一种基于自适应傅里叶变换的配电网故障定位方法技术

本发明专利技术公开了配电网技术领域的一种基于自适应傅里叶变换的配电网故障定位方法，旨在解决现有技术中对单相接地故障特征提取能力弱、定位可靠性低的问题，包括：搜索故障发生后的第一设定时间区间内母线电压时间序列，标记故障发生的精确时刻；对故障发生时刻以后的第二设定时间区间内的各测量点的零序电流进行自适应傅里叶模态分解，得到有限个正交且互不相关的模态分量函数；将各模态分量函数向频率域投影，进而构造得到描述故障后暂态电流能量的时域离散序列；基于相对熵理论和故障后暂态电流能量的时域离散序列，计算各测量点的相对熵值并确定各测量点的类型；结合配电网拓扑结构，确定故障所在区段。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应傅里叶变换的配电网故障定位方法
本专利技术属于配电网络
，具体涉及一种基于自适应傅里叶变换的配电网故障定位方法。
技术介绍
当配电网发生永久性单相接地故障时，快速的故障诊断和供电恢复对于保证电网的稳定性和可靠性具有重要意义。根据我国最新发布的配电网技术导则，原有的“故障后可连续运行2小时”的要求被修改为“故障后应尽快选择故障馈线”，这在事实上对单相接地故障检测技术提出了更严苛的要求。在配电网的所有故障类型中，单相接地故障几乎占到了80％，是影响供电可靠性的重要因素。然而，由于故障信号微弱、故障工况复杂，单相接地故障在谐振接地系统中的准确定位一直是一个难题，如何快速准确找到故障发生位置已成为传统电力系统中为数不多未得到彻底解决的问题之一。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于自适应傅里叶变换的配电网故障定位方法，以解决现有技术中对单相接地故障特征提取能力弱、定位可靠性低的问题。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于自适应傅里叶变换的配电网故障定位方法，包括：a、当监测到母线零序电压超过电压设定值时，召回第一设定时间区间内的母线零序电压序列和各测量点的零序电流；b、根据第一设定时间区间内的母线零序电压序列二次搜索故障发生时刻，据此确定第二设定时间区间；c、对故障发生时刻以后的第二设定时间区间内的各测量点的零序电流进行自适应傅里叶模态分解，得到有限个正交且互不相关的模态分量函数；d、将各模态分量函数向频率域投影，进而构造得到描述故障后暂态电流能量的时域离散序列；e、基于相对熵理论和故障后暂态电流能量的时域离散序列，计算各测量点的相对熵值并确定各测量点的类型；f、结合各测量点的类型及配电网拓扑结构，确定故障所在区段。进一步地，所述第一设定时间区间的确定方法是：当母线零序电压超过电压设定值时，认为配电网中发生了单相接地故障，将监测到的母线零序电压超过电压设定值的时刻记作为ts，所述第一设定时间区间为[ts-T/2，ts+T/2]，其中，T指工频周期。进一步地，所述故障发生时刻通过以下方法确定：对母线零序电压的离散采样序列进行标号，记作U(m),m＝1,2,3,...,M，M表示采样点数量，m表示第m个采样点；对U(m)从m＝[M/2]向m＝1方向进行搜索，求取首个满足|U(m)-U(m-3)|<10&&|U(m-3)-U(m-13)|＜5&&|U(m-13)-U(m-23)|＜5的m值，将其所对应的时刻记为tN，则故障发生时刻确定为tN，则第二设定时间区间为[tN,tN+T/2]。进一步地，所述步骤c具体为：c1、设x[n]是在第二设定时间区间[tN,tN+T/2]上长度为N的零序电流离散采样序列，利用离散傅里叶变换对其进行展开得：其中，这里，k表示从0到N-1的整数变量值，j表示虚数单位，n表示设定第二时间区间内的第n个采样点；c2、根据下式计算自适应傅里叶模态分解后所得到的各模态分量函数，其中，AFIBFi表示第i个模态分量函数，ai[n]表示第i个模态分量函数的幅值函数，φi[n]表示第i个模态分量函数的相位函数，Ni满足约束条件：和ωi[n]表示第i个模态分量函数在第n个采样点处的角频率，φi[n+1]表示第i个模态分量函数在第n+1个采样点处的相位，φi[n-1]表示第i个模态分量函数在第n-1个采样点处的相位。进一步地，所述步骤d具体为：d1、各模态分量函数与集合{n,fi[n],ai[n]}唯一对应，其中fi[n]＝dφi[n]/n，将幅值ai[n]看作为时间n和频率f的二元函数，即有a[f,n]；d2、对a[f,n]向频率域投影，进而构造得到描述故障后暂态电流能量的时域离散序列E[n]：根据采样定理，这里的fM取值为电流采样频率fc的一半，即满足进一步地，所述步骤e具体为：e1、对第i个测量点，求取其中，Pi[n]表示求取第i个测量点的暂态电流能量的时域离散序列进行标幺化处理后的离散序列函数，Ei[n]表示描述第i个测量点故障后暂态电流能量的时域离散序列，k表示配电网中所安装电流测量点的总数量；e2、选定满足的测量点l作为参考比较节点；e3、根据相对熵理论，并考虑对称性，计算各测量点与参考测量点之间的相对熵值：其中，Mli表示第i个测量点与第l个参考测量点之间的相对熵值，e4、对Mli向量按下式进行规格化处理：其中，Sl[j]表示第j个测量点与参考测量点之间的相对熵规格化计算值；将所有Sl[j]＜0.15对应的测量点的类型定义为故障点上游测点，将所有Sl[j]≥0.15对应的测量点的类型定义为故障点下游测点。一种基于自适应傅里叶变换的配电网故障定位系统，包括：采样模块，用于当监测到母线零序电压超过电压设定值时，召回第一设定时间区间内的母线零序电压序列和各测量点的零序电流；启动模块，用于根据第一设定时间区间内的母线零序电压序列二次搜索故障发生时刻，据此确定第二设定时间区间；第一故障检测模块，用于对故障发生时刻以后的第二设定时间区间内的各测量点的零序电流进行自适应傅里叶模态分解，得到有限个正交且互不相关的模态分量函数；第二故障检测模块，用于将各模态分量函数向频率域投影，进而构造得到描述故障后暂态电流能量的时域离散序列；第三故障检测模块基于相对熵理论和故障后暂态电流能量的时域离散序列，计算各测量点的相对熵值并确定各测量点的类型；输出模块，用于结合各测量点的类型及配电网拓扑结构，确定并输出故障所在区段。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：(1)本专利技术能够根据故障后零序电流数据，准确提取故障特征信息，形成故障区段定位判据，结合配电网络拓扑结构即可快速、准确找到故障发生位置；(2)本专利技术对故障后零序电流数据的分解方案是完全自适应的，因此完全适合非线性、非平稳的故障零序电流信号特征分析，这就意味着本专利技术具有极好的自适应性，具体指：本专利技术方法不受配电网接地方式、线路结构(包括纯架空线和电缆-架空线混连结构)等工况的影响，能够对2000欧姆以内故障过渡电阻值、任意故障角的单相接地故障做出准确判断；(3)本专利技术技术方案对噪声干扰体现出了较强的免疫能力，具备免疫8dB噪声水平的干扰的能力；(4)受益于本专利技术的区段定位方案，部分测点传感器因故障等因素错误上传或者不上传电流检测数据，对最终的定位结果影响有限，因此本专利技术技术方案具有较强的鲁棒性。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种基于自适应傅里叶变换的配电网故障定位方法故障区段定位算法流程图；图2是使用本专利技术实施例提供的一种基于自适应傅里叶变换的配电网故障定位方法的10kV辐射状谐振接地系统示意图；图3是图2所述系统中单相接地故障发生后故障点C、E两测点的零序电流示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自适应傅里叶变换的配电网故障定位方法，其特征是，包括：/na、当监测到母线零序电压超过电压设定值时，召回第一设定时间区间内的母线零序电压序列和各测量点的零序电流；/nb、根据第一设定时间区间内的母线零序电压序列二次搜索故障发生时刻，据此确定第二设定时间区间；/nc、对故障发生时刻以后的第二设定时间区间内的各测量点的零序电流进行自适应傅里叶模态分解，得到有限个正交且互不相关的模态分量函数；/nd、将各模态分量函数向频率域投影，进而构造得到描述故障后暂态电流能量的时域离散序列；/ne、基于相对熵理论和故障后暂态电流能量的时域离散序列，计算各测量点的相对熵值并确定各测量点的类型；/nf、结合各测量点的类型及配电网拓扑结构，确定故障所在区段。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应傅里叶变换的配电网故障定位方法，其特征是，包括：
a、当监测到母线零序电压超过电压设定值时，召回第一设定时间区间内的母线零序电压序列和各测量点的零序电流；
b、根据第一设定时间区间内的母线零序电压序列二次搜索故障发生时刻，据此确定第二设定时间区间；
c、对故障发生时刻以后的第二设定时间区间内的各测量点的零序电流进行自适应傅里叶模态分解，得到有限个正交且互不相关的模态分量函数；
d、将各模态分量函数向频率域投影，进而构造得到描述故障后暂态电流能量的时域离散序列；
e、基于相对熵理论和故障后暂态电流能量的时域离散序列，计算各测量点的相对熵值并确定各测量点的类型；
f、结合各测量点的类型及配电网拓扑结构，确定故障所在区段。


2.根据权利要求1所述的基于自适应傅里叶变换的配电网故障定位方法，其特征是，所述第一设定时间区间的确定方法是：当母线零序电压超过电压设定值时，认为配电网中发生了单相接地故障，将监测到的母线零序电压超过电压设定值的时刻记作为ts，所述第一设定时间区间为[ts-T/2，ts+T/2]，其中，T指工频周期。


3.根据权利要求1所述的基于自适应傅里叶变换的配电网故障定位方法，其特征是，所述故障发生时刻通过以下方法确定：
对母线零序电压的离散采样序列进行标号，记作U(m),m＝1,2,3,...,M，M表示采样点数量，m表示第m个采样点；
对U(m)从m＝[M/2]向m＝1方向进行搜索，求取首个满足
|U(m)-U(m-3)|<10&&|U(m-3)-U(m-13)|＜5&&|U(m-13)-U(m-23)|＜5
的m值，将其所对应的时刻记为tN，则故障发生时刻确定为tN，则第二设定时间区间为[tN,tN+T/2]。


4.根据权利要求1所述的基于自适应傅里叶变换的配电网故障定位方法，其特征是，所述步骤c具体为：
c1、设x[n]是在第二设定时间区间[tN,tN+T/2]上长度为N的零序电流离散采样序列，利用离散傅里叶变换对其进行展开得：



其中，



这里，k表示从0到N-1的整数变量值，n表示设定第二时间区间内的第n个采样点；
c2、根据下式计算自适应傅里叶模态分解后所得到的各模态分量函数，



其中，AFIBFi表示第i个模态分量函数，ai[n]表示第i个模态分量函数的幅值函数，φi[n]表示第i个模态分量函数的相位函数，Ni满足约束条件：和ωi[n]表示第i个模态分量函数在第n个采样点处的...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷志华，卫志农，孙国强，臧海祥，陈胜，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32