CN114594342A - 一种配电网接地故障判决输入波形一致性处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配电网接地故障判决输入波形一致性处理方法，属于接地故障判决技术领域，包括以下步骤：步骤1、对全网故障指示器同步录波，对比波形，检查修正安装相序、检查修正电流方向，将修正后的波形信息保存到数据库；步骤2、剔除数据不完整或异常的波形；步骤3、将波形故障时间点最聚集的一组波形设为故障分析目标；步骤4、将故障分析目标中波形的一致性处理；该配电网接地故障判决输入波形一致性处理方法，比较分析各波形的特征，确定各波形是否为接地故障波形，结合线路信息，确定接地的位置，分析计算故障波形a，b，c相电流，电压波形特征，对上报波形进行调整，过滤，整型处理，将能有效减少接地故障判决模块的误报。
Description
技术领域
本发明属于接地故障判决技术领域，具体涉及配电网接地故障判决输入波形一致性处理方法。
背景技术
接地故障判决模块除了要求算法准确之外，还对输入的波形数据有较多的要求，如果输入数据不正确，或不满足要求则将会输出错误的结果，从而影响实际接地故障报警的运行效果；由于故障指示器安装在野外的线路上，线路通常没有明确的标志线路的相别，电流的方向，因此在安装过程中，容易出现安装相序错误，安装方向反向的问题；接地故障有可能高阻接地，小电阻接地，金属接地，弧光接地，有可能瞬时接地，永久接地，也有可能由于电力设备故障或其它原因导致的误触发，因此故障指示器上报的波形存在复杂多变的现象；接地故障产生时，电流，电压波形变化趋势存在各种可能，因此故障指示器上报的波形的故障时刻可能存在误差，比实际的故障时间提取或延后，而实际运作过程中，安装在线路上的故障指示器可能存在安装相序错误，安装方向反向的问题；由于线路接地原因，接地状态多样，故障指示器采集的波形也是复杂多样，同时上报的波形的故障时刻有可能比实际故障时刻提前或延后。如果直接将这些波形用来计算，将会得到错误的结果；因此需研发一种新的配电网接地故障判决输入波形一致性处理方法来解决现有的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种配电网接地故障判决输入波形一致性处理方法，以解决输入波形不一致性的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种配电网接地故障判决输入波形一致性处理方法，包括以下步骤：
步骤1、对全网故障指示器同步录波，对比波形，检查修正安装相序、检查修正电流方向，将修正后的波形信息保存到数据库；
步骤2、剔除数据不完整或异常的波形；
步骤3、将波形故障时间点最聚集的一组波形设为故障分析目标；
步骤4、将故障分析目标中波形的一致性处理。
优选的，步骤4中、所述一致性处理包括：调整电流方向和相序，所述调整电流方向和相序的步骤包括：根据数据库中的电流方向，相序调整信息，调整波形中的相序，电流方向；
其中，若故障指示器在数据库中缺少安装信息，则将此波形与正确的波形比对后，调整波形中的相序、电流方向。
优选的，步骤4中、所述一致性处理还包括：调整电流电压相位，所述调整电流电压相位的步骤包括：对单一波形，比对电流电压的相位，若电流电压相位超过设定的阀值，则将其调整为相同的相位差；
所述相同的相位差调整步骤包括：计算A，B，C各相电流和电压的相位差，如果相位差超过设定的阀值，则将电压进行移位处理，所述移位处理包括直接移位或插值后移位，其中插值法使用分段三次样条插值法。
优选的，步骤4中、所述一致性处理还包括：调整波形相序，所述调整波形相序的步骤包括：选择任意一个波形作为参考，将其它所有的波形按故障时间或电压相位维度与其对齐；
所述故障时间或电压相位维度与其对齐的步骤包括：通过故障时间差或相位差计算移位的点数，通过直接移位或插值后移位，计算当前各组波形与参考组的电压相关系数r，r＝Cov(x,y)/σxσy，其中，Cov(x,y)：为波形X,Y的协方差；
σx：波形X的方差；
σy：波形Y的方差；
当X,Y2个波形完全相关时，r＝1,当X,Y2个波形完全独立时，r＝0，X为电流波形，Y为参考组的电压波形；
计算当前各组波形时间偏移+/-delta t时,系数的变化，并逐步递推n*(+/-deltat)，取系数的最大值为调整后的波形取值，将波形X向前推若干个时间偏移量，或向后推若干个时间偏移量，以获得最大的相关系数r，此时就是调整后的波形，其中，n＝1,2,3…；delta t:为最小偏移时间。
优选的，步骤4中、所述一致性处理还包括：故障前零序归零,所述故障前零序归零步骤包括：通过调整B、C相电压的幅值，将故障前零序电压的有效值降到最小。
优选的，步骤1、所述同步录波步骤包括：主站将某一个时间点t发送到汇集单元，所述汇集单元在该时间点t到达之前，指示采集单元录取t时刻的线路波形数据并上报，所述汇集单元将采集的波形上传到主站。
优选的，步骤1、所述检查修正电流方向步骤包括：若电流和电压的相位一致，计算电流和电压的相位差，若相位差超过设定的阀值，则安装反向使电流和电压反向，调整电流方向后保存到数据库。
优选的，步骤1中、所述检查修正安装相序步骤包括：若同一时间的所有波形电流、电压相位一致，则其中一个已知相序正确，安装方向正确的故障指示器的波形作为参考，将待比较的波形A，B，C相电流顺序的所有组合，分别于参考波形A，B，C相电流计算相位差，如果相位差都小于设定的阀值，则调整完毕，并将此调整信息保存到数据库；
所述计算相位差的步骤包括：计算2个50Hz正弦波同一时刻的角度差或计算2个50Hz正弦波同一个周期的相关性。
优选的，步骤2中，所述剔除数据不完整或异常波形的步骤包括：所述数据不完整包括缺点或缺相；所述异常波形包括采样值超出范围、频率存在异常成分；所述异常波形的计算方法包括各周期的平均值、均方根值、有效值、谐波分析、相位变化分析。
优选的，步骤3中，所述最聚集的一组波形选择步骤包括：使用聚类算法；所述聚类算法包括使用基于质心的k-means算法或基于数据密度的DBSCAN算法。
本发明的技术效果和优点：该配电网接地故障判决输入波形一致性处理方法，分析计算之前，确保波形正确，完整，以及各波形在相同位置的时间一致，使接地故障判决对安装在不同位置的故障指示器上报的波形进行比较，分析、计算，通过计算各波形的零序电流，零序电压，分析零序电流，零序电压在不同时刻的稳态特征或瞬态特征，比如平均值，均方根值，微分值，积分值，突变值，比较分析各波形的特征，确定各波形是否为接地故障波形，结合线路信息，确定接地的位置，分析计算故障波形a，b，c相电流，电压波形特征，确定接地的相别，对上报波形进行调整，过滤，整型处理，将能有效减少接地故障判决模块的误报。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明同步录波流程图；
图3为本发明相序调整步骤流程图；
图4A为本发明A,C相序反的波形图；
图4B为本发明正常相序的波形图；
图5A为本发明A相电流电压反向的波形图；
图5B为本发明a相电流翻转处理后的波形图；
图6为本发明C相电流异常波形图；
图7A为本发明电流电压存在相位差的波形图；
图7B为本发明电流电压对齐前的波形图；
图7C为本发明电流电压对齐后的波形图；
图8A为本发明故障时间偏差的波形图；
图8B为本发明故障时间偏差的波形图；
图8C为本发明对齐后的波形图；
图9为本发明故障前零序电压归零流程图；
图10为本发明框架图；
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1中所示的一种配电网接地故障判决输入波形一致性处理方法，包括以下步骤：
步骤1、对全网故障指示器同步录波，对比波形，检查修正安装相序、检查修正电流方向，将修正后的波形信息保存到数据库；
所述同步录波步骤如图2所示包括：主站将某一个时间点t发送到汇集单元，所述汇集单元在该时间点t到达之前，指示采集单元录取t时刻的线路波形数据并上报，所述汇集单元将采集的波形上传到主站。使用同步录波流程，录取同一时刻的所有故障指示器波形；
所述检查修正电流方向步骤包括：若电流和电压的相位一致，计算电流和电压的相位差，若相位差超过设定的阀值，则安装反向使电流和电压反向，调整电流方向后保存到数据库；
所述检查修正安装相序步骤包括：若同一时间的所有波形电流、电压相位一致，则其中一个已知相序正确，安装方向正确的故障指示器的波形作为参考，将待比较的波形A，B，C相电流顺序的所有组合，分别于参考波形A，B，C相电流计算相位差，如果相位差都小于设定的阀值，则调整完毕，并将此调整信息保存到数据库；
所述计算相位差的步骤包括：计算2个50Hz正弦波同一时刻的角度差或计算2个50Hz正弦波同一个周期的相关性；
步骤2、剔除数据不完整或异常的波形；所述剔除数据不完整或异常波形的步骤包括：所述数据不完整包括缺点或缺相；所述异常波形包括采样值超出范围、频率存在异常成分；所述异常波形的计算方法包括各周期的平均值、均方根值、有效值、谐波分析、相位变化分析；
步骤3、将波形故障时间点最聚集的一组波形设为故障分析目标；所述最聚集的一组波形选择步骤包括：使用聚类算法；所述聚类算法包括使用基于质心的k-means算法或基于数据密度的DBSCAN算法；
步骤4、将故障分析目标中波形的一致性处理；
一致性处理包括：调整电流方向和相序，所述调整电流方向和相序的步骤包括：根据数据库中的电流方向，相序调整信息，调整波形中的相序，电流方向；
其中，若故障指示器在数据库中缺少安装信息，则将此波形与正确的波形比对后，调整波形中的相序、电流方向；
调整电流电压相位，所述调整电流电压相位的步骤包括：对单一波形，比对电流电压的相位，若电流电压相位超过设定的阀值，则将其调整为相同的相位差；
所述相同的相位差调整步骤包括：计算A，B，C各相电流和电压的相位差，如果相位差超过设定的阀值，则将电压进行移位处理，所述移位处理包括直接移位或插值后移位，其中插值法使用分段三次样条插值法；
调整波形相序，所述调整波形相序的步骤包括：选择任意一个波形作为参考，将其它所有的波形按故障时间或电压相位维度与其对齐；
所述故障时间或电压相位维度与其对齐的步骤包括：通过故障时间差或相位差计算移位的点数，通过直接移位或插值后移位，计算当前各组波形与参考组的电压相关系数r，r＝Cov(x,y)/σxσy，其中，Cov(x,y)：为波形X,Y的协方差；
σx：波形X的方差；
σy：波形Y的方差；
当X,Y2个波形完全相关时，r＝1,当X,Y2个波形完全独立即不相关时，r＝0，X为电流波形，Y为参考组的电压波形；
计算当前各组波形时间偏移+/-delta t时,系数的变化，并逐步递推n*(+/-deltat)，取系数的最大值为调整后的波形取值，将波形X向前推若干个时间偏移量，或向后推若干个时间偏移量，以获得最大的相关系数r，此时就是调整后的波形，其中，n＝1,2,3…；delta t:为最小偏移时间；
故障前零序归零,所述故障前零序归零步骤包括：通过调整B、C相电压的幅值，将故障前零序电压的有效值降到最小；
本实施例中，使用同步录波流程，录取同一时刻的所有故障指示器波形，同一时刻的所有故障指示器波形应电流，电压相位一致，因此以其中一个已知相序正确，安装方向正确的故障指示器的波形作为参考，将待比较的波形A，B，C相电流顺序的所有组合，分别于参考波形A，B，C相电流计算相位差，如果相位差都小于设定的阀值，则调整完毕，调整过程如图3所示，调整后电流方向，相序调整信息如表1所示，x，y，z为A或B或C；
| 序号 | 波形相别 | 相别调整 | 电流反向标志 |
| 0 | A | x | 0 |
| 1 | B | y | 0 |
| 2 | C | z | 0 |
表1
对各个波形，如果数据库中电流反向方向标志为1，则将电流数据进行180度翻转；如果数据库中相别调整顺序不是A，B，C，则将波形A，B，C相序重新映射；对于某一波形a如图4A所示，如果数据库中不存在安装信息，则选取一个故障时刻与A差值最小且小于设定的阀值且相序正确的波形B如图4B所示进行参考，按图3的流程处理，完成a的相序自动调整；对于某一波形a，如果数据库中不存在电流反向标志信息；则将a的A相电流，电压数据计算相关性，如果相关性值大于设定的阀值，则A相电流方向正确；依次将a的B，C相按同样的流程处理，完成a的电流方向自动调整；处理过程如图5A,图5B所示，对各个波形，检查波形是否有效；如果波形无效，则丢弃此波形；检查项目包括：
a，b，c相电流电压数据是否缺少采样点，本实施例中，该采样点的值为特定值，或采样点数值超出范围；
a，b，c相电流或电压数据缺失；
电流电压采样值异常，或波形特征异常，如图6,C相电流含有低频成分；对波形特征的计算包括但不限于计算各周期的平均值，均方根值，有效值，谐波分析，相位变化分析；
如果波形故障时间偏差太远，即使将波形移位了也不能比较波形，因此，故障时间相差太大的波形不能用于比较分析，需要选择故障时间最聚集组波形作为故障波形；聚类算法选择使用基于质心的k-means算法或基于数据密度的DBSCAN算法；
由于故障指示器采集单元对电压是使用场强感应的方式，容易受周围环境的影响，导致电压波形与电流波形有一定的相位差，如图7A所示，因此需要将电流和电压的波形对齐，处理方法包括：选取故障前2个周波的电压数据，逐点左移后计算电流电压的相关性值，然后逐点右移后计算电流电压的相关性值，选取相关性值最大的移位点作为偏移点，以此偏移点将电压波形左移或右移；移位时直接移位或插值后移位，其中插值法使用分段三次样条插值(cubic spline)法；处理步骤如图7A、图7B所示；
接地故障产生时，电流，电压波形变化趋势复杂多变，故障指示器上报的波形的故障时刻差异，如图7A、图7B所示，需对各波形进行对齐处理；本实施例中使用两种对齐的方法：按故障时间对齐法、按电压波形对齐法；
按故障时间对齐法：选取其中一个波形作为参考波形，该波形的故障时间t0作为参考时间，根据其它波形的故障时间t与t0的偏移量，得到偏移点数，按此偏移点数将其它波形电流电压移位；
按电压波形对齐法：选取其中一个波形作为参考波形，该波形的A相电压作为参考波形，计算其它波形的A相电压与参考电压波形相位差，得到偏移点数，按此偏移点数将其它波形电流电压移位；
由于故障指示器采集单元对电压是使用场强感应的方式，容易受周围环境的影响，幅值变化较大，可能会导致故障前零序电压不为零，因此调整A，B，C相电压的幅值，调整零序电压的幅值，调整过程为保持A相电压幅值不变，逐次调整B，C相的电压幅值，使故障前零序电压趋近于零,处理步骤如图8所示。
故障指示器安装后，按图2的流程，进行同步录波，将参考波形和待校正相序波形录取；相序调整处理如图3，图4A，图4B所示,其中图4A中，波形A:a、c相序调反的波形，图4B中波形B:相序正常的波形，波形A调整后的相别映射关系：A->C,B->B,C->A；电流反向调整处理如图5A，图5B所示，其中，图5A中反向前A相电流电压，图5B中反向后A相电流电压，黄线为A相电流，率线为A相电压，反向前故障前电流电压相关性约为-0.84，反向后故障前电流电压相关性约为+0.84；电流电压对齐处理如图7A，图7B，图7C所示，其中图7A为电压波形移位，图7B为移位前A相电流电压，图7C为移位后A相电流电压；波形对齐处理如图8A，图8B所示；故障产生后，对同一时间上报的一组波形，作为目标分析波形进行一致性处理，处理顺序依次为：剔除无效波形、选择聚集波形、电流电压相位调整、波形对齐、故障前零序电压归零；
图8C中，波形1故障时间：07:27:09:198
波形2故障时间：07:27:09:204
按故障时间偏移，波形2故障时间与参考波形故障时间偏移约6毫秒，偏移49个采样点。
按电压波形对齐偏移，波形2电压与参考波形电压相位差约115度，偏移52个采样点；
该配电网接地故障判决输入波形一致性处理方法，分析计算之前，确保波形正确，完整，以及各波形在相同位置的时间一致，使接地故障判决对安装在不同位置的故障指示器上报的波形进行比较，分析、计算，通过计算各波形的零序电流，零序电压，分析零序电流，零序电压在不同时刻的稳态特征或瞬态特征，比如平均值，均方根值，微分值，积分值，突变值，比较分析各波形的特征，确定各波形是否为接地故障波形，结合线路信息，确定接地的位置，分析计算故障波形a，b，c相电流，电压波形特征，确定接地的相别，对上报波形进行调整，过滤，整型处理，将能有效减少接地故障判决模块的误报。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种配电网接地故障判决输入波形一致性处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、对全网故障指示器同步录波，对比波形，检查修正安装相序、检查修正电流方向，将修正后的波形信息保存到数据库；
步骤2、剔除数据不完整或异常的波形；
步骤3、将波形故障时间点最聚集的一组波形设为故障分析目标；
步骤4、将故障分析目标中波形的一致性处理。
2.根据权利要求1所述的一种配电网接地故障判决输入波形一致性处理方法，其特征在于：步骤4中、所述一致性处理包括：调整电流方向和相序，所述调整电流方向和相序的步骤包括：根据数据库中的电流方向，相序调整信息，调整波形中的相序，电流方向；
其中，若故障指示器在数据库中缺少安装信息，则将此波形与正确的波形比对后，调整波形中的相序、电流方向。
3.根据权利要求1所述的一种配电网接地故障判决输入波形一致性处理方法，其特征在于：步骤4中、所述一致性处理还包括：调整电流电压相位，所述调整电流电压相位的步骤包括：对单一波形，比对电流电压的相位，若电流电压相位超过设定的阀值，则将其调整为相同的相位差；
所述相同的相位差调整步骤包括：计算A，B，C各相电流和电压的相位差，如果相位差超过设定的阀值，则将电压进行移位处理，所述移位处理包括直接移位或插值后移位，其中插值法使用分段三次样条插值法。
4.根据权利要求1所述的一种配电网接地故障判决输入波形一致性处理方法，其特征在于：步骤4中、所述一致性处理还包括：调整波形相序，所述调整波形相序的步骤包括：选择任意一个波形作为参考，将其它所有的波形按故障时间或电压相位维度与其对齐；
所述故障时间或电压相位维度与其对齐的步骤包括：通过故障时间差或相位差计算移位的点数，通过直接移位或插值后移位，计算当前各组波形与参考组的电压相关系数r，r =Cov(x,y) / σᵪσy，其中，Cov(x,y)：为波形x,y的协方差；
σᵪ：波形x的方差；
σy：波形y的方差；
当x,y,2个波形完全相关时，r=1,当x,y,2个波形完全独立时，r=0，x为电流波形，y为参考组的电压波形；x,y的频率相同都为50Hz，当他们相位相差90度时，2个波形完全不相关,r=0,当2个波形相位完全相同是，r=1，2个波形的相位差，趋近于零时，r趋近于1；
计算当前各组波形时间偏移+/- delta t时,系数的变化，并逐步递推n*（+/- deltat），其中，n依次取值1,2,3…，将波形x向前推若干个时间偏移量，或向后推若干个时间偏移量，以获得最大的,趋近于1的相关系数r，此时就是调整后的波形，调整后的波形，已经完全扣除了测量的时间误差；其中，n=1,2,3…；delta t:为最小偏移时间。
5.根据权利要求1所述的一种配电网接地故障判决输入波形一致性处理方法，其特征在于：步骤4中、所述一致性处理还包括：故障前零序归零,所述故障前零序归零步骤包括：通过调整B、C相电压的幅值，将故障前零序电压的有效值降到最小。
6.根据权利要求1所述的一种配电网接地故障判决输入波形一致性处理方法，其特征在于：步骤1、所述同步录波步骤包括：主站将某一个时间点t发送到汇集单元，所述汇集单元在该时间点t到达之前，指示采集单元录取t时刻的线路波形数据并上报，所述汇集单元将采集的波形上传到主站。
7.根据权利要求1所述的一种配电网接地故障判决输入波形一致性处理方法，其特征在于：步骤1、所述检查修正电流方向步骤包括：若电流和电压的相位一致，计算电流和电压的相位差，若相位差超过设定的阀值，则安装反向使电流和电压反向，调整电流方向后保存到数据库。
8.根据权利要求1所述的一种配电网接地故障判决输入波形一致性处理方法，其特征在于：步骤1中、所述检查修正安装相序步骤包括：若同一时间的所有波形电流、电压相位一致，则其中一个已知相序正确，安装方向正确的故障指示器的波形作为参考，将待比较的波形A，B，C相电流顺序的所有组合，分别于参考波形A，B，C相电流计算相位差，如果相位差都小于设定的阀值，则调整完毕，并将此调整信息保存到数据库；
所述计算相位差的步骤包括：计算2个50Hz正弦波同一时刻的角度差或计算2个50Hz正弦波同一个周期的相关性。
9.根据权利要求1所述的一种配电网接地故障判决输入波形一致性处理方法，其特征在于：步骤2中，所述剔除数据不完整或异常波形的步骤包括：所述数据不完整包括缺点或缺相；所述异常波形包括采样值超出范围、频率存在异常成分；所述异常波形的计算方法包括各周期的平均值、均方根值、有效值、谐波分析、相位变化分析。
10.根据权利要求1所述的一种配电网接地故障判决输入波形一致性处理方法，其特征在于：步骤3中，所述最聚集的一组波形选择步骤包括：使用聚类算法；所述聚类算法包括使用基于质心的k-means算法或基于数据密度的DBSCAN算法。
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