CN114113894B - 一种基于固有频率特征的重复性故障识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于固有频率特征的重复性故障识别方法，其包括获取故障事件F_x和F_y的零序电流；对零序电流进行采样，并将零序电流的采样信号进行傅里叶变换，得到采样信号的频谱数据；选择用于计算频谱相似度的频段，并结合采样信号的频谱数据，计算频谱相似度；判断频谱相似度是否大于阈值，若是则判定故障事件F_x和F_y是重复性故障；否则判定故障事件F_x和F_y不是重复性故障。本发明抓住同一组重复性故障发生在同一位置则其行波传播路径的固有频率相同的特征，计算不同故障的固有频率分布来判断是否出现重复性故障，能够有效提高重复性故障识别的准确性。

Description

一种基于固有频率特征的重复性故障识别方法

技术领域

本发明涉及配电线路故障领域，具体涉及一种基于固有频率特征的重复性故障识别方法。

背景技术

目前对于配电线路早期故障的研究主要针对单次早期故障事件，忽视了绝缘劣化过程中早期故障具有重复发生的特点，对重复性故障的研究尚少。

在少量的重复性故障研究中，其识别方法主要分为两类：第一类是基于保护动作信息、故障涉及相别及接地情况、故障电流幅值大小、故障持续时间等信息，采用聚类的方法来辨识重复性故障；第二类是通过比较故障录波数据中扰动波形的相似度来识别重复性故障。

第一类方法对于能够引发保护动作的重复发生的瞬时性故障具有一定识别能力，但故障电流幅值和故障持续时间等特征量会随着故障的不断发展和系统工况的改变出现变化，且由于我国中压配电系统大多采用小电流接地方式，发生早期故障时故障电流幅值较小不能导致传统保护装置动作，因此该方法选取的特征量并不能体现故障的根本特征，影响辨识结果的准确性。第二类方法能够用于系统中出现的微弱扰动辨识，但不足之处在于仅基于波形相似度对重复性故障进行识别是不够准确的，因为在早期故障阶段，随着故障的不断发展和设备性能的逐渐恶化，扰动波形可能会出现较大的变化，在这种情况下该方法失效。上述两种方法选择的特征量在外界条件改变时或故障发展过程中都可能会发生较大的变化，没有体现重复性故障的根本特征。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于固有频率特征的重复性故障识别方法解决了传统方法中检测结果准确的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种基于固有频率特征的重复性故障识别方法，其包括以下步骤：

S1、获取故障事件F_x和F_y的零序电流；

S2、对零序电流进行采样，并将零序电流的采样信号进行傅里叶变换，得到采样信号的频谱数据；

S3、选择用于计算频谱相似度的频段，并结合采样信号的频谱数据，计算频谱相似度；

S4、判断频谱相似度是否大于阈值，若是则判定故障事件F_x和F_y是重复性故障；否则判定故障事件F_x和F_y不是重复性故障。

进一步地，步骤S2的具体方法包括以下子步骤：

S2-1、根据公式：

获取零序电流的采样信号的偶数项x₁(r)和奇数项x₂(r)，完成采样信号频谱图的绘制；其中，N为一个周期的采样点数且N＝2^M，M为正整数；x(·)为零序电流的采样信号；r表示零序电流的采样信号中元素的位置；

S2-2、根据公式：

获取零序电流的采样信号的偶数项和奇数项分别进行傅里叶变换后的频域值X₁(k)和X₂(k)；其中，j为虚部符号，π为180°相位，e为自然对数，k为零序电流的采样信号中元素的位置；

S2-3、根据公式：

获取零序电流的采样信号进行傅里叶变换后的频域值X(k)；

S2-4、根据零序电流的采样信号进行傅里叶变换后的频域值X(k)，得到采样信号频域值X(k)的幅值A_k，即得到采样信号的频谱数据。

进一步地，步骤S3中选择用于计算频谱相似度的频段的具体方法为：

根据公式：

获取用于计算频谱相似度的频段Δf的最小值f_max和最大值f_min；其中，D_max为所测配电网馈线的供电半径，D_min为由站端为起始点的第一段线路长度。

进一步地，步骤S3中计算频谱相似度的具体方法为：

根据公式：

获取频谱相似度S(x,y)；其中S(x,y)∈[0,1]，A_xi和A_yi分别为故障事件F_x和F_y在频谱相似度的频段Δf范围内的不同频谱数据，N_fmin和N_fmax分别为频段Δf中的采样点下限和采样点上限，i为频段Δf范围内的采样点序列且i＝(N_fmin,N_fmin+1,N_fmin+2,…,N_fmax)，L为频段Δf内数据的总长度，即采样点总数。

本发明的有益效果为：本发明抓住同一组重复性故障发生在同一位置则其行波传播路径的固有频率相同的特征，计算不同故障的固有频率分布来判断是否出现重复性故障，能够有效提高重复性故障识别的准确性，避免故障积累成永久故障。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，该基于固有频率特征的重复性故障识别方法包括以下步骤：

S1、获取故障事件F_x和F_y的零序电流；

S2、对零序电流进行采样，并将零序电流的采样信号进行傅里叶变换，得到采样信号的频谱数据；

S3、选择用于计算频谱相似度的频段，并结合采样信号的频谱数据，计算频谱相似度；

S4、判断频谱相似度是否大于阈值，若是则判定故障事件F_x和F_y是重复性故障；否则判定故障事件F_x和F_y不是重复性故障。

步骤S2的具体方法包括以下子步骤：

S2-1、根据公式：

获取零序电流的采样信号的偶数项x₁(r)和奇数项x₂(r)，完成采样信号频谱图的绘制；其中，N为一个周期的采样点数且N＝2^M，M为正整数；x(·)为零序电流的采样信号；r表示零序电流的采样信号中元素的位置；

S2-2、根据公式：

获取零序电流的采样信号的偶数项和奇数项分别进行傅里叶变换后的频域值X₁(k)和X₂(k)；其中，j为虚部符号，π为180°相位，e为自然对数，k为零序电流的采样信号中元素的位置；

S2-3、根据公式：

获取零序电流的采样信号进行傅里叶变换后的频域值X(k)；

S2-4、根据零序电流的采样信号进行傅里叶变换后的频域值X(k)，得到采样信号频域值X(k)的幅值A_k，即得到采样信号的频谱数据。

步骤S3中选择用于计算频谱相似度的频段的具体方法为：

根据公式：

获取用于计算频谱相似度的频段Δf的最小值f_max和最大值f_min；其中，D_max为所测配电网馈线的供电半径，D_min为由站端为起始点的第一段线路长度。

步骤S3中计算频谱相似度的具体方法为：

根据公式：

获取频谱相似度S(x,y)；其中S(x,y)∈[0,1]，A_xi和A_yi分别为故障事件F_x和F_y在频谱相似度的频段Δf范围内的不同频谱数据，N_fmin和N_fmax分别为频段Δf中的采样点下限和采样点上限，i为频段Δf范围内的采样点序列且i＝(N_fmin,N_fmin+1,N_fmin+2,…,N_fmax)，L为频段Δf内数据的总长度，即采样点总数。

本发明抓住同一组重复性故障发生在同一位置则其行波传播路径的固有频率相同的特征，计算不同故障的固有频率分布来判断是否出现重复性故障，能够有效提高重复性故障识别的准确性，避免故障积累成永久故障。

Claims (1)

1.一种基于固有频率特征的重复性故障识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取故障事件F_x和F_y的零序电流；

S2、对零序电流进行采样，并将零序电流的采样信号进行傅里叶变换，得到采样信号的频谱数据；包括以下子步骤：

S2-1、根据公式：

获取零序电流的采样信号的偶数项x₁(r)和奇数项x₂(r)，完成采样信号频谱图的绘制；其中，N为一个周期的采样点数且N＝2^M，M为正整数；x(·)为零序电流的采样信号；r表示零序电流的采样信号中元素的位置；

S2-2、根据公式：

获取零序电流的采样信号的偶数项和奇数项分别进行傅里叶变换后的频域值X₁(k)和X₂(k)；其中，j为虚部符号，π为180°相位，e为自然对数，k为零序电流的采样信号中元素的位置；

S2-3、根据公式：

获取零序电流的采样信号进行傅里叶变换后的频域值X(k)；

S2-4、根据零序电流的采样信号进行傅里叶变换后的频域值X(k)，得到采样信号频域值X(k)的幅值A_k，即得到采样信号的频谱数据；

S3、选择用于计算频谱相似度的频段，并结合采样信号的频谱数据，计算频谱相似度；其中选择用于计算频谱相似度的频段的具体方法为：

根据公式：

获取用于计算频谱相似度的频段Δf的最小值f_max和最大值f_min；其中，D_max为所测配电网馈线的供电半径，D_min为由站端为起始点的第一段线路长度；

计算频谱相似度的具体方法为：

根据公式：

获取频谱相似度S(x,y)；其中S(x,y)∈[0,1]，A_xi和A_yi分别为故障事件F_x和F_y在频谱相似度的频段Δf范围内的不同频谱数据，N_fmin和N_fmax分别为频段Δf中的采样点下限和采样点上限，i为频段Δf范围内的采样点序列且i＝(N_fmin,N_fmin+1,N_fmin+2,…,N_fmax)，L为频段Δf内数据的总长度，即采样点总数；

S4、判断频谱相似度是否大于阈值，若是则判定故障事件F_x和F_y是重复性故障；否则判定故障事件F_x和F_y不是重复性故障。