一种基于多源信息的配电网单相接地故障辨识方法技术

本发明专利技术涉及一种基于多源信息的配电网单相接地故障辨识方法，属于电力系统继电保护技术领域。首先利用零序电压的突变能量作为单相接地故障辨识的功能性启动；然后结合零序电压的突变能量以及开关状态信息变化情况判定是否发生单相接地故障；最后采用最大熵估计功率谱来进一步区分开关动作和单相接地故障。本发明专利技术在采用零序电压突变能量和开关状态信息辨识故障的基础上加入了最大熵估计零序电流功率谱辨识，构成了一种基于多源信息的配电网单相接地故障辨识方法，可以有效地避免单相接地故障的漏选。

A single phase to ground fault identification method based on multi-source information

【技术实现步骤摘要】
一种基于多源信息的配电网单相接地故障辨识方法
本专利技术涉及一种基于多源信息的配电网单相接地故障辨识方法，属于电力系统继电保护

技术介绍
配电网拓扑结构复杂，且运行方式多变，线路众多，目前配电网络的单相接地故障检测所利用的信息源大部分都是单一的，要么只利用了电气量，要么只利用了开关的状态量，配电网的故障边界复杂，简单的一维信息难以确定配电网是否真正的发生故障，只有利用多维信息监测，才能保证其判定结果的准确性，这为配电网络的故障检测带来了困难。零序电压的突变能量能灵敏的反映出配电网的单相接地故障，但是负荷、补偿电容器组的投切以及开关的不同期动作等也会引起零序电压的变化，使得零序电压突变能量超过阈值，在采用零序电压突变能量和开关状态信息辨识故障时可能会漏选因为负荷的投切所导致的单相接地故障。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于多源信息的配电网单相接地故障辨识方法，用于解决配电网在有负荷、补偿电容器组的投切以及开关的不同期动作等因素所造成的单相接地故障辨识困难的问题。本专利技术的技术方案是：一种基于多源信息的配电网单相接地故障辨识方法，其特征在于：首先利用零序电压的突变能量作为单相接地故障辨识的功能性启动；然后结合零序电压的突变能量以及开关状态信息变化情况判定是否发生单相接地故障；最后采用最大熵估计功率谱来进一步区分开关动作和单相接地故障。避免在仅采用零序电压突变能量以及开关状态信息变化情况判定时开关动作所导致的单相接地故障被漏选。2、根据权利要求1所述的基于多源信息的配电网单相接地故障辨识方法，其特征在于具体步骤为：Step1：利用零序电压的突变能量作为功能性启动的判据，定义零序电压的突变能量E(k)为：式中，N表示瞬时采样点，M表示一定时窗内的采样点，其中N≥M；Step2：基于零序电压的突变能量E(k)和开关状态信息的单相接地故障辨识步骤为：(1)判断零序电压的突变能量E(k)是否超过设定阈值，若超过阈值，则启动单相接地故障的辨识环节；若未超过设定阈值，则表明配电网络未发生单相接地故障，故障辨识环节不启动。(2)若零序电压突变能量超过设定阈值，单相接地故障的辨识环节启动，则对配电网络的开关状态进行检测，“1”表示开关断开，“0”表示开关闭合；如果没有与零序电压突变能量相对应的开关动作，则判定为单相接地故障；如果出现与零序电压突变能量相对应的开关动作，则转入下一步对零序电流功率谱进行分析，根据功率谱主频率的成分判定是否发生单相接地故障。Step3：采用最大熵估计功率谱来进一步区分开关动作和单相接地故障步骤为：(1)如果出现与零序电压突变能量相对应的开关动作，则截取相关时间段内的零序电流作最大熵估计功率谱分析，设该时间段内的零序电流信号为xn(m)，FFT(快速傅里叶变换)变换为Xn(k)，k表示第k条谱线，该信号的短时能量为：某一谱线k的能量谱为：Y＝Xn(k)X*n(k)(3)(2)通过功率谱估计并对零序电流作0-1归一化处理，每个频率分量的归一化谱概率密度函数为：该零序电流信号的短时谱熵为：求得的熵值H与自相关函数Rx有如下关系：用熵率h作为信息的度量如下所示：其中，m为零序电流信号的第m个子带数；则功率谱密度Sx(f)和熵率存在着如下关系：其中，离散的时间序列频率为[-fc,fc]；则离散的时间序列的相关函数为：当满足条件时计算出熵谱密度估计值；(3)采用最大熵估计功率谱来区分配电网单相接地故障和开关动作，并对功率谱作0-1归一化处理，将功率谱中幅值为1所对应的频率称为主频率；当功率谱主频率小于100Hz，判定配电网络出现单相接地故障，否则判定为配电网络开关动作。本专利技术的有益效果是：本专利技术在采用零序电压突变能量和开关状态信息辨识故障的基础上加入了最大熵估计零序电流功率谱辨识，构成了一种基于多源信息的配电网单相接地故障辨识方法，可以有效地避免单相接地故障的漏选。附图说明图1是本专利技术配电网络故障辨识的流程图；图2是本专利技术故障性质判别仿真模型图；图3是本专利技术单相接地故障零序电压突变能量及其开关状态图；图4是本专利技术切除小型负荷零序电压突变能量及其开关状态图；图5是本专利技术切除电动机零序电压突变能量及其开关状态图；图6是本专利技术电容器组的不同期投入零序电压突变能量及其开关状态图；图7是本专利技术零序电流及其归一化功率谱图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术作进一步说明。如图1所示，一种基于多源信息的配电网单相接地故障辨识方法，其特征在于：首先利用零序电压的突变能量作为单相接地故障辨识的功能性启动；然后结合零序电压的突变能量以及开关状态信息变化情况判定是否发生单相接地故障；最后采用最大熵估计功率谱来进一步区分开关动作和单相接地故障。避免在仅采用零序电压突变能量以及开关状态信息变化情况判定时开关动作所导致的单相接地故障被漏选。2、根据权利要求1所述的基于多源信息的配电网单相接地故障辨识方法，其特征在于具体步骤为：Step1：利用零序电压的突变能量作为功能性启动的判据，定义零序电压的突变能量E(k)为：式中，N表示瞬时采样点，M表示一定时窗内的采样点，其中N≥M；系统正常运行时E(k)的理论值为零，发生故障后E(k)突变明显，可用于装置启动，提高了启动的灵敏性及速动性。如果配电网络中性点电压不得超过相电压15％，则相应的设置零序电压的突变能量的阈值，并且阈值与M值相关；M值可根据配电网自身拓扑结构及启动的灵敏性与可靠性来确定，这里取M＝5。当M＝5时，零序电压的突变能量峰值为0.0072(kV)2，为提高启动的可靠性，乘以一个可靠系数2，并将乘以可靠系数后的数值设置为零序电压突变能量的启动阈值，即当M＝5时，零序电压突变能量的启动阈值为0.0144(kV)2，躲过不平衡负荷所导致的零序电压异常升高。Step2：基于零序电压的突变能量E(k)和开关状态信息的单相接地故障辨识步骤为：(1)判断零序电压的突变能量E(k)是否超过设定阈值，若超过阈值，则启动单相接地故障的辨识环节；若未超过设定阈值，则表明配电网络未发生单相接地故障，故障辨识环节不启动。(2)若零序电压突变能量超过设定阈值，单相接地故障的辨识环节启动，则对配电网络的开关状态进行检测，“1”表示开关断开，“0”表示开关闭合；如果没有与零序电压突变能量相对应的开关动作，则判定为单相接地故障；如果出现与零序电压突变能量相对应的开关动作，则转入下一步对零序电流功率谱进行分析，根据功率谱主频率的成分判定是否发生单相接地故障。Step3：采用最大熵估计功率谱来进一步区分开关动作和单相接地故障步骤为：(1)如果出现与零序电压突变能量相对应的开关动作，则截取相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多源信息的配电网单相接地故障辨识方法，其特征在于：首先利用零序电压的突变能量作为单相接地故障辨识的功能性启动；然后结合零序电压的突变能量以及开关状态信息变化情况判定是否发生单相接地故障；最后采用最大熵估计功率谱来进一步区分开关动作和单相接地故障。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多源信息的配电网单相接地故障辨识方法，其特征在于：首先利用零序电压的突变能量作为单相接地故障辨识的功能性启动；然后结合零序电压的突变能量以及开关状态信息变化情况判定是否发生单相接地故障；最后采用最大熵估计功率谱来进一步区分开关动作和单相接地故障。


2.根据权利要求1所述的基于多源信息的配电网单相接地故障辨识方法，其特征在于具体步骤为：
Step1：利用零序电压的突变能量作为功能性启动的判据，定义零序电压的突变能量E(k)为：



式中，N表示瞬时采样点，M表示一定时窗内的采样点，其中N≥M；
Step2：基于零序电压的突变能量E(k)和开关状态信息的单相接地故障辨识步骤为：
(1)判断零序电压的突变能量E(k)是否超过设定阈值，若超过阈值，则启动单相接地故障的辨识环节；若未超过设定阈值，则表明配电网络未发生单相接地故障，故障辨识环节不启动。
(2)若零序电压突变能量超过设定阈值，单相接地故障的辨识环节启动，则对配电网络的开关状态进行检测，“1”表示开关断开，“0”表示开关闭合；如果没有与零序电压突变能量相对应的开关动作，则判定为单相接地故障；如果出现与零序电压突变能量相对应的开关动作，则转入下一步对零序电流功率谱进行分析，根据功率谱主频率的成分判定是否发生单相接地故障。
Step3：采...

【专利技术属性】
技术研发人员：束洪春，李钰玺，董俊，李一凡，史宗翰，张书诚，林少鹏，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53