发明内容
为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题,本发明提供一种配网故障类型识别与故障选线综合研判方法,其提出了一种适用于小电流接地系统电弧性故障的故障选线方法,充分利用故障信号中包含的暂态高频次谐波与低频谐波,所提方法反应灵敏,动作速度快,抗干扰性强;提出了一种小电流接地系统故障类型判断方法,利用线路电流模量的相关性,准确、迅速的判断故障类型;建立了针对小电流接地系统故障类型判断与故障选线的综合故障研判系统,可以对故障的类型、发生形式、故障线路进行研判,输出完善的故障信息,更好的为后续保护装置服务。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
本发明的第一个方面提供一种配网故障类型识别与故障选线综合研判方法,包括如下步骤:
获取小电流接地系统运行数据;
基于系统运行数据计算得到零序电压,判断零序电压是否超限,若超限则发生故障,比较各零序电压的幅频特征值,若所有线路特征频带相同,且最大故障特征值为负数,则故障发生在母线上,否则故障发生在线路上,对线路故障类型、故障形式、故障线路进行综合研判,得到故障综合研判结果;
根据故障综合研判结果对应的故障信号切除故障。
本发明的第二个方面提供一种配网故障类型识别与故障选线综合研判系统,包括:
运行数据获取模块,用于获取小电流接地系统运行数据;
故障综合研判模块,用于基于系统运行数据计算得到零序电压,判断零序电压是否超限,若超限则发生故障,比较各零序电压的幅频特征值,若所有线路特征频带相同,且最大故障特征值为负数,则故障发生在母线上,否则故障发生在线路上,采用线路故障类型判断模块、故障形式判断模块、故障线路判断模块进行综合研判,得到故障综合研判结果;
故障切除模块,用于根据故障综合研判结果对应的故障信号切除故障。
本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现如上述所述的一种配网故障类型识别与故障选线综合研判方法中的步骤。
本发明的第四个方面提供一种计算机设备。
一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的一种配网故障类型识别与故障选线综合研判方法中的步骤。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明针对小电流接地系统故障的故障类型判断,故障线路选择,通过故障类型判断与故障选线综合故障研判,可以对故障的类型、发生形式、故障线路进行综合研判,输出完善的故障信息,更好的为后续保护装置服务,相比于其他单一化功能的装置,本发明建立的故障综合研判系统可以完成小电流接地系统故障类型判断、故障线路选择,功能完善,为后续保护提供强有力支持。
本发明充分利用故障信号中包含的暂态高频次谐波与低频谐波,所提方法反应灵敏,动作速度快,抗干扰性强。
本发明提出了一种小电流接地系统故障类型判断方法,利用线路电流模量的相关性,准确、迅速的判断故障类型。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
本发明针对小电流接地系统故障的故障类型判断,故障线路选择,建立了一种故障类型判断与故障选线综合故障研判系统。重点研究系统发生金属性、电阻性及电弧接地故障后电气参数的变化规律,构建表征小电流接地系统故障后不同故障类型特征频带差异的零序电压幅频特征值来判断故障的类型,并利用零序电压的分布差异构建零序电压能量值,根据各线路零序电压能量值的大小来判断发生故障的线路。系统通过所提故障形式判断方法,分析线路电流的模量相关性,依照判据可以区分单相接地故障、两相接地故障等故障形式。
本系统中所包括的选线方法可克服电弧带来的复杂故障信号的影响,检测电弧性故障并区分出故障类型,准确选择故障线路。相比于其他单一化功能的装置,本发明建立的故障综合研判系统可以完成小电流接地系统故障类型判断、故障线路选择,功能完善,为后续保护提供强有力支持。
如图1所示,本实施例提供一种配网故障类型识别与故障选线综合研判方法,包括如下步骤:
步骤1:获取小电流接地系统运行数据;
作为一种或多种实施例,步骤1中,所述运行数据包括:母线电压、线路电压以及线路电流数据;
同时计算得到母线零序电压uom[n]和线路零序电压uoi[n],其中,i=1,2,3,…,k为线路编号,n=1,2,…,N为采样点数。
步骤2:启动故障综合研判系统及故障录波。基于系统运行数据得到零序电压,判断零序电压是否超限,若超限则开始记录电压电流数据并执行步骤3,未超限则重复步骤1与步骤2。
作为一种或多种实施例,本实施例中,若零序电压大于相电压的5%则为超限。
步骤3:判断故障是否为母线故障。比较各线路的零序电压幅频特征值,若所有线路特征频带相同,且最大故障特征值为负数,那么说明线路上没有发生故障,则故障发生在母线上,结束流程。反之,执行步骤4。
步骤4:故障综合研判。对故障类型、故障形式、故障线路进行综合研判,三个进程同步执行,得到故障综合研判结果。
作为一种或多种实施例,步骤4:所述对线路故障类型、故障线路、故障形式进行综合研判具体包括:
步骤401:判断故障类型。计算各线路零序电压幅频特征值,根据设定的阈值S,当|EW|超过阈值时可判断系统发生电弧故障,小于阈值时可认为系统发生电阻接地故障或金属性接地故障。
本实施例中,设置阈值S=0.05,当|EW|超过阈值时可判断系统发生电弧故障,小于阈值时可认为系统发生电阻接地故障或金属性接地故障。
其中,所述零序电压的幅频特征值的计算过程为:
对各线路零序电压利用db2小波进行三尺度离散小波变换,得到三个尺度的细节系数D1、D2、D3,对各个尺度,求出该尺度细节信号的最大值Dmax,幅值之和Dsum,以及幅值的标准差Dstd。
认为幅值最大值在特征参量中占据比重较幅值之和以及幅值标准差更高,故取三个特征参量的权重L1、L2、L3分别为0.4、0.3和0.3,加权得到线路零序电压小波特征值为
DW=L1Dmax+L2Dsum+L3Dstd (1)
计算三个尺度的小波特征值DW1、DW2、DW3,对于电弧故障的主要频率分布,根据三个频段内的Dmax的大小,取K1~K3三个权重系数来表征各频段的谐波含量,根据三个频段内故障分量的大小,取权重分别为,0.1、0.2、0.6。
加权求出各故障零序电压的幅频特征值为:
EW=K1DW1+K2DW2+K3DW3 (2)
步骤402:判断故障线路。计算各线路的零序电压能量值。逐条线路比较零序电压能量值,能量值最大的判断为故障线路。
将线路i与其他各线路的幅频特征值做差后相加,得到该线路零序电压能量值Qi,比较各线路的电压能量值,能量值最大的为故障线路:
步骤403:判断故障形式。计算故障电流模因子及其相关系数。根据判据判断发生的故障形式。
为消除三相线路中存在的电磁偶,克服暂态故障信号波形畸变及突发性干扰的影响;
所述线路的故障电流模因子及其相关系数的计算过程包括:
分别以A,B,C三相的暂态电流故障分量,从故障电流中提取出三相电流的故障暂态分量I
A、I
B、I
C,对三相电流故障分量进行相模变换为基准采用Clarke变换进行0模与α模变换,提取出四个模故障分量
其相模变换矩阵为:
四个模故障电流分量
的模极大值分别为M
0、M
αA、M
αB、M
αC,对各模极大值进行归一化处理:
得到四个模因子ε0、εαA、εαB、εαC。
对模因子εαA、εαB、εαC求Pearson相关系数:
其中,xi,yi为信号的采样点,n为信号的长度。
得到ρAB、ρBC、ρCA,定义ρ≥0.8为线路故障相关度阈值P。
所述根据线路的故障电流模因子及其相关系数判断对应的故障形式具体包括:
1)当ε0≠0时,
①若|ρAB|、|ρBC|、|ρCA|有两项超出阈值P,其余一项小于P,可判断发生单相接地故障;
②若|ρAB|、|ρBC|、|ρCA|中均大于0,但小于阈值P,可判断系统发生两相接地故障。
2)当ε0=0时,
①若|ρAB|、|ρBC|、|ρCA|有两项大于阈值P,其余一项小于P,可判断系统发生两相相间故障;
②若|ρAB|、|ρBC|、|ρCA|均不为0,且小于阈值P,可判断系统发生三相对称故障。
步骤5:传输故障信号。故障研判结束后,合并所有故障研判结果,送出故障信号并发出命令切除故障。
在PSCAD/EMTDC中建立10kV配网仿真模型如图2所示,G为系统等效电源;T为额定容量100MVA的主变压器,Z为消弧线圈变压器;S为消弧线圈开关;L为失谐度可调的消弧线圈,R为消弧线圈串联电阻。系统模型共有5条线路L1-L5,线路长度分别为4km、6km、6km、10km、15km。系统模型中线路的主要参数如表1所示。
表1线路主要参数
线路中,L1为纯电缆线路,L3为纯架空线路,其余线路为电缆架空线路混合线路。L1-L4不包含支线,L5线有架空线支线L5-2。Fa到Ff是六个不同的接地故障点。
设线路L4在0.13s发生故障,故障持续时间0.12s,故障线路零序电压及其小波分解值如图3-图5所示,图3为单相电弧接地故障零序电压及其小波分解值,图4为单相电阻性接地故障故障零序电压及小波分解值,图5为两相接地故障零序电压及小波分解值。
不同故障形式的故障选线结果如图6-图10所示,图6为500Ω电阻性接地故障各线路零序电压能量值,图7为电弧性接地故障各线路零序电压能量值,图8为两相接地故障各线路零序电压能量值;图9为两相相间故障各线路零序电压能量值;图10为三相相间故障各线路零序电压能量值。
本发明中所包括的选线方法可克服电弧带来的复杂故障信号的影响,检测电弧性故障并区分出故障类型,准确选择故障线路。相比于其他单一化功能的装置,本发明建立的故障综合研判系统可以完成小电流接地系统故障类型判断、故障线路选择,功能完善,为后续保护提供强有力支持。
实施例二
本实施例提供了一种配网故障类型识别与故障选线综合研判系统,包括:
运行数据获取模块,用于获取小电流接地系统运行数据;
故障综合研判模块,用于基于系统运行数据计算得到零序电压,判断零序电压是否超限,若超限则发生故障,比较各零序电压的幅频特征值,若所有线路特征频带相同,且最大故障特征值为负数,则故障发生在母线上,否则故障发生在线路上,采用线路故障类型判断模块、故障形式判断模块、故障线路判断模块进行综合研判,得到故障综合研判结果;
故障切除模块,用于根据故障综合研判结果对应的故障信号切除故障。
其中,采用线路故障类型判断模块、故障形式判断模块、故障线路判断模块进行综合研判,包括:
故障类型判断模块用于根据各线路零序电压幅频特征值和设定的阈值进行比较,若超过该阈值,判定系统发生电弧故障,否则系统发生电阻接地故障或金属性接地故障;
故障形式判断模块用于根据线路的故障电流模因子及其相关系数判断对应的故障形式;
故障线路判断模块用于根据各线路的零序电压能量值,逐条线路比较零序电压能量值,将能量值最大的判定为故障线路。
实施例三
本实施例提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现如上述所述的一种配网故障类型识别与故障选线综合研判方法中的步骤。
实施例四
本实施例提供了一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的一种配网故障类型识别与故障选线综合研判方法中的步骤。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory,ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory,RAM)等。
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,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。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。