CN105445618A - 一种小电流接地系统故障选线方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种小电流接地系统故障选线方法及装置，所述方法包括：根据预设的采样频率分别采集故障时刻起小电流接地系统中各条线路的暂态零序电流；根据各条线路的暂态零序电流，计算各条线路的最佳原子；根据各条线路的最佳原子，计算各条线路的原子奇异熵；根据各条线路的最佳原子，计算各条线路的原子实际能量；根据各条线路的原子奇异熵，基于预先构建的故障信任度函数计算各条线路的故障信任度值；根据各条线路的原子实际能量，修正所述各条线路的故障信任度值，得到各条线路的故障综合测度值；将各条线路的故障综合测度值进行比较，进行故障选线。该方法提高了故障选线的可靠性和准确性，能满足各种复杂电网结构的故障工况要求。

Description

一种小电流接地系统故障选线方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统故障选线技术领域，具体设计一种小电流接地系统故障选线方法及装置。

背景技术

我国配电网主要采用中性点非有效接地系统，即小电流接地系统，小电流接地故障又称为单向接地故障，是配电网最主要的故障形式，随着用户对供电可靠性的要求越来越高，学者对小电流接地故障选线进行了大量的研究，因为在发生单向接地故障时，暂态信号特征量非常丰富，使得基于暂态信号的分析方法得到了广泛的关注，常用的暂态信号故障分析方法有：暂态能量法、普罗尼算法、相关分析法、小波分解法、S变换法以及经验模态分解法等。

但是，现有的暂态信号故障分析方法对故障信号进行处理时仍存在许多缺陷，比如，利用暂态能量法进行选线时，当发生大电阻接地故障时，由于消弧线圈感性电流对故障瞬间零序电流的补偿作用，使得线路间的暂态零序电流相差较小，从而导致误判；普罗尼算法虽然对低频暂态信号的拟合能力较好，但是对高频暂态信号的拟合能力欠佳；相关分析法在流过电缆健全线路与架空故障线路放入零序电流的幅度相近时失效；小波变换法虽然对故障信号处理具有良好的时频特性，但在发生高阻接地故障时，故障分量较小，难以判断故障线路；S变换法虽然具有良好的时频特性，但是变换分解后的信息量太多，无法合理的利用相角信息；经验模态分解法虽然对非线性、非平稳信号的处理具有优势，但是会造成模态混叠现象。

因此，现有的小电流接地系统故障选线方法具有以下缺陷：无法对暂态信号蕴含丰富的故障信息进行量化处理，无法合理有效的利用故障特征信息，导致选线结果不准确；对故障特征量的提取不具有自适用性，导致出现了无法解释的分解项；仅是将单一的故障暂态信息作为进行选线的判断依据，没有将多种故障暂态信息进行融合，进行综合选线，因此，不能覆盖所有的接地工况，故障选线准确性不高。所以，现有的小电流接地系统故障选线装置的选线结果准确度较低，而且难以适用各种复杂电网结构的故障工况要求。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提出一种小电流接地系统故障选线方法及装置，以解决现有技术存在的选线结果准确性较低，而且难以适用各种复杂电网结构的故障工况要求的问题。

为此目的，第一方面，本发明提供一种小电流接地系统故障选线方法，所述方法包括：

根据预设的采样频率分别采集故障时刻起小电流接地系统中各条线路的暂态零序电流；

根据各条线路的暂态零序电流，计算各条线路的Q个最佳原子，其中，Q为预设常数；

根据各条线路的Q个最佳原子，计算各条线路的原子奇异熵；

根据各条线路的Q个最佳原子，计算各条线路的特征原子的实际能量；

根据各条线路的原子奇异熵，基于预先构建的故障信任度函数计算各条线路的故障信任度值；

根据各条线路的原子实际能量，修正所述各条线路的故障信任度值，得到各条线路的故障综合测度值；

将各条线路的故障综合测度值进行比较，选取故障综合测度值最大的线路为故障线路。

其中，所述根据各条线路的Q个最佳原子，计算各条线路的原子奇异熵，包括：

计算各条线路的Q个最佳原子的奇异值，得到各条线路的Q个奇异值；

对各条线路的Q个奇异值进行归一化处理，得到各条线路归一化后的Q个奇异值；

根据各条线路归一化后的Q个奇异值，计算各条线路的原子奇异熵。

其中，在所述根据各条线路的暂态零序电流，计算各条线路的Q个最佳原子之后，所述方法还包括：

根据预设的采样工频周期对各条线路的Q个最佳原子进行采样，得到各条线路的Q个最佳采样原子；

相应地，所述计算各条线路的Q个最佳原子的奇异值，得到各条线路的Q个奇异值，包括：

计算各条线路的Q个最佳采样原子的奇异值，得到各条线路的Q个奇异值。

其中，在所述根据各条线路的Q个最佳原子，计算各条线路的原子奇异熵之后，所述方法还包括：

对各条线路的原子奇异熵进行归一化处理，得到各条线路归一化后的原子奇异熵；

相应地，根据各条线路归一化后的原子奇异熵，基于预先构建的故障信任度函数计算各条线路的故障信任度值。

其中，所述根据各条线路的Q个最佳原子，计算各条线路的特征原子的实际能量，包括：

对各条线路的Q个最佳原子求和，得到各条线路的特征原子；

根据各条线路的特征原子，基于预设的特征原子能量计算公式，计算各条线路的特征原子能量；

根据预设的暂态零序电流能量计算公式，计算各条线路的暂态零序电流能量；

根据各条线路的特征原子能量和各条线路的暂态零序电流能量，计算各条线路的特征原子的实际能量。

其中，所述各条线路的故障综合测度函数为：

X_j＝E_jC_j，

其中，X_j为各条线路的故障综合测度函数，E_j为各线路的特征原子的实际能量，C_j为各条线路的故障信任度，j为小电流接地系统中线路的编号。

其中，在所述根据预设的采样频率分别采集故障时刻起小电流接地系统中各条线路的暂态零序电流之前，所述方法还包括：

获取小电流接地系统当前的零序电压和母线额定电压；

将所述获取零序电压和所述母线额定电压进行比较，若零序电压小于或等于预设的母线额定电压值，执行所述获取小电流接地系统当前的零序电压和母线额定电压的步骤；

若零序电压大于预设的母线额定电压值，检测小电流接地系统中电压互感器的接通状态，若所述接通状态为断线，发出电压互感器断线警告信息；

若所述接通状态正常，检测小电流接地系统中消弧线圈的当前状态，若所述当前状态为串联谐振，调节消弧线圈远离谐振点，若所述当前状态不是串联谐振，采集故障时刻起小电流接地系统中各条线路的暂态零序电流。

第二方面，本发明提供一种小电流接地系统故障选线装置，所述装置包括：

采集模块，用于根据预设的采样频率分别采集故障时刻起小电流接地系统中各条线路的暂态零序电流；

第一计算模块，用于根据各条线路的暂态零序电流，计算各条线路的Q个最佳原子，其中，Q为预设常数；

采样模块，用于根据预设的采样工频周期对各条线路的Q个最佳原子进行采样，得到各条线路的Q个最佳采样原子；

第二计算模块，用于根据各条线路的Q个最佳采样原子，计算各条线路的原子奇异熵；

第三计算模块，用于根据各条线路的Q个最佳采样原子，计算各条线路的特征原子的实际能量；

第四计算模块，用于根据各条线路的原子奇异熵，基于预先构建的故障信任度函数计算各条线路的故障信任度值；

修正模块，用于根据各条线路的原子实际能量，修正所述各条线路的故障信任度值，得到各条线路的故障综合测度值；

选取模块，用于将各条线路的故障综合测度值进行比较，选取故障综合测度值最大的线路为故障线路。

其中，所述第二计算模块，包括：

奇异值计算单元，用于计算各条线路的Q个最佳原子的奇异值，得到各条线路的Q个奇异值；

归一化单元，用于对各条线路的Q个奇异值进行归一化处理，得到各条线路归一化后的Q个奇异值；

原子奇异熵计算单元，用于根据各条线路归一化后的Q个奇异值，计算各条线路的原子奇异熵。

其中，所述修正模块，包括：

特征原子计算单元，用于对各条线路的Q个最佳原子求和，得到各条线路的特征原子；

特征原子能量计算单元，用于根据各条线路的特征原子，基于预设的特征原子能量计算公式，计算各条线路的特征原子能量；

电流能量计算单元，用于根据预设的暂态零序电流能量计算公式，计算各条线路的暂态零序电流能量；

实际能量计算单元，用于根据各条线路的特征原子能量和各条线路的暂态零序电流能量，计算各条线路的特征原子的实际能量。

本发明提供的一种小电流接地系统故障选线方法及装置，具有如下优点：通过用小电流接地系统中各条线路的原子奇异熵来表征各条线路的暂态故障信息，量化出各条线路的原子包含的故障暂态信息的复杂程度，提高选线准确性；采用匹配追踪算法对暂态零序电流分解得到的最佳原子，不仅表征了故障暂态信息，还降低了故障信息维度，而多个最佳原子组成的序列能从时频域表征暂态零序电流的故障特征和能量分布；利用多个最佳原子重构特征原子，将不同的最佳原子的故障暂态信息进行融合，涵盖了多种故障暂态信息，利用特征原子的实际能量来修正故障信任度值，得到故障综合测度函数不仅保留了各条线路的原始暂态故障信息，还涵盖了特征原子的暂态故障信息，提高了小电流接地系统故障选线的可靠性和准确性，能满足各种复杂电网结构的故障工况要求。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的一种小电流接地系统故障选线的方法流程图；

图2为本发明一实施例提供的辐射状缆线混合配电网络结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的一种小电流接地系统故障选线方法总体流程图；

图4为本发明一实施例提供的小电流接地系统故障瞬间，各条线路2个工频周期内的暂态零序电流示意图；

图5为本发明一实施例提供的线路1的4个最佳原子波形图；

图6为本发明一实施例提供的线路2的4个最佳原子波形图；

图7为本发明一实施例提供的线路3的4个最佳原子波形图；

图8为本发明一实施例提供的线路4的4个最佳原子波形图；

图9为本发明一实施例提供的小电流接地系统中各条线路的特征原子波形图；

图10为本发明一实施例提供的一种小电流接地系统故障选线装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

如图1所示，本公开一实施例提供了一种小电流接地系统故障选线方法，该方法包括如下步骤S1至S7：

S1、根据预设的采样频率分别采集故障时刻起小电流接地系统中各条线路的暂态零序电流；

以采样频率为100kHz为例：根据100kHz的采样频率确定采集小电流接地系统故障时刻起2个工频周期内的各条线路的暂态零序电流。

应需说明的是，本实施例中的采样频率仅为举例说明，本实施例不限定采样频率的具体值，本领域技术人员可根据实际情况设定采样频率。

具体地，根据预设采样点对每个工频周期内的各条线路的暂态零序电流进行采集，得到各条线路的暂态零序电流为I_j(n)，其中，n为采样点，n＝1,2,…,N，j为各条线路的编号，所述预设采样点由预设的采样频率确定。

S2、根据各条线路的暂态零序电流，计算各条线路的Q个最佳原子，其中，Q为预设常数；

S3、根据各条线路的Q个最佳原子，计算各条线路的原子奇异熵；

S4、根据各条线路的Q个最佳原子，计算各条线路的特征原子的实际能量；

S5、根据各条线路的原子奇异熵，基于预先构建的故障信任度函数计算各条线路的故障信任度值；

S6、根据各条线路的原子实际能量，修正所述各条线路的故障信任度值，得到各条线路的故障综合测度值；

S7、将各条线路的故障综合测度值进行比较，选取故障综合测度值最大的线路为故障线路。

本实施例公开的一种小电流接地系统故障选线方法，通过预先构建的故障信任度函数和小电流接地系统中各条线路的原子奇异熵计算各条线路的故障信任度值，量化暂态故障信息的复杂程度，并通过特征原子的实际能量对故障信任度值进行修正，将多种暂态故障信息进行融合，得到故障综合测度值，通过根据故障信任度值进行故障选线，提高了选线结果的可靠性准确性。

在本实施例中，步骤S2：“根据各条线路的暂态零序电流，计算各条线路的Q个最佳原子，其中，Q为预设常数”，包括图中未示出的如下步骤S2`：

S2`、采用匹配追踪算法对各条线路的暂态零序电流进行Q次迭代分解产生Q个最佳原子波形，其中，Q为预设常数。

具体地，本实施例中的步骤S2`中，迭代分解过程如下：

采用匹配追踪算法对最佳原子波形信号I(n)进行分析时，若迭代分解次数为m，最佳原子波形信号I(n)分解为：

$I\left(n\right)=\underset{k=0}{\overset{m-1}{\&Sigma;}}<R^{k}I\left(n\right),g_{\left(r_k\right)}\left(n\right)>g_{\left(r_k\right)}\left(n\right)+R^{m}I\left(n\right),$

其中，为第k次迭代时求得的最佳匹配原子，R^kf(n)为当前信号，表示内积运算，R^mI(n)为残余信号。

同时，最佳原子波形信号I(n)也可以分解为||I(n)||²，公式为：

$\left|\right|f\left(n\right)|{|}^2=\underset{k=0}{\overset{m-1}{\&Sigma;}}|<R^{k}f\left(n\right),g_{\left(r_k\right)}\left(n\right)>g_{\left(r_k\right)}\left(n\right){|}^2+\left|\right|R^{m}f\left(n\right)|{|}^2,$

其中，满足如下公式：

$|<R^{k}f\left(n\right),g_{\left(r_k\right)}\left(n\right)>|=\mathrm{\&alpha;}\underset{\mathrm{\&gamma;}\&Element;\mathrm{\&Gamma;}}{sup}|<R^{k}f\left(n\right),g_r>|,$

其中，0≤α≤1，如果分解m次后达到设定的精确度，则停止分解。

通过采用匹配追踪算法对小电流接地系统中的各条线路的暂态零序电流进行迭代分解，具有自适用性，使得选取的原子能最佳的匹配各条线路的原始暂态故障信号的结构特征。

应需说明的是，本实施例中可以通过设定精确度来确定迭代分解的次数，也可以直接设定迭代分解次数。

在本实施例中，步骤S3：“根据各条线路的Q个最佳原子，计算各条线路的原子奇异熵”，包括图1中未示出的如下细分步骤S31至S33：

S31、计算各条线路的Q个最佳原子的奇异值，得到各条线路的Q个奇异值；

S32、对各条线路的Q个奇异值进行归一化处理，得到各条线路归一化后的Q个奇异值；

S33、根据各条线路归一化后的Q个奇异值，计算各条线路的原子奇异熵。

具体地，本实施例的步骤S31中，计算奇异值的过程如下：

根据小电流接地系统中各条线路的最佳原子波形的系数构成c×h阶矩阵A；

根据分别为c×c和h×h阶的正交矩阵U和V对所述c×h阶矩阵A进行奇异值分解，公式为：

A＝UΛV^T，

其中，Λ＝diag(λ₁,λ₂,…,λ_p)，p＝min(c,h)，且存在λ₁>>λ₂>…>λ_p，λ₁,λ₂,…,λ_p即为A的奇异值。

具体地，在故障选线中，由于线路类型、故障电阻、故障位置、故障初相角以及现场噪声强度的影响，使得根据暂态零序电流的时频状态不能准确的识别故障线路，通过采用奇异值分解理论将各条线路的暂态零序电流分解成最佳原子序列矩阵，得到一组能反映原子序列矩阵基本特征的奇异值，并对各条线路的奇异值组进行归一化处理，简单、准确的定量结果，使得奇异值受环境的影响减小。

在本实施例的步骤S32中，奇异值归一化公式为：

$u_{jm}=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_{jm}}{\underset{m=1}{\overset{Q}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&lambda;}}_{jm}},$

其中，u_jm为线路j的第m个归一化后的奇异值，λ_jm为线路j的第m个奇异值，J为小电流接地系统中所有的线路数，m为迭代次数，也即最佳原子个数，j＝1,2,…,J，m＝1,2,3,4。

在本实施例的步骤S33中，原子奇异熵计算公式为：

$S_j=-\underset{m=1}{\overset{Q}{\&Sigma;}}{u}_{jm}\ln u_{jm},$

其中，S_j小电流接地系统中线路j的奇异熵。

在本实施例中，在步骤S3：“根据各条线路的Q个最佳原子，计算各条线路的原子奇异熵”之后，所述方法还包括图1中未示出的如下步骤S3`：

S3`、对各条线路的原子奇异熵进行归一化处理，得到各条线路归一化后的原子奇异熵；

相应地，步骤S5包括：根据各条线路归一化后的原子奇异熵，基于预先构建的故障信任度函数计算各条线路的故障信任度值。

具体地，以对各条线路的4个原子奇异熵进行归一化处理为例，原子奇异熵归一化公式为：

$e_j=\frac{S_j}{\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\&Sigma;}}}{S}_j},$

其中，j为小电流接地系统中各条线路的编号，J为小电流接地系统中所有的线路数，e_j为线路j归一化后的奇异熵，j＝1,2,…,J。

通过对小电流接地系统中各条线路的原子奇异熵进行归一化处理，对各条线路的原子奇异熵进行简单、准确的定量，防止原子奇异熵受小电流接地系统环境的影响，使得原子奇异熵值发生较大波动。

在本实施例中，所述预先构建的故障信任度函数为：

$C\left(e_j\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& e_j<k_1\\ {\mathrm{ae}}_y-b,& k_1\&le;e_j\&le;k_2,\\ 1,& e_j>k_2\end{array}\right.$

其中，C(e_j)为故障信任度函数，e_j为各条线路的奇异熵，j为小电流接地系统的线路的编号，a、b均为预设常数，0≤k₁≤k₂≤1。

具体地，在本实施例中，故障信任度函数可为：

$C\left(e_j\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& e_j<0.05\\ 4e_j-0.2,& 0.05\&le;e_j\&le;0.3\\ 1,& e_j>0.3\end{array}\right..$

应需说明的是，本实施例的故障信任度函数仅为举例说明，本实施例不限定a、b、k₁、k₂的具体值，本领域技术人员可根据实际情况通过多次实验验证得到a、b、k₁、k₂的具体值。

在本实施例中，在步骤S2：“根据各条线路的暂态零序电流，计算各条线路的Q个最佳原子”之后，还包括图1中未示出的如下步骤S21：

S21、根据预设的采样工频周期对各条线路的Q个最佳原子进行采样，得到各条线路的Q个最佳采样原子；

可选地，设定采样工频周期为1/4工频周期。应需说明的是，本实施例中的采样工频周期仅为举例说明，本实施例不限定采样工频周期的具体值，本领域技术人员可根据实际情况设定采样工频周期。

相应地，步骤S31：“计算各条线路的Q个最佳原子的奇异值，得到各条线路的Q个奇异值”，包括：计算各条线路的Q个最佳采样原子的奇异值，得到各条线路的Q个奇异值。

在本实施例的步骤S4：“根据各条线路的Q个最佳原子，计算各条线路的特征原子的实际能量”，包括图1中未示出的如下步骤S41至S44：

S41、对各条线路的Q个最佳原子求和，得到各条线路的特征原子；

具体地，特征原子计算公式为：

Y_j(n)＝R_j1(n)+R_j2(n)+···+R_jm(n)+···+R_jQ(n)，

其中，j为小电流接地系统中各条线路的编号，m为迭代分解次数，R_jm(n)为线路j的第m次迭代分解的最佳原子。

S42、根据各条线路的特征原子，基于预设的特征原子能量计算公式，计算各条线路的特征原子能量；

具体地，所述预设的特征原子能量计算公式为：

$H_j={\&lsqb;\underset{n=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}\left(Y_j{\left(n\right)}^2\right)\&rsqb;}^{\frac{1}{2}},$

其中，H_j为线路j的特征原子能量，n＝1,2,…,N，N为根据预设的采样频率确定的采样点数。

S43、根据预设的暂态零序电流能量计算公式，计算各条线路的暂态零序电流能量；

具体地，所述预设的暂态零序电流能量计算公式为：

$Z_j={\&lsqb;\underset{n=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{I}_j{\left(n\right)}^2\&rsqb;}^{\frac{1}{2}},$

其中，Z_j为线路j的暂态零序电流能量，n＝1,2,…,N，N为根据预设的采样频率确定的采样点数。

S44、根据各条线路的特征原子能量和各条线路的暂态零序电流能量，计算各条线路的特征原子的实际能量。

具体地，特征原子的实际能量计算公式为：

E_j＝Z_j·H_j，

其中，H_j和Z_j分别为线路j的特征原子能量和暂态零序电流能量，E_j为线路j的特征原子的实际能量，j＝1,2,…,J，J为小电流接地系统中所有的线路数。

在本实施例中，在步骤S6中，所述各条线路的故障综合测度值计算公式为：

X_j＝E_jC_j，

其中，X_j为各条线路的故障综合测度值，E_j为各线路的特征原子的实际能量，C_j为各条线路的故障信任度值。

本实施例公开的一种小电流接地系统故障选线方法，通过根据小电流系统中各条线路的特征原子的实际能量来修正预先构建故障信任度值，得到故障综合测度值，既保留了故障信任度值中的暂态故障信息，同时，还涵盖了线路特征原子的实际能量，将基于故障信任度函数中的原始暂态故障信息选线的优势和基于线路特征原子的实际能量选线的优势进行互补，提高了小电流接地系统故障选线的可靠性和准确性。

在本实施例中，在步骤S1：“根据预设的采样频率分别采集故障时刻起小电流接地系统中各条线路的暂态零序电流”之前，所述方法还包括图1中未示出的如下步骤S01至S06：

S01、获取小电流接地系统当前的零序电压和母线额定电压；

S02、将所述获取零序电压和所述母线额定电压进行比较，若零序电压小于或等于预设的母线额定电压值，执行步骤S01；若零序电压大于预设的母线额定电压值，则执行步骤S03；

S03、检测小电流接地系统中电压互感器的接通状态，若所述接通状态为断线，则执行步骤S04；若所述接通状态正常，则执行步骤S05；

S04、发出电压互感器断线警告信息；

S05、检测小电流接地系统中消弧线圈的当前状态，若所述当前状态为串联谐振，则执行步骤S06；若所述当前状态不是串联谐振，则执行步骤S1；

S06、调节消弧线圈远离谐振点。

具体地，如图2所示，以辐射状缆线混合配电网络为例，其中，架空线路1为线路1，长度为13.5km，架空线路2为线路2，长度为24km，缆线混合线路3为线路3，其中，电缆线长度为5km，架空线路长度为12km；电缆线路4为线路4，线路正序参数为R1＝0.17Ω/km，L1＝1.2mH/km，C1＝9.697nF/km，零序参数为R0＝0.23Ω/km，L0＝5.48mH/km，C0＝6nF/km；线路4为电缆线路，长度10km，线路正序参数为R11＝0.193Ω/km，L11＝0.442mH/km，C11＝143nF/km，零序参数为R00＝1.93Ω/km，L00＝5.48mH/km，C00＝143nF/km，消弧线圈Lx的过补偿度为10％，消弧线圈的电感经计算为1.574H，采样频率100kHz，变压器接线方式为Δ/Y，变比为220kV/35kV。上述小电流接地系统故障选线流程描述如下：

图3示出了上述小电流接地系统故障选线方法的总体流程示意图：

故障选线启动判断阶段，包括步骤C1至C6：

C1、获取小电流接地系统当前的零序电压U₀(t)和母线额定电压U；

C2、将所述获取零序电压U₀(t)和所述母线额定电压U进行比较，当U₀(t)≤0.15U时，执行步骤C1，当U₀(t)>0.15U时，则执行步骤C3；

C3、检测小电流接地系统中电压互感器的接通状态，若所述接通状态为断线，则执行步骤C4；若所述接通状态正常，则执行步骤C5；

C4、发出电压互感器断线警告信息；

C5、检测小电流接地系统中消弧线圈的当前状态，若所述当前状态为串联谐振，则执行步骤C6；若所述当前状态不是串联谐振，则执行步骤S1；

C6、调节消弧线圈远离谐振点。

小电流接地系统故障选线阶段，包括步骤D1至D14：

D1、根据100kHz的采样频率分别采集故障时刻起2个工频周期内小电流接地系统中各条线路的暂态零序电流：I₁(n),I₂(n),I₃(n),I₄(n)，其中，n为采样点，n＝1,2,…,N，N为2个工频周期内的总采样点数；

图4示出了小电流接地系统发生故障瞬间，各条线路在2个工频周期内的暂态零序电流波形示意图，其中，图4(a)为分支线路1的暂态零序电流波形，图4(b)为分支线路2的暂态零序电流波形，图4(c)为分支线路3的暂态零序电流波形，图4(d)为分支线路4的暂态零序电流波形。

D2、采用匹配追踪算法对各条线路的暂态零序电流进行4次迭代分解产生4个最佳原子波形：R_1m(n)，R_2m(n)，R_3m(n)，R_4m(n)，其中，R_1m(n)为第一条线路经m次迭代分解产生的m个最佳原子波形，其中，R_1m(n)＝[R₁₁(n)，R₁₂(n)，R₁₃(n)，R₁₄(n)]，其中，m＝1,2,3,4；

图5示出了小电流接地系统发生故障瞬间，采用匹配追踪算法4次迭代分解线路1的暂态零序电流得到的4个最佳原子波形，其中，图5(a)最佳原子1的波形，图5(b)为最佳原子2的波形，图5(c)为最佳原子3的波形，图5(d)为最佳原子4的波形。

图6示出了小电流接地系统发生故障瞬间，采用匹配追踪算法4次迭代分解线路2的暂态零序电流得到的4个最佳原子波形，其中，图6(a)最佳原子1的波形，图6(b)为最佳原子2的波形，图6(c)为最佳原子3的波形，图6(d)为最佳原子4的波形。

图7示出了小电流接地系统发生故障瞬间，采用匹配追踪算法4次迭代分解线路3的暂态零序电流得到的4个最佳原子波形，其中，图7(a)最佳原子1的波形，图7(b)为最佳原子2的波形，图7(c)为最佳原子3的波形，图7(d)为最佳原子4的波形。

图8示出了小电流接地系统发生故障瞬间，采用匹配追踪算法4次迭代分解线路4的暂态零序电流得到的4个最佳原子波形，其中，图8(a)最佳原子1的波形，图8(b)为最佳原子2的波形，图8(c)为最佳原子3的波形，图8(d)为最佳原子4的波形。

D3、根据1/4工频周期的采样工频周期对各条线路的4个最佳原子进行采样，得到各条线路的4个最佳采样原子序列：R`<sub>1m</sub>(n)，R`_2m(n)，R`<sub>3m</sub>(n)，R`_4m(n)，其中，R`<sub>1m</sub>(n)＝[R`₁₁(n)，R`<sub>12</sub>(n)，R`₁₃(n)，R`₁₄(n)]， 表示不超过的最大整数；

D4、计算各条线路的4个最佳采样原子序列的奇异值，得到各条线路的奇异值组：λ_1m,λ_2m,λ_3m,λ_4m，其中，λ_1m为线路1的奇异值组，其中，λ_1m＝[λ₁₁,λ₁₂,λ₁₃,λ₁₄]，λ₁₁，为线路1的最佳采样原子1的奇异值；

得到4条线路的最佳采样原子的奇异值如表1所示：

表1

D5、对各条线路的奇异值组进行归一化处理，得到各条线路归一化后的奇异值组：u_1m、u_2m、u_3m、u_4m，其中，u_1m为线路1的归一化后的奇异值组，u_1m＝[u₁₁,u₁₂,u₁₃,u₁₄]，u₁₁为线路1的最佳采样原子1的归一化的奇异值，其中，奇异值归一化公式为：

$u_{jm}=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_{jm}}{\underset{m=1}{\overset{4}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&lambda;}}_{jm}},$

其中，u_jm为线路j的第m个归一化后的奇异值，j＝1,2,3,4，m＝1,2,3,4。

D6、根据各条线路归一化后的奇异值组：u_1m、u_2m、u_3m、u_4m，计算各条线路的原子奇异熵：S₁,S₂,S₃,S₄，其中，原子奇异熵的计算公式为：

$S_j=-\underset{m=1}{\overset{4}{\&Sigma;}}{u}_{jm}\ln u_{jm},$

其中，S_j为线路j的原子奇异熵，j＝1,2,3,4，m＝1,2,3,4。

计算得到4条线路的原子奇异熵为：S_j＝[0.38841.0230.81520.7439]。

D7、对各条线路的原子奇异熵：S₁,S₂,S₃,S₄，进行归一化处理，得到各条线路归一化后的奇异熵：e₁,e₂,e₃,e₄，其中，原子奇异熵归一化公式为：

$e_j=\frac{S_j}{\underset{j=1}{\overset{4}{\&Sigma;}}{S}_j},$

其中，e_j为线路j的归一化后的原子奇异熵。

计算得到4条线路的归一化后的原子奇异熵为：e_j＝[0.42410.1610.19350.2214]。

D8、根据各条线路归一化后的原子奇异熵：e₁,e₂,e₃,e₄，基于预先构建的故障信任度函数计算各条线路的故障信任度值：C(e₁)，C(e₂)，C(e₃)，C(e₄)，其中，故障信任度函数公式为：

$C\left(e_j\right)=\left\{\begin{array}{cc}0,& e_j<0.05\\ 4e_j-0.2,& 0.05\&le;e_j\&le;0.3\\ 1,& e_j>0.3\end{array}\right..$

计算得到4条线路的故障信任度值为：C_j＝[10.44420.57410.6857]。

D9、对各条线路的4个最佳采样原子求和，得到各条线路的特征原子，其中，特征原子的计算公式为：

Y_j(n)＝R`<sub>j1</sub>(n)+R`_j2(n)+R`<sub>j3</sub>(n)+R`_j4(n)，

其中，Y_j(n)为线路j的特征原子，R`_j1(n)为线路j的最佳采样原子1。

在本实施例中，各条线路的特征原子波形如图9所示。

D10、根据各条线路的特征原子：Y₁(n),Y₂(n),Y₃(n),,Y₄(n)，基于预设的特征原子能量计算公式，计算各条线路的特征原子能量：H₁,H₂,H₃,H₄，其中，特征原子能量计算公式为：

$H_j={\&lsqb;\underset{n=1}{\overset{\&lsqb;\frac{N}{8}\&rsqb;}{\&Sigma;}}\left(Y_j{\left(n\right)}^2\right)\&rsqb;}^{\frac{1}{2}},$

其中，H_j为线路j的特征原子能量，

D11、根据预设的暂态零序电流能量计算公式，计算各条线路的暂态零序电流能量：Z₁,Z₂,Z₃,Z₄，其中，暂态零序电流能量计算公式为：

$Z_j={\&lsqb;\underset{n=1}{\overset{\&lsqb;\frac{N}{8}\&rsqb;}{\&Sigma;}}{I}_j{\left(n\right)}^2\&rsqb;}^{\frac{1}{2}},$

其中，Z_j为线路j的1/4采样工频周期内的暂态零序电流的能量， $j=\mathrm{1,2,3,4},n=\mathrm{1,2},...,\left[\frac{N}{8}\right].$

D12、根据各条线路的特征原子能量和各条线路的暂态零序电流能量，计算各条线路的特征原子的实际能量：E₁,E₂,E₃,E₄，公式为：

E_j＝Z_j·H_j，

其中，H_j和Z_j分别为线路j的特征原子能量和暂态零序电流能量，E_j为线路j的特征原子的实际能量，j＝1,2,3,4。

计算得到4条线路的特征原子的实际能量为：E_j＝[1648.784.2460.7909.8]。

D13、根据各条线路的特征原子的实际能量：E₁,E₂,E₃,E₄，修正所述预先构建的故障信任度值，得到各条线路的故障综合测度值为：

X_j＝E_jC_j。

计算得到4条线路的故障综合测度值为：X_j＝[1648.737.383264.45623.84]。

D14、将各条线路的故障综合测度值进行比较，选取故障综合测度值最大的线路为故障线路。

由于最大故障综合测度值Xmax＝1648.7，因此，线路1被选为故障线路，选线过程结束。

如图10所示，本实施例提供一种小电流接地系统故障选线装置，可包括以下单元：采集模块11、第一计算模块12、采样模块13、第二计算模块14、第三计算模块15、第四计算模块16、修正模块17以及选取模块18。

采集模块11，用于根据预设的采样频率分别采集故障时刻起小电流接地系统中各条线路的暂态零序电流；

第一计算模块12，用于根据各条线路的暂态零序电流，计算各条线路的Q个最佳原子，其中，Q为预设常数；

采样模块13，用于根据预设的采样工频周期对各条线路的Q个最佳原子进行采样，得到各条线路的Q个最佳采样原子；

第二计算模块14，用于根据各条线路的Q个最佳采样原子，计算各条线路的原子奇异熵；

第三计算模块15，用于根据各条线路的Q个最佳采样原子，计算各条线路的特征原子的实际能量；

第四计算模块16，用于根据各条线路的原子奇异熵，基于预先构建的故障信任度函数计算各条线路的故障信任度值；

修正模块17，用于根据各条线路的原子实际能量，修正所述各条线路的故障信任度值，得到各条线路的故障综合测度值；

选取模块18，用于将各条线路的故障综合测度值进行比较，选取故障综合测度值最大的线路为故障线路。

在本实施例中，第二计算模块14，包括图中未示出的：奇异值计算单元141、归一化单元142以及原子奇异熵计算单元143；

奇异值计算单元141，用于计算各条线路的Q个最佳原子的奇异值，得到各条线路的Q个奇异值；

归一化单元142，用于对各条线路的Q个奇异值进行归一化处理，得到各条线路归一化后的Q个奇异值；

原子奇异熵计算单元143，用于根据各条线路归一化后的Q个奇异值，计算各条线路的原子奇异熵。

在本实施例中，修正模块17，包括图中未示出的：特征原子计算单元171、特征原子能量计算单元172、电流能量计算单元173以及实际能量计算单元174；

特征原子计算单元171，用于对各条线路的Q个最佳原子求和，得到各条线路的特征原子；

特征原子能量计算单元172，用于根据各条线路的特征原子，基于预设的特征原子能量计算公式，计算各条线路的特征原子能量；

电流能量计算单173元，用于根据预设的暂态零序电流能量计算公式，计算各条线路的暂态零序电流能量；

实际能量计算单元174，用于根据各条线路的特征原子能量和各条线路的暂态零序电流能量，计算各条线路的特征原子的实际能量。

本实施例提供的小电流接地系统故障选线装置可执行上述小电流接地系统故障选线方法实施例的步骤，本实施例不再赘述。

本实施例公开的一种小电流接地系统故障选线装置，通过用小电流接地系统中各条线路的原子奇异熵来表征各条线路的暂态故障信息，量化出各条线路的原子包含的故障暂态信息的复杂程度，提高选线准确性；而且多个最佳原子组成的序列能从时频域表征暂态零序电流的故障特征和能量分布；利用多个最佳原子重构特征原子，将不同的最佳原子的故障暂态信息进行融合，涵盖了多种故障暂态信息，利用特征原子的实际能量来修正故障信任度值，得到故障综合测度函数不仅保留了各条线路的原始暂态故障信息，还涵盖了特征原子的暂态故障信息，提高了小电流接地系统故障选线的可靠性和准确性，能满足各种复杂电网结构的故障工况要求。

需要说明的是，本文中“第一”、“第二”、“第三”和“第四”仅仅用来区分名称相同的实体或操作，并不暗示这些实体或操作之间顺序或关系。

本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种小电流接地系统故障选线方法，其特征在于，所述方法包括：

根据预设的采样频率分别采集故障时刻起小电流接地系统中各条线路的暂态零序电流；

根据各条线路的暂态零序电流，计算各条线路的Q个最佳原子，其中，Q为预设常数；

根据各条线路的Q个最佳原子，计算各条线路的原子奇异熵；

根据各条线路的Q个最佳原子，计算各条线路的特征原子的实际能量；

根据各条线路的原子奇异熵，基于预先构建的故障信任度函数计算各条线路的故障信任度值；

根据各条线路的原子实际能量，修正所述各条线路的故障信任度值，得到各条线路的故障综合测度值；

将各条线路的故障综合测度值进行比较，选取故障综合测度值最大的线路为故障线路。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各条线路的Q个最佳原子，计算各条线路的原子奇异熵，包括：

计算各条线路的Q个最佳原子的奇异值，得到各条线路的Q个奇异值；

对各条线路的Q个奇异值进行归一化处理，得到各条线路归一化后的Q个奇异值；

根据各条线路归一化后的Q个奇异值，计算各条线路的原子奇异熵。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在所述根据各条线路的暂态零序电流，计算各条线路的Q个最佳原子之后，所述方法还包括：

根据预设的采样工频周期对各条线路的Q个最佳原子进行采样，得到各条线路的Q个最佳采样原子；

相应地，所述计算各条线路的Q个最佳原子的奇异值，得到各条线路的Q个奇异值，包括：

计算各条线路的Q个最佳采样原子的奇异值，得到各条线路的Q个奇异值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据各条线路的Q个最佳原子，计算各条线路的原子奇异熵之后，所述方法还包括：

对各条线路的原子奇异熵进行归一化处理，得到各条线路归一化后的原子奇异熵；

相应地，根据各条线路归一化后的原子奇异熵，基于预先构建的故障信任度函数计算各条线路的故障信任度值。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据各条线路的Q个最佳原子，计算各条线路的特征原子的实际能量，包括：

对各条线路的Q个最佳原子求和，得到各条线路的特征原子；

根据各条线路的特征原子，基于预设的特征原子能量计算公式，计算各条线路的特征原子能量；

根据预设的暂态零序电流能量计算公式，计算各条线路的暂态零序电流能量；

根据各条线路的特征原子能量和各条线路的暂态零序电流能量，计算各条线路的特征原子的实际能量。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各条线路的故障综合测度函数为：

X_j＝E_jC_j，

其中，X_j为各条线路的故障综合测度函数，E_j为各线路的特征原子的实际能量，C_j为各条线路的故障信任度，j为小电流接地系统中线路的编号。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据预设的采样频率分别采集故障时刻起小电流接地系统中各条线路的暂态零序电流之前，所述方法还包括：

获取小电流接地系统当前的零序电压和母线额定电压；

将所述获取零序电压和所述母线额定电压进行比较，若零序电压小于或等于预设的母线额定电压值，执行所述获取小电流接地系统当前的零序电压和母线额定电压的步骤；

若零序电压大于预设的母线额定电压值，检测小电流接地系统中电压互感器的接通状态，若所述接通状态为断线，发出电压互感器断线警告信息；

若所述接通状态正常，检测小电流接地系统中消弧线圈的当前状态，若所述当前状态为串联谐振，调节消弧线圈远离谐振点，若所述当前状态不是串联谐振，采集故障时刻起小电流接地系统中各条线路的暂态零序电流。

8.一种小电流接地系统故障选线装置，其特征在于，所述装置包括：

采集模块，用于根据预设的采样频率分别采集故障时刻起小电流接地系统中各条线路的暂态零序电流；

第一计算模块，用于根据各条线路的暂态零序电流，计算各条线路的Q个最佳原子，其中，Q为预设常数；

采样模块，用于根据预设的采样工频周期对各条线路的Q个最佳原子进行采样，得到各条线路的Q个最佳采样原子；

第二计算模块，用于根据各条线路的Q个最佳采样原子，计算各条线路的原子奇异熵；

第三计算模块，用于根据各条线路的Q个最佳采样原子，计算各条线路的特征原子的实际能量；

第四计算模块，用于根据各条线路的原子奇异熵，基于预先构建的故障信任度函数计算各条线路的故障信任度值；

修正模块，用于根据各条线路的原子实际能量，修正所述各条线路的故障信任度值，得到各条线路的故障综合测度值；

选取模块，用于将各条线路的故障综合测度值进行比较，选取故障综合测度值最大的线路为故障线路。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块，包括：

奇异值计算单元，用于计算各条线路的Q个最佳原子的奇异值，得到各条线路的Q个奇异值；

归一化单元，用于对各条线路的Q个奇异值进行归一化处理，得到各条线路归一化后的Q个奇异值；

原子奇异熵计算单元，用于根据各条线路归一化后的Q个奇异值，计算各条线路的原子奇异熵。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述修正模块，包括：

特征原子计算单元，用于对各条线路的Q个最佳原子求和，得到各条线路的特征原子；

特征原子能量计算单元，用于根据各条线路的特征原子，基于预设的特征原子能量计算公式，计算各条线路的特征原子能量；

电流能量计算单元，用于根据预设的暂态零序电流能量计算公式，计算各条线路的暂态零序电流能量；

实际能量计算单元，用于根据各条线路的特征原子能量和各条线路的暂态零序电流能量，计算各条线路的特征原子的实际能量。