CN110873847A - 一种基于sogi去基波的单相接地故障定位方法 - Google Patents

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曹乾磊
狄克松
尹怀强
张亚南
董永波
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Abstract

本发明公开了一种基于SOGI去基波的单相接地故障定位方法，包括以下步骤，步骤一，提供一种数据采集单元，采集故障发生时的零序电流I(t)；步骤二，利用SOGI提取出零序电流I(t)的基波I0(t)，并从零序电流中去除基波得到I′(t)；步骤三，根据统计学中的相似性计算公式，计算相邻两个设备去基波后的零序电流的相似度；步骤四，根据计算得到的相似度，对故障点进行定位。本发明可以根据相邻两个设备去基波后的零序电流的相似度进行故障位置的定位，此方法不需要对暂态特征进行提取，避免了因暂态特征提取错误而出现漏判或误判，另外，由于计算相似度时对数据进行了平移，减少了由于设备不同步造成的误差，因此，降低了对各个设备之间时间同步精度的要求。

Description

一种基于SOGI去基波的单相接地故障定位方法
技术领域
本发明涉及配电网自动化系统领域，涉及一种基于SOGI去基波的单相接地故障定位方法。
背景技术
我国配电网系统大多采用中性点非有效接地的运行方式，包括中性点不接地和经消弧线圈接地方式两种。这类运行方式可以提高系统的供电可靠性，但是当系统发生单相接地故障时，不仅影响用户的正常用电，还可能引起过电压，导致单相接地演变成两相短路而扩大事故，因此需要对单相接地故障进行准确的定位，及时对故障进行处理，对保障电力系统安全稳定的运行具有重要的意义。
目前对于中性点非有效接地系统的单相接地故障定位方法主要采用基于暂态特征的故障定位方法，主要包括首半波法、零序电流方向法、零序电流比幅比相法等。这些方法都需要对暂态特征进行准确地提取，暂态特征包括突变幅值和突变方向，但是由于暂态过程比较复杂，有时很难准确地对其进行提取，特别是高阻接地，突变幅值很小，很难进行突变幅值的提取，并且对于经消弧线圈接地系统的故障定位，只能利用暂态信息。因此，需要发展一种不需要对特征进行提取就能准确进行故障定位的方法。
发明内容
本发明针对上述问题，克服现有技术的不足，提出一种基于SOGI去基波的单相接地故障定位方法。利用统计学中的相似度计算公式计算相邻设备之间的相似度，根据计算得到的相似度来对故障点进行定位，该方法不需要对暂态特征进行提取，避免了暂态特征提取困难的问题以及因特征提取错误导致漏判或误判的情况。由于该方法对零序电流进行了去基波的处理，只利用了故障时的暂态信息，因此也适用于经消弧线圈接地系统的故障定位。此外，该方法在计算相似度时，对数据进行了平移，减少了由于设备不同步造成的误差，降低了对各个设备之间时间同步精度的要求。
本发明通过计算相邻设备之间去基波后的零序电流的相似度来进行故障定位。该方法首先利用SOGI对零序电流进行去基波的处理，然后根据统计学中的相似性计算公式求取不同设备去基波后的零序电流的相似度，最后根据计算得到的相似度来进行故障位置的定位。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一种基于SOGI去基波的单相接地故障定位方法，包括以下步骤，
步骤一，提供一种数据采集单元，采集故障发生时的零序电流I(t)。
步骤二，利用SOGI提取出零序电流I(t)的基波I0(t)，并从零序电流I(t)中去除基波得到I′(t)。
步骤三，根据统计学中的相似性计算公式，计算相邻两个设备去基波后的零序电流的相似度。
步骤四，根据计算得到的相似度，对故障点进行定位。
步骤二中的SOGI提取零序电流I(t)基波的公式为，
Figure BSA0000170167740000021
其中，I(s)为输入信号I(t)经过拉氏变换的形式，I0(s)为提取的基波信号经过拉式变换的形式，k为控制增益，w′为谐振频率。
步骤三中的统计学中的相似性计算公式为，
Figure BSA0000170167740000022
其中，I′01和I′02为相邻两个检测点零序电流去基波后的值，N为用于计算相似度的数据长度，m为去基波后的零序电流平移的点数，m＝1，2，L，M，由于不同设备之间存在一定的同步误差，将数据进行一定程度的平移来消除这种误差的影响。
步骤四中的对故障点进行定位的流程为，首先经过对大量现场数据的测试，分析出相似度阈值的取值范围，给相似度设置一个合适的阈值，然后对设备组成的树形结构逐层进行相似度的计算，计算上层设备与每个相邻下层设备的相似度，当计算得到的相似度大于阈值时，故障点不在这两个设备之间，根据计算得到的相似度，将故障点定位在最后一个满足阈值的设备下游，若计算得到的相似度都没有达到阈值，则将故障点定位在第一个设备的下游。
本发明的有益效果是：本发明一种基于SOGI去基波的单相接地故障定位方法，能够根据计算得到的相似度来准确地对故障进行定位，此方法不需要对暂态进行特征提取，避免了由于暂态特征提取错误导致误判或漏判的情况，另外，由于计算相似度时对数据进行了平移，减少了由于设备不同步造成的误差，因此，降低了对各个设备之间时间同步精度的要求。
附图说明
图1为本发明故障区段定位方法总体流程图。
图2为本发明线路拓扑图。
图3为本发明设备1采集单元采集得到的零序电流波形。
图4为本发明设备2采集单元采集得到的零序电流波形。
图5为本发明设备3采集单元采集得到的零序电流波形。
图6为本发明设备4采集单元采集得到的零序电流波形。
图7为本发明用SOGI提取的设备1零序电流基波波形及零序电流去基波后的波形。
图8为本发明用SOGI提取的设备2零序电流基波波形及零序电流去基波后的波形。
图9为本发明用SOGI提取的设备3零序电流基波波形及零序电流去基波后的波形。
图10为本发明用SOGI提取的设备4零序电流基波波形及零序电流去基波后的波形。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，以具体阐述本发明的技术方案。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种基于SOGI去基波的单相接地故障定位方法，包括以下步骤，
步骤一，提供一种数据采集单元，采集故障发生时的零序电流I0(t)，设备1、设备2、设备3、设备4采集到的零序电流波形分别如图3、图4、图5、图6所示。
步骤二，利用SOGI提取出设备1、设备2、设备3、设备4采集到的零序电流的基波，并从零序电流中去掉提取的基波，提取的基波波形以及去掉基波后的波形分别如图7、图8、图9、图10所示，SOGI提取基波的公式为，
Figure BSA0000170167740000031
其中，I(s)为输入信号I(t)经过拉氏变换的形式，I0(s)为提取的基波信号经过拉式变换的形式，k为控制增益，w′为谐振频率。
步骤三，根据统计学中的相似性计算公式，计算相邻两个设备去基波后的零序电流的相似度，经过计算，设备1与设备2之间的相似度为0.9017，设备2与设备3之间的相似度为0.3123，设备2与设备4之间的相似度为0.9064，相似度的计算公式为，
Figure BSA0000170167740000032
其中，I′01和I′03为相邻两个设备零序电流去基波后的值，N为用于计算相似度的数据长度，m为去基波后的零序电流平移的点数，m＝1，2，L，M，由于不同设备之间存在一定的同步误差，将数据进行一定程度的平移来消除这种误差的影响，本案例中M＝160。
步骤四，根据计算得到的相似度，对故障点进行定位。首先经过对大量现场数据的测试，分析出相似度阈值的取值范围，给相似度设置一个阈值0.6，然后对设备组成的树形结构逐层进行相似度的计算，计算上层设备与每个相邻下层设备的相似度。设备1与设备2之间的相似度为0.9017，大于阈值，设备2与设备3之间的相似度为0.3123，小于阈值，设备2与设备4之间的相似度为0.9064，大于阈值，最终将故障点定位在最后一个满足阈值的设备4的下游，与现场的实际故障位置一致。
综上所述，本发明提出一种基于SOGI去基波的单相接地故障定位方法，首先利用SOGI提取出零序电流的基波，对零序电流进行去基波处理，然后根据基于统计学的相似性计算公式计算相邻两个设备之间的相似度，最后根据计算得到的相似度来对故障点进行定位。此方法可以准确地对故障位置进行定位，不需要对暂态特征进行提取，避免了因特征提取错误导致误判或漏判的情况，此外，该方法计算相似度时，对数据进行了平移，减少了由于设备不同步造成的误差，因此，降低了对各个设备之间时间同步精度的要求。
以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。

Claims (4)

1.一种基于SOGI去基波的单相接地故障定位方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一，提供一种数据采集单元，采集故障发生时的零序电流I(t)；
步骤二，利用SOGI提取出零序电流I(t)的基波I0(t)，并从零序电流中去除基波得到I′(t)；
步骤三，根据统计学中的相似性计算公式，计算相邻两个设备去基波后的零序电流的相似度；
步骤四，根据计算得到的相似度，对故障点进行定位。
2.根据权利要求1所述的一种SOGI去基波的单相接地故障定位方法，其特征在于：步骤二中利用SOGI提取出零序电流I(t)的基波I0(t)，SOGI提取基波的公式为，
Figure FSA0000170167730000011
其中，I(s)为输入信号I(t)经过拉氏变换的形式，I0(s)为提取的基波信号经过拉式变换的形式，k为控制增益，w′为谐振频率。
3.根据权利要求1所述的一种基于SOGI去基波的单相接地故障定位方法，其特征在于：步骤三中根据统计学中的相似性计算公式，计算相邻两个设备去基波后的零序电流的相似度，其中统计学中的相似性计算公式为，
Figure FSA0000170167730000012
其中，I′01和I′02为相邻两个检测点零序电流去基波后的值，N为用于计算相似度的数据长度，m为去基波后的零序电流平移的点数，m＝1，2，L，M，由于不同设备之间存在一定的同步误差，将数据进行一定程度的平移来消除这种误差的影响。
4.根据权利要求1所述的一种基于SOGI去基波的单相接地故障定位方法，其特征在于：步骤四中对故障点进行定位的流程为，首先经过对大量现场数据的测试，分析出相似度阈值的取值范围，给相似度设置一个合适的阈值，然后对设备组成的树形结构逐层进行相似度的计算，计算上层设备与每个相邻下层设备的相似度，当计算得到的相似度大于阈值时，故障点不在这两个设备之间，根据计算得到的相似度，将故障点定位在最后一个满足阈值的设备下游，若计算得到的相似度都没有达到阈值，则将故障点定位在第一个设备的下游。
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