基于暫態非工頻零序電流的含dg配電網的故障選線方法
【技術領域】
[0001] 本發明設計一種配電網的故障選線方法，特別是基于暫態非工頻零序電流的含DG 新型配電網的故障選線方法。
【背景技術】
[0002] 隨著用戶對電量的需求不斷增大，配電網的結構正在升級改造，電纜線路因其能 夠提高線路的輸送容量，降低變電站的出線規模，占用地上空間少，故障率低等特點被廣泛 應用于配電網中。但是，隨著配網供電容量的增加，當系統發生單相短路故障時，各相對地 電容電流較以前大很多，為了限制短路電流的大小，含有線-纜混合線路的配電網越來越 多地采用中性點諧振接地運行方式。而現如今，隨著環境的污染越來越嚴重，我國正大力倡 導綠色能源的使用；并且伴隨著分布式電源（Distributed Generator, DG)并網技術的日 漸成熟，大量DG正在直接或以微網的形式并入電網中。如此，本發明所講新型配電網為含 有DG和線-纜混合線路、中性點采用諧振接地運行方式的配電網。
[0003] 不含DG的傳統配電網中性點采用諧振接地時，在發生單相接地故障后的穩態情 況下，健全線路與故障線路的零序電流的相位和幅值沒有明顯差異，使得利用穩態信息量 的選線方法受到局限，近年來，把暫態信息量作為選線判據的研究越來越多，并得到了大量 研究成果。選線主要利用的特征量有突變量、極性、幅值和能量。有些研究利用故障暫態過 程中健全線路之間零序電流波形的相似度大于健全線路與故障線路零序電流波形的相似 度這一特點實現選線；有些研究利用故障發生后首個1/4周期內，健全線路與故障線路零 序電流的極性相反的特點實現選線；有些研究利用健全線路和故障線路間的暫態零序電流 的能量差異作為選線判據；最近，有大量研究綜合運用能量特征、幅值特征和極性特征實現 選線。長期以來，盡管已經提出了大量的故障選線方法，但實際運行效果并不理想，時至今 日，許多電站仍在用人工拉路的方法查找故障線路。
[0004] 對新型配網而言，DG的接入會使配網的結構變的更加復雜，使其由單電源網絡變 為多電源網絡，DG將改變短路電流的大小、流向與分布，利用相電流和負序電流特征的選線 方法的可靠性需要另行分析，使得新型配電網的故障選線問題變的更加困難。新型配網的 單相接地故障定位問題是智能電網亟待解決的問題，其對于提高供電可靠性、減少停電損 失具有重要的意義。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題是針對含DG的新型配電網發生單相接地故障的情況， 提出一種基于暫態非工頻零序電流的含DG配電網的故障選線方法。
[0006] 為實現上述目的，本發明的技術方案是：基于暫態非工頻零序電流的含DG新型配 電網的故障選線方法，其特征在于：包括以下步驟：基于暫態非工頻零序電流的含DG配電 網的故障選線方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟SOl :當DG配電網發生單相接地故障 時，提取各出線h在故障起始時刻前1/2個周期、后5/2個周期的零序電流i w，對各零序電 流進行濾波，得到各零序電流的5次諧波分量i ^，其中j為線路的編號，j為自然數；
[0007] 步驟S02 :判別各出線h的5次諧波電流i _的極性關系，若所有出線的5次諧波 電流的極性相同，則判斷母線發生了單相接地故障，否則，繼續執行步驟S03 ;步驟S03 : 利用改進的集合經驗模態分解算法依次對各零序電流進行分解，提取所有出線的各個 暫態非工頻零序電流ifA，并求每條線路的暫態非工頻零序電流的能量和Ep進而得到各線 路非工頻零序電流的能量權重系數1?;步驟S04 :判別各能量權重系數π^_的大小關系，具有 最大能量權重系數的線路為故障線路。
[0008] 在本發明一實施例中，所述數字陷波濾波器包括以下步驟：步驟SOll :利用數字 陷波濾波器將各線路中的5次諧波電流濾除，得到濾波后的信號X' (t);步驟S012 : 將原始信號x(t)與濾波后的信號X' (t)作差，便得到5次諧波分量Itl5jt5
[0009] 在本發明一實施例中，所述判別各出線的5次諧波電流的極 性關系包括以下具體步驟：步驟S021 :計算相關系數P xy，其計算公式為：
【主權項】
1. 基于暫態非工頻零序電流的含DG配電網的故障選線方法，其特征在于：包括W下步 驟： 步驟SOI ;當DG配電網發生單相接地故障時，提取各出線 i；/在故障起始時刻前1/2個周期、后5/2個周期的零序電流如，對各零序電流％進行濾 波，得到各零序電流的5次諧波分量*胃巧/，其中J為線路的編號，J為自然數； 步驟S02 ;判別各出線/jj的5次諧波電流的極性關系，若所有出線的5次諧波電流 的極性相同，則判斷母線發生了單相接地故障，否則，繼續執行步驟S03 ; 步驟S03 ;利用改進的集合經驗模態分解算法依次對各零序電流iq/進行分解，提取所 有出線的各個暫態非工頻零序電流*^!，并求每條線路的暫態非工頻零序電流的能量和馬J-，進而得到各線路非工頻零序電流的能量權重系數WJ- ; 步驟S04 ;判別各能量權重系數的大小關系，具有最大能量權重系數的線路為故障 線路。
2. 根據權利要求1所述的基于暫態非工頻零序電流的含DG配電網的故障選線方法，其 特征在于；采用數字陷波濾波器對各零序電流進行濾波，包括W下步驟： 步驟son ;利用數字陷波濾波器將各線路中的5次諧波電流如>濾除，得到濾波后的信 號的；步驟S012 ;將原始信號與濾波后的信號的作差，便得到5次諧波分量胃。
3. 根據權利要求1所述的基于暫態非工頻零序電流的含DG配電網的故障選線方法，其 特征在于；所述判別各出線的5次諧波電流:的極性關系包括W下具體步驟： 步驟S021 ;計算相關系數巧g，其計算公式為：
為相關信號王護）的總采樣點數；為信號x(H) 的相關系數； 步驟S022 ;得到相關系數矩陣為
，對相關系數矩陣必進行整形處 理：首先刪除鋪勺主對角線元素，若&?>〇,則將巧-置為1，若#6<〇,則將置為0 ;得到 初步整形后的相關系數矩陣化，若近中某一行的元素全為0,則可W判斷該行所對應線路 5次諧波電流的極性為負，并將該線路極性信息置為0,否則判斷該行所對應線路5次諧波 的極性為正，并將該線路極性信息置為1 ;最后得到只有〇、1元素的極性判別行向量a，其 中a中第i個元素代表第i條線路的極性。
4. 根據權利要求1所述的基于暫態非工頻零序電流的含DG配電網的故障選線方法， 其特征在于；所述集合經驗模態分解算法包括W下步驟：求取經集合經驗模態分解得到的
前兩個IMF的相似概率公(U)，若其公口）較高，則合并兩IMF,再計算合并后的信號與第S 個加。的兵〇〇);否則，計算第二個IMF與第立個?。的P(iJ);依次往下進行，直到求到與 最后一個IMF的務辟）為止；的計算公式為：
式中：化、化為兩時間序列I、y的點數；/(*-)、r村分別為工巧、jKO的累計分布函 數，/好=wi仍/巧，咕)=瑪?/巧，化腳、化巧分別為比4*-)、>巧小的點的總個數； 必掉）為兩時間序列句:）、jr(:)的相似概率。
5.根據權利要求1所述的基于暫態非工頻零序電流的含DG配電網的故障選線方法， 其特征在于；在步驟S03中，各線路非工頻零序電流的能量權重系數mj-的求取包括W下步 驟： 步驟S031 ;求取各條線路的暫態非工頻零序電流:>的能量和￡j-:
式中：詩J線路的編號；為第線路的第的^非工頻IMF分量；n為第 線路的非工頻模態的數量；句為第線路的剩余分量；S為線路的總條數； 步驟S032 :求各線路非工頻零序電流的能量權重系數： ?二町/(正1+及+." +五i)'y = l>L-'.，s。
【專利摘要】本發明涉及一種基于暫態非工頻零序電流的含DG新型配電網的故障選線方法，首先利用數字陷波濾波器得到各線路零序電流的5次諧波分量，當5次諧波電流有相同極性時，判斷為母線發生了單相接地故障；否則，判斷為某一出線發生了故障，再利用改進的集合經驗模態分解算法提取各線路的非工頻零序電流分量，求取各線路非工頻零序電流的能量權重系數，具有最大能量權重系數的線路為故障線路。具體算例和大量仿真實驗證明，該方法能在小角接地故障、高阻接地故障、線路末端故障等最不利的情況下準確可靠的選出故障線路，而且該方法不受DG運行方式的影響，無需人工經驗設定閾值，提高了故障選線的自動化程度。
【IPC分類】G01R31-08
【公開號】CN104597378
【申請號】CN201510035817
【發明人】金濤, 褚福亮
【申請人】福州大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月26日