一种配电网单相接地故障区段定位方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种配电网单相接地故障区段定位方法及系统，实现对配电网单相接地故障的区段定位；该方法包括以下步骤：获取配电网内多个故障样本在若干个节点处的电流波形数据，提取每个故障样本在若干个节点处的波形特征量；基于每个故障样本在若干个节点处的波形特征量，构建每个故障样本的拓扑矩阵；计算每个故障样本的随机矩阵特征值，并构建每个故障样本特征值集合；对所有故障样本特征值集合进行聚类，得到各故障区段的聚集中心点；计算待定位故障样本的随机矩阵特征值，寻找与待定位故障样本的随机矩阵特征值距离最小的聚集中心点，确定故障区段。

A method and system for locating single phase to ground fault zone in distribution network

【技术实现步骤摘要】
一种配电网单相接地故障区段定位方法及系统
本公开涉及配电网故障诊断
，具体涉及一种基于同步波形特征提取及矩阵分析的配电网单相接地故障区段定位方法及系统。
技术介绍
配电网承担着将输电网的电能分配给电力用户的功能，直接影响着生活生产的各方面。据统计，我国每年停电损失中的90％左右源自配电网故障,配电网故障诊断与定位问题一直是电力系统的研究热点。我国中低压配电网多采用中性点不接地或经过消弧线圈和高阻抗接地，单相接地的故障电流很微弱，甚至消弧线圈的补偿电流有可能使零序电流小于非故障线电流，给故障诊断带来一定困难。而电力系统的运行经验表明，所有短路故障中单相接地占比可达65％。虽然单相接地后系统可继续运行1-2小时，对用电设备没有影响，但很容易发展为相间故障甚至是三相故障，造成更严重的危害。单相接地的故障定位及选线是配电网故障诊断领域的重要课题。传统的故障诊断主要使用开关量，即断路器和保护装置的动作信息，作为诊断依据。然而，基于开关量的诊断方法在面对馈线短路故障时表现良好，但在小电流接地故障方面表现出较大的缺点，因为目前当发生小电流接地故障时，电力规程要求断路器和其他继电保护装置不动作以保证配电网的供电可靠性。另外，断路器及保护装置存在误动、拒动且开关量容易因信道干扰发生信息丢失。因此，这类方法在小电流接地故障下缺乏准确和足够的输入数据。实际上，电网发生故障后，各类故障信息的变化是以因果逻辑顺序发生的。首先是以故障元件为中心，各节点电压、支路电流等电气量发生变化，只有满足保护装置的整定条件后，才会触发继电保护装置动作，并动作于断路器跳闸产生开关变位信息。因此电压和电流等电气量的变化是电网发生故障后最直接的反应，具有比开关量更为优越的准确性和可靠性，其中具有丰富的故障相关信息，蕴含着故障发生的机理，从电压和电流波形中提取的合理特征可以用于系统故障的分析。另外，现有的电网故障诊断方法大都基于局部的开关量和保护数据，且各地各级各类数据源没有统一的同步时标，未能综合多源信息从全局的广域角度实现更为准确可信的故障诊断，难以实时监测电网在各类故障下的动态过程。分布式电源、电动汽车及柔性互动负荷等分布式设备的大规模接入给配电网故障诊断带来了新的挑战。配电网正在由原来的单一辐射状网络转变为功率在多点可双向流动的复杂拓扑网络。依靠线路分布电容耦合和分布式电源接地点，系统形成多样化的电流回路，加之网络拓扑的动态变化，配电网运行方式更加复杂，导致故障电流特征变化频繁，电流保护判据不再固定。而采用局部信息的传统保护和故障诊断方案需事先离线整定，实际应用中作用范围受到局限，易受干扰，判别结果较片面，存在误动的可能且无法覆盖所有的场景。随着以现代信息技术为基础的电网量测系统的发展，如配网侧同步相量测量单元(D-PMU)、故障录波器(FaultWaveformRecorder)，调度中心能够采集到越来越多的精确信息并以时间序列的形式刻画出了电气量的实际变化波形，其中蕴含着丰富的系统运行状态信息，这将对提高单相接地故障诊断的性能有很大帮助，这为基于全系统综合信息的故障诊断方法在实际中的应用提供了坚实的数据基础，基于同步波形分析的故障诊断方法将成为今后的重要发展方向。专利技术人在研发过程中发现，以上方案还存在以下技术问题：(1)接地电流微弱，消弧线圈补偿电流甚至导致故障线零序电流小于非故障线，间歇性接地频发使电弧不稳定，另外高阻故障多，提取的配电网短路故障的特征不明显；(2)通过计算任意两个节点的由波形特征量形成的四维向量之间的距离构造能反映配电网网络结构的拓扑矩阵，该矩阵的任一元素均可以反映了相应两节点在零序电流与故障电流上的差异。但是，并未对该拓扑矩阵进行分析。(3)已有的短路故障辨识算法主要是基于配电网变电站的就地故障信息，在实际的应用中面临很大的局限性，然而，若将大量的波形数据从配电网的测量节点直接上传到调度中心并进行分析，冗余和低效率等问题是显而易见的，调度中心将面临海量数据，运行维护成本很高。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种配电网单相接地故障区段定位方法及系统，实现对配电网单相接地故障的区段定位。本公开一方面提供的一种配电网单相接地故障区段定位方法的技术方案是：一种配电网单相接地故障区段定位方法，该方法包括以下步骤：获取配电网内多个故障样本在若干个节点处的电流波形数据，提取每个故障样本在若干个节点处的波形特征量；基于每个故障样本在若干个节点处的波形特征量，构建每个故障样本的拓扑矩阵；计算每个故障样本的随机矩阵特征值，并构建每个故障样本特征值集合；对所有故障样本特征值集合进行聚类，得到各故障区段的聚集中心点；计算待定位故障样本的随机矩阵特征值，寻找与待定位故障样本的随机矩阵特征值距离最小的聚集中心点，确定故障区段。本公开另一方面提供的一种配电网单相接地故障区段定位系统的技术方案是：一种配电网单相接地故障区段定位系统，该系统包括若干个安装在配电网内每个结点处的故障录波器以及处理器；所述故障录波器，用于获取配电网内多个故障样本在所有节点处的电流波形数据，提取每个故障样本在所有节点处的波形特征量，以及获取待定位故障样本在其节点处的电流波形数据，提取待定位故障样本在其节点处的波形特征量；所述处理器，用于基于每个故障样本在所有节点处的波形特征量，构建每个故障样本的拓扑矩阵；分析每个故障样本的拓扑矩阵，计算每个故障样本的随机矩阵特征值，构建每个故障样本特征值集合；对所有故障样本特征值集合进行聚类，得到各故障区段的聚集中心点；计算待定位故障样本的随机矩阵特征值，寻找与待定位故障样本的随机矩阵特征值距离最小的聚集中心点，确定故障区段。本公开另一方面提供的一种计算机可读存储介质的技术方案是：一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如下步骤：获取配电网内多个故障样本在若干个节点处的电流波形数据，提取每个故障样本在若干个节点处的波形特征量；基于每个故障样本在若干个节点处的波形特征量，构建每个故障样本的拓扑矩阵；计算每个故障样本的随机矩阵特征值，并构建每个故障样本特征值集合；对所有故障样本特征值集合进行聚类，得到各故障区段的聚集中心点；计算待定位故障样本的随机矩阵特征值，寻找与待定位故障样本的随机矩阵特征值距离最小的聚集中心点，确定故障区段。本公开另一方面提供的一种处理装置的技术方案是：一种处理装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如下步骤：获取配电网内多个故障样本在若干个节点处的电流波形数据，提取每个故障样本在若干个节点处的波形特征量；基于每个故障样本在若干个节点处的波形特征量，构建每个故障样本的拓扑矩阵；计算每个故障样本的随机矩阵特征值，并构建每个故障样本特征值集合；对所有故障样本特征值集合进行聚类，得到各故本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种配电网单相接地故障区段定位方法，其特征是，包括以下步骤：/n获取配电网内多个故障样本在若干个节点处的电流波形数据，提取每个故障样本在若干个节点处的波形特征量；/n基于每个故障样本在若干个节点处的波形特征量，构建每个故障样本的拓扑矩阵；/n计算每个故障样本的随机矩阵特征值，并构建每个故障样本特征值集合；/n对所有故障样本特征值集合进行聚类，得到各故障区段的聚集中心点；/n计算待定位故障样本的随机矩阵特征值，寻找与待定位故障样本的随机矩阵特征值距离最小的聚集中心点，确定故障区段。/n

【技术特征摘要】
1.一种配电网单相接地故障区段定位方法，其特征是，包括以下步骤：
获取配电网内多个故障样本在若干个节点处的电流波形数据，提取每个故障样本在若干个节点处的波形特征量；
基于每个故障样本在若干个节点处的波形特征量，构建每个故障样本的拓扑矩阵；
计算每个故障样本的随机矩阵特征值，并构建每个故障样本特征值集合；
对所有故障样本特征值集合进行聚类，得到各故障区段的聚集中心点；
计算待定位故障样本的随机矩阵特征值，寻找与待定位故障样本的随机矩阵特征值距离最小的聚集中心点，确定故障区段。


2.根据权利要求1所述配电网单相接地故障区段定位方法，其特征是，所述波形特征量的提取方法为：
利用卡伦鲍厄相模变换对故障样本在每个节点处的电流波形数据进行解耦；
判断是否发生单相接地故障，并确定故障时刻；
计算在故障时刻前后各一个周波的α模、β模的电流分量的畸变比的平均值，确定故障相；
选取故障相在故障时刻前后各多个周波的电流波形数据，计算故障样本在每个节点处的波形特征量。


3.根据权利要求2所述配电网单相接地故障区段定位方法，其特征是，所述波形特征量包括零序电流能量、小波近似熵、首波峰占比及低阶不变矩。


4.根据权利要求1所述配电网单相接地故障区段定位方法，其特征是，拓扑矩阵为：
Rij＝||Ri-Rj||2i,j＝1,2,…,N



其中，Ri为节点i处的波形特征量；Rj为节点j处的波形特征量。


5.根据权利要求1所述配电网单相接地故障区段定位方法，其特征是，所述随机矩阵特征值的计算方法为：
对拓扑矩阵进行正态化处理，得到正态化过渡矩阵；
基于正态化过渡矩阵，利用酉矩阵得到奇异值等效矩阵；
对奇异值等效矩阵进行单位化处理得到单位化矩阵，并计算单位化矩阵的随机矩阵特征值。


6.根据权利要求1所述配电网单相接地故障区段定位方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：石访，张恒旭，张林林，徐凯，韩兴臣，孙菊，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37