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基于暂态零序电流模糊熵波形相似度的小电流接地系统故障区段定位方法与流程

  • 国知局
  • 2024-11-19 09:44:32

本发明属于配电网线路故障定位,尤其涉及一种基于暂态零序电流模糊熵波形相似度的小电流接地系统故障区段定位方法

背景技术:

1、配电网作为电力系统的末端,其稳定性和可靠性对整个电力系统的安全运行至关重要。在配电网中,小电流接地故障是一种常见的故障类型,其准确快速的定位对于及时恢复供电、减少经济损失具有重要意义。然而,现有的故障区段定位方法存在一定的局限性。

2、目前针对配电网故障区段定位方法主要分为基于故障过流信息的矩阵判别法、人工智能法和基于零序量特征的接地故障定位法。

3、但是,基于故障过流信息的矩阵判别法对检测装置的设备数量、同步性方面要求高,在复杂拓扑下计算量大,适应能力不强;人工智能法虽然对检测设备数量要求较低,但配电网结构改变时,算法训练时间长,适应性较差;基于零序电流特征的波形比较主要有熵算法、极性比较法、频率法等,其中熵算法由于适合处理零序电流等非线性信号已有一定的应用,如近似熵、能量相对熵以及样本熵等,但其在噪声、接地电阻、以及故障点两侧对地电容相差不大等影响下会造成阈值失效、导致故障区段定位失败。

4、综上,现有技术的不足之处在于:1.对于小电流接地系统,零序电流信号容易受到噪声和接地电阻的干扰,影响故障区段定位的准确性。2.已提出的熵算法在处理故障点下游存在多分支线路且对地电容增大的情况时,可能会导致故障区段两端的熵值计算结果接近,从而无法准确定位故障区段。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题,本发明提出了一种基于暂态零序电流模糊熵波形相似度的小电流接地系统故障区段定位方法,以解决上述现有技术存在的问题。

2、为实现上述目的,本发明提供了一种基于暂态零序电流模糊熵波形相似度的小电流接地系统故障区段定位方法,包括:

3、搭建小电流接地系统的配电网模型,采集所述配电网模型中故障线路上各个区段的暂态零序电流信号;

4、对所述暂态零序电流信号进行ceemdan模态分解,得到高频部分imf1分量;

5、计算imf1分量的模糊熵值,并定义混乱度值作为初步筛选故障区段的第一判据,其中所述混乱度值用来衡量暂态零序电流的波形相似度;基于所述第一判据,得到第一判据结果;

6、若混乱度比值小于预设阈值,则采用基于模糊熵波形初始极性的第二判据对波形极性进行分析,得到第二判据结果;

7、基于所述第一判据结果和所述第二判据结果一致时,得到故障区段的定位。

8、优选地,所述配电网模型包括y联结变压器和具有补偿度的消弧线圈,通过检测装置将所述配电网模型中故障线路进行区段划分,得到若干个区段。

9、优选地,计算imf1分量的模糊熵值的计算过程包括:

10、步骤一、选取输入的高频暂态零序电流信号如下:

11、{i(ts),s=1,2,···,n};

12、步骤二、以长度m的序列作为时间窗口,将暂态零序电流信号分为k=n-m+1个序列

13、

14、其中,为i(ts)m的均值,即

15、

16、步骤三、计算向量i(ti)m与i(tj)m的距离为切比雪夫距离,即各元素数值差的绝对值的最大值,即:

17、

18、步骤四、引入模糊隶属度n度量i(ti)m,i(tj)m的相似度,对于1≤j≤n-m,j≠i,有:

19、

20、式中n、r为边界梯度与宽度;

21、步骤五、对除自身以外的所有隶属度求平均:

22、

23、步骤六、增加维数到m+1,重复步骤二~步骤五;

24、步骤七、计算信号序列的模糊熵fuzzyen(m,r,n)为:

25、fuzzyen(m,r,n)=lnφm,r,n-lnφm+1,r,n。

26、优选地,计算imf1分量的模糊熵混乱度值的公式为:

27、

28、其中,f(n)为第n个测点的混乱度,n为采样点个数,fi为第i采样点的模糊熵值。

29、优选地,得到第一判据结果的过程包括:

30、分别计算线段区段两端测点的混乱度值,将两端测点的混乱度值进行比值,得到混乱度比值;

31、对所述混乱度比值进行判断,若所述混乱度比值大于或等于预设阈值,则输出为故障区段,即为第一判据结果;若所述混乱度比值小于预设阈值,则采用第二判据进行分析。

32、优选地,所述第一判据的公式为:

33、

34、其中,f(i)与f(j)为线路区段lij两端测点的混乱度值,i点为靠近母线一端的测点,j点为靠近线路末端的测点。

35、优选地,所述第二判据的过程包括:

36、利用对称sigmoid函数提取暂态零序电流高频部分imf1的极性特征,得到带有极性特征的零序电流波形;;

37、将采样点的模糊熵值对所述模糊熵波形进行加权处理,得到反映高频部分imf1初始极性特征的模糊熵波形曲线。

38、优选地,所述第二判据的公式包括:

39、diff(i)=i(i+1)-i(i),i∈1,2,…,n-1;

40、

41、diff2(i)=trend(i+1)-trend(i);

42、其中,i为模糊熵值序列,diffi为一阶差分向量,diff2(i)为二阶差分序列。

43、本发明还提供了一种电子设备,所述设备包括:处理器以及存储有计算机程序指令的存储器;所述处理器执行所述计算机程序指令时实现所述的基于模糊熵双重判据的小电流接地系统故障区段定位方法。

44、与现有技术相比,本发明具有如下优点和技术效果:

45、本发明提供了一种基于暂态零序电流模糊熵波形相似度的小电流接地系统故障区段定位方法,包括:搭建小电流接地系统的配电网模型,采集所述配电网模型中故障线路上各个区段的暂态零序电流信号;对所述暂态零序电流信号进行ceemdan模态分解,得到高频部分imf1分量;计算imf1分量的模糊熵值,并定义混乱度值作为初步筛选故障区段的第一判据;基于所述第一判据,得到第一判据结果;若混乱度比值小于预设阈值,则采用基于模糊熵波形初始极性的第二判据对波形极性进行分析,得到第二判据结果;基于所述第一判据结果和所述第二判据结果一致时,得到故障区段的定位。

46、本发明利用配电网小电流接地系统发生单相接地故障时零序电流的特征,通过ceemdan有效提取出包含零序电流特征的高频部分,克服了传统emd存在模态混叠的问题,能够提供准确的imf1高频部分,减少消弧线圈对暂态零模电流的影响;其次,基于暂态零序电流模糊熵波形相似度的小电流接地系统故障区段定位方法,先利用第一判据快速判断故障区段,然后利用第二判据进一步判断两侧对地电容相近时的情况,适用于下游分支线路复杂,出线数量不多的配电网结构。本发明能够准确实现故障区段定位。另外,本发明算法受采样不同步、噪声、接地电阻的影响小,能够更好的适应实际运行情况。

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