本发明专利技术提出一种基于时频原子分解理论的小电流接地系统故障选线方法。该方法主要基于时频原子分解理论，将零序电流数据在Gabor过完备原子库中进行稀疏分解，再通过相关参数的优化、求解获得匹配的衰减正弦量原子。时频原子分解法能够准确得到基波和各次谐波的起止时刻、幅值、频率和变化规律等扰动特征，并能够有效的滤除干扰信号。根据时频原子分解后原子的能量熵是按从大到小排列的，除去零序暂态电流基波原子，比较每条线路零序电流频率相近原子的相角（极性）：如果线路零序暂态频率相近的原子相角（极性）与其他线路相反，则为故障线路；如果每条线路对应原子相角（极性）相同，则为母线故障，综合各频率原子相角的比较结果来确定故障线路。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种配电网的小电流接地系统故障选线方法，特别是涉及一种应用时频原子分解理论进行小电流接地系统故障选线方法。
技术介绍
我国大多数配电网均采用中性点不直接接地系统(NUGS)，即小接地电流系统，它包括中性点不接地系统(NUS)，中性点经消弧线圈接地系统(NES，也称谐振接地系统)，中性点经电阻接地系统(NRS)。我国在小电流接地故障选线方面做 了大量的研究，提出了多种选线方法，取得了一定的成效，但是仍然不能完全做到准确可靠的选线，这会阻碍配电网自动化顺利发展，威胁电网的安全稳定运行。中性点不直接接地系统(NUGS)发生单相接地故障的几率最高，发生单相故障时，系统会产生零序电流，这时供电系统仍能保证线电压的对称性，且故障电流较小，不影响对负荷的连续供电，故不必立即跳闸，规程规定可以继续运行广2h。但是接地点的出现使得故障相对地电压大幅度降低，非故障相对地电压升高为接近线电压，很容易在电网的绝缘薄弱处引起另一点的接地，从而导致两点或多点接地短路。弧光接地还会引起全系统过电压，进而损坏设备，破坏系统安全运行，所以必须及时找到故障线路予以切除。国内外学者提出了很多种故障选线的方法。在中性点经消弧线圈接地的系统，发生金属性单相接地时，由于消弧线圈通常处于过补偿状态，故障线路与非故障线路的基波零序电流在数值和方向上都很难区分，已有的稳态量的选线方法很难满足现场运行要求、而已有的暂态量的选线方法中仍存在许多问题，文献在研究S变换提取信号幅频特性和相频特性的基础上，提出了一种基于S变换的融合多个采样点投票结果的配电网故障选线方法，这种方法适用的前提是需要采集到正确的馈线相角和频率信息，文献利用小波变换提取故障后的行波信息，构造判据以实现故障选线，小波变换具有良好的时域-频域局部化特性，能提供信号在不同尺度的特征，但易受噪声影响，应用效果不好。文献引入故障测度概念，用Dempster-Shafer证据理论实现了融合的选线方法。文献通过比较暂态零序电流的幅值捕捉特征频带，进而滤波得到特征频带内的信号。文献利用S变换处理各馈线的零序电流，通过比较不同频率点的暂态能量确定容性电流的主导频率，并根据能量的大小选出故障线路。S变换是对连续小波变换和短时傅里叶变换的发展，具有良好的时频特性，但分解后信息量太多。同时还有把稳态量和暂态量两者结合的选线方法，如神经网络算法，但此算法存在局部最优问题，收敛性较差，训练时间较长，可靠性相对较低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，就是提供一种，其可满足现场运行要求，不易受噪声影响，应用效果较好且分解后信息量不多，收敛性较好，可靠性相对较高。解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下一种，包括以下步骤SI建立配电系统发生小电流接地故障时的零序电流数据库以母线零序电压瞬时值u(t)大于KuUn作为故障启动条件，其中Ku取值为O. 15，仏为母线额定电压，通过选线装置记录故障启动前后2个周波的各馈线零序电流，建立零序电流数据库；S2对零序电流数据库数据进 行时频原子分解，挑选特征量原子应用匹配追踪(Matching Pursuits, MP)算法采用离散的Gabor原子库将零序电流数据库数据在Gabor过完备原子库中进行稀疏分解，在满足下式(I)条件下，得到最匹配Gabor原子也即特征量原子(式8)，并得到离散的原子参量； r O fx 'f/mf* w—l j y% w-1{m)
m) X =fX -{fx ,gy jg,CD ( OI p 依-i⑴ \A =ar^mF (Λ 足)OγS3用伪牛顿算法(Pseudo-Newton)将离散的原子参量连续化,并根据得到的连续化的原子参量，求出此时的最佳相角φ ；S4根据原子四个参量，推导对应的衰减正弦量原子，包括以下子步骤S4-1检查正弦量原子是衰减还是发散寻求Gabor原子与当前残余信号具有较大内积的半平面，如果是右半平面(高斯窗函数中心τ的右半部分)，则正弦量原子是衰减的；如果是左半平面(高斯窗函数中心τ的左半部分)，则正弦量原子是发散的；S4-2由四个参量中的尺度因子s计算初始衰减因子P的估计值由上一步S4-1的结果，当正弦量原子为衰减时，P =;当正弦量原子为发散时ρ = -φψ7 ·S4-3确定起始和终止时间tsq与teq :定义tsq = ms和teq = me分别为衰减正弦量原子的起始时间和结束时间；当正弦原子衰减时ms= τ、me = N_l,此时起始时间已经确定，只需要确定终止时间在第η次匹配追踪过程中，如果原子与当前信号的内积满足(/ ；；,凡广'(+〈/二其中，〈广(》“)⑵ψ-g r (m J则me = me_l，重复上述过程，当〈/二 P 命(/； 尸广⑴〉时，迭代结束；求得最终的终止时间IV同理可求得当正弦原子发散时的ms、me ；S4-4根据所得各参数得到衰减正弦量原子g(t) = Aq cos(2^/ / + φ( )epq(t^ x (u(t -tsq)-u(t-t ))(3)S4-5，利用伪牛顿算法对衰减正弦量原子的初始衰减因子P和频率因子ξ进行优化，并利用优化后衰减正弦量原子再次计算最佳相角，得到最终参变量和最优衰减正弦量原子，存储最终原子参量和原始信号中除去最优衰减正弦量原子的残余信号，并求取残余能量，进行下一次迭代得到第二个原子；当残余信号能量小于原始信号能量的0.01时，迭代结束；式(I)表明了最佳匹配原子需满足的条件，即提取的原子与当前残余信号具备内积值最大，据此，定义故障选线原子分解能量熵Ei Ei=max(|<fx(l_1), gY(l)>|), i = 1,2, . . . ,D(4)由式(4)可知，原子分解能量熵是根据原子能量(即故障零序电流的能量)特征自适应求取，内积值最大即表明该原子所含能 量最大；S5设计选线方案获得每条线路零序暂态电流经原子稀疏分解后按能量熵从大到小排列的原子，除去零序暂态电流基波原子，随后比较每条线路零序电流频率相近原子的相角(极性)，如果线路零序暂态频率相近的原子相角(极性)与其他线路相反，则为故障线路，如果每条线路对应原子相角(极性)相同，则为母线故障。所述的步骤S3包括以下子步骤S3-1依次增加参量的值，增加量为其自身的一半；S3-2以新参量为标准构成新原子，将新原子与当前残余信号作内积；如果内积值增加，原子参变量以当前值代替初始值，继续相同步骤；反之如果内积值不增加，则将增加值乘以负O. 5与自身相加，再进行内积并进行判断；S3-3在每次迭代过程中，衰减正弦量原子的三参量按顺序进行优化；S3-4在判断过程中，如果下面两个条件其中之一得到满足，那么当前参量优化过程终止(1)内积的增加值不足当前值的1%; (2)当前参变量的增加值不足自身值的10%;S3-5由求得的原子参量构造实原子和虚原子，定义Gy (t) = gY (t)eJU+\ I |GY (t) I I = I ；GY (t)为复原子，Φ初始值为随机角度，取值范围为;实原子Py (t)为复原子Gy (t)的实部，虚原子Qy (t)为复原子Gy (t)的虚部；用MP算法对零序电流数据进行第m次原子分解迭代后，当前残余值为f (:), m次迭代的实原子为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种应用时频原子分解理论的小电流接地系统故障选线方法，包括以下步骤：S1建立配电系统发生小电流接地故障时的零序电流数据库：以母线零序电压瞬时值u(t)大于KuUn作为故障启动条件，其中Ku取值为0.15，Un为母线额定电压，通过选线装置记录故障启动前后2个周波的各馈线零序电流，建立零序电流数据库；S2对零序电流数据库数据进行时频原子分解，挑选特征量原子：应用匹配追踪算法采用离散的Gabor原子库将零序电流数据库数据在Gabor过完备原子库中进行稀疏分解，在满足下式（1）条件下,得到最匹配Gabor原子也即特征量原子（式8），并得到离散的原子参量[s,ξ,τ]；fx0=ffxm=fxm-1-<fxm-1,gγ(m)>gγ(m)gγ(m)=argmaxgγ(i)∈D|<fxm-1,gγ(i)>|---(1)S3用伪牛顿算法将离散的原子参量[s,ξ,τ]连续化，并根据得到的连续化的原子参量[s,ξ,τ]，求出此时的最佳相角φ；S4根据原子四个参量[s,ξ,τ,φ]，推导对应的衰减正弦量原子，包括以下子步骤：S4？1检查正弦量原子是衰减还是发散：寻求Gabor原子与当前残余信号具有较大内积的半平面，如果是右半平面，则正弦量原子是衰减的；如果是左半平面，则正弦量原子是发散的；S4？2由四个参量[s,ξ,τ,φ]中的尺度因子s计算初始衰减因子ρ的估计值：由上一步S4？1的结果，当正弦量原子为衰减时，当正弦量原子为发散时S4？3确定起始和终止时间tsq与teq：定义tsq＝ms和teq＝me分别为衰减正弦量原子的起始时间和结束时间；当正弦原子衰减时：ms=τ、me＝N？1，此时起始时间已经确定，只需要确定终止时间me；在第n次匹配追踪过程中，如果原子与当前信号的 内积满足<fx(t)(n),Pγ′(n)(t)>≥<fx(t)(n),Pγ(n)(t)>;其中，<fx(t)(n),Pγ′(n)(t)>=<fx(t)(n)Pγ(n)(t)>-fX(me)(n)gγ(n)(me)1-gγ(n)2(me)---(2)则me＝me？1，重复上述过程，当<fx(t)(n),Pγ′(n)(t)><<fx(t)(n),Pγ(n)(t)>时，迭代结束；求得最终的终止时间me，同理可求得当正弦原子发散时的ms、me；S4？4根据所得各参数得到衰减正弦量原子g(t)=Aqcos(2πfqt+φq)e-ρq(t-tsq)×(u(t-tsq)-u(t-teq))---(3);S4？5，利用伪牛顿算法对衰减正弦量原子的初始衰减因子ρ和频率因子ξ进行优化，并利用优化后衰减正弦量原子再次计算最佳相角，得到最终参变量和最优衰减正弦量原子，存储最终原子参量和原始信号中除去最优衰减正弦量原子的残余信号，并求取残余能量，进行下一次迭代得到第二个原子；当残余信号能量小于原始信号能量的0.01时，迭代结束；式(1)表明了最佳匹配原子需满足的条件，即提取的原子与当前残余信号具备内积值最大，据此，定义故障选线原子分解能量熵Ei：Ei=max(||),i＝1，2,...,D？？？？？？？？？？？？？？？？？？(4)由式(4)可知，原子分解能量熵是根据原子能量特征自适应求取，内积值最大即表明该原子所含能量最大；S5设计选线方案获得每条线路零序暂态电流经原子稀疏分解后按能量熵从大到小排列的原子，除去零序暂态电流基波原子，随后比较每条线路零序电流频率相近原子的相角，如果线路零序暂态频率相近的原子相角与其他线路相反，则为故障线路，如果每条线路对应原子相角相同，则为母线故障。FDA00002044784600012.jpg,FDA00002044784600013.jpg...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：余南华，高新华，杨军，董蓓，陈炯聪，李传健，蔡茂，孙元章，周克林，李瑞，
申请(专利权)人：广东电网公司电力科学研究院，武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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