配电网单相接地故障定位方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了配电网单相接地故障定位方法和系统，包括：获取配电网的拓扑结构，并基于GABOR方法构建原子库；采集不同区段接地故障的暂态电流信号；利用原子稀疏分解匹配追踪算法分解单相接地的暂态电流信号，自适应地提取暂态电流信号中的衰减直流电流分量；结合配电网拓扑结构和衰减直流电流分量划分故障路径；根据故障路径定位单相接地故障的故障点。本发明专利技术克服了传统非自适应性算法的局限性，提高了暂态信号成分提取的准确性。

Method and system for locating single phase to earth fault in distribution network

【技术实现步骤摘要】
配电网单相接地故障定位方法和系统
本专利技术涉及配网接地故障定位
，尤其是涉及配电网单相接地故障定位方法和系统。
技术介绍
小电流接地系统发生单相接地故障时，其暂态电压电流信号含有丰富的时域、频域特征，暂态接地电流包括了容性分量和感性分量，由等效电路图易得暂态容性电流流经故障路径和非故障路径，感性电流只分布在故障路径上。在配电网各个节点可以快速准确地从暂态接地电流中提取感性电流分量，结合拓扑结构能够实现故障点的在线区段定。感性电流的主要表现形式是衰减的直流分量，信号特征明显不易与丰富的谐波相互混淆，因此在故障定位上具有一定的优势。对于小电流接地系统，中性点采用了非有效接地方式导致接地电流较小，从而对实现暂态信号的有效信息提取提出了较高的要求。从复杂暂态信号中提取目标信号的常用方法有傅里叶变换、小波变换和普罗尼算法等。这些经典的非自适应算法往往采用有限正交基函数展开形式来表现实际的复杂信号，因此非自适应算法具有局限性。综上所述，传统的信号分解方法应用于当前的配电网具有一定的局限性，无法精确地表达信号，如何找到更为科学合理的小电流接地系统故障定位方法则是亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供配电网单相接地故障定位方法和系统，可以快速有效地提取衰减直流分量，准确地实现小电流接地系统单相接地故障的在线区段定位，克服了传统非自适应性算法的局限性，提高了暂态信号成分提取的准确性。第一方面，本专利技术实施例提供了配电网单相接地故障定位方法，包括：获取配电网的拓扑结构，并基于GABOR方法构建原子库；采集不同区段接地故障的暂态电流信号；利用原子稀疏分解匹配追踪算法分解单相接地的暂态电流信号，自适应地提取所述暂态电流信号中的衰减直流电流分量；结合所述拓扑结构和所述衰减直流电流分量划分故障路径；根据故障路径定位单相接地故障的故障点。结合第一方面，本专利技术提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述电流暂态信号包括工频分量、谐波分量、杂音和直流分量，所述利用原子稀疏分解匹配追踪算法分解单相接地的电流暂态信号包括：对记录的暂态电流信号设置分解参数；利用所述原子库寻找最优原子，并计算新的信号残差；迭代计算所述信号残差直至满足迭代次数或收敛要求。结合第一方面第一种可能的实施方式，本专利技术提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述自适应地提取所述暂态电流信号中的衰减直流电流分量包括：在若干个原子中，选取符合衰减直流特征的对应原子；计算所述原子对应的衰减支流分量幅值；根据所述衰减支流分量幅值，判断在配电网母线和各个分支节点处是否存在故障路径。结合第一方面第二种可能的实施方式，本专利技术提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括：若存在所述故障路径，则结合所述拓扑结构确定故障路径的终端为故障点。结合第一方面第一种可能的实施方式，本专利技术提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述原子稀疏分解匹配追踪算法通过建立过完备原子库，并针对实际信号的不同特征自适应选择基函数以进行信号的分解，其中，所述过完备原子库由调制高斯窗函数组成。结合第一方面第四种可能的实施方式，本专利技术提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述针对实际信号的不同特征自适应选择基函数以进行信号的分解包括：在所述过完备原子库中挑选出一个向量子集，所述向量子集中的元素逼近原始信号时，误差信号的能量最小；根据所述向量子集选择基函数进行信号分解。第二方面，本专利技术实施例提供了配电网单相接地故障定位系统，包括：原子库构建单元，用于获取配电网的拓扑结构，并基于GABOR方法构建原子库；采集单元，用于采集不同区段接地故障的暂态电流信号；分解单元，用于利用原子稀疏分解匹配追踪算法分解单相接地的暂态电流信号，自适应地提取所述暂态电流信号中的衰减直流电流分量；故障线路定位单元，用于结合所述拓扑结构和所述衰减直流电流分量划分故障路径；故障点定位单元，用于根据故障路径定位单相接地故障的故障点。本专利技术提供了配电网单相接地故障定位方法和系统，包括：获取配电网的拓扑结构，并基于GABOR方法构建原子库；采集不同区段接地故障的暂态电流信号；利用原子稀疏分解匹配追踪算法分解单相接地的暂态电流信号，自适应地提取暂态电流信号中的衰减直流电流分量；结合配电网拓扑结构和衰减直流电流分量划分故障路径；根据故障路径定位单相接地故障的故障点。本专利技术克服了传统非自适应性算法的局限性，提高了暂态信号成分提取的准确性。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的配电网单相接地故障定位方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的故障定位原理图；图3为本专利技术实施例提供的配电网单相接地故障定位系统示意图。图标：10-原子库构建单元；20-采集单元；30-分解单元；40-故障线路定位单元；50-故障点定位单元。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。小电流接地系统发生单相接地故障时，其暂态电压电流信号含有丰富的时域、频域特征，暂态接地电流包括了容性分量和感性分量，由等效电路图易得暂态容性电流流经故障路径和非故障路径，感性电流只分布在故障路径上。在配电网各个节点可以快速准确地从暂态接地电流中提取感性电流分量，结合拓扑结构能够实现故障点的在线区段定位。感性电流的主要表现形式是衰减的直流分量，信号特征明显不易与丰富的谐波相互混淆，因此在故障定位上具有一定的优势。对于小电流接地系统，中性点采用了非有效接地方式导致接地电流较小，从而对实现暂态信号的有效信息提取提出了较高的要求。从复杂暂态信号中提取目标信号的常用方法有傅里叶变换、小波变换和普罗尼算法等。这些经典的非自适应算法往往采用有限正交基函数展开形式来表现实际的复杂信号，因此非自适应算法具有局限性。综上所述，传统的信号分解方法应用于当前的配电网具有一定的局限性，无法精确地表达信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种配电网单相接地故障定位方法，其特征在于，包括：/n获取配电网的拓扑结构，并基于GABOR方法构建原子库；/n采集不同区段接地故障的暂态电流信号；/n利用原子稀疏分解匹配追踪算法分解单相接地的暂态电流信号，自适应地提取所述暂态电流信号中的衰减直流电流分量；/n结合所述拓扑结构和所述衰减直流电流分量划分故障路径；/n根据故障路径定位单相接地故障的故障点。/n

【技术特征摘要】
1.一种配电网单相接地故障定位方法，其特征在于，包括：
获取配电网的拓扑结构，并基于GABOR方法构建原子库；
采集不同区段接地故障的暂态电流信号；
利用原子稀疏分解匹配追踪算法分解单相接地的暂态电流信号，自适应地提取所述暂态电流信号中的衰减直流电流分量；
结合所述拓扑结构和所述衰减直流电流分量划分故障路径；
根据故障路径定位单相接地故障的故障点。


2.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障定位方法，其特征在于，所述暂态电流信号包括工频分量、谐波分量、杂音和直流分量，所述利用原子稀疏分解匹配追踪算法分解单相接地的电流暂态信号包括：
对记录的暂态电流信号设置分解参数；
利用所述原子库寻找最优原子，并计算新的信号残差；
迭代计算所述信号残差直至满足迭代次数或收敛要求。


3.根据权利要求2所述的配电网单相接地故障定位方法，其特征在于，所述自适应地提取所述暂态电流信号中的衰减直流电流分量包括：
在若干个原子中，选取符合衰减直流特征的对应原子；
计算所述原子对应的衰减支流分量幅值；
根据所述衰减支流分量幅值，判断在配电网母线和各个分支节点处是否存在故障路径。


4.根据权利要求3所述的配电网单相接地故障定...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐郑，李鸿毅，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11