一种小电流接地故障选线方法技术

本发明专利技术提供了一种小电流接地故障选线方法，采用小波包变换和傅里叶变换对零序电流信号进行特征参数提取；运用模糊自修正算法优化支持向量机模型；进行多判据融合，完成接地故障选线。本发明专利技术解决了多判据融合的判断，无法适应各种复杂故障问题。采用小波包变换和傅里叶变换对零序电流信号进行特征参数提取，再用模糊自修正算法优化支持向量机模型，提高了对复杂故障情况的适应性，提高网络的精度与收敛速度，有效地解决了选线方法存在的问题，提高了选线的精度与速度。

A line selection method for small current earth fault

【技术实现步骤摘要】
一种小电流接地故障选线方法
本专利技术涉及电力系统
，更具体的说是涉及一种小电流接地故障选线方法。
技术介绍
随着智能电网的发展以及用户对供电可靠性越来越高的要求，电网的故障处理能力也需要进一步提高。配电网故障情况复杂，发生故障会直接导致用户的停电，配电网故障发生后进行快速、准确的故障选线与故障区段定位越来越需要得到重视和进一步研究。我国配电网主要采用中性点不直接接地运行方式，单相接地故障是配电网最常见的故障，由于故障电流微弱等原因，故障特征不明显，单相接地故障发生后的故障选线和故障定位存在困难。而且，小电流单相接地故障选线一直是我国低压配电网领域研究的重难点问题。由于单相接地故障时配电网系统故障电流很小，并且受系统随机因素的影响，单一的选线方法进行多判据融合的判断，无法适应各种复杂故障问题，无法满足复杂的故障工况，因此小电流故障选线准确率仍然不高。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术的目的在于提供一种小电流接地故障选线方法，从新型算法与脉冲神经膜系统融合的角度解决解决多判据融合的判断，无法适应各种复杂故障问题的缺陷。本专利技术为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种小电流接地故障选线方法，包括如下步骤：步骤1：采用小波包变换和傅里叶变换对零序电流信号进行特征参数提取；步骤2：运用模糊自修正算法优化支持向量机模型；步骤3：利用优化后的支持向量机模型进行多判据融合，完成接地故障选线。进一步，所述步骤1包括：分别用小波包变换和快速傅里叶变换从零序电流中提取出暂态分量、五次谐波分量和有功分量。进一步，所述步骤1具体为：在小波包变换的基础上进行小波包分解，所述小波包分解在同一级尺度上对低频和高频部分机型分解，形成一个完整二叉树结构，分解得到2j个子序列，j为分解层数，也就是尺度数；对零序电流信号进行变换时，可以将其看成两个变量得x,y函数；引入二维连续函数的傅里叶变换，设f(x,y)的两个变量相互独立，且满足则定义：为f(x,y)的傅里叶变换；定义：为傅里叶反变换；而傅里叶变换的振幅普、相位谱和能量谱分别为：|F(u,v)|＝[R2(u,v)+I2(u,v)]1/2E(u,v)＝R2(u,v)+I2(u,v)式中，R，I分别表示傅里叶变换的实部和虚部；将连续信号经过抽样后变成二维离散信号f(m,n)，相应地定义二维离散傅里叶变换(DCT)及其反变换为：式中：0≤m≤M-1；0≤n≤N-1；当配电网小电流接地系统发生单相接地故障时，线路零序电流的暂态分量能量大于稳定分量的能量，由于小波包分析用于对非平稳信号进行精确分析和对信号的低频及高频部分进行分解，因此用小波包变换对暂态分量进行特征值提取，实现故障选线；在中性点经消弧线圈接地系统中，发生单相接地时线路的零序电流有功分量大于非故障线路，其等于各线路零序电力有功分量和消弧线圈电流有功分量之和，且方向相反；利用这一特性，通过快速傅里叶变换提取出有功分量：P＝Pk/PΣ式中：Pk为线路k零序电路的有功功率；PΣ为配电网中所有线路零序电流的有功功率总和；中性点经消弧线圈接地系统中的消弧线圈是按照基波整定的，所以忽略消弧线圈对高次谐波产生的补偿效果；因此，通过零序电流五次谐波比相法解决选线问题，通过快速傅里叶变换从零序电流中提取五次谐波分量；五次谐波为：S＝S5K/S5Σ式中：S5K表示第k条线路的零序电流谐波分量的是在功率；S5Σ表示电网所有线路零序电流五次谐波分量的是在功率总和；以馈线首个测点的暂态零模电流能量值为基准，建立模糊隶属度函数，通过模糊转换来降低故障点下游的故障特征，增大上游故障特征；式中，a为常数；定义馈线每个测点的暂态零模电流能量经隶属度函数转换后的值为暂态零模电流能量对比度ηi：将暂态零模电流能量对比度ηi作为馈线每个测点的故障特征量进行配电网故障区段定位；E01为故障馈线首个测点的暂态零模电流能量值。进一步，所述步骤1还包括：设置阈值为0.7，若暂态零模电流能量对比度ηi大于0.7，则测点i位于故障点上游，若小于0.7，则该点i位于故障点下游。进一步，所述步骤2包括：采用模糊自修正算法，以适应度函数值作为输入量，以修正后的速度因子作为输出量，利用模糊隶属度函数完成由给定输入量到输出量的映射过程；根据自身上一次迭代结束后的最佳适应度函数值来修正本次迭代中的速度因子。进一步，所述步骤2具体为：所述模糊隶属度函数u为：式中，F为本次迭代适应度函数值，minF为本次迭代之前所确定的最小适应度函数值；速度因子修正公式如下：与分别表示粒子i在第k次寻优完成时所对应的适应度函数值与第k次寻优之前最优位置的适应度函数值；表示粒子i在t+1次寻优时对应的速度因子；利用修改后速度更新公式为：当馈线某区段发生故障后，则故障点上游的测点暂态零模电流能量对比度ηi>0.7；构造适应度函数：根据适应度函数，支持向量机模型的目标函数为：式中，ηi为配电网中各馈线测点处的暂态零模电流能量对比度。进一步，所述步骤3包括：假设训练数据为{xi,yi}，i＝1,…,l为训练数据组数，xi＝Rn为数据属性值，yi＝{-1,+1}为数据所述类别；为将两类数据完全分开，定义数据分类边界分隔面为：H+＝{x:(w·x)+b＝Δ}H-＝{x:(w·x)+b＝-Δ}他们的间距为：对于上述分类面，如果成功将不同数据线性分开，则有：yi(w·xi+b)≥1,i＝1,…,l决策函数为：f(x)＝sgn(w·x+b)求解问题即最大化2/||w||的优化问题，可以转变为如下优化问题：s.t.yi(w·xi+b)≥1,i＝1,…,l若训练样本线性不可分，则需要引入松弛变量ξ，原问题变为：s.t.yi(wT·xi+b)≥1-ξi,ξi≥0,i＝1,…,l其中：C为惩罚系数，其越大则表示对分类错误的容忍度越低。使用拉格朗日乘子法求解上述问题可得其对偶优化问题：s.t.0≤αi≤C,i＝1,…,l。进一步，所述步骤3还包括：若训练样本为非线性的，SVM使用非线性函数将数据映射到高维线性空间，在这个空间内，训练数据是线性可分的；则分类超平面为：w·Φ(x)+b＝0决策函数为：f(x)＝sgn(w·Φ(x)+b)求解问题变为：s.t.yi(wT·Φ(x)i+b)≥1-ξi,ξi≥0,i＝1,…,l其对偶优化问题为：s.t.其中为核函数，用K(xi,xj)表示；...

【技术保护点】
1.一种小电流接地故障选线方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：采用小波包变换和傅里叶变换对零序电流信号进行特征参数提取；/n步骤2：运用模糊自修正算法优化支持向量机模型；/n步骤3：利用优化后的支持向量机模型进行多判据融合，完成接地故障选线。/n

【技术特征摘要】
1.一种小电流接地故障选线方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：采用小波包变换和傅里叶变换对零序电流信号进行特征参数提取；
步骤2：运用模糊自修正算法优化支持向量机模型；
步骤3：利用优化后的支持向量机模型进行多判据融合，完成接地故障选线。


2.根据权利要求1所述的小电流接地故障选线方法，其特征在于，所述步骤1包括：分别用小波包变换和快速傅里叶变换从零序电流中提取出暂态分量、五次谐波分量和有功分量。


3.根据权利要求2所述的小电流接地故障选线方法，其特征在于，所述步骤1具体为：
在小波包变换的基础上进行小波包分解，所述小波包分解在同一级尺度上对低频和高频部分机型分解，形成一个完整二叉树结构，分解得到2j个子序列，j为分解层数，也就是尺度数；
对零序电流信号进行变换时，可以将其看成两个变量得x,y函数；引入二维连续函数的傅里叶变换，设f(x,y)的两个变量相互独立，且满足则定义：

为f(x,y)的傅里叶变换；
定义：

为傅里叶反变换；
而傅里叶变换的振幅普、相位谱和能量谱分别为：
|F(u,v)|＝[R2(u,v)+I2(u,v)]1/2



E(u,v)＝R2(u,v)+I2(u,v)
式中，R，I分别表示傅里叶变换的实部和虚部；将连续信号经过抽样后变成二维离散信号f(m,n)，相应地定义二维离散傅里叶变换(DCT)及其反变换为：



0≤m≤M-1；0≤n≤N-1



式中：0≤m≤M-1；0≤n≤N-1；
当配电网小电流接地系统发生单相接地故障时，线路零序电流的暂态分量能量大于稳定分量的能量，由于小波包分析用于对非平稳信号进行精确分析和对信号的低频及高频部分进行分解，因此用小波包变换对暂态分量进行特征值提取，实现故障选线；
在中性点经消弧线圈接地系统中，发生单相接地时线路的零序电流有功分量大于非故障线路，其等于各线路零序电力有功分量和消弧线圈电流有功分量之和，且方向相反；利用这一特性，通过快速傅里叶变换提取出有功分量：
P＝Pk/PΣ
式中：Pk为线路k零序电路的有功功率；PΣ为配电网中所有线路零序电流的有功功率总和；
中性点经消弧线圈接地系统中的消弧线圈是按照基波整定的，所以忽略消弧线圈对高次谐波产生的补偿效果；因此，通过零序电流五次谐波比相法解决选线问题，通过快速傅里叶变换从零序电流中提取五次谐波分量；五次谐波为：
S＝S5K/S5Σ
式中：S5K表示第k条线路的零序电流谐波分量的是在功率；S5Σ表示电网所有线路零序电流五次谐波分量的是在功率总和；
以馈线首个测点的暂态零模电流能量值为基准，建立模糊隶属度函数，通过模糊转换来降低故障点下游的故障特征，增大上游故障特征；



式中，a为常数；定义馈线每个测点的暂态零模电流能量经隶属度函数转换后的值为暂态零模电流能量对比度ηi：



将暂态零模电流能量对比度ηi作为馈线每个测点的故障特征量进行配电网故障区段定位；E01为故障馈线首个测点的暂态零模电流能量值。


4.根据权利要求3所述的小电流接地故障选线方法，其特征在于，所述步骤1还包括：
设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：王效平，刘军，张成龙，祖连波，田斐，张志村，李伟锡，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司寿光市供电公司，国网山东省电力公司潍坊供电公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37