地故障区段定位方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)判断母线零序电压值是否越限，若是，则执行步骤(2)；若否，则返回步骤(1)；(2)采集各测点故障后1/2工频周期内的零序电流信号；(3)对采集到的零序电流信号进行ESMD分解，得到一系列本征模态函数IMF及余量函数R；(4)对ESMD分解所得到的本征模态函数IMF及余量函数R构造描述暂态零序电流波形震荡强度的故障暂态能量函数；(5)基于故障暂态能量函数通过构造故障区段逻辑判断函数对其进行规格化处理；(6)结合配电网络拓扑结构确定故障所在区段。

【技术特征摘要】
1.一种基于ESMD的配电网单相接地故障区段定位方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)判断母线零序电压值是否越限，若是，则执行步骤(2)；若否，则返回步骤(1)；(2)采集各测点故障后1/2工频周期内的零序电流信号；(3)对采集到的零序电流信号进行ESMD分解，得到一系列本征模态函数IMF及余量函数R；(4)对ESMD分解所得到的本征模态函数IMF及余量函数R构造描述暂态零序电流波形震荡强度的故障暂态能量函数；(5)基于故障暂态能量函数通过构造故障区段逻辑判断函数对其进行规格化处理；(6)结合配电网络拓扑结构确定故障所在区段。2.根据权利要求1所述的基于ESMD的配电网单相接地故障区段定位方法，其特征在于，所述步骤(1)中，当母线零序电压值超过0.15倍的母线额定电压值时，判定母线零序电压值越限。3.根据权利要求1所述的基于ESMD的配电网单相接地故障区段定位方法，其特征在于，所述步骤(2)中，通过安装于配电网各测点的故障录波装置来采集各测点故障后1/2工频周期内的零序电流信号。4.根据权利要求1所述的基于ESMD的配电网单相接地故障区段定位方法，其特征在于，所述步骤(3)包括以下步骤：(3.1)找出各测点零序电流实际采样信号I的所有极值点并依次将它们标记为Pi(i＝1,2,...,n)；(3.2)用线段连接各相邻极点，依次标记各线段中点为Fi(i＝1,2,...,n-1)；(3.3)通过线性插值法补充F0、Fn作为Fi的左右边界点；(3.4)对奇数序列的Fi构造插值线L1，对偶数序列的Fi构造插值线L2，并求出均值曲线L*；L*＝(L1+L2)/2(3.5)对I-L*重复步骤(3.1)-(3.4)直到|L*|≤ε或者筛选次数达到最大值K，此时分解得到第一个模态分量IMF1；其中，ε为预先设定的容许误差；(3.6)对I-IMF1...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷志华，孙国强，卫志农，臧海祥，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32