CN108562820B - 小电流接地系统单相接地故障选线方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开一种小电流接地系统单相接地故障选线方法及装置，能准确有效地识别出单相故障线路。方法包括：S1、在判断获知小电流接地系统发生单相接地故障时，采集单相接地故障瞬间的零序电流数据；S2、从所述零序电流数据中截取单相故障发生前部分周期波形和单相故障发生后部分周期波形，并对截取的波形进行预处理；S3、采用改进的动态时间弯曲算法计算预处理得到的波形中两两波形的形态距离；S4、根据所述两两波形的形态距离确定单相接地故障线路。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电力系统，具体涉及一种小电流接地系统单相接地故障选线方法及装置。
背景技术
目前我国中压配电网中广泛使用非有效接地方式，包括中性点不接地、中性点接高阻接地、中性点接消弧线圈接地。非有效接地系统又称小电流接地系统，其优势是：当发生单相接地故障时，故障电流小，不会引起断路器跳闸，电网依旧能带故障运行2小时，可以提高供电连续性。但小电流接地系统对设备绝缘水平要求高，且单相故障发生后若不及时排除故障，很容易发展为相间短路等其它严重故障。因此准确识别故障线路，及时处理故障对于配电网安全稳定运行具有重要意义。
目前在小电流接地系统中主要采用的选线方法有：稳态信息法、暂态信息法、外加信号法、多信息融合法等。常用的稳态信息法，如谐波分量法、零序导纳法等，受过渡电阻大小、运行方式等因素的影响，选线准确率低。外加信号法包括外加特殊信号和故障时改变中性点接地方式两种方法，受故障点位置、外加信号幅值大小限制等影响大，而且可能需要配置额外设备，经济性差。多信息融合法大多综合多因素评价方法和智能算法，适应性高，但检测过程复杂。传统的暂态信息法包括首半波法、暂态能量法等，抗电磁干扰性差，且在某些复杂的故障情况下，选线效果不理想。为了解决传统的暂态信息法的不足，小波分析、原子稀疏分解、S变化、经验模态分解等基于故障特征的选线方法在选线方法中大量使用，大大提高选线的准确率。但由于故障零序电流易受接地电阻、故障初相角、衰减分量以及外界干扰等诸多因素的影响，使得现有的基于故障特征选线方法抗噪性较差，难以适用于所有故障工况。
发明内容
针对现有技术存在的不足和缺陷，本发明实施例提供一种小电流接地系统单相接地故障选线方法及装置。
一方面，本发明实施例提出一种小电流接地系统单相接地故障选线方法，包括：
S1、在判断获知小电流接地系统发生单相接地故障时，采集单相接地故障瞬间的零序电流数据；
S2、从所述零序电流数据中截取单相故障发生前部分周期波形和单相故障发生后部分周期波形，并对截取的波形进行预处理；
S3、采用改进的动态时间弯曲算法计算预处理得到的波形中两两波形的形态距离；
S4、根据所述两两波形的形态距离确定单相接地故障线路。
另一方面，本发明实施例提出一种小电流接地系统单相接地故障选线装置，包括：
采集单元，用于在判断获知小电流接地系统发生单相接地故障时，采集单相接地故障瞬间的零序电流数据；
预处理单元，用于从所述零序电流数据中截取单相故障发生前部分周期波形和单相故障发生后部分周期波形，并对截取的波形进行预处理；
计算单元，用于采用改进的动态时间弯曲算法计算预处理得到的波形中两两波形的形态距离；
确定单元，用于根据所述两两波形的形态距离确定单相接地故障线路。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：处理器、存储器、总线及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序；
其中，所述处理器，存储器通过所述总线完成相互间的通信；
所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法。
本发明实施例提供的小电流接地系统单相接地故障选线方法及装置，首先在判断获知小电流接地系统发生单相接地故障时，采集单相接地故障瞬间的零序电流数据；然后从所述零序电流数据中截取单相故障发生前部分周期波形和单相故障发生后部分周期波形，并对截取的波形进行预处理；之后采用改进的动态时间弯曲算法计算预处理得到的波形中两两波形的形态距离；最后根据所述两两波形的形态距离确定单相接地故障线路，整个方案能准确有效地识别出单相故障线路，具有强抗噪声性。
附图说明
图1为本发明小电流接地系统单相接地故障选线方法一实施例的流程示意图；
图2为本发明小电流接地系统单相接地故障选线装置一实施例的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明实施例保护的范围。
参看图1，本实施例公开一种小电流接地系统单相接地故障选线方法，包括：
S1、在判断获知小电流接地系统发生单相接地故障时，采集单相接地故障瞬间的零序电流数据；
本实施例中，可以理解的是，当小电流接地系统中性点的零序电压超过20％额定电压时，判断为发生单相接地故障。单相接地故障瞬间的零序电流数据可以是各线路首端馈线终端(FTU)上传的零序电流数据或根据三相电流计算得到的零序电流。对于无零序互感器线路，假设采集的三相电流波形分别为IA、IB、IC，则零序电流波形I0计算公式为：
S2、从所述零序电流数据中截取单相故障发生前部分周期波形和单相故障发生后部分周期波形，并对截取的波形进行预处理；
S3、采用改进的动态时间弯曲算法计算预处理得到的波形中两两波形的形态距离；
S4、根据所述两两波形的形态距离确定单相接地故障线路。
故障瞬间故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流差异大，两两故障线路的零序电流差异较小，因此依据故障瞬间零序电流内在变化规律和数据形态来实现选线是一个有效地手段。动态时间弯曲(DTW)算法，不仅能够度量不同长度波形的相似性，而且对时间轴的局部压缩、伸展和弯曲不敏感，可以用于有效区分故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流。
本发明实施例提供的小电流接地系统单相接地故障选线方法，首先在判断获知小电流接地系统发生单相接地故障时，采集单相接地故障瞬间的零序电流数据；然后从所述零序电流数据中截取单相故障发生前部分周期波形和单相故障发生后部分周期波形，并对截取的波形进行预处理；之后采用改进的动态时间弯曲算法计算预处理得到的波形中两两波形的形态距离；最后根据所述两两波形的形态距离确定单相接地故障线路，整个方案能准确有效地识别出单相故障线路，具有强抗噪声性。
在前述方法实施例的基础上，所述S2，可以包括：
从所述零序电流数据中截取单相故障发生前1/4周期波形和单相故障发生后3/4周期波形，并采用z-score规范化方法对截取的波形进行预处理。
本实施例中，z-score规范化方法的处理过程为：对每个零序电流，获取从该零序电流中截取得到的波形，对该波形中的每个采样点，将该采样点的幅值替换为该采样点的幅值与平均数的差再除以标准差得到的结果，其中，平均数指的是该波形中的所有采样点的幅值的平均值，标准差为该波形中的所有采样点的幅值的标准差。采用z-score规范化方法对截取波形进行规范化处理，能避免幅值差异大造成动态时间弯曲距离过大。
在前述方法实施例的基础上，所述S3，可以包括：
对预处理得到的每一个波形进行分段处理，得到线性段；
对于预处理得到的每两个波形中一个波形的任意一个线性段和另一个波形的任意一个线性段，计算该两个线性段间的形态距离；
根据前一步得到的线性段间的形态距离，采用改进的动态时间弯曲算法计算预处理得到的波形中两两波形的形态距离。
本实施例中，分段处理具体可以采用极值法。极值法对某个波形进行分段的过程为：寻找该波形的所有极值点，以线性连接方式连接每两个相邻的极值点，从而将该波形分成数个线性段。
在前述方法实施例的基础上，所述计算该两个线性段间的形态距离，可以包括：
通过对该两个线性段进行平移和连接构造一个趋势三角形，将该趋势三角形的面积作为该两个线性段间的形态距离。
本实施例中，对该两个线性段构造趋势三角形的过程为：固定该两个线性段中的任意一个线性段，通过平移该两个线性段中另外一个线性段，将该两个线性段连接起来，得到折线段，然后连接折线段的端点得到一个三角形即为趋势三角形。由于趋势三角形兼顾了时间轴和值轴的信息，因此可以用三角形的面积作为线性段间的形态距离。
在前述方法实施例的基础上，所述根据前一步得到的线性段间的形态距离，采用改进的动态时间弯曲算法计算预处理得到的波形中两两波形的形态距离，可以包括：
根据前一步得到的线性段间的形态距离构造距离矩阵，其中，所述距离矩阵中每一个位置的值表示对应的线性段间的形态距离与对应的权重系数的乘积，所述权重系数根据对应的线性段包含的原始序列采样点数所占对应的线性段的所有采样点数的比例得到；
根据所述距离矩阵，采用动态时间弯曲算法DTW计算预处理得到的波形中两两波形的形态距离。
本实施例中，权重系数根据对应的线性段包含的原始序列采样点数所占对应的线性段的所有采样点数的比例得到，如此可以最大限度的减小因分段表示造成子序列信息的丢失，使算法具有动态自适应全局搜索与局部搜索能力。通过引入权重系数，能减小分段后不同长度线性段信息的差异对波形相似性造成的影响。
在前述方法实施例的基础上，所述S4，可以包括：
根据所述两两波形的形态距离构建形态距离矩阵，其中，所述形态距离矩阵中每一个位置的值表示对应的两个波形的形态距离，所述形态距离矩阵中在所述形态距离矩阵的对角线上的位置的值为0；
基于所述构建形态距离矩阵计算每条线路相对于其他线路的综合相关系数；
将相对于其他线路的综合相关系数最小的线路确定为单相接地故障线路。
由于健全线路的零序电流的大小仅与各线路对地电容大小有关，变化频率基本相同，而故障线路频率变化相对滞后，零序电流幅值也较健全线路大，即：故障线路电流的周期、幅值和相位均与健全线路差别较大。所以，相对于其他线路的综合相关系数最小的线路即为故障线路。
在前述方法实施例的基础上，对于每条线路，该条线路相对于其他线路的综合相关系数T的计算公式可以为T＝(P-Q-R)/S，其中，P为该条线路对应的波形与其它每一个波形的形态距离之和，Q为所述形态距离矩阵中的最大值与所述形态距离矩阵中值的数量的乘积，R为该条线路对应的波形与其它每一个波形的形态距离中的最大值，S为所有的波形的数量与2的差值。
参看图2，本实施例公开一种小电流接地系统单相接地故障选线装置，包括：
采集单元1，用于在判断获知小电流接地系统发生单相接地故障时，采集单相接地故障瞬间的零序电流数据；
预处理单元2，用于从所述零序电流数据中截取单相故障发生前部分周期波形和单相故障发生后部分周期波形，并对截取的波形进行预处理；
计算单元3，用于采用改进的动态时间弯曲算法计算预处理得到的波形中两两波形的形态距离；
确定单元4，用于根据所述两两波形的形态距离确定单相接地故障线路。
具体地，所述采集单元1在判断获知小电流接地系统发生单相接地故障时，采集单相接地故障瞬间的零序电流数据；所述预处理单元2从所述零序电流数据中截取单相故障发生前部分周期波形和单相故障发生后部分周期波形，并对截取的波形进行预处理；所述计算单元3采用改进的动态时间弯曲算法计算预处理得到的波形中两两波形的形态距离；所述确定单元4根据所述两两波形的形态距离确定单相接地故障线路。
本发明实施例提供的小电流接地系统单相接地故障选线装置，首先在判断获知小电流接地系统发生单相接地故障时，采集单相接地故障瞬间的零序电流数据；然后从所述零序电流数据中截取单相故障发生前部分周期波形和单相故障发生后部分周期波形，并对截取的波形进行预处理；之后采用改进的动态时间弯曲算法计算预处理得到的波形中两两波形的形态距离；最后根据所述两两波形的形态距离确定单相接地故障线路，整个方案能准确有效地识别出单相故障线路，具有强抗噪声性。
本实施例的小电流接地系统单相接地故障选线装置，可以用于执行前述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
本发明具有如下优点：
1、对于不同线路类型(包括架空线路、电缆线路、架空电缆混合线路)、不同故障条件(故障发生位置距离母线距离、故障发生初相角、故障发生接地电阻等)下的单相故障，都能正确选线
2、容错性高。可以在很大程度上减少个别点采样误差的影响。在数据传输过程中，即使个别采样点数据丢失或出现误码，对DTW距离的影响不大。
3、耐同步误差特性。因对时不精确等原因造成的同步误差较小时，对DTW距离的影响不大。
图3示出了本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器11、存储器12、总线13及存储在存储器12上并可在处理器11上运行的计算机程序；
其中，所述处理器11，存储器12通过所述总线13完成相互间的通信；
所述处理器11执行所述计算机程序时实现上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：在判断获知小电流接地系统发生单相接地故障时，采集单相接地故障瞬间的零序电流数据；从所述零序电流数据中截取单相故障发生前部分周期波形和单相故障发生后部分周期波形，并对截取的波形进行预处理；采用改进的动态时间弯曲算法计算预处理得到的波形中两两波形的形态距离；根据所述两两波形的形态距离确定单相接地故障线路。
本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：在判断获知小电流接地系统发生单相接地故障时，采集单相接地故障瞬间的零序电流数据；从所述零序电流数据中截取单相故障发生前部分周期波形和单相故障发生后部分周期波形，并对截取的波形进行预处理；采用改进的动态时间弯曲算法计算预处理得到的波形中两两波形的形态距离；根据所述两两波形的形态距离确定单相接地故障线路。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本发明的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。
最后应说明的是：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各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (8)
1.一种小电流接地系统单相接地故障选线方法，其特征在于，包括：
S1、在判断获知小电流接地系统发生单相接地故障时，采集单相接地故障瞬间的零序电流数据；
S2、从所述零序电流数据中截取单相故障发生前部分周期波形和单相故障发生后部分周期波形，并对截取的波形进行预处理；
S3、采用改进的动态时间弯曲算法计算预处理得到的波形中两两波形的形态距离；
S4、根据所述两两波形的形态距离确定单相接地故障线路；
所述S3，包括：
对预处理得到的每一个波形进行分段处理，得到线性段；
对于预处理得到的每两个波形中一个波形的任意一个线性段和另一个波形的任意一个线性段，计算该两个线性段间的形态距离；
根据前一步得到的线性段间的形态距离，采用改进的动态时间弯曲算法计算预处理得到的波形中两两波形的形态距离；
所述S4，包括：
根据所述两两波形的形态距离构建形态距离矩阵，其中，所述形态距离矩阵中每一个位置的值表示对应的两个波形的形态距离，所述形态距离矩阵中在所述形态距离矩阵的对角线上的位置的值为0；
基于所述构建形态距离矩阵计算每条线路相对于其他线路的综合相关系数；
将相对于其他线路的综合相关系数最小的线路确定为单相接地故障线路。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2，包括：
从所述零序电流数据中截取单相故障发生前1/4周期波形和单相故障发生后3/4周期波形，并采用z-score规范化方法对截取的波形进行预处理。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算该两个线性段间的形态距离，包括：
通过对该两个线性段进行平移和连接构造一个趋势三角形，将该趋势三角形的面积作为该两个线性段间的形态距离。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据前一步得到的线性段间的形态距离，采用改进的动态时间弯曲算法计算预处理得到的波形中两两波形的形态距离，包括：
根据前一步得到的线性段间的形态距离构造距离矩阵，其中，所述距离矩阵中每一个位置的值表示对应的线性段间的形态距离与对应的权重系数的乘积，所述权重系数根据对应的线性段包含的原始序列采样点数所占所有采样点数的比例得到；
根据所述距离矩阵，采用动态时间弯曲算法计算预处理得到的波形中两两波形的形态距离。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于每条线路，该条线路相对于其他线路的综合相关系数T的计算公式为T＝(P-Q-R)/S，其中，P为该条线路对应的波形与其它每一个波形的形态距离之和，Q为所述形态距离矩阵中的最大值与所述形态距离矩阵中值的数量的乘积，R为该条线路对应的波形与其它每一个波形的形态距离中的最大值，S为所有的波形的数量与2的差值。
6.一种小电流接地系统单相接地故障选线装置，其特征在于，包括：
采集单元，用于在判断获知小电流接地系统发生单相接地故障时，采集单相接地故障瞬间的零序电流数据；
预处理单元，用于从所述零序电流数据中截取单相故障发生前部分周期波形和单相故障发生后部分周期波形，并对截取的波形进行预处理；
计算单元，用于采用改进的动态时间弯曲算法计算预处理得到的波形中两两波形的形态距离；
确定单元，用于根据所述两两波形的形态距离确定单相接地故障线路。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器、总线及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序；
其中，所述处理器，存储器通过所述总线完成相互间的通信；
所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-5中任一项所述的方法。
8.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一项所述的方法。
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