一种电力系统线路故障特征主动增强检测方法技术方案

本发明专利技术涉及电力系统线路检测与继电保护领域，具体是一种电力系统线路故障特征主动增强检测方法。一种电力系统线路故障特征主动增强的检测方法，包括数据的获得，在线数据的增强处理和检测，并通过与阈值比较判定是否发生故障。其中，数据自电力系统中能对电气量进行数据测量的设备中获得。而对在线数据的主动增强处理，是通过实时注入辅助信号加强故障所造成的线路两端电压差，对主动增强后电压概率分布偏差进行检测，当检测结果满足阈值判别条件，线路故障成立，反而则线路正常。该种检测方法在不影响电力系统正常运行的前提下，能够实时注入增强信号提高故障信号的特征，提高故障信号的检测速度和检测准确率。信号的检测速度和检测准确率。信号的检测速度和检测准确率。

【技术实现步骤摘要】
一种电力系统线路故障特征主动增强检测方法


[0001]本专利技术涉及电力系统线路检测与继电保护领域，具体是一种电力系统线路故障特征主动增强检测方法。

技术介绍

[0002]电力系统微小故障主要分为高阻故障和电缆早期故障两大类，其共同特征是时频域特征微弱，过渡电阻很大，甚至会大于20kΩ，进而导致故障电流小于负载电流的10%以下。现有技术中的关于该类故障检测方法存在的主要问题包括：(1)先故障再增强对应信号特征的处理方式，使得故障漏报率及误报率升高。现有的故障特征增强技术一般是配合保护设备动作而响应的，也就是说，只有在机械设备发出动作之后才会对故障信号特征进行增强，对于保护设备不动作的故障无法进行判别及特征增强。而保护设备动作的精度受限，很多微小故障发生时，并不会触发保护设备动作，造成故障的漏检；而为了提高保护设备对故障的灵敏性，通常采用降低设备或算法的阈值的方法。这种方法往往会因为线路上的噪声及各类干扰引起保护设备的频繁启动，从而增加电力系统的维护成本，误检率高。(2)单纯以电气量时间/频率为故障判定特征，检测误报率高。现在大量的分布式电源及储能设备接入电力系统中，这些设备的正常投切也会产生与微小故障相类似的时频域暂态过程，因此，单纯以电气量的时间/频率检测和识别故障的可靠性降低，检测误报率上升。上述种种原因导致在电力系统微小故障初期不易被检测到，这使得该类故障会长期存在，甚至会引发更严重的两相或三相短路故障。并且这种在初步判定有故障发生，再通过增强信号的方式来进行故障最终判别的方式，会在增强信号期间对系统输出电压产生影响。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种电力系统线路故障特征主动增强检测方法，该种检测方法在不影响电力系统正常运行的前提下，能够实时注入增强信号提高故障信号的特征，提高故障信号的检测速度和检测准确率。
[0004]为解决现有技术问题，本专利技术公开了一种电力系统线路故障特征主动增强的检测方法，该种检测方法包括数据的获得、在线数据的增强处理、增强后在线数据的检测、与阈值进行比较，根据比较结果确定是否为故障。其具体为：获取数据，自电力系统中能对电气量进行数据测量的设备中获得基准历史数据；在线数据主动增强，在数据测量设备实时反馈的线路数据信号中注入增强信号η，对增强信号αη调节之后叠加在线路电压信号基础上，增大故障所造成的线路两端的电压差ΔU
b
；在线数据检测，对数据进行重构，得到重构的历史数据X1和重构后的在线数据X2，计算重构后历史数据X1和在线数据X2的统计距离W，该统计距离W为重构信号后历史数据X1和在线数据X2的电压概率分布偏差；设定电压概率分布偏差的阈值ξ，选取两段不同的历史数据，对该两段历史数据进
行重构，得到重后的历史数据X
n
和X
n
‑1，计算重构后的历史数据X
n
和X
n
‑1的统计距离W1，该统计距离W1为重构信号后的历史数据X
n
和X
n
‑1的电压概率分布偏差，，对W1求取平均值μ，对W1求取标准差σ，则ξ=μ+εσ，其中ε为常数；故障判定，故障判定指标包括电压概率分布偏差阈值ξ和判定时限t
w
，重构后的在线数据X2和重构后的历史数据X1的电压偏差为W，持续超出阈值ξ的时间为t
d
，则当检测结果同时满足如下判别条件时，，则判定有微小故障发生，两个判别条件中任意一个或两个不满足，则判定无微小故障发生。
[0005]其中，所述故障发生后和发生前的线路两端电压差ΔU
b
的计算方法为：故障发生后线路末端b处的电压故障发生前线路末端b处的电压U
b
，即式（1）
‑
式（2）得到式（3）。
[0006]以线路首端节点为a点，线路末端节点为b点，线路全长为l，在距离a点kl处发生微小故障，故障点为f点，则此时线路的等效电路图为：线路首端节点a点处的电压和电流分别为U
a
和I
a
，U
b
为末端电压，整个线路的阻抗为Z，故障点之前线路的阻抗为kZ，而故障点之后线路的阻抗为(1
‑
k)Z，在距离a点kl处f点的对地电阻为R
f
，Y为线路对地导纳，在f点左右两侧的对地导纳均为Y/2；故障发生前线路末端b处的电压为：U
b
=ABU
a
‑
DI
a
(1)式中：A=1/G+(R+sL)(1+sC/G)，B=G,D=R+sL，s为拉普拉斯算子，G为线路对地电导，R为线路电阻，C为线路对地电容，L为线路电感；故障发生后线路末端b处的电压为：U
bf =A
f
B
f
U
a ‑
D
f
I
a
，(2)式中：U
bf
为故障时线路末端b点的电压，A
f
=1/G
aeq
+(R
eq
+sL
eq
)(1+sC
aeq
/G
aeq
)，B
f =G
aeq
,D
f
=R
eq
+sL
eq
，G
aeq
为a端对地电导，C
aeq
是a端对地电容，R
eq
是等效电阻，L
eq
是等效电感。
[0007]则式（2）
‑
式（1）得到故障前后的电压差为：ΔU
b
=A
f
Δ
B
U
a
+Δ
A
BU
a
‑
Δ
D
I
a
，(3)式中:系数差矩阵分别为Δ
A
=A
f
–
A, Δ
B
=B
f –
B，Δ
D
=D
f
–
D。
[0008]式（3）中涉及到诸多变量代换，其中涉及到的物理量有：R
eq
、L
eq
、G
aeq
、C
aeq
、G
beq
和C
beq
，其中R
eq
是等效电阻，L
eq
是等效电感、G
aeq
和G
beq
分别为a端和b端的对地电导、C
aeq
和C
beq
分别为a端和b端的对地电容。这些物理量的求取方法如下：对故障后的线路等效电路图进行转化，其等效电路为：线路首端节点a点处的电压和电流分别为U
a
和I
a
，线路末端节点b点处的电压和电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力系统线路故障特征主动增强检测方法，其特征在于：(a)获取数据，自电力系统中能对电气量进行数据测量的设备中获得相关数据；(b)在线数据主动增强，在数据测量设备实时反馈的线路数据信号中注入增强信号η，对增强信号η调节之后叠加在线路电压信号基础上，增大故障所造成的线路两端的电压差；(c) 在线数据检测，对数据进行重构，得到重构的历史数据X1和重构后的在线数据X2，计算重构后历史数据X1和在线数据X2的统计距离W，该统计距离W为重构信号后历史数据X1和在线数据X2的电压概率分布偏差；(d)设定电压散度阈值ξ，选取两段不同的历史数据，对该两段历史数据进行重构，得到重后的历史数据X
n
和X
n
‑1，计算重构后的历史数据X
n
和X
n
‑1的统计距离W1，该统计距离W1为重构信号后的历史数据X
n
和X
n
‑1的电压概率分布偏差，对W1求取平均值μ，对W1求取标准差σ，则ξ=μ+εσ，其中ε为常数；(e)故障判定，故障判定指标包括电压散度阈值ξ和判定时限t
w
，重构后的在线数据X2和重构后的历史数据X1的电压概率分布偏差为W，持续超出阈值ξ的时间为t
d
，则当检测结果同时满足如下判别条件时，则判定有微小故障发生，两个判别条件中任意一个或两个不满足，则判定无微小故障发生。2.根据权利要求1所述的一种电力系统线路故障特征主动增强检测方法，其特征在于：步骤(b)中，所述信号增强后故障线路两端的电压差的计算方法为：以线路首端节点为a点，线路末端节点为b点，线路全长为l，在距离a点kl处发生微小故障，故障点为f点，则此时线路的等效电路图为：线路首端节点a点处的电压和电流分别为U
a
和I
a
，U
b
为末端电压，整个线路的阻抗为Z，故障点之前线路的阻抗为kZ，而故障点之后线路的阻抗为(1
‑
k)Z，在距离a点kl处f点的对地电阻为R
f
，Y为线路对地导纳，在f点左右两侧的对地导纳均为Y/2；故障发生前线路末端b处的电压为：U
b
=ABU
a
‑
DI
a
，(1)式中：A=1/G+(R+sL)(1+sC/G)，B=G, D=R+sL，s为拉普拉斯算子，G为线路对地电导，R为线路电阻，C为线路对地电容，L为线路电感；故障发生后线路末端b处的电压为：U
bf =A
f
B
f
U
a ‑ꢀ
D
f
I
a
，(2)式中：U
bf
为故障时线路末端b点的电压，A
f
=1/C
aeq
+(R
eq
+sL
eq
)(1+sC
aeq
/C
aeq
)，B
f =C
aeq
, D
f
=R
eq
+sL
eq
，G
aeq
为a端对地电导，C
aeq
是a端对地电容，R
eq
是等效电阻，L
eq
是等效电感；则式（2）
‑
式（1）得到故障前后的电压差为：ΔU
b
=A
f
Δ
B
U
a
+Δ
A
BU
a
‑
Δ
D
I
a
，(3)式中，系数差矩阵分别为Δ
A
=A
f
–ꢀ
A, Δ
B
=B
f –ꢀ
B，Δ
D
=D
f
–ꢀ
D；为加强故障所造成的电压差，在线路中增加增强信号η和调节系数α，将增强信号η分为两部分αη和
‑
αη，使所述两部分增强信号与正常电压信号叠加，叠加增强后a点的电压为，则式（3）中引入增强信号后故障前后的电压差为：ΔU
b
=A
f
Δ
B
U
a
+Δ
A
B(U
a
+αη)
‑
Δ
D
I
a
，(4)而故障发生后，增强信号的系统为：(5)则当正常运行时，系统参数矩阵A
f<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，姚智伟，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：