基于零序电流波形区间斜率曲线的高阻故障辨识方法及系统技术方案

本公开提供了一种基于零序电流波形区间斜率曲线的高阻故障辨识方法及系统，接收零序电流滤波数据，从波形形态特征的角度描述高阻故障非线性特征，采用最小二乘法计算基于采样点扩展区间的斜率，对计算后的采样点扩展区间的斜率采用格拉布斯准则进行处理，筛选出异常值，根据处理后的斜率曲线，确定是否出现高阻故障。能够实现对高阻故障不同故障场景(中性点接地方式、接地介质和过渡电阻)的稳定燃弧或接地介质击穿过程(弱电弧、无电弧)中不同程度非线性特征的可靠检测。

High Resistance Fault Identification Method and System Based on Zero Sequence Current Waveform Interval Slope Curve

【技术实现步骤摘要】
基于零序电流波形区间斜率曲线的高阻故障辨识方法及系统
本公开属于故障诊断领域，具体涉及一种基于零序电流波形区间斜率曲线的高阻故障辨识方法及系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。配电网高阻故障是一种常见的故障形式，并以单相接地故障为主，一般是由于线路发生断线或树障，使得线路与水泥、沙地、树木等高阻抗的接地介质发生接触。由于其故障电流微弱，往往不到数10A，甚至1A以内，配电网现有的继电保护装置以及传统故障保护算法均难以对其实现有效检测。此外，高阻故障常伴随电弧，其非线性也给故障检测带来了一定的影响。据统计，目前配电网中所安装的继电保护装置对弧光高阻故障的检测率不足20％，无法满足故障辨识可靠性的需求，对系统的稳定运行以及人员财产的安全产生巨大的隐患。据专利技术人了解，国内外对于高阻故障的检测方法主要基于扰动发生后十几毫秒内的暂态特征量或是后续几百毫秒到几秒的高频特征信号的分析。对于暂态特征量，当接地电阻达到一定值时，故障前后暂态特征量基本未发生明显变化，因而此类方法对故障接地过渡电阻的适用范围有限；对于高频特征信号，由于高阻故障的非线性是来自于电弧的燃烧和接地固体介质的击穿，当电弧轻微燃烧时，故障非线性主要由接地固体介质击穿引起，此时故障高频信号特征微弱，难以检测。另外，配电网一般处于较高的噪声环境之下，当发生高阻故障时，故障电流的微弱导致暂态特征量和高频特征量非常容易受到噪声的干扰，因此传统高阻故障检测算法始终难以在实际应用环境下保证较高的检测可靠性。
技术实现思路
本公开为了解决上述问题，提出了一种基于零序电流波形区间斜率曲线的高阻故障辨识方法及系统，本公开能够有效抑制或消除实际故障波形中因电弧和强噪声等产生的不规则畸变对区间斜率曲线的影响。根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：一种基于零序电流波形区间斜率曲线的高阻故障辨识方法，包括以下步骤：接收零序电流滤波数据，从波形形态特征的角度描述高阻故障非线性特征，采用最小二乘法计算基于采样点扩展区间的斜率，对计算后的采样点扩展区间的斜率采用格拉布斯准则进行处理，筛选出异常值，根据处理后的斜率曲线，确定是否出现高阻故障。作为可能的实施方式，获取零序电流波形曲线，采用最小二乘法对区间内曲线进行线性拟合，以拟合后的直线斜率作为该采样点所对应的区间斜率，从而获取零序电流的区间斜率曲线。作为可能的实施方式，利用格拉布斯法斜率计算区间逐个进行检测并滤除短时突变点，从而修正每一个采样点对应的区间斜率，具体包括：1)对原始采样数据进行滤波；2)对于一采样点，从零序电流采样信号中提取范围为R的区间信号，并计算区间信号中各点的格拉布斯归一化残差；3)确定置信概率，根据当前区间信号中的采样点个数获取格拉布斯临界值GP[i]，逐一将计算出的各采样点残差G[i]与GP[i]对比，若G[i]<GP[i]，则将该采样点在当前区间信号中剔除，直到整个信号的采样点全部检测完毕；4)若信号I0,R内不存在G[i]<GP[i]的采样点，则对最终的区间信号进行基于最小二乘的线性拟合，计算出该采样点nS经格拉布斯法处理后的区间斜率kS[nS]；对采样点nS+1，重新进行步骤2)到4)，直到所有采样点对应的区间斜率kS计算完毕。作为可能的实施方式，非故障情况下，零序电流波形区间斜率曲线在每半个周期只具有一个波峰；而在故障情况下则具有至少两个波峰。作为可能的实施方式，采用快速傅里叶变换逐周期计算零序电流的相位，从而标定周期内基频信号最大最小值点；考虑到波形非线性情况下采用快速傅里叶变换进行相位计算的偏差，分别在以最大和最小值点为中心的一定范围搜索区间斜率的最低点，以最低点为边界，将每个周期进行进一步的划分，得到最终的分析范围。作为可能的实施方式，在分析范围内逐个寻找极小值点，在以极小值点为分界点，将一个周期分为两个小区间，在前后两个小区间内分别寻找最大斜率值，如果同时满足约束条件，则认为该分析范围内具有故障波形的畸变特征，且两个小区间均满足时，该周期为故障特征周期。约束条件包括：(1)两个小区间内的最大斜率值之和与灵敏系数的乘积大于等于极小值的斜率；(2)在各区间存在斜率等于极小值的斜率与对应区间的最大斜率值的平均值的点，且该点的数量为二；(3)区间长度与每半个周期的采样点个数的差值小于等于相位计算偏差设定的裕度。作为可能的实施方式，在N个故障特征周期连续出现时，认为高阻故障发生，N大于2。一种基于零序电流波形区间斜率曲线的高阻故障辨识系统，包括处理器，所述处理器被配置为执行以下指令：从波形形态特征的角度描述高阻故障非线性特征，采用最小二乘法计算基于采样点扩展区间的斜率，对计算后的采样点扩展区间的斜率采用格拉布斯准则进行处理，筛选出异常值，根据处理后的斜率曲线，确定是否出现高阻故障。一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种基于零序电流波形区间斜率曲线的高阻故障辨识方法。一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种基于零序电流波形区间斜率曲线的高阻故障辨识方法。与现有技术相比，本公开的有益效果为：本公开从波形形态特征的角度描述高阻故障非线性特征，采用最小二乘法计算基于采样点扩展区间的斜率，既实现对故障非线性畸变的描述，也一定程度降低了实际波形中由于噪声、电弧燃烧以及其他系统元件造成的非“零休”的轻微非线性在区间斜率曲线上的影响。本公开采用Grubbs准则对区间斜率进行处理，通过迭代的异常值筛选流程，抑制或消除短时不规则畸变对区间斜率的影响有很好的效果。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1是基于最小二乘法的波形区间斜率示意图；图2(a)是正常情况下波形及区间斜率曲线；图2(b)是高阻故障波形及区间斜率曲线；图3(a)是中性点不接地系统经水泥杆塔高阻接地故障Grubbs法处理前后的区间斜率示意图；图3(b)是谐振接地系统经干土地高阻接地故障Grubbs法处理前后的区间斜率示意图；图4是不同条件下算法检测成功率示意图；图5是三种算法抗噪性能对比示意图；图6是总体流程示意图；图7是基于Grubbs准则的区间采样点迭代筛选流程示意图；图8是检测流程示意图；具体实施方式：下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本实施例使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。为了保证高阻故障在稳定燃弧或接地介质击穿等复杂过程辨识结果的可靠性和安全性，本实施例提出了一种基于零序电流区间斜率曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于零序电流波形区间斜率曲线的高阻故障辨识方法，其特征是：包括以下步骤：接收零序电流滤波数据，从波形形态特征的角度描述高阻故障非线性特征，采用最小二乘法计算基于采样点扩展区间的斜率，对计算后的采样点扩展区间的斜率采用格拉布斯准则进行处理，筛选出异常值，根据处理后的斜率曲线，确定是否出现高阻故障。

【技术特征摘要】
1.一种基于零序电流波形区间斜率曲线的高阻故障辨识方法，其特征是：包括以下步骤：接收零序电流滤波数据，从波形形态特征的角度描述高阻故障非线性特征，采用最小二乘法计算基于采样点扩展区间的斜率，对计算后的采样点扩展区间的斜率采用格拉布斯准则进行处理，筛选出异常值，根据处理后的斜率曲线，确定是否出现高阻故障。2.如权利要求1所述的一种基于零序电流波形区间斜率曲线的高阻故障辨识方法，其特征是：获取零序电流波形曲线，采用最小二乘法对区间内曲线进行线性拟合，以拟合后的直线斜率作为该采样点所对应的区间斜率，从而获取零序电流的区间斜率曲线。3.如权利要求1所述的一种基于零序电流波形区间斜率曲线的高阻故障辨识方法，其特征是：利用格拉布斯法斜率计算区间逐个进行检测并滤除短时突变点，从而修正每一个采样点对应的区间斜率，具体包括：1)对原始采样数据进行滤波；2)对于一采样点，从零序电流采样信号中提取范围为R的区间信号，并计算区间信号中各点的格拉布斯归一化残差；3)确定置信概率，根据当前区间信号中的采样点个数获取格拉布斯临界值GP[i]，逐一将计算出的各采样点残差G[i]与GP[i]对比，若G[i]<GP[i]，则将该采样点在当前区间信号中剔除，直到整个信号的采样点全部检测完毕；4)若信号I0,R内不存在G[i]<GP[i]的采样点，则对最终的区间信号进行基于最小二乘的线性拟合，计算出该采样点nS经格拉布斯法处理后的区间斜率kS[nS]；对采样点nS+1，重新进行步骤2)到4)，直到所有采样点对应的区间斜率kS计算完毕。4.如权利要求1所述的一种基于零序电流波形区间斜率曲线的高阻故障辨识方法，其特征是：非故障情况下，零序电流波形区间斜率曲线在每半个周期只具有一个波峰；而在故障情况下则具有至少两个波峰。5.如权利要求1所述的一种基于零序电流波形区间斜率曲线的高阻故障辨识方法，其特征是：采用快速傅里叶变换逐周期计算零序电流的相位，从而标定...

【专利技术属性】
技术研发人员：张恒旭，韦明杰，石访，王雪文，邢晓东，孙百聪，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37