一种基于高频故障信息能量评估的故障线路识别方法技术

本发明专利技术提供一种基于高频故障信息能量评估的故障线路识别方法，通过对小电流接地系统单相接地故障时的高频暂态行波过程进行分析，根据各个主成分累积贡献率，选取前多个主成分，更好地保留原始变量的信息。基于主成分分析进一步提出了故障线路识别算法。从高频信号的本质特征出发，有利于准确把握故障根本特征，大幅提升基于高频信息的故障线路辨识准确度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高频故障信息能量评估的故障线路识别方法


[0001]本专利技术涉及线路故障辨识领域，具体涉及一种基于高频故障信息能量评估的故障线路识别方法。

技术介绍

[0002]现代电力系统中采用最多的中性点接地方式是直接接地、不接地和消弧线圈接地，对于66kv及以下的中压电力系统，降低绝缘水平成为一个相对次要的因素，接地方式影响的其他方面因素成为选择接地方式的主要考虑。在这种情况下，从不同的角度和具体问题出发，采取了不同的接地方式。配电网典型的接地方式有不接地、经消弧线圈接地、经低电阻接地或经低电抗接地。我国配电网系统广泛采用非有效接地方式，包括中性点不接地，经消弧线圈和经高阻接地，它可在发生单相接地故障时继续运行1～2个小时而无需立即跳闸，极大提高了供电可靠性。但单相接地故障选线和定位成为一个难题。以往的选线方法仍不能满足生产需要，亟需对线路故障快速辨识进行进一步研究。
[0003]目前造成选线保护问题难以解决的原因较为复杂，首先故障状况复杂，可能是稳定型故障或断续型故障，也可能是电阻型故障或电弧型故障。故障状况不同，产生的故障量在数值上、变化规律上相差悬殊；尤其是一些不稳定的断续型故障，波形非常不规则。其次，非有效接地电网单相接地故障电流仅为网络对地电容电流，数值非常小，有些情况下故障电流可能低于电流互感器量程下限值，测量误差非常大。而对于接地电流稍大些的电网，又需要装设消弧线圈，消弧线圈接地电网选线保护难度更大。
[0004]现场电磁干扰以及零序回路对高次谐波及各种暂态量的放大作用，使检出的故障信号信噪比非常低。对于架空线路，需使用零序电流滤过器获得零序电流，而零序电流滤过器存在不平衡电流，一次电网的不平衡也产生零序电流。这些附加电流叠加在微弱的故障电流上，不容易分离出去。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于高频故障信息能量评估的故障线路识别方法，方法从高频信号的本质特征出发，有利于准确把握故障根本特征，大幅提升基于高频信息的故障线路辨识准确度。
[0006]方法包括：
[0007]S101、分析行波传输过程的特征数据；
[0008]S102、对波能量主成分进行分析和评估；
[0009]S103、将波能量主成分的分析和评估数据作为选线判据；
[0010]选线判据的步骤如下：
[0011](1)利用行波采集装置获取各出线的故障行波信号并得到零模分量；
[0012](2)计算表征行波信号能量的表达式E
’
；
[0013](3)由表达式dF计算各出线波能量主成分，通过波能量主成分数值确定故障线路。
[0014]本专利技术中，在步骤将波能量主成分的分析和评估数据作为选线判据中：
[0015]当故障行波信号出现时，信号曲线会变的无规律；随着时间的后移，其后采样点的维数逐渐增大，达到峰值时表示故障信号开始进入相对稳定状态。
[0016]在本专利技术的步骤S101中，
[0017]设线路L1在t时刻故障，MB为其中一条非故障线路，设线路母线共有n条出线；
[0018]设非故障线路初始行波为i
uf
，故障线路初始行波为i
f
，故障线路母线端测量初始行波为i
f
，与故障点反射波的叠加，记为i
ff
，则有：
[0019][0020]式中γ，ρ分别行波的折射，反射系数，则：
[0021][0022]式中Z
c
为零模波阻抗均相等，Z2为从故障线路看进去母线端的等效阻抗，当母线端有n条出线时，Z2＝Z
c
/(n
‑
1)，可得：
[0023][0024]在本专利技术的步骤S102中，
[0025]根据行波信号理论，将i(t)在t0～t时间段的能量E定义如下：
[0026][0027]相应的，对于离散采样值，E计算式为：
[0028][0029]用N个行波信号极值来表征行波信号能量E
’
：
[0030][0031]式中S
pi
为行波信号极值；
[0032]利用降维将多变量转为少数主成分，配置一组数据，共有n个样本，每个样本有p项评价指标，构成一个n
×
p阶矩阵，
[0033][0034]波能量主成分分析将观测变量综合成p个主成分：
[0035][0036]基于每个主成分F的方差是递减的，其微分表达形式如下：
[0037][0038]设[t
k
‑
t，t
k
]区间信号包含偶数n个采样点(x
1(k)
…
,x
n(k)
)，令
[0039][0040][0041]以及
[0042]N
(k)
(Δ)＝D
(k)
(Δ)/Δ
[0043]N
(k)
(2Δ)＝D
(k)
(2Δ)/2Δ
[0044]式中N
(k)
(Δ)及N
(k)
(2Δ)为Δ及2Δ时间区间在[t
k
‑
t，t
k
]上的能量等效个数；
[0045]得到主成分F的表达式为
[0046][0047]基于波能量主成分分析方式对导波信号特征进行降维，获得信号特征主成分综合得分，得到其与故障线路的对应关系。
[0048]从以上技术方案可以看出，本专利技术具有以下优点：
[0049]本专利技术提供的基于高频故障信息能量评估的故障线路识别方法中，通过对小电流接地系统单相接地故障时的高频暂态行波过程进行分析，根据各个主成分累积贡献率，选取前多个主成分，更好地保留原始变量的信息。基于主成分分析进一步提出了故障线路识别算法。从高频信号的本质特征出发，有利于准确把握故障根本特征，大幅提升基于高频信息的故障线路辨识准确度。
附图说明
[0050]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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。
[0051]图1为组合选线判据流程图；
[0052]图2为波能量主成分分析流程图；
[0053]图3为小电流接地图；
[0054]图4为故障行波折反射示意图；
[0055]图5为电压波形图；
[0056]图6为故障线路波形图；
[0057]图7为非故障线路波形图；
[0058]图8为母线各出线故障行波信号零模分量及对应能量分析图；
[0059]图9为各线路主成分分析结果图。
具体实施方式
[0060]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高频故障信息能量评估的故障线路识别方法，其特征在于，方法包括：S101、分析行波传输过程的特征数据；S102、对波能量主成分进行分析和评估；S103、将波能量主成分的分析和评估数据作为选线判据；选线判据的步骤如下：(1)利用行波采集装置获取各出线的故障行波信号并得到零模分量；(2)计算表征行波信号能量的表达式E
’
；(3)由表达式dF计算各出线波能量主成分，通过波能量主成分数值确定故障线路。2.根据权利要求1所述的基于高频故障信息能量评估的故障线路识别方法，其特征在于，在步骤将波能量主成分的分析和评估数据作为选线判据中：当故障行波信号出现时，信号曲线会变的无规律；随着时间的后移，其后采样点的维数逐渐增大，达到峰值时表示故障信号开始进入相对稳定状态。3.根据权利要求1所述的基于高频故障信息能量评估的故障线路识别方法，其特征在于，在步骤S101中，设线路L1在t时刻故障，定义MB为其中一条非故障线路，设线路母线共有n条出线；设非故障线路初始行波为i
uf
，故障线路初始行波为i
f
，故障线路母线端测量初始行波为i
f
，与故障点反射波的叠加，记为i
ff
，则有：i
ff
＝ρ
×
i
f
+i
f
式中γ，ρ分别行波的折射，反射系数，则：式中Z
c
为零模波阻抗均相等，Z2为从故障线路看进去母线端的等效阻抗，当母线端有n条出线时，Z2＝Z<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘爱民，李金成，袁洪凯，董永强，张连国，刘延清，张佳，聂兴成，刘健，刘伟，李蓬，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：