【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于自编码器波形形态辨识的配电网故障启动方法。
技术介绍
1、配电线路深入人员密集区域，具有网络结构复杂、线路对地距离低、设备类型多样等特点，安全风险因素较多，易发生单相接地故障，单相接地故障占配电网故障的80％左右。若单相接地故障发生后不能被及时检测并排除，故障电流长时间存在使得故障点温度升高，损坏设备绝缘，进而引发火灾、爆炸、人身触电等事故。因此，实现单相接地故障可靠检测对配电网的安全稳定运行具有重大意义。
2、设计有效的启动判据是实现配电网单相接地故障可靠检测的难点。故障启动指的是在配电系统中，通过传感器和监测装置实时监测电流、电压、频率等参数。一旦发生故障，如电流突然增大或电压异常，系统会检测到异常情况。从而将故障区域从正常供电网络中隔离出来，以保证其他部分的正常供电，最小化故障对整个电力系统的影响。目前小电流接地故障选线装置多以零序电压幅值越限作为启动判据，现场在运装置多数按照厂家建议，将启动门槛值设置为30～35v(二次侧)。发生单相高阻接地故障时，零序电压呈现逐渐上升的过程，基于零序电压越限确定的启动时刻会滞后于实际接地故障发生时刻。此外，当接地过渡电阻大到一定程度时，零序电压及其变化量甚至无法达到装置的启动门槛值。零序电流幅值越限也有见作为接地启动判据，但高阻接地时，零序电流变化微弱，依靠零序电流稳态量的阈值启动法常常失效。
3、已有单相接地故障检测方法在高过渡接地阻值下难以有效启动。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于自编码器波形形态辨识的配电网故障启动方法，包括如下步骤：
3、步骤s1、实时采集零序电压波形：使用滑动窗口对一维零序电压数据进行实时记录，每个滑动窗口截取的数据长度为m个工频周期零序电压数据，并以n个工频周期为步长实时移动，以更新窗口内波形数据，滑动窗口所截取的一维零序电压数据为后续算法的输入数据，所构成的波形称为零序电压窗口波形；
4、步骤s2、搭建自编码器波形形态辨识模型：搭建自编码器波形形态辨识模型，并使用归一化后的正常运行波形训练自编码器波形形态辨识模型，训练完成后保存模型参数；
5、步骤s3、比较波形重构误差：实时采集的零序电压窗口波形归一化后作为输入数据，输入步骤s2中仅使用正常运行波形训练的自编码器波形形态辨识模型计算波形重构误差，比较波形重构误差和预设误差阈值，以识别疑似接地故障事件是否发生；
6、步骤s4、比较波形瞬时幅值：获取零序电压窗口波形瞬时幅值的最大值，将其与预设幅值比较以排除因负荷投切引起的零序电压波形变化，若波形瞬时幅值的最大值最大值高于预设幅值，故障启动。
7、在本专利技术一实施例中，步骤s1提到滑动窗口技术涉及创建一个固定大小的窗口，然后将这个窗口在数据流或序列上“滑动”。通过这种操作，持续处理数据流中的数据，不断更新窗口内的数据。步骤s1中滑动窗口的更新策略为每次移动固定步长n个工频周期。
8、在本专利技术一实施例中配电网绝大多数时间难以完全避免不对称状态的出现，配电网正常运行时零序电压波形在某段时间内网络不平衡电压保持在一定幅值下的稳态，没有暂态过程，因而正常运行波形类似于正弦波形。正常工况下滑动窗口截取的零序电压数据流称为正常运行波形。而在发生单相接地故障时，网络由正常运行状态转为故障状态，零序电压波形存在暂态过程，其幅值在前几个周波内震荡升高。滑动窗口所截取的零序电压数据流包含故障发生时刻的窗口波形称为故障发生波形。正常运行波形与故障发生波形的波形形态存在明显差异。
9、在本专利技术一实施例中步骤s2所述自编码器基本结构由一个编码器和一个解码器组成，编码器将输入数据映射到低维特征空间，给出特征低维表示；而解码器再将低维特征映射回原始输入空间，得到数据的重构输出。输入层输入数据为滑动窗口所截取的零序电压窗口波形，训练数据仅采用正常运行波形。通过大量输入样本训练，自编码器自适应调整自身参数，训练目标为最小化模型的输出与输入的差异，即最小化重构误差。自编码器重构误差的计算方法原始输入和解码输出之间的均方误差，表达式为
10、
11、式中，n是样本数量，xi是第i个样本的原始输入，是解码器输入的重构结构。计算出重构误差后，使用反向传播算法来调整编码器和解码器的权重，以逐步减小重构误差。这样，在训练过程中，自编码器会逐步学习如何生成更准确的重构结果，最终可以较为准确的重构输入数据。
12、在本专利技术一实施例中步骤s2仅使用正常运行波形训练自编码器，训练完成的自编码器能够较好的重构正常运行时的零序电压窗口波形，即较为准确的重构正常运行波形，而难以有效重构故障时的零序电压窗口波形，即难以有效重构故障发生波形。因此对于仅使用正常运行波形训练完成的自编码器，在测试阶段，若输入为正常运行波形，对应的重构误差值较小。而输入为故障发生波形时，对应的重构误差较大，正常运行波形与故障发生波形对应的重构误差存在明显的分隔裕度。因此，在分割裕度中选择数值x作为预设误差阈值，步骤s3基于重构误差与预设误差阈值的比较可检测疑似接地故障是否发生。若检测时输入波形的重构误差高于误差阈值x，则判定疑似接地故障发生。
13、在本专利技术一实施例中正常工况下由于负荷投切可能导致不平衡电压突然增大，此时输入的窗口波形会产生与故障发生波形几乎相似的波形，导致重构误差也高于预设误差阈值x。为排除负荷投切造成的干扰，若待检波形输入自编码器后的重构误差高于阈值，其电压瞬时幅值还需满足步骤s4的幅值判据，才判定故障启动。根据相关规程要求，正常运行情况下系统最大不平衡电压对应的零序电压二次值为15v，考虑安全系数k＝1.2，零序电压二次侧幅值幅值y需高于18v。
14、相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
15、1、本专利技术所提方法利用自编码器学习零序电压数据中的重要特征和结构，与传统的基于零序电压波形阈值启动的方法相比，基于自编码器重构误差与阈值的比较能够更好的捕捉零序电压波形的异常，有助于更好地区分正常运行波形与故障发生波形，可靠地实现故障启动。
16、2、本专利技术实施例所提的配电网故障启动方法，采用长时间的零序电压数据作为特征量，从长时间尺度提取零序电压波形变化特征。与采用零序电流作为特征量的方法相比，零序电流在不同故障条件下的故障特征更为复杂多变，而零序电压的波形形态特征较为稳定，因此所提方法具备更强的适应性和更高的启动准确性。
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1.一种基于自编码器波形形态辨识的配电网故障启动方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于自编码器波形形态辨识的配电网故障启动方法，其特征在于，步骤S1中，所述滑动窗口即创建一个固定大小的窗口，然后将这个窗口在数据流或序列上“滑动”，通过这种操作，持续处理数据流中的数据，不断更新窗口内的数据，步骤S1中滑动窗口的更新策略为每次移动固定步长的N个工频周期。
3.根据权利要求1所述的一种基于自编码器波形形态辨识的配电网故障启动方法，其特征在于，配电网正常运行时零序电压波形在某段时间内网络不平衡电压保持在预定幅值下的稳态，没有暂态过程，因而正常运行波形类似于正弦波形；正常运行状态下滑动窗口截取的零序电压数据流称为正常运行波形；发生单相接地故障时，网络由正常运行状态转为故障状态，零序电压波形存在暂态过程，其幅值在前几个周波内震荡升高，此时滑动窗口所截取的零序电压数据流包含故障发生时刻的窗口波形称为故障发生波形。
4.根据权利要求1所述的一种基于自编码器波形形态辨识的配电网故障启动方法，其特征在于，步骤S2中，自编码器基本结构由一
5.根据权利要求1所述的一种基于自编码器波形形态辨识的配电网故障启动方法，其特征在于，步骤S2中，仅使用正常运行波形训练自编码器，训练完成的自编码器能够准确的重构正常运行时的零序电压窗口波形，即能够有效的重构正常运行波形，难以有效重构故障发生波形；在测试阶段，若输入为正常运行波形，对应的重构误差值较小；而输入为故障发生波形时，对应的重构误差较大，正常运行波形与故障发生波形对应的重构误差存在明显的分隔裕度；因此，在分割裕度中选择数值X作为预设误差阈值，步骤S3基于重构误差与预设误差阈值的比较能够检测疑似接地故障是否发生，若检测时输入波形的重构误差高于预设误差阈值X，则判定疑似接地故障发生。
6.根据权利要求1所述的一种基于自编码器波形形态辨识的配电网故障启动方法，其特征在于，正常运行状态下，由于负荷投切可能导致不平衡电压突然增大，此时输入的窗口波形会产生与故障发生波形几乎相似的波形，导致重构误差也高于预设误差阈值X；为排除负荷投切造成的干扰，若待检波形输入自编码器后的重构误差高于阈值，其电压瞬时幅值还需满足步骤S4的幅值判据，才判定故障启动。
7.根据权利要求6所述的一种基于自编码器波形形态辨识的配电网故障启动方法，其特征在于，正常运行状态下系统最大不平衡电压对应的零序电压二次值为15V，考虑安全系数K＝1.2，零序电压二次侧幅值Y需高于18V。
...【技术特征摘要】
1.一种基于自编码器波形形态辨识的配电网故障启动方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于自编码器波形形态辨识的配电网故障启动方法，其特征在于，步骤s1中，所述滑动窗口即创建一个固定大小的窗口，然后将这个窗口在数据流或序列上“滑动”，通过这种操作，持续处理数据流中的数据，不断更新窗口内的数据，步骤s1中滑动窗口的更新策略为每次移动固定步长的n个工频周期。
3.根据权利要求1所述的一种基于自编码器波形形态辨识的配电网故障启动方法，其特征在于，配电网正常运行时零序电压波形在某段时间内网络不平衡电压保持在预定幅值下的稳态，没有暂态过程，因而正常运行波形类似于正弦波形；正常运行状态下滑动窗口截取的零序电压数据流称为正常运行波形；发生单相接地故障时，网络由正常运行状态转为故障状态，零序电压波形存在暂态过程，其幅值在前几个周波内震荡升高，此时滑动窗口所截取的零序电压数据流包含故障发生时刻的窗口波形称为故障发生波形。
4.根据权利要求1所述的一种基于自编码器波形形态辨识的配电网故障启动方法，其特征在于，步骤s2中，自编码器基本结构由一个编码器和一个解码器组成，编码器将输入数据映射到低维特征空间，给出特征低维表示；而解码器再将低维特征映射回原始输入空间，得到数据的重构输出；输入数据为滑动窗口所截取的零序电压窗口波形，训练数据仅采用正常运行波形；通过输入样本训练，自编码器自适应调整自身参数，训练目标为最小化模型的输出与输入的...
【专利技术属性】
技术研发人员：林金树，江捷，李宽宏，许玲琳，江恒，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司三明供电公司，
类型：发明
国别省市：
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