一种基于自适应小波包变换的单相接地故障选相方法技术

本发明专利技术涉及一种基于自适应小波包变换的单相接地故障选相方法，采集母线处三相电流，计算故障发生前后一个周波的三相电流突变量；并对三相电流突变量进行快速傅里叶变换，得到幅值最大的频率分量；将幅值最大的频率分量固定在第二个频带上，得到三相电流突变量的小波包分解层数，其最大值为最优分解层数；选取最大特征频带能量对应的分解系数进行平均灰色关联度的量化，平均灰色关联度最小值对应的相即为故障相。本发明专利技术设计科学合理，能在不同单相接地故障场景下，对所获取三相电流突变量的小波包分解层数进行实时动态更新，对高阻接地故障和单相电弧接地故障选相准确率高，适用性和鲁棒性强，计算复杂性低。计算复杂性低。计算复杂性低。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应小波包变换的单相接地故障选相方法


[0001]本专利技术属于配电网故障分析领及信号处理
，具体涉及一种基于自适应小波包变换的单相接地故障选相方法。

技术介绍

[0002]随着智能配电网的不断发展，配电网中故障发生概率越来越大，若无法及时切除故障，则故障范围有进一步扩大的风险，严重影响配电网的正常运行。在中性点经消弧线圈接地配电网中，当发生单相接地故障时，消弧线圈产生电感电流，对故障点的对地电容电流存在补偿作用，故障电流一般较小。当发生单相高阻接地故障时，故障特性不明显，导致现有的选相方法存在选相错误的可能性。
[0003]单相接地故障作为配电网运行中最常见的故障类型，传统的单相接地故障选相方法从故障数据类型角度可分为基于稳态量和基于暂态量的方法。在暂态量较为明显的故障中，暂态过程持续时间较长，使得基于稳态量的选相方法无法快速实现故障选相；而在高阻接地故障中，由于暂态量的差异不明显，导致基于暂态量的方法存在选相错误的可能。因此，现有方法仍存在低准确率和低适用性等缺点。
[0004]随着人工智能算法在配单网中的应用不断深入，基于小波包变换的数据处理方法逐渐被用于单相接地故障时的选相。然而，传统的小波包变换通常固定分解层数，导致在不同的故障场景下，存在对数据过分解或欠分解的情况，其适用性较弱。也有文献对传统小波包变换进行改进，预先设置分解层数范围和数据阈值，提出一种自上而下、遍历分解层数的自适应小波包变换，这种方法需要对数据进行所有层的小波包系数分解，大大增加计算复杂性，不利于快速的故障选相。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于自适应小波包变换的单相接地故障选相方法，该故障选相方法计算量小，能够快速识别故障相，且在不同故障场景下均可正确选相，适用性强。
[0006]本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种基于自适应小波包变换的单相接地故障选相方法，其特征在于：所述方法的步骤为：
[0008]S1、获取母线处三相电流，并计算故障发生前后一个周波的三相电流突变量
[0009]当配电网正常运行时，三相电流的瞬时值表示为：
[0010][0011]其中：i
kXC
(t)(k＝1,2,...,n,t＝1,...M,X＝A,B,C)为三相对地电容电流的瞬时值；
[0012]i
kXL
(t)为三相负荷电流；
[0013]C
kX
为三相对地电容；
[0014]e
X
为三相电源电压；
[0015]u0为中性点电压；
[0016]当配电网发生单相接地故障时，三相电流的瞬时值表示为：
[0017][0018]其中：i'
kXL
(t)为故障发生后的负荷电流；
[0019]u'0为中性点偏移电压；
[0020]i
f
为故障点电流；
[0021]假设理想情况下，负荷电流保持不变，即i'
kXL
(t)＝i
kXL
(t)，则三相电流突变量表示为：
[0022][0023]S2、求得不同频率值下的小波包分解层数
[0024]对于小波包变换的第j层的第l个特征频带有以下公式成立：
[0025][0026]对上述三相电流突变量进行快速傅里叶变换得到各相幅值最大的频率分量，其频率值可表示为：X＝{A,B,C}，根据上式，必须满足：
[0027][0028]对上式进行变换得到分解层数j关于的不等式：
[0029][0030]由上式可知，分解层数j的大小由l决定，为最小化分解层数以达到降低复杂性的目的，可将l设置为2，即三相电流突变量幅值最大的频率分量被固定在第j层小波包分解的第2个特征频带上，由于采样频率一般远大于因此，所在特征频带的节点序号必然小于2
j
‑1，并且所在特征频带的能量或其附近节点的能量通常情况下为第j层全频带中最大的，所以，只需计算第2个特征频带到第2
j
‑1个特征频带的能量；其中，为避免中性点经消弧线圈配电网中消弧线圈对工频电容电流的补偿作用，工频分量所在的频带一般在第1个频带，其不进行计算和比较；
[0031]三相电流突变量分别可计算得到三个分解层数即：j
X
＝[j
A
,j
B
,j
C
]，最后三相电流突变量的自适应小波包分解层数统一为：j＝max(j
A
,j
B
,j
C
)；
[0032]S3、计算第j层各相小波包分解系数
[0033]根据步骤S2中求得的分解层数，对三相电流突变量使用小波包分解：
[0034][0035]其中：为第j层的第l个节点的小波包分解系数；
[0036]为第(j+1)层的第2l个节点的小波包分解系数；
[0037]为第(j+1)层的第(2l+1)个节点的小波包分解系数；
[0038]h(p
‑
2q)和g(p
‑
2q)分别为低通和高通滤波器系数；
[0039]S4、计算求得第j层能量占比最大的特征频带
[0040]得到第j层的小波包分解系数后，对其能量进行求解：
[0041][0042]其中：||
·
||
l2
为l2范数运算；
[0043]计算第2个特征频带到第2
j
‑1个特征频带的能量，则有：
[0044][0045]然后，各频带能量占比可表示为：
[0046][0047]对于三相电流突变量进行上述重复操作，求解能量占比最大的特征频带，可得到
对应的三组小波包分解系数；
[0048]S5、计算平均灰色关联度
[0049]在经过步骤S1～步骤S4后，假设对于任意的两相小波包分解系数有：x(t)＝[x(1),x(2),...,x(M)]和y(t)＝[y(1),y(2),...,y(M)](M为小波分解系数中的采样点个数)，则可定义如下公式：
[0050][0051]则X和Y两相的绝对灰色关联度可以写为：
[0052][0053]对于三相中的每两相都计算ε
XY
，可以得到三相电流突变量的平均灰色关联度为：
[0054][0055]最后，取三个平均灰色关联度的最小值为：
[0056][0057]则对应的相即为故障相。
[0058]本专利技术的优点和有益效果为：
[0059]1、本专利技术基于自适应小波包变换的单相接地故障选相方法，只需对一半的特征频带能量进行计算与比较，计算复杂性低，且能够可靠、快速判别故障相；
[0060]2、本专利技术基于自适应小波包变换的单相接地故障选相方法，在单相金属性接地故障、单相高阻接地故障和单相电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应小波包变换的单相接地故障选相方法，其特征在于：所述方法的步骤为：S1、获取母线处三相电流，并计算故障发生前后一个周波的三相电流突变量当配电网正常运行时，三相电流的瞬时值表示为：其中：i
kXC
(t)(k＝1,2,...,n,t＝1,...M,X＝A,B,C)为三相对地电容电流的瞬时值；i
kXL
(t)为三相负荷电流；C
kX
为三相对地电容；e
X
为三相电源电压；u0为中性点电压；当配电网发生单相接地故障时，三相电流的瞬时值表示为：其中：i'
kXL
(t)为故障发生后的负荷电流；u'0为中性点偏移电压；i
f
为故障点电流；假设理想情况下，负荷电流保持不变，即i'
kXL
(t)＝i
kXL
(t)，则三相电流突变量表示为：S2、求得不同频率值下的小波包分解层数对于小波包变换的第j层的第l个特征频带有以下公式成立：
对上述三相电流突变量进行快速傅里叶变换得到各相幅值最大的频率分量，其频率值可表示为：X＝{A,B,C}，根据上式，必须满足：对上式进行变换得到分解层数j关于的不等式：由上式可知，分解层数j的大小由l决定，为最小化分解层数以达到降低复杂性的目的，可将l设置为2，即三相电流突变量幅值最大的频率分量被固定在第j层小波包分解的第2个特征频带上，由于采样频率一般远大于因此，所在特征频带的节点序号必然小于2
j
‑1，并且所在特征频带的能量或其附近节点的能量通常情况下为第j层全频带中最大的，所以，只需计算第2个特征频带到第2
j
‑1个特征频带的能量；其中，为避免中性点经消弧线圈配电网中消弧线圈对工频电容电流的补偿作用，工频分量所在的频带...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永丽，袁万琦，姜国琴，杨福利，李圣君，张兵，许建锋，
申请(专利权)人：天津市天变航博电气发展有限公司，
类型：发明
国别省市：