一种基于自适应重合闸逻辑优化的剩余电流保护方法技术

本发明专利技术属于电力技术领域，其公开了一种基于自适应重合闸逻辑优化的剩余电流保护方法，其对配电线路的剩余电流进行实时监测，当检测到剩余电流相关参数高于阈值，则断路器无延时进行一次跳闸；基于REMD近似熵，提取跳闸后的剩余电流特征指标，同时采用IMF时域特征进行协同判定，进一步提高了自适应重合闸动作的准确性和安全性；最后通过GA

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应重合闸逻辑优化的剩余电流保护方法


[0001]本专利技术属于电力
，尤其涉及低压配电网剩余电流保护方法及系统。

技术介绍

[0002]相对于高压输电网，用户(生物体)更容易接触到低压配电网，超过85％的触电事故发生在低压配电网。为了避免此类事故发生，剩余电流保护装置(Residual Current Protection Device,RCD)分级保护配置被应用于低压配电网，当发生生物体触电或者用电设备漏电时，RCD的剩余电流互感器能够检测到线路中的泄漏电流，当检测电流值超过动作阈值时，RCD的执行装置执行跳闸任务。
[0003]剩余电流保护装置被广泛应用于220/380V电压等级的配电网中，主要作用是减小用电器不正常接地及故障事故带来的危害，作为预防生物体触电的主要保护装置；但通过对剩余电流保护装置投运情况的研究发现，实际运行中一级RCD(装设于配电变压器出线支路上)普遍存在误动现象，在大负荷突然投切或其他三相不平衡状态下产生的三相不平衡电流、谐波等也能被RCD检测到，若装置检测的剩余电流值大于动作阈值，就会导致误动情况，影响配网供电可靠性。
[0004]在电力系统故障中，自动重合闸可以大大提高供电可靠性，减少线路停电次数；在高压输电线路上采用重合闸，还可以提高电力系统并列运行的稳定性，从而提高传输容量；但在220/380V低压配电网环境下，缺少既可避免二次伤害，又能尽可能避免影响电网供电连续性的方案。如专利申请CN112952751A,公开了一种非线性剩余电流自适应保护方法，其在剩余电流保护动作之前进行大量判断，在一定程度上降低了保护的速动性；但其采用了传统的重合闸策略，即在一次跳闸后，不判断故障类型立刻进行重合闸，若是生物触电，则无疑是将生物与电网再次建立电气连接，发生二次触电事故，会使生物体再次受到伤害，其无法满足电网运行对安全性的需求。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术在低压配电网环境下，提供了一种基于自适应重合闸逻辑优化的剩余电流保护方法，通过对一次跳闸信号的特征提取，将剩余电流过阈值状态分为生物触电状态和三相不平衡状态，对应不同状态在重合闸之前自适应的决定装置闭锁或启动，降低剩余电流保护的误动拒动概率；在降低配电终端生物触电事故发生概率的同时，提高配电网供电可靠性。
[0006]本专利技术所述的一种基于自适应重合闸逻辑优化的剩余电流保护方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、在低压配电网环境下，针对剩余电流总保护，利用剩余电流检测元件对配电线路的剩余电流进行实时监测；当监测数值达到判别条件时，剩余电流保护装置的执行元件无延时进行一次跳闸；
[0008]步骤2、利用信号分析方法鲁棒经验模态分解REMD对一次跳闸后的剩余电流信号
进行分解，提取分解后的固有模态分量IMF的特征指标；并利用主成分分析PCA对高维特征向量进行自适应降维，将高维的输入特征向量分解成在数据中最大方差方向上的正交分量，产生特征向量的低维表示；
[0009]步骤3、对GA
‑
BP神经网络进行训练，利用训练后的GA
‑
BP神经网络按照剩余电流一次跳闸后的特征指标，将剩余电流过阈值状态划分为生物触电状态、三相不平衡状态；
[0010]步骤4、当GA
‑
BP神经网络分类识别结果为生物触电状态时，则禁止启用重合闸装置；当分类识别结果为三相负荷不平衡状态时，则启动重合闸恢复供电。
[0011]进一步的，剩余电流检测元件为电流互感器，将电流互感器的线圈穿过A、B、C三条相线以及中性线，对配电线路的剩余电流进行实时监测；当监测到剩余电流超过设定阈值，且剩余电流保护装置的判别元件判定在指定时间内检测值持续高于阈值，则剩余电流保护装置的执行元件无延时进行一次跳闸。
[0012]进一步的，步骤2中，提取的IMF特征指标包括IMF时域特征及REMD近似熵。
[0013]进一步的，对IMF时域特征提取具体为：
[0014]对IMF分量计算其标准差评估其IMF序列的离散程度，标准差计算公式如下式所示，是各数据偏离真实值的距离平方和的平均数：
[0015][0016]其中s
i
为信号的采样数据点幅值，N为每个样本的采样数据点数，为数据平均数；
[0017]再计算其裕度因子表征其冲击特性，裕度因子计算如下式所示，是信号峰值与方根幅值的比值：
[0018][0019]最后计算其能量表征其IMF分量在时间上的能量积累，能量计算公式如下式所示，是各采样点幅值的平方和：
[0020][0021]最终每个IMF分量对应形成三维时域特征指标。
[0022]进一步的，REMD近似熵的提取是提出先将剩余电流信号进行REMD分解后获取IMF分量，再结合近似熵理论，计算各IMF近似熵值，评估其IMF序列的复杂度特征值；
[0023]对一次跳闸信号进行REMD分解获取IMF分量，如下式所示：
[0024][0025]式中，X(t)为原始信号在t时刻的值；r(t)为REMD分解后得到的残差；IMF
i(t)
为第i阶IMF在t时刻的值，I为信号经过REMD分解后的获取到的IMF个数。
[0026]进一步的，步骤3中具体为：
[0027]步骤3
‑
1、分别建立配电线路生物触电仿真模型、三相不平衡仿真模型；
[0028]步骤3
‑
2、对上述两个模型均在剩余电流过阈值时刻进行一次跳闸动态仿真，利用信号采集装置捕捉剩余电流一次跳闸信号；
[0029]步骤3
‑
3、对采集到的一次跳闸信号进行小波阈值降噪预处理，滤除其噪声成分；
[0030]步骤3
‑
4、对预处理后的数据进行特征提取；
[0031]步骤3
‑
5、将提取的特征指标经主成分分析PCA降维后输入训练通道，GA
‑
BP神经网络训练过程中采用tansig和遗传算法来决定训练出口，训练结束后获取GA
‑
BP神经网络的权重系数。
[0032]进一步的，建立生物触电仿真模型，采用mayr电弧模型与H.Freiberger人体阻抗模型串联，
[0033]其中，Mayr电弧模型方程为：
[0034][0035]式中：Rm为Mayr电弧动态电阻；τ
m
为电弧时间常数，其表征电弧中能量变化使电弧改变e(自然对数)倍时所需要的时间；p
loss
为电弧燃烧耗散功率，u和i分别表示弧柱的电场强度和电弧电流；
[0036]H.Freiberger人体阻抗模型将生物体阻抗看作内部人体阻抗R0和外部皮肤阻抗的串联，外部皮肤阻抗为皮肤电阻R
s
和皮肤电容C
s
的并联；
[0037]进一步的，建立三相不平衡模型具体步骤为：
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应重合闸逻辑优化的剩余电流保护方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、在低压配电网环境下，针对剩余电流总保护，利用剩余电流检测元件对配电线路的剩余电流进行实时监测；当监测数值达到判别条件时，剩余电流保护装置的执行元件无延时进行一次跳闸；步骤2、利用信号分析方法鲁棒经验模态分解REMD对一次跳闸后的剩余电流信号进行分解，提取分解后的固有模态分量IMF的特征指标；并利用主成分分析PCA对高维特征向量进行自适应降维，将高维的输入特征向量分解成在数据中最大方差方向上的正交分量，产生特征向量的低维表示；步骤3、对GA
‑
BP神经网络进行训练，利用训练后的GA
‑
BP神经网络按照剩余电流一次跳闸后的特征指标，将剩余电流过阈值状态划分为生物触电状态、三相不平衡状态；步骤4、当GA
‑
BP神经网络分类识别结果为生物触电状态时，则禁止启用重合闸装置；当分类识别结果为三相负荷不平衡状态时，则启动重合闸恢复供电。2.根据权利要求1所述的一种基于自适应重合闸逻辑优化的剩余电流保护方法，其特征在于，剩余电流检测元件为电流互感器，将电流互感器的线圈穿过A、B、C三条相线以及中性线，对配电线路的剩余电流进行实时监测；当监测到剩余电流超过设定阈值，且剩余电流保护装置的判别元件判定在指定时间内检测值持续高于阈值，则剩余电流保护装置的执行元件无延时进行一次跳闸。3.根据权利要求1所述的一种基于自适应重合闸逻辑优化的剩余电流保护方法，其特征在于，步骤2中，提取的IMF特征指标包括IMF时域特征及REMD近似熵。4.根据权利要求3所述的一种基于自适应重合闸逻辑优化的剩余电流保护方法，其特征在于，对IMF时域特征提取具体为：对IMF分量计算其标准差评估其IMF序列的离散程度，标准差计算公式如下式所示，是各数据偏离真实值的距离平方和的平均数：其中s
i
为信号的采样数据点幅值，N为每个样本的采样数据点数，为数据平均数；再计算其裕度因子表征其冲击特性，裕度因子计算如下式所示，是信号峰值与方根幅值的比值：最后计算其能量表征其IMF分量在时间上的能量积累，能量计算公式如下式所示，是各采样点幅值的平方和：最终每个IMF分量对应形成三维时域特征指标。5.根据权利要求3所述的一种基于自适应重合闸逻辑优化的剩余电流保护方法，其特征在于，REMD近似熵的提取是提出先将剩余电流信号进行RE...

【专利技术属性】
技术研发人员：张腾飞，徐寒，刘建，朱三立，周霞，陈舒，徐俊俊，吴巨爱，刘明祥，黄崇鑫，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：