一种基于同步挤压小波变换的配电网单相高阻接地故障选线方法技术

本发明专利技术公开了一种基于同步挤压小波变换的配电网单相高阻接地故障选线方法，通过同步挤压小波变换计算故障主频率下各馈线的故障能量和故障角度参数，并在二维坐标轴中，通过直线距离计算每条馈线的距离特征，最后比较各馈线的距离特征来进行选线。仿真结果显示，故障线路结构、位置、故障发生时刻以及故障过渡电阻等因素对于该算法的影响较小，相比于其他方法，本发明专利技术能更好的适应于复杂的配电网结构，且算法处理精度较高，不受主观因素的影响，使配电网单相高阻接地故障选线更加准确和可靠。

A method of single-phase grounding fault line selection for distribution network based on synchronous squeeze wavelet transform

The invention discloses a single-phase high resistance grounding fault line selection method for distribution network based on synchronous extrusion wavelet transform. The fault energy and fault angle parameters of each feeder under the main frequency of fault are calculated by synchronous extrusion wavelet transform, and the distance characteristics of each feeder are calculated by linear distance in two-dimensional coordinate axis. Finally, the distance characteristics of each feeder are compared to select the line. The simulation results show that the factors such as fault line structure, location, fault occurrence time and fault transition resistance have less influence on the algorithm. Compared with other methods, the proposed method can be better adapted to complex distribution network structure, and the algorithm has higher processing accuracy and is not affected by subjective factors, so that the single-phase high resistance grounding fault line selection of distribution network is more accurate and reliable.

【技术实现步骤摘要】
一种基于同步挤压小波变换的配电网单相高阻接地故障选线方法
本专利技术属于配电网单相高阻接地故障选线
，具体涉及一种基于同步挤压小波变换的配电网单相高阻接地故障选线方法。
技术介绍
我国10kV配电网多采用中性点经消弧线圈接地运行方式。对于经过像树木等非金属性导体接地这种常见的故障简称高阻接地故障，由于故障电流幅值小，且存在非线性变化等特点使得选线或定位装置难以可靠动作。据研究机构统计，高阻接地故障占配电网故障的比例要高于10％，而传统的技术手段进行单相高阻接地故障选线的成功率不到20％。因此，为提高供电可靠性，有必要针对该故障的特点加以分析，找出较为合理的应对方案。国内外研究人员对于配电网单相高阻接地故障研究发现：当发生接地故障时，其过渡电阻阻值大且非线性变化，导致故障电流幅值小，变化不对称，并且伴随有电弧电流，整体呈非线性变化，含有大量不同频率的谐波分量等。根据故障电流变化的特点，多种检测方法被提出用于接地故障检测。W.C.Santos，张翠玲，吕红运等人采用小波变换，EMD，S变换等智能算法来进行能量法故障选线。但是这类智能算法时频分辨率低，容易出现频率混叠现象，同时受到线缆混合结构的影响，暂态能量的区分度不大。也有研究采用计算零序功率变化量的方法来进行故障选线，但这种算法需要人为整定变化参考值，可能会造成误判。一些研究采用判断故障线路出口的零序功率极性的方法来进行选线。但这类算法未考虑实际配网中含有分支馈线的情况，会出现馈线零序电流极性相同。综上所述，上述算法大都考虑不够全面，选线算法的可靠性和准确性存在一定不足。同步挤压小波变换算法是连续小波变换发展而来的一种高分辨率的时频分析算法，具有良好的时频分辨能力。目前，许多研究开始尝试使用同步挤压小波变换对非平稳信号来进行处理，并取得了许多不错的成果。比如：提取电力系统时变谐波；信号瞬时频率的识别以及信号的重构等。但到目前为止，还未应用到接地故障选线当中。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，针对经消弧线圈接地系统的高阻接地故障，提供一种基于同步挤压小波变换的配电网单相高阻接地故障选线方法。为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种基于同步挤压小波变换的配电网单相高阻接地故障选线方法，包括以下步骤：S1：提取各监测点的零模电流；S2：通过同步挤压小波变换分解故障电流得到时频矩阵以及时频图，并对比分析与小波变换时频图的差异；S3：从时频矩阵中提取出最大时频脊线，并结合故障线路暂态能量远大于健全线路以及故障线路零序电流滞后健全线路的特点，计算出各条线路的归一化的挤压能量Wk和挤压相角S4：在二维坐标轴中，利用闵可夫斯基距离计算得到每条线路的距离特征，计算得到故障距离dfi和非故障距离dnfi；S5：根据选线判据，比较故障距离和非故障距离特征选出故障线路。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：上述的步骤S3中，各条线路在最大时频脊线上的挤压能量Wk计算公式为：上述的挤压能量Wk归一化公式为：式(5)为第i条线路的最大时频脊能量占线路总能量的比率，根据式(6)进行归一化处理得到归一化参数ηi，故障电路的归一化参数ηi为1，健全线路的归一化参数ηi小于1。上述的步骤S3中，各条线路的挤压相角计算公式如下：式中，代表第i条馈线与第j条馈线的挤压相角差，若第i条馈线为故障馈线，则的值接近于1，若为非故障馈线，则的值接近于0.2。上述的步骤S4中，故障距离dfi和非故障距离dnfi计算公式如下：式中q取2，故障馈线的dfi接近于0，dnfi则接近于而非故障馈线则相反。上述的步骤S5中，选线判据为：当馈线i的故障距离dfi最小，非故障距离dnfi最大且满足dfi＜dnfi时，馈线i为故障线路，否则为非故障线路。本专利技术具有以下有益效果：1：本专利技术的核心是同步挤压小波变换，规避了小波变换时频分辨差，容易出现频率交叉的短板。2：本专利技术利用能量法有效的弥补了相位极性法的缺陷，将两者结合起来，提高了算法判别的准确性。3：本专利技术不受故障位置，故障初始角，故障过渡电阻，馈线结构等外部条件的影响。通过闵可夫斯基距离计算得到的最终判定条件不受人为参数整定因素的干扰，提高了算法的可靠性。附图说明图1为高阻接地故障的等值电路图。图2为本专利技术的高阻接地故障选线算法流程图。图3为本专利技术实施例的配电网仿真模型。图4本专利技术实施例的高阻接地故障模型图。图5本专利技术实施例的故障电流波形。图6本专利技术实施例的同步挤压小波变换时频图。图7本专利技术实施例的小波变换时频图。图8本专利技术实施例的各馈线的最大时频脊线能量。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例作进一步详细描述。1本专利技术涉及的高阻接地故障暂态分析目前配电网的消弧线圈已广泛采用自动调谐控制方式。当系统发生单相高阻接地故障时，能在25ms左右调节消弧线圈达到最佳补偿状态。由于过渡电阻的阻抗很大，所以在分析暂态特征的时候，可以忽略线路阻抗对零序电流的影响。图1为高阻接地故障的等值电路图。uk为等效时变电源ik为故障电流,Rrandom为随时间非线性变化过渡电阻，L为消弧线圈等值电感，C0为配电网对地电容总和。图1所示的电气量表达式，如式(1)所示。其中：δh＝2C0Rrandom式中，ik.t为暂态电流，ik.s为稳态电流；ωf为暂态电流的自由振荡频率；δh为暂态电流的衰减常数；a为随机变化的常数；A,B,D,E为常数，与系统线路参数和故障初始角有关。由于Rrandon随时间非线性变化，导致ωf，δh也在非线性变化，使得暂态电流ik.t的振荡衰减变化随机性较大，同时aUm也在随机变化，最终暂态电流ik.t呈现出随机性的非线性变化。另外考虑消弧线圈的实际控制方式，在故障发生后的第一个周波，消弧线圈对故障电流的补偿很小，所以暂态电流ik.t基本为容性电流。相比暂态电流ik.t，稳态电流ik.s受过渡电阻的影响较小，所含的故障特征比较少，且此时消弧线圈已达到最佳补偿状态，稳态电流ik.s的值就比较小，不利于故障选线。综上所述，高阻接地故障的选线宜采用故障暂态电流对其进行分析。另外考虑到电流互感器的传变以及选线装置的精度，电流二次值不宜小于0.5A。因此，对于高阻接地电流一次值小于5A的情况本专利技术不做讨论。2本专利技术涉及的同步挤压小波变换理论同步挤压小波变换最早是由IngridDaubechies提出的，是一种由连续小波变换发展而来的高分辨率的时频分析方法，广泛应用于信号的提取和重构。对于非平稳信号S(t)的具体处理方法如下：1.选取合适母小波计算信号S(t)的小波变换系数Wf(a,b)。2.求取同步挤压系数Tf(ωl,b)：信号数S(t)的采样长度为n＝2L+1，采样间隔为Δt，令na＝32L,则信号的频率范围为规定ω0＝1/(nΔt)，ωl＝2lΔwω0,l＝0,1,na-1，根据信号采样定理可知所以间隔频率则频率区间可以划分为由此可得出信号S(t)在中心频率ωl的同步挤压系数为：式(3)其中由(3)式可以看出，由于Wf(a,b)的求和被限制在中心频率之间，所以可以细化各频率曲线，消除交叉项，避免频率混叠现象，提高精度。3本专利技术的故障选线算法3.1最大时频脊线能量的计算时频面的最大时频脊线反应了零序电流随时间变化的过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于同步挤压小波变换的配电网单相高阻接地故障选线方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：提取各监测点的零模电流；S2：通过同步挤压小波变换分解故障电流得到时频矩阵以及时频图，并对比分析与小波变换时频图的差异；S3：从时频矩阵中提取出最大时频脊线，并结合故障线路暂态能量远大于健全线路以及故障线路零序电流滞后健全线路的特点，计算出各条线路的归一化的挤压能量Wk和挤压相角

【技术特征摘要】
1.一种基于同步挤压小波变换的配电网单相高阻接地故障选线方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：提取各监测点的零模电流；S2：通过同步挤压小波变换分解故障电流得到时频矩阵以及时频图，并对比分析与小波变换时频图的差异；S3：从时频矩阵中提取出最大时频脊线，并结合故障线路暂态能量远大于健全线路以及故障线路零序电流滞后健全线路的特点，计算出各条线路的归一化的挤压能量Wk和挤压相角S4：在二维坐标轴中，利用闵可夫斯基距离计算得到每条线路的距离特征，计算得到故障距离dfi和非故障距离dnfi；S5：根据选线判据，比较故障距离和非故障距离特征选出故障线路。2.根据权利要求1所述的一种基于同步挤压小波变换的配电网单相高阻接地故障选线方法，其特征在于：步骤S3所述各条线路在最大时频脊线上的挤压能量Wk计算公式为：3.根据权利要求2所述的一种基于同步挤压小波变换的配电网单相高阻接地故障选线方法，其特征在于：所述挤压能量Wk归一化公式为：式(5)为第i条线路的最大时...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩笑，罗维真，王春蘅，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32