CN109596945A - 一种基于相关系数向量相似程度的配电网故障选线新方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及配电网故障选线检测领域，更具体地，涉及一种基于相关系数向量相似程度的配电网故障选线新方法；包括以下步骤：S1.提取母线处零序电压U0；S2.若发生单相接地故障时即零序电压U0小于0.15倍的系统额定电压Um时则提取各线路零序电流；S3.利用小波包分析法提取各线路特征频带电流；S4.计算各线路特征频带电流之间的相关系数；S5.计算各线路故障程度值、健全程度值，若该线路的故障程度值大于健全程度值，则表示线路为故障线路，否则为健全线路。本发明提供的方法避免了设定保护阈值，减少人为因素的干扰，提高了故障判据保护裕度，进而提高适用范围。

Description

一种基于相关系数向量相似程度的配电网故障选线新方法

技术领域

本发明涉及配电网故障选线检测领域，更具体地，涉及一种基于相关系数向量相似程度的配电网故障选线新方法。

背景技术

在10kV配电网谐振接地系统中,由于消弧线圈的作用使系统中的故障特征微弱，致使传统的选线方法在谐振接地系统中的选线效果不理想。为此，许多专家学者对此进行了研究。如利用小波包相关系数法、prony相关系数法、S变换幅值相位法等进行故障选线，然而此类方法还是需人为设定整定保护值，受人为因素影响较大，有较大的局限性，适用范围不广。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种基于相关系数向量相似程度的配电网故障选线新方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于相关系数向量相似程度的配电网故障选线新方法，包括以下步骤：

S1.提取母线处零序电压U0；

S2.若发生单相接地故障时即零序电压U0小于0.15倍的系统额定电压Um时则提取各线路零序电流；

S3.利用小波包分析法提取各线路特征频带电流；

S4.计算各线路特征频带电流之间的相关系数；

S5.计算各线路故障程度值、健全程度值，若该线路的故障程度值大于健全程度值，则表示线路为故障线路，否则为健全线路。

进一步的，所述的S3步骤具体包括：当线路发生单相接地故障时，各健全线路电流之间的波形大致相同，而故障线路电流则与其相反；首先通过对零序电压进行n层小波包分解得到2ⁿ个频带电压信号，选取其最大能量值所对应的频带为特征频带，然后也对零序电流n层分解以得到2ⁿ个频带电流信号，最后选取特征频带下的频带电流信号作为特征频带电流。

进一步的，所述的S4步骤具体包括：

相关系数是描述两变量的相似程度，根据步骤S3的性质可知故障线路与健全线路特征频带电流之间的相关系数接近于-1，而健全线路特征频带电流之间的相关系数则接近于1；具体相关系数公式如下所示：

式中，ρ_ij为线路i的特征频带电流I_i与线路j的特征频带电流I_j之间的相关系数，N为采集样本点总数。

进一步的，所述的S5步骤具体包括：

S51.通过计算各线路之间的相关系数，可得到一l*l(l为线路总条数)的相关系数矩阵ρ，具体如下所示：

其中，矩阵ρ中的第i行表示为第i线路与系统所有线路之间的相关系数，可记为第i线路的相关系数向量ρ_i；

S52.因故障线路与健全线路特征频带电流之间的相关系数接近于-1，而健全线路之间的相关系数则接近于1，因此故障线路所表示的相关系数向量元素即故障线路相关系数向量相似于故障向量a_i，健全线路所表示的相关系数向量中仅与故障线路相关的元素接近-1，其余均接近于1，即健全线路相关系数向量也在一定程度上相似于健全向量b_i，b_ij＝1；定义故障程度值、健全程度值以分别形容第i条线路相关系数向量与故障向量a_i、健全向量b_i的相似程度，具体公式如下所示：

式中，δf_i为第i条线路的故障程度值，δs_i为为第i条线路的健全程度值；

S53.通过S52中的公式可知，故障线路的故障程度值接近于l，其健全程度值接近于2-l，而健全线路的故障程度值接近于4-l，其健全程度值接近于l-2；则，当系统中发生了单相接地故障时，若线路故障程度值大于健全程度值，则可判定该线路为故障线路，否则判定为健全线路，若全部线路均判定为健全线路，则表示母线上发生了单相接地故障。

与现有技术相比，有益效果是：本发明提供的一种基于相关系数向量相似程度的配电网故障选线新方法，避免了设定保护阈值，减少人为因素的干扰，提高了故障判据保护裕度，进而提高适用范围。

附图说明

图1是本发明方法流程图。

图2是本发明实施例中的仿真模型图。

图3是本发明实施例中零序电压信号示意图。

图4是本发明实施例各线路零序电流信号。

图5是本发明实施例各线路特征频带电流信号。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

实施例以一个有5条出线的10kV配网谐振接地系统为例进行简单说明，如图2所示。图2中，系统模型线路参数如表1所示，线路长度明细及所带负荷情况如表2所示。

表1系统模型线路参数

表2线路长度明细及所带负荷情况

系统中消弧线圈采用过补偿，补偿度为8％，因此消弧线圈电感值L设为0.923H。现在系统模型中进行一组单相接地故障实验，故障条件条件为线路1的50％处发生了合闸角为45°、故障电阻为5Ω的单相接地故障。本发明采用小波包5层分解，可分解出32个频带。首先提取母线处零序电压与各线路零序电流信号，其中零序电压如图3所示，各线路零序电流信号如图4所示。

首先通过对零序电压进行小波包分解发现，发现能量最大值在(5,3)节点处，因此取第4频带为特征频带。然后通过对各线路零序电流进行小波包分析以提取第4频带下的电流信号，提取得到的各线路特征频带电流如图5所示。

计算各线路特征频带电流之间的相关系数，然后通过公式(3)、(4)可得出各线路的故障程度值与健全程度值如表3所示。通过表3可知线路1的故障程度值接近于5，其健全程度值接近于-3，而其余线路的故障程度值接近于-1，其健全程度值接近于3，因此可判定出线路1发生了单相接地故障。

表3当线路1发生单相接地故障时各线路的故障程度值及健全程度值

为了验证本文所提方法的适用性，现对多种故障条件下的单相接地故障进行分析，结果如表4所示。

表4不同故障条件下的判别结果

通过表4结果可知，故障线路的故障程度值均接近于5，其健全程度值均接近于-3，前者远大于后者。而健全线路的故障程度值均接近于-1，其健全程度值接近于3，前者远小于后者，因此均能很好地判别出故障线路，也能区分母线故障，判据裕度较高，无需人为设定保护参数值，具有较强的适用性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于相关系数向量相似程度的配电网故障选线新方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.提取母线处零序电压U0；

S2.若发生单相接地故障时即零序电压U0小于0.15倍的系统额定电压Um时则提取各线路零序电流；

S3.利用小波包分析法提取各线路特征频带电流；

S4.计算各线路特征频带电流之间的相关系数；

S5.计算各线路故障程度值、健全程度值，若该线路的故障程度值大于健全程度值，则表示线路为故障线路，否则为健全线路。

2.根据权利要求1所述的一种基于相关系数向量相似程度的配电网故障选线新方法，其特征在于，所述的S3步骤具体包括：当线路发生单相接地故障时，各健全线路电流之间的波形大致相同，而故障线路电流则与其相反；首先通过对零序电压进行n层小波包分解得到2ⁿ个频带电压信号，选取其最大能量值所对应的频带为特征频带，然后也对零序电流n层分解以得到2ⁿ个频带电流信号，最后选取特征频带下的频带电流信号作为特征频带电流。

3.根据权利要求2所述的一种基于相关系数向量相似程度的配电网故障选线新方法，其特征在于，所述的S4步骤具体包括：

相关系数是描述两变量的相似程度，根据步骤S3的性质可知故障线路与健全线路特征频带电流之间的相关系数接近于-1，而健全线路特征频带电流之间的相关系数则接近于1；具体相关系数公式如下所示：

式中，ρ_ij为线路i的特征频带电流I_i与线路j的特征频带电流I_j之间的相关系数，N为采集样本点总数。

4.根据权利要求3所述的一种基于相关系数向量相似程度的配电网故障选线新方法，其特征在于，所述的S5步骤具体包括：

S51.通过计算各线路之间的相关系数，可得到一l*l(l为线路总条数)的相关系数矩阵ρ，具体如下所示：

其中，矩阵ρ中的第i行表示为第i线路与系统所有线路之间的相关系数，可记为第i线路的相关系数向量ρ_i；

S52.因故障线路与健全线路特征频带电流之间的相关系数接近于-1，而健全线路之间的相关系数则接近于1，因此故障线路所表示的相关系数向量元素即故障线路相关系数向量相似于故障向量a_i，健全线路所表示的相关系数向量中仅与故障线路相关的元素接近-1，其余均接近于1，即健全线路相关系数向量也在一定程度上相似于健全向量b_i，b_ij＝1；定义故障程度值、健全程度值以分别形容第i条线路相关系数向量与故障向量a_i、健全向量b_i的相似程度，具体公式如下所示：

式中，δf_i为第i条线路的故障程度值，δs_i为为第i条线路的健全程度值；

S53.通过S52中的公式可知，故障线路的故障程度值接近于l，其健全程度值接近于2-l，而健全线路的故障程度值接近于4-l，其健全程度值接近于l-2；则，当系统中发生了单相接地故障时，若线路故障程度值大于健全程度值，则可判定该线路为故障线路，否则判定为健全线路，若全部线路均判定为健全线路，则表示母线上发生了单相接地故障。