一种新型微网故障的检测方法技术

本发明专利技术涉及一种新型微网故障的检测方法，基于dq变换，会出现2种扰动状态：正常扰动状态：包括并离网切换、负荷投切、等暂态扰动，但频率位置固定；故障扰动状态：由短路故障引起的暂态扰动，它会改变微网系统架构在小波包变换为信号提供了更加精细的分解方法，它将小波变换没有细分的高频部分再分解，能由信号的特征自动选择与信号频谱相匹配的频带，从而提高了时‑频分辨率，它能对含有大量中、高频信息的信号进行更好的时频局部化分析。与现有技术相比，本发明专利技术具有能够正确区分正常运行状态、正常扰动状态和强、弱故障扰动状态，尤其解决了目前故障检测方法不能区分正常扰动状态与弱故障状态问题等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种新型微网故障的检测方法
本专利技术涉及一种故障检测方法，尤其是涉及一种新型微网故障的检测方法。
技术介绍
微网一般包含多个分布式发电单元(distributedgeneration,DG)，它不同于传统大电网潮流的单向性，其潮流方向具有双向变化性；由于DG容量较小，其故障穿越能力差，且短路故障时线路上故障电流还受到变换器控制方法的限制，故障电流值比传统大电网的故障电流小得多。因此，传统大电网的检测与保护方法不能直接应用于微网。微网作为一个配电系统一部分，采用架空线路布线且线路距离较短，且线路需要接入至住宅区，因此线路易于掉到导电率较大的介质上，从而产生高阻接地故障。高阻故障出现后，其过渡电阻较大(大于100Ω)且非线性，还会伴随引起间歇性电弧；此时，系统的三相电压基本对称，但故障电流较小，故障特征不太明显，因此高阻接地故障也称为弱故障，这些因素导致高阻故障难以检测。但若这种弱故障长期检测不到且不加以处理，系统会因故障产生的过电压而出现新的接地点，导致事故扩大，甚至还会因故障时伴随的电弧而引起火灾，这样弱故障就变为大故障。因此，快速准确地检测出高阻接地故障(弱故障)具有重要意义。目前对于微网故障检测与保护已做了一些研究，但目前的故障检测方法基本能检测由接地或短路引起的低阻故障，但不能有效检测高阻故障。另外，微网中也存在并网与离网的切换、不同负荷的投切和不同DG的投切3类正常扰动状态，若不能正确区分正常扰动状态和故障扰动状态，还会使保护设备误动作。此外，微网中的负荷一般可由各DG通过下垂控制来均衡供电，这使得沿线电流幅值较小，若此时切除某个DG，其他位置的DG会对该切除DG处负荷重新供电，从而使沿线电流幅值增加。由于高阻接地故障(弱故障)电流信号中高频含量分布明显区别于其他扰动暂态电流信号，因此，可考虑利用高频分量来检测高阻接地故障(弱故障)。小波变换仅对信号的低频部分再做分解，而对高频部分不再继续分解，使得频率分辨率随频率增加而降低，它不能很好地表征含有大量细节的高频信号。因此，目前传统的扰动检测法中采用的小波变换方法能够有效地区分正常运行状态(并网、离网)与强故障扰动状态(由接地或短路引起的故障)，但却不能很好地区分正常扰动状态(并离网切换、负荷投切和DG投切)与弱故障扰动状态(高阻接地故障)。小波包变换能为信号提供更加精细化的分析方法，它能根据需要对小波变换中没有分解的高频信号再分解，然后对分解后的信号进行时频分析，它对包含大量中、高频信息的信号能够更好的时频局部化分析。因此，本专利技术选用小波包变换解决小波变换存在的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的不能区分正常扰动状态和弱故障扰动状态的缺陷而提供一种新型微网故障的检测方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种新型微网故障的检测方法，该方法包括如下步骤：步骤1：获取微网第N根母线BN上1个周期的a、b、c三相故障电流iaN(t)、ibN(t)和icN(t)；步骤2：通过坐标变换得到第N根母线BN上d轴、q轴的故障电流idN(t)、iqN(t)；步骤3：利用d轴、q轴的电流扰动特征量，获得BN上分析电流iFN(t)；步骤4：对分析电流iFN(t)进行db10小波变换，获取高频系数的绝对值中最大值作为扰动检测系数FDN；步骤5：设置扰动阈值来对扰动进行检测，若FDN>0.001则BN处发生扰动，并转入步骤6做进一步区分判断，否则BN处于正常运行状态；步骤6：设置强故障类别阈值对扰动进行检测，若FDN>30则判定BN处发生强故障扰动，否则转入步骤7再做进一步区分判断；步骤7：对分析电流iFN(t)归一化处理后进行8层db10小波包分解，获取第4～256个频带的小波重构系数wl(q)，其中，l为小波包频带数；q为采样点；步骤8：求取各层的小波能量El；步骤9：求取第4～256层的El之间能量方差与期望的和作为故障系数FFN；步骤10：设置故障阈值区分正常状态和弱故障状态，若FFN>0.5则发生了弱故障扰动，否则为正常扰动。优选地，所述步骤1中的获取母线BN上还包括1个周期的三相故障电流iabcN(t)，所述的1个周期的三相故障电流iabcN(t)为：其中，iaN(t)、ibN(t)和icN(t)为BN上1个周期的a相、b相和c相的故障电流；下标N为微网母线根数；H为1个周期的采样点数。优选地，所述步骤2中d轴、q轴的故障电流idN(t)、iqN(t)变换的变换方程为：其中，idN(t)、iqN(t)为第N根母线BN上d轴、q轴的电流；ωs为额定角频率，ωs＝2πfs，fs＝50Hz。优选地，所述步骤3中的分析电流iFN(t)的计算表达式为：iFN(t)＝|idN(t)|2+|iqN(t)|2。优选地，所述步骤7～步骤10用于区分正常扰动状态与弱故障扰动状态。优选地，所述步骤7中，需要再对分析电流iFN(t)归一化处理，选用db10小波包变换对其进行8层分解，并将频带按频率大小顺序重新排序，接着获取第4～256个频带的小波重构系数wl(q)，其中，l为小波包频带数；q为采样点；归一化处理是为了更好地体现不同信号在相同频率上的差异；8层db10小波包变换的目的在于：微网正常运行时，理想状态下分析电流应为直流即频率为0Hz附近，而当微网受到扰动后，分析电流不再为直流，其频率在0Hz以上，若电流采样率为10kHz，采用db10小波包进行8层分解，将会生成28＝256个频带，每个频带的宽度为19.53Hz；为了消除包含直流分量的第1个频带且避免工频50Hz所在最低频带的影响，求取第4～256个频带的小波重构系数。优选地，所述步骤8中，求取各层的小波能量El，其计算表达式为：优选地，所述步骤9中，求取第4～256层的El之间能量方差与期望的和作为故障系数FFN，由于正常扰动的频率分量位置固定，即频率分量种类少且波动小，而高阻接地故障这类弱扰动的频率分量位置变化，频率分量种类多且波动大，因此，采用能量方差和期望来表征频带之间频率波动情况。优选地，所述步骤10中，通过设置故障阈值区分正常状态和弱故障状态，若FFN>0.5则表明发生了弱故障扰动；否则，则为正常扰动，这样最终区分出了正常扰动和弱故障扰动。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术的故障检测方法能够正确区分正常运行状态(并网/离网)、正常扰动状态(并离网切换、负荷/DG投切)和强、弱故障扰动状态(单相/两相接地、两相/三相短路4种强故障，大过渡电阻和非线性高阻接地2种弱故障)，尤其解决了传统故障检测方法不能区分正常扰动状态与弱故障状态问题；(2)本专利技术的故障检测方法在各种不同的运行状况下都能得到正确的检测结果，不受故障类型、接地电阻、故障时间、故障相、负荷投切、DG投切等各种因素影响，本专利技术方法具有很强的适应性与工程应用性。附图说明图1为本专利技术的故障检测方法的流程图；图2为本专利技术实施例中微网的结构框架图；图3为本实施例中非线性高阻接地故障的模型图；图4为本实施例中大过渡电阻状态和并网状态的各层小波能量示意图；图5为本实施例中大过渡电阻状态和DG切除状态的各层小波能量示意图；图6为本实施例中非线性高阻接地故障状态和并网状态的各层小波能量示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型微网故障的检测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1：获取微网第N根母线BN上1个周期的a、b、c三相故障电流iaN(t)、ibN(t)和icN(t)；步骤2：通过坐标变换得到第N根母线BN上d轴、q轴的故障电流idN(t)、iqN(t)；步骤3：利用d轴、q轴的电流扰动特征量，获得BN上分析电流iFN(t)；步骤4：对分析电流iFN(t)进行db10小波变换，获取高频系数的绝对值中最大值作为扰动检测系数FDN；步骤5：设置扰动阈值来对扰动进行检测，若FDN>0.001则BN处发生扰动，并转入步骤6做进一步区分判断，否则BN处于正常运行状态；步骤6：设置强故障类别阈值对扰动进行检测，若FDN>30则判定BN处发生强故障扰动，否则转入步骤7再做进一步区分判断；步骤7：对分析电流iFN(t)归一化处理后进行8层db10小波包分解，获取第4～256个频带的小波重构系数wl(q)，其中，l为小波包频带数；q为采样点；步骤8：求取各层的小波能量El；步骤9：求取第4～256层的El之间能量方差与期望的和作为故障系数FFN；步骤10：设置故障阈值区分正常状态和弱故障状态，若FFN>0.5则发生了弱故障扰动，否则为正常扰动。...

【技术特征摘要】
1.一种新型微网故障的检测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1：获取微网第N根母线BN上1个周期的a、b、c三相故障电流iaN(t)、ibN(t)和icN(t)；步骤2：通过坐标变换得到第N根母线BN上d轴、q轴的故障电流idN(t)、iqN(t)；步骤3：利用d轴、q轴的电流扰动特征量，获得BN上分析电流iFN(t)；步骤4：对分析电流iFN(t)进行db10小波变换，获取高频系数的绝对值中最大值作为扰动检测系数FDN；步骤5：设置扰动阈值来对扰动进行检测，若FDN>0.001则BN处发生扰动，并转入步骤6做进一步区分判断，否则BN处于正常运行状态；步骤6：设置强故障类别阈值对扰动进行检测，若FDN>30则判定BN处发生强故障扰动，否则转入步骤7再做进一步区分判断；步骤7：对分析电流iFN(t)归一化处理后进行8层db10小波包分解，获取第4～256个频带的小波重构系数wl(q)，其中，l为小波包频带数；q为采样点；步骤8：求取各层的小波能量El；步骤9：求取第4～256层的El之间能量方差与期望的和作为故障系数FFN；步骤10：设置故障阈值区分正常状态和弱故障状态，若FFN>0.5则发生了弱故障扰动，否则为正常扰动。2.根据权利要求1所述的一种新型微网故障的检测方法，其特征在于，所述步骤1中的获取母线BN上还包括1个周期的三相故障电流iabcN(t)，所述的1个周期的三相故障电流iabcN(t)为：其中，iaN(t)、ibN(t)和icN(t)为BN上1个周期的a相、b相和c相的故障电流；下标N为微网母线根数；H为1个周期的采样点数。3.根据权利要求1所述的一种新型微网故障的检测方法，其特征在于，所述步骤2中d轴、q轴的故障电流idN(t)、iqN(t)变换的变换方程为：其中，idN(t)、iqN(t)为第N根母线BN上d轴、q轴的电流；ωs为额定角频率，ωs＝2πfs，fs＝50Hz。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：程启明，程尹曼，王玉娇，魏霖，沈磊，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31