基于粒子群算法的配电网单相接地故障判别方法及装置制造方法及图纸

一种基于粒子群算法的配电网单相接地故障判别方法及装置，通过分析配电网系统中负序和零序电流的分布特性，结合线路参数建立了配电网系统故障路径上的零序、负序稳态电流与故障距离的函数关系；以该函数关系作为目标函数，依据粒子群算法迭代获取准确故障距离。本发明专利技术通过利用负序和零序稳态电流完成故障判别及测距，避免了噪声等对暂态信号的影响，无需电压信号辅助判断，提高了算法可靠性和工程实用性；且测距技术充分利用了粒子群算法的全局搜索能力，算法简单易行，收敛速度较快，保证了本发明专利技术方法的运行速度和准确性。了本发明专利技术方法的运行速度和准确性。了本发明专利技术方法的运行速度和准确性。

【技术实现步骤摘要】
基于粒子群算法的配电网单相接地故障判别方法及装置
[0001]专利领域
[0002]本专利技术属于电力自动化
，涉及配电网中单相接地故障领域，具体来说是一种基于粒子群算法的配电网单相接地故障判别方法及装置。

技术介绍

[0003]随着经济社会的不断发展，人民生产生活与电能的联系愈加密切。作为输电系统的最后一公里，配电网中出现故障后，将严重影响民众生活水平和产品生产质量。而单相接地故障故障电流小，特征不清晰，难以尽快完成故障定位。为了保证配电网供电可靠性，亟需提出一种配电网单相接地故障精确定位技术。
[0004]近年来，国内外专家对配电网单相接地故障定位进行了大量研究实验，并取得了丰富成果。根据技术可达到的定位精确程度可分为故障选线、区段定位和故障测距。故障选线技术是指通过分析厂站各个出线的电流或电压特征，判断单相接地故障所在出线的技术。常用的故障选线技术有：试拉路法、零序电流比幅比相法、首半波法、功率法等。但故障选线技术仅可完成故障所在出线的定位，直接拉断出线，将对出线上所接用户的用电产生影响；同时为了进一步确定故障位置，工作人员往往需要进行复杂的巡线任务，将极大增加人员工作量。为了进一步精确故障所在位置，专家提出了故障区段定位技术。该技术通过利用FTU、开关等装置将配电网系统分成各个区段，根据区段间电流或电压特征区别完成故障定位，并仅需要断开故障所在区段既可实现故障隔离。常用的区段定位技术可分为主动定位技术和被动定位技术，区段定位技术的提出避免了对大部分用户的供电影响，并一定程度上减少了巡线人员的工作量，但仍无法保证尽快排除故障恢复供电。为进一步确定故障所在位置，尽快实现故障隔离和排除，恢复线路供电，专家提出了故障测距技术。故障测距技术可实现对故障距离的判断，可实现故障快速定位排除，极大程度上减少了停电时间。常见的故障测距技术可分为行波法和阻抗法。行波法是指通过监测系统中折反射波波头的流通路径和到达各个监测点的时间判断故障距离。但由于暂态波头受到谐波、噪声等干扰严重，无法保证可靠性；且为了准确捕获波头，信号监测装置需具有高频采样工程，对装置要求较高，工程经济性较差，现场往往采用阻抗法。阻抗法是指通过分析系统中电流和电压关系求取故障点距离信号监测点的线路阻抗，利用线路阻抗与故障点距离的正比关系判断故障距离。但由于配电网中存在大量电感电容元件，电流电压处于非线性关系，传统方法无法获取准确故障距离。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术中存在的缺陷，本专利技术提出一种基于粒子群算法的配电网单相接地故障判别方法及装置。本技术通过分析配电网系统中负序和零序电流的分布特性，结合线路参数建立了配电网系统故障路径上的零序、负序稳态电流与故障距离的函数关系；测距技术以该函数关系作为目标函数，依据粒子群算法迭代获取准确故障距离。
[0006]定位技术获取相电流信号并合成零序电流监测故障发生；当零序电流幅值大于阈
值时，判断单相接地故障发生，测距算法启动并判断故障所在出线及获取相关参数信息，并依据对系统负序电流和零序电流在系统中分布特征建立目标函数，开始粒子群算法运算。算法首先设定粒子规模、迭代次数等参数，并随机生成粒子位置及速度，根据目标函数计算各粒子适应值，并设置初始个体极值和初始全局最优值，由于本专利技术设定目标函数越小越精确，故将所有个体极值中最小值作为初始全局最优值，并将数值更新判据设置为小于，即当前值小于历史值时，将数值更新。经过一次迭代后，算法判断本次迭代结果是否满足收敛条件或达到最大迭代次数，若是则结束迭代，并输出迭代最优解，否则将更新粒子位置和速度，并进行下一轮迭代。
[0007]具体地，本专利技术提出一种基于粒子群算法的配电网单相接地故障判别方法，所述方法包括如下步骤：
[0008]步骤1：获取相电流信号并合成零序电流，监测故障发生；
[0009]步骤2：当零序电流幅值大于阈值时，判断单相接地故障发生，测距算法启动并判断故障所在出线，获取相关参数信息，若幅值不大于阈值则返回步骤1持续监测零序电流幅值变化；
[0010]步骤3：依据对系统负序电流和零序电流的分布特征建立目标函数，构建粒子群算法模型；按照预先设定的参数随机生成粒子位置及速度；
[0011]步骤4：根据设定的目标函数和配电网系统参数，进行粒子群算法迭代，寻求全局最优值；
[0012]步骤5：判断是否满足收敛条件或达到最大迭代次数，若是则结束迭代，并输出迭代最优解，获取准确故障距离，否则将更新粒子位置和速度，并返回步骤4进行下一轮迭代。
[0013]进一步地，所述粒子群算法目标函数为：
[0014][0015]其中，为根据故障点处零序电流计算获取的故障线路上游的负序电流理论值，为故障线路首段的负序电流测量值；λ为根据故障诊断理论中“最小集”设置的权重系数，取值范围为(0,1)；S(j)表示设备故障状态，取值为1代表设备故障，取值为0代表为设备正常，n表示设备总数量，j为设备序号；F(l)表示粒子群算法目标函数，其目标函数适应值取极小值，粒子群算法用于求取目标函数中的故障距离。
[0016]进一步地，所述步骤S3中，
[0017]当系统中包含两条出线，单相接地故障发生于第二条出线中，发生单相接地故障时，故障线路首端获取的零序电流与故障点处零序电流关系为：
[0018][0019]其中L为消弧线圈电感；C
Σ
为系统等值对地电容，C'2为故障线路故障点上游和下游线路对地电容；L为系统消弧线圈电感；
[0020]故障线路上游获取的负序电流与故障点处负序电流关系为：
[0021][0022]其中Z1为第一条出线线路负序阻抗，包含线路及负荷阻抗；Z'2为故障线路故障点下游负序阻抗，包含线路及所接负荷负序阻抗；Z
T
为变压器线路及高压侧等效负序阻抗；Z
20
为线路单位长度正负序阻抗。
[0023]进一步地，其中故障线路的故障点上游线路负序阻抗Z2＝Z
20
l；
[0024]当配电网中性点经消弧线圈接地时：
[0025][0026]当配电网中性点不接地时：
[0027][0028]进一步地，所述步骤S3中，
[0029]在中性点不接地系统中，零序序网图中消弧线圈回路开路，线路首端获取的零序电流与故障点处零序电流关系为
[0030][0031]进一步地，所述步骤S3中，粒子算法的粒子速度和位置迭代公式如下：
[0032][0033]x
i
＝x
i
+v
i
[0034]式中：i＝1,2...N，N为粒子群中粒子总数；v
i
为粒子速度；x
i
为粒子位置；rand()为随机数，随机数范围为(0,1)；c0为惯性权重因子，通过改变其数值可达到实现对算法全局和局部寻优能力的调整；c1和c2分别为个体和全局学习因子，表示粒子的个体极值，表示全局最优值。
[0035]进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于粒子群算法的配电网单相接地故障判别方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：获取相电流信号并合成零序电流；步骤2：当零序电流幅值大于阈值时，判断单相接地故障发生，测距算法启动并判断故障所在出线，获取相关参数信息，若幅值不大于阈值则返回步骤1持续监测零序电流幅值变化；步骤3：依据对系统负序电流和零序电流的分布特征建立目标函数，构建粒子群算法模型；按照预先设定的参数随机生成粒子位置及速度；步骤4：根据设定的目标函数和配电网系统参数，进行粒子群算法迭代，寻求全局最优值；步骤5：判断是否满足收敛条件或达到最大迭代次数，若是则结束迭代，并输出迭代最优解，获取准确故障距离，否则将更新粒子位置和速度，并返回步骤4进行下一轮迭代。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，所述粒子群算法目标函数为：其中，为根据故障点处零序电流计算获取的故障线路上游的负序电流理论值，为故障线路首段的负序电流测量值；λ为根据故障诊断理论中“最小集”设置的权重系数，取值范围为(0,1)；S(j)表示设备故障状态，取值为1代表设备故障，取值为0代表为设备正常，n表示设备总数量，j为设备序号；F(l)表示粒子群算法目标函数，其目标函数适应值取极小值，粒子群算法用于求取目标函数中的故障距离。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，当系统中包含两条出线，第二条出线发生单相接地故障时，故障线路首端获取的零序电流与故障点处零序电流关系为：其中L为消弧线圈电感；C
Σ
为系统等值对地电容，C'2为故障线路故障点上游和下游线路对地电容；L为系统消弧线圈电感；故障线路上游获取的负序电流与故障点处负序电流关系为：其中Z1为第一条出线线路负序阻抗，包含线路及负荷阻抗；Z'2为故障线路故障点下游负序阻抗，包含线路及所接负荷负序阻抗；Z
T
为变压器线路及高压侧等效负序阻抗；Z
20
为线路单位长度正负序阻抗。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，其中故障线路的故障点上游线路负序阻抗Z2＝Z
20
l；
当配电网中性点经消弧线圈接地时：当配电网中性点不接地时：5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，在中性点不接地系统中，零序序网图中消弧线圈回路开路，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新宇，王阳，顾泰宇，李海峰，王智博，田野，王珊珊，史可鉴，胡大伟，杜威，刘增浩，张文苑，毕俊杰，
申请(专利权)人：北京丹华昊博电力科技有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：