CN111308263B - 一种配电网高阻接地故障检测方法 - Google Patents

一种配电网高阻接地故障检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111308263B
CN111308263B CN201911219772.3A CN201911219772A CN111308263B CN 111308263 B CN111308263 B CN 111308263B CN 201911219772 A CN201911219772 A CN 201911219772A CN 111308263 B CN111308263 B CN 111308263B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wavelet
fault
resistance
singular entropy
imf
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911219772.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111308263A (zh
Inventor
束洪春
邓亚琪
董俊
曹璞璘
朱梦梦
于永波
刘俊杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kunming University of Science and Technology
Original Assignee
Kunming University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kunming University of Science and Technology filed Critical Kunming University of Science and Technology
Priority to CN201911219772.3A priority Critical patent/CN111308263B/zh
Publication of CN111308263A publication Critical patent/CN111308263A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111308263B publication Critical patent/CN111308263B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/081—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors
    • G01R31/086—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors in power transmission or distribution networks, i.e. with interconnected conductors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/088—Aspects of digital computing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications
    • Y04S10/52—Outage or fault management, e.g. fault detection or location

Abstract

本发明涉及一种配电网高阻接地故障检测方法，属于电力系统继电保护技术领域。在高阻接地故障发生后，采用CEEMDAN算法提取暂态零模电流(TZMC)的固有模态函数IMF，根据相关系数及波形相似性，确定特征模态；用Teager能量算子实时跟踪特征模态分量的变化，再计算小波奇异熵并比较其大小，进一步区分高阻接地故障(HIF)，负荷投切(LS)，电动机投切(MS)，以形成高阻故障检测的判据。本发明准确有效，在提取特征分量的准确率、计算速度、检测精度等方面都具有优势。

Description

一种配电网高阻接地故障检测方法
技术领域
本发明涉及一种配电网高阻接地故障检测方法，属于电力系统继电保护技术领域。
背景技术
配电系统距离地面较近，馈入居民生活区等实际因素，运行时容易接触到树枝、沙土、 草地、水泥地面等非理想介质时，形成高阻接地故障(High impedance fault，HIF)，约占接 地故障总数的5-10％；当发生高阻故障时，线电压对称，故障电流微弱，故障特征不明显， 难以对故障特征量进行准确地提取，且过渡电阻的不同，会出现故障电流不到负荷电流的 10％，加大了故障检测的难度；若未能及时切除故障，导致相间绝缘击穿，即由单相故障发 展为相间故障，扩大故障范围，会造成火灾、人身触电等严重事故，则高阻接地故障的检测 对切除系统故障和恢复供电具有重要意义。
高阻接地故障难检测，是由于接地介质的随机性和非线性畸变，导致故障特征差异大； 在发生高阻接地故障时，有时会伴有电弧放电，会出现间歇性地熄弧和燃弧，导致故障电流 小且随机性强，用传统的方法很难进行检测与判断，使得算法失效。在配电网中，虽部分正 常操作具有与高阻接地故障较为相似的电气特性，如负荷变动会使电流产生随机变动；电动 机的投切会使电流产生很高的谐波分量；但负荷变动和电动机投切是瞬时性的扰动，不会出 现间歇性地燃弧和熄弧，由此本质特征可构造高阻接地故障的判据，即可靠的故障检测，需 滤除干扰，放大故障特征，才能有效地辨识出高阻接地故障。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种配电网高阻接地故障检测方法，用以正确区分高阻 接地故障(HIF)，负荷投切(LS)，电动机投切(MS)，对配电网络可靠运行有着积极的意 义。
本发明的技术方案是：一种配电网高阻接地故障检测方法，在高阻接地故障发生后，采 用CEEMDAN算法提取暂态零模电流(TZMC)的固有模态函数IMF，根据相关系数及波形相似性，确定特征模态；用Teager能量算子实时跟踪特征模态分量的变化，再计算小波奇异熵并比较其大小，进一步区分高阻接地故障(HIF)，负荷投切(LS)，电动机投切(MS)， 以形成高阻故障检测的判据。
具体步骤为：
Step1：在发生高阻接地故障后，提取故障的三相电流，根据Karrenbauer变换后，得到 暂态零模电流i0(t)，通过CEEMDAN分解，得到多个IMF分量；
Figure RE-GDA0002480297690000021
其中，
Figure RE-GDA0002480297690000022
表示IMF分量，R(t)表示剩余残差。
Step2：根据波形相似性及相关系数地分析，在多个IMF分量中，确定imf1为i0(t)的特征 分量。
Step3：运用Teager能量算子，能实时跟踪imf1分量的波形变化，获得imf1分量的瞬时幅 值；
Figure RE-GDA0002480297690000023
其中，|a(n)|表示信号的幅值，ψ(x(n))表示能量算子，x(n)表示信号。
Step4：将imf1分量的瞬时幅值经小波和奇异值分解后，确定小波奇异熵；被分析的信号 越复杂，能量越分散，小波奇异熵就越大，反之则越小；通过比较小波奇异熵的大小，来判 断高阻接地故障、负荷投切或电动机投切；
Figure RE-GDA0002480297690000024
其中，Δpi表示第i阶增量小波奇异熵，λi表示矩阵的奇异值。
小波奇异熵是描述信号的复杂程度的，信号越复杂，小波奇异熵就越大，在发生高阻故 障时，会出现的波形比负荷投切，电动机投切波形复杂，在同样的网络里，高阻故障的小波 奇异熵是最大的。
本发明的有益效果是：
1、当发生高阻接地故障时，部分正常操作具有与高阻接地故障较为相似的电气特性。本 发明采用的方法能够进一步区分高阻接地故障(HIF)，负荷投切(LS)，电动机投切(MS)， 简化了判断过程，且判断结果真实可靠。
2、根据故障检测的结果，区分正常操作与故障状态，以提高配电网发生单相接地故障后 的自愈能力及故障快速处置的能力。
附图说明
图1是本发明配电网系统结构图；
图2是本发明实施例1中发生高阻接地故障的TZMC、imf1及Teager；
图3是本发明实施例1中发生负荷投切的TZMC、imf1及Teager；
图4是本发明实施例1中发生电动机投切的TZMC、imf1及Teager；
图5是本发明实施例2中发生高阻接地故障的TZMC、imf1及Teager；
图6是本发明实施例2中发生负荷投切的TZMC、imf1及Teager；
图7是本发明实施例2中发生电动机投切的TZMC、imf1及Teager；
图8是本发明故障检测流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：用PSCAD/EMTDC搭建仿真算例如图1所示，该系统是由架空、电缆、缆- 线混合三种线路模型。由6条馈线组成的35kV中性点经过消弧线圈接地的配电网，T是变比 为110kV/35kV的主变压器，联结组别为YN/d11；因我国配电网主变压器侧配电侧一般为三 角形联结，为给消弧线圈L提供中性点，增设供补偿接地电网接地专用的Z型变压器TZ。其 中，架空线路的正序阻抗参数为：R1＝0.17Ω/km，L1＝1.20mH/km，C1＝9.70nF/km，零序阻 抗参数为R0＝0.23Ω/km，L0＝5.48mH/km，C0＝6.0nF/km；电缆馈线的正序阻抗参数为 R1＝0.193Ω/km，L1＝0.442mH/km，C1＝143nF/km，零序阻抗参数为：R0＝1.93Ω/km， L0＝1.477mH/km，C0＝143nF/km，设置高阻接地故障(HIF)，负荷投切(LS)，电动机投切 (MS)。
选用db4小波，分解层数定为2层，对HIF、LS和MS进行计算，计算结果如表1所示。根据小波奇异熵的特点及HIF、LS和MS的故障特征，从表1中可看出，HIF小波奇异熵大 于LS和MS，故可区分出HIF、LS和MS。
不同工况条件下的小波奇异熵如表1所示。
Figure RE-GDA0002480297690000031
表1
实施例2：在PSCAD/EMTDC构建IEEE-14节点系统，设置高阻接地故障(HIF)，负荷投切(LS)，电动机投切(MS)。
用db4小波，分解为2层，计算结果如表2所示。根据小波奇异熵的特点及HIF、LS和MS的故障特征，从表2中可看出，HIF小波奇异熵大于LS和MS，故可区分出HIF、LS和 MS。
不同工况条件下的小波奇异熵如表2所示。
Figure RE-GDA0002480297690000032
Figure RE-GDA0002480297690000041
表2
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方 式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出 各种变化。

Claims (1)

1.一种配电网高阻接地故障检测方法，其特征在于：
Step1：在发生高阻接地故障后，提取故障的三相电流，根据Karrenbauer变换后，得到暂态零模电流i0(t)，通过CEEMDAN分解，得到多个IMF分量；
Figure FDA0003031058440000011
其中，
Figure FDA0003031058440000012
表示IMF分量，R(t)表示剩余残差；
Step2：根据波形相似性及相关系数地分析，在多个IMF分量中，确定imf1为i0(t)的特征分量；
Step3：运用Teager能量算子，能实时跟踪imf1分量的波形变化，获得imf1分量的瞬时幅值；
Figure FDA0003031058440000013
其中，|a(n)|表示信号的幅值，ψ(x(n))表示能量算子，x(n)表示信号；
Step4：将imf1分量的瞬时幅值经小波和奇异值分解后，确定小波奇异熵；被分析的信号越复杂，能量越分散，小波奇异熵就越大，反之则越小；通过比较小波奇异熵的大小，来判断高阻接地故障、负荷投切或电动机投切；
Figure FDA0003031058440000014
其中，Δpi表示第i阶增量小波奇异熵，λi表示矩阵的奇异值，小波奇异熵是描述信号的复杂程度的，信号越复杂，小波奇异熵就越大，在发生高阻故障时，会出现的波形比负荷投切，电动机投切波形复杂，在同样的网络里，高阻故障的小波奇异熵是最大的。
CN201911219772.3A 2019-12-03 2019-12-03 一种配电网高阻接地故障检测方法 Active CN111308263B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911219772.3A CN111308263B (zh) 2019-12-03 2019-12-03 一种配电网高阻接地故障检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911219772.3A CN111308263B (zh) 2019-12-03 2019-12-03 一种配电网高阻接地故障检测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111308263A CN111308263A (zh) 2020-06-19
CN111308263B true CN111308263B (zh) 2021-08-03

Family

ID=71157934

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911219772.3A Active CN111308263B (zh) 2019-12-03 2019-12-03 一种配电网高阻接地故障检测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111308263B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112269095A (zh) * 2020-09-07 2021-01-26 西安理工大学 基于故障电流间歇性重燃与熄灭特征的故障检测方法
CN113138322B (zh) * 2021-05-11 2022-12-23 南方电网科学研究院有限责任公司 配电网高阻接地故障的检测方法、装置、设备和存储介质
CN113608084A (zh) * 2021-08-12 2021-11-05 山东理工大学 一种串联故障电弧检测方法
CN113820564B (zh) * 2021-09-24 2023-03-10 国家电网有限公司 一种适应于源网荷储复杂电网的故障检测方法
CN114910744A (zh) * 2022-06-01 2022-08-16 福州大学 基于s变换和自适应平均奇异熵的高阻接地故障检测方法
CN116500383B (zh) * 2023-06-27 2023-09-05 山东大学 基于李萨如曲线辨识高阻故障与投切扰动的方法及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101814731A (zh) * 2010-04-15 2010-08-25 中国石油大学(华东) 一种应用非工频暂态分量的配电网故障选线方法
CN104062555A (zh) * 2014-07-16 2014-09-24 哈尔滨理工大学 配电线路高阻接地故障特征谐波的辨识方法
US9091742B2 (en) * 2012-02-20 2015-07-28 Rockwell Automation Technologies, Inc. Fault identification techniques for high resistance grounded systems
CN109375033A (zh) * 2018-09-29 2019-02-22 国网辽宁省电力有限公司朝阳供电公司 一种基于IMF和MC-ApEn的含DG中压配电网测距方法
CN109975656A (zh) * 2019-03-06 2019-07-05 河南理工大学 基于柔性直流配电网高阻接地故障检测方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102928731A (zh) * 2012-11-06 2013-02-13 昆明理工大学 一种利用零序电流全量Hough变换的配电网故障选线方法
CN103592569B (zh) * 2013-11-06 2016-06-08 昆明理工大学 一种基于高频量衰减特性的特高压直流输电线路故障测距方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101814731A (zh) * 2010-04-15 2010-08-25 中国石油大学(华东) 一种应用非工频暂态分量的配电网故障选线方法
US9091742B2 (en) * 2012-02-20 2015-07-28 Rockwell Automation Technologies, Inc. Fault identification techniques for high resistance grounded systems
CN104062555A (zh) * 2014-07-16 2014-09-24 哈尔滨理工大学 配电线路高阻接地故障特征谐波的辨识方法
CN109375033A (zh) * 2018-09-29 2019-02-22 国网辽宁省电力有限公司朝阳供电公司 一种基于IMF和MC-ApEn的含DG中压配电网测距方法
CN109975656A (zh) * 2019-03-06 2019-07-05 河南理工大学 基于柔性直流配电网高阻接地故障检测方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
High Impedance Fault Detection Method Based on Variational Mode Decomposition and Teager–Kaiser Energy Operators for Distribution Network;Xiaowei Wang et.al;《IEEE TRANSACTIONS ON SMART GRID》;20191130;第10卷(第6期);第6041-6054页 *
High impedance fault line selection method for resonant grounding system based on wavelet packet analysis;Qin Hao et.al;《2018 China international conference on electricity distribution》;20181231;第1174-1179页 *
基于CEEMDAN与Teager能量算子的谐波检测方法;任子晖 等;《电力系统保护与控制》;20170501;第45卷(第9期);第56-62页 *
高阶小波包奇异谱熵在故障选线中的应用研究;王玉梅 等;《电力系统保护与控制》;20110416;第39卷(第8期);第23-27页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111308263A (zh) 2020-06-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111308263B (zh) 一种配电网高阻接地故障检测方法
CN103675605B (zh) 一种基于故障信号暂态相关分析的配电网小电流接地故障选线方法
CN109444644B (zh) 基于暂态量差动的配电网单相接地故障选线方法
CN103018627B (zh) 非有效接地系统故障类型自适应接地选线方法
CN104166067A (zh) 单相接地故障定位检测方法及装置
CN102135591A (zh) 谐振接地电网单相接地故障db小波暂态量选线方法
CN108957225B (zh) 一种计及电缆分布电容的直流配电线路单端故障测距方法
CN111398733A (zh) 一种海洋核动力平台电网接地故障选线保护方法和系统
CN110879330B (zh) 一种基于零序伏安曲线面积的配电网单相接地故障发展态势判别方法
CN110007198B (zh) 一种单相接地故障启动方法
CN110954743B (zh) 一种分布式录波装置及小电流接地选线方法
CN102654553A (zh) 一种选线定位方法
CN107329044A (zh) 一种基于电弧暂态分量的配电网单相接地故障选线方法
CN104614638A (zh) 小电流系统接地选线方法
CN111487508A (zh) 用于配电网的单相高阻接地故障辨识装置
CN101599634A (zh) 基于s-变换的变压器励磁涌流和故障电流的鉴别方法
CN102097792B (zh) 一种配电网接地故障保护方法
Gashteroodkhani et al. Fire hazard mitigation in distribution systems through high impedance fault detection
CN102435896B (zh) 船舶中压电力系统中间歇性接地故障的快速识别方法
CN112485588A (zh) 一种基于级联h桥控制的永久高阻故障区段定位方法
CN113300343B (zh) 一种基于余弦相似度的柔性直流电网故障线路识别方法
CN110261723A (zh) 一种基于变异系数与高阶累积量的小电流接地选线方法
CN110456218A (zh) 基于中值电阻投切前后工频增量系数的快速故障选线方法
CN112162173A (zh) 一种基于故障电流频带分布差异的配电网雷击与非雷击故障辨识方法
CN111948569A (zh) 一种基于类伏安特性的间歇性弧光接地故障检测方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant