CN106370981A - 一种基于模糊聚类分析的配电网故障线路选线方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于模糊聚类分析的配电网故障线路选线方法，依据配电网各出线零序电流有功分量变化量占配电网各出线零序电流有功分量总变化量的比率，通过建立配电网实际运行的仿真模型，利用聚类分析方法确定故障线路。当中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，故障特征不明显，改变配电网中性点接地方式，增大故障信号，提高选线准确率。依靠母线电压互感器PT和电流互感器CT，测量电阻投切前后的母线零序电压与出线零序电流，对各线路的出线零序电流有功分量的变化量进行监测，抵消线路电流互感器CT等测量装置带来的误差，有较强抗干扰。

Description

一种基于模糊聚类分析的配电网故障线路选线方法

技术领域

本发明涉及一种基于零序电流有功分量变化量的模糊聚类选线方法，具体的是一种小电流接地系统单相接地故障接地选线方法技术领域。

背景技术

我国6kV～66kV配电网中性点采用消弧线圈接地方式居多，当发生单相接地故障时，可以带故障运行一段时间。如果是瞬时单相接地故障，由于消弧线圈产生的感性电流与故障点容性电流抵消，故障点电流维持在一个较小值上，可以达到自动消弧的目的，系统可以恢复正常工作状态。如果故障处形成稳定的工频电弧，虽然线电压维持稳定，但是相电压升高，威胁线路绝缘水平，需要进行故障选线并拉闸。由于我国配电网自动化程度的限制，大多数配电网依旧采用人工依次拉闸选线方法。

目前国内外采用的单相接地故障选线方法归纳起来有以下几种：绝缘检测法、有功电流接地保护法、功率方向接地保护法、注入信号法、小波分析选线法等，这些方法各自存在一定的缺陷，如绝缘检测法操作复杂；有功电流接地保护法、功率方向接地保护法在高阻故障下选线准确率较低；信号注入法需要附加信号装置，成本过高；功率方向接地法等在高阻接地故障下选线成功率很低；小波分析选线法还处于理论阶段，实际应用较少。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术在配电网故障选线中正确率不高，尤其是高阻接地故障时，出现的误判漏判的的问题，提出一种基于零序电流有功分量变化量的模糊聚类选线方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明是依据配电网各出线零序电流有功分量变化量占配电网各出线零序电流有功分量总变化量的比率，通过建立配电网实际运行的仿真模型，利用聚类分析方法确定故障线路。

依据配电网各出线零序电流有功分量变化量占配电网各出线零序电流有功分量总变化量的比率的方法包括以下步骤：

1)依据发生单相接地短路故障时监测的母线零序电压与各出线的零序电流 n为出线数目，确定配电网各出线零序电流有功分量其中i＝1,2,…,n；

2)在中性点的消弧线圈上投切并联电阻，依据并入电阻后配电网母线的零序电压与各出线的零序电流确定各出线并入电阻后的零序电流有功分量其中i＝1,2,…,n；

3)依据步骤1)确定的配电网各出线零序电流有功分量与步骤2)确定的各出线并入电阻后的零序电流有功分量的差异ΔI_0ip＝I_0ip'-I_0ip，确定配电网各出线零序电流有功分量变化量占配电网各出线零序电流有功分量总变化量的比率ΔI_0ip ^*＝ΔI_0ip/ΔI_0p×100％，其中i＝1,2,…,n。

依据配电网的线路结构，构建符合实际运行情况的ATP-EMTP仿真模型，利用模糊聚类分析方法，确定故障线路的方法是：

a)ATP-EMTP仿真模型建立：依据配电网的线路结构，构建符合实际运行情况的ATP-EMTP仿真模型；

b)建立样本库：通过ATP-EMTP仿真模型，设置不同线路故障，获取不同故障数据，确定各出线零序电流有功分量变化量的比率，构建样本矩阵库X＝X{X₁,X₂,...,X_m}，X_k＝(ΔI_0k1p,ΔI_0k2p,...,ΔI_0knp)，即X＝[ΔI_0kip]_m×n其中，i＝1,2,…,n；k＝1,2,…,m；n为出线数，m为样本总数；

c)初始化聚类中心V⁽⁰⁾的确定：根据样本库中不同样本对应的故障类型，将数据库分为n类，每一类对应某一出线故障的样本，将同一类中的样本的特征量加权平均，确定初始聚类中心V⁽⁰⁾，如第一类中有三十个样本x₁,x₂,...,x₃₀，则同理得到聚类中心V⁽⁰⁾＝V{V₁ ⁽⁰⁾,V₂ ⁽⁰⁾,...,V_n ⁽⁰⁾}；

d)计算或更新划分矩阵U^(p)：定义迭代次数初始值p＝0，选择合适的加权指数q(q＞1)，通过公式得出划分矩阵U^(p)＝[u_kl]_m×n；

e)更新聚类中心V^(p+1)：通过公式得出V^(p+1)；

f)若||V^(p+1)-V^(p)||＜ε，ε为迭代停止阈值，则算法停止，输出划分矩阵U与聚类中心V，进入g)；若||V^(p+1)-V^(p)||>ε，则令p＝p+1并转向步骤d)；

g)各出线线路的数据通过公式计算出到各聚类中心距离，比较后找出与之距离最小的聚类中心的线路，确定该线路为故障线路。

所述的ATP-EMTP仿真模型由公知的ATP-EMTP软件建立。

本发明专利的有益效果：当中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，故障特征不明显，改变配电网中性点接地方式，增大故障信号，提高选线准确率。依靠母线电压互感器PT和电流互感器CT，测量电阻投切前后的母线零序电压与出线零序电流，对各线路的出线零序电流有功分量的变化量进行监测，抵消线路电流互感器CT等测量装置带来的误差，有较强抗干扰。采用模糊聚类算法对故障预先进行聚类，不需要设定整定值。

附图说明

图1是本发明的工作流程示意图；

图2是本发明实施例的仿真模型图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例

基于零序电流有功分量变化量的模糊聚类选线算法，以判断中原油田赵村变6kV侧1#主变上的611线路是否故障为例，工作流程图如图1所示，采用以下步骤：

1、实时监测母线电压，当出现某一相电压为0时，则判断发生单相接地短路故障，下表1为几条历史故障的故障线路；

表1故障编号对应故障线路表

根据故障录播图确定母线零序电压与各出线零序电流有功分量如下表2所示：

表2不同故障的零序电压与零序电流表

通过公式确定各出线的零序电流有功分量，作为改变中性点接地方式后的零序电流有功分量的对比值，如下表3所示：

表3不同故障的各出线零序电流有功分量

2、确认是永久接地故障后，中性点投切合适阻值并联电阻，测量并入电阻后配电网母线的零序电压与各出线的零序电流如下表4所示：

表4并入电阻后不同故障下零序电压与零序电流表

通过公式确定各出线的零序电流有功分量，如下表5所示：

表5不同故障下并入电阻后各出线零序电流有功分量

通过公式ΔI_0ip＝I_0ip'-I_0ip，确定各出线零序电流有功分量变化量如下表6所示：

表6不同故障下并入电阻前后各出线零序电流有功变化量

确定零序电流有功分量变化量的总量如下表7所示：

表7不同故障下并入电阻前后各出线零序电流有功变化量

确定出各出线零序电流有功分量变化量占总变化量的比率如下表8所示：

表8不同故障下各出线零序电流有功变化量比率

3、依据配电网的线路结构，构建符合实际运行情况的ATP-EMTP仿真模型，并确定模糊聚类分析方法；

3.1赵村变电站1#主变6kV侧出线为611,615,623,625，在实际线路的基础上建立ATP-EMTP仿真模型如图2所示；

3.2建立样本库：通过ATP-EMTP仿真模型，设置不同线路故障，获取不同故障数据，确定各出线零序电流有功分量变化量的比例，构建样本矩阵库如下表9所示：

表9模糊聚类样本库实例

3.3初始化聚类中心V⁽⁰⁾：根据样本库中不同样本对应的故障类型，合理将数据库分为n类，每一类对应某一出线故障的样本，将同一类中的样本的特征量加权平均，得初始聚类中心；

3.4更新或计算划分矩阵U^(p)：定义迭代次数初始值p＝0，选择合适的加权指数q(q＞1)，通过公式得出划分矩阵U^(p)＝[u_kl]_m×n；

3.5更新聚类中心矩阵V^(p+1)：通过公式得出V^(p+1)；

3.6若||V^(p+1)-V^(p)||＜0.0001(0.0001为迭代停止阈值)，则算法停止，输出划分矩阵U与聚类中心矩阵V；若不满足，则令p＝p+1并转向步骤3.4；聚类中心矩阵如下表10所示：

表10聚类中心矩阵表

3.7计算故障数据到各聚类中心距离比较后找出与之距离最小的聚类中心，确定611线路是否故障；比较结果如下表11所示：

表11模糊聚类选线实例表

本发明基于在中性点非有效接地系统发生永久性接地故障后改变中性点接地方式，并入一个合适的电阻，依靠母线PT和CT，测量电阻投切前后的母线零序电压与出线零序电流，通过算法对故障线路进行选择，在高阻接地故障时依旧有很高的选线正确率。

Claims (3)

1.一种基于模糊聚类分析的配电网故障线路选线方法，其特征是：依据配电网各出线零序电流有功分量变化量占配电网各出线零序电流有功分量总变化量的比率，通过建立配电网实际运行的仿真模型，利用聚类分析方法确定故障线路。

2.根据权利要求1所述的一种基于模糊聚类分析的配电网故障线路选线方法，其特征是：依据配电网各出线零序电流有功分量变化量占配电网各出线零序电流有功分量总变化量的比率的方法包括以下步骤：

1)依据发生单相接地短路故障时监测的母线零序电压与各出线的零序电流 n为出线数目，确定配电网各出线零序电流有功分量其中i＝1,2,…,n；

2)在中性点的消弧线圈上投切并联电阻，依据并入电阻后配电网母线的零序电压与各出线的零序电流确定各出线并入电阻后的零序电流有功分量其中i＝1,2,…,n；

3)依据步骤1)确定的配电网各出线零序电流有功分量与步骤2)确定的各出线并入电阻后的零序电流有功分量的差异ΔI_0ip＝I_0ip'-I_0ip，确定配电网各出线零序电流有功分量变化量占配电网各出线零序电流有功分量总变化量的比率ΔI_0ip ^*＝ΔI_0ip/ΔI_0p×100％，其中i＝1,2,…,n。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于模糊聚类分析的配电网故障线路选线方法，其特征是：建立配电网实际运行的仿真模型，利用聚类分析方法确定故障线路的方法是：

a)ATP-EMTP仿真模型建立：依据配电网的线路结构，构建符合实际运行情况的ATP-EMTP仿真模型；

b)建立样本库：通过ATP-EMTP仿真模型，设置不同线路故障，获取不同故障数据，确定各出线零序电流有功分量变化量的比率，构建样本矩阵库X＝X{X₁,X₂,...,X_m}，X_k＝(ΔI_0k1p,ΔI_0k2p,...,ΔI_0knp)，即X＝[ΔI_0kip]_m×n其中，i＝1,2,…,n；k＝1,2,…,m；n为出线数，m为样本总数；

c)初始化聚类中心V⁽⁰⁾的确定：根据样本库中不同样本对应的故障类型，将数据库分为n类，每一类对应某一出线故障的样本，将同一类中的样本的特征量加权平均，确定初始聚类中心V⁽⁰⁾，如第一类中有三十个样本x₁,x2,...,x₃₀，则同理得到聚类中心V⁽⁰⁾＝V{V₁ ⁽⁰⁾,V₂ ⁽⁰⁾,...,V_n ⁽⁰⁾}；

d)计算或更新划分矩阵U^(p)：定义迭代次数初始值p＝0，选择合适的加权指数q(q＞1)，通过公式得出划分矩阵U^(p)＝[u_kl]_m×n；

e)更新聚类中心V^(p+1)：通过公式得出V^(p+1)；

f)若||V^(p+1)-V^(p)||＜ε，ε为迭代停止阈值，则算法停止，输出划分矩阵U与聚类中心V，进入步骤g)；若||V^(p+1)-V^(p)||>ε，则令p＝p+1并转向步骤d)；

g)各出线线路的数据通过公式计算出到各聚类中心距离，比较后找出与之距离最小的聚类中心的线路，确定该线路为故障线路。