一種基于饋線終端信息交互的小電流接地故障定位方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及智能配電網領域，具體地說是一種基于饋線終端信息交互的小電流接 地故障定位方法。
【背景技術】
[0002] 為抑制小電流接地故障點電流，我國配電網廣泛采用了小電流接地方式，雖然保 證了配電線路以不正常狀態短時工作，但由于技術原因，目前現場線路維護人員仍然廣泛 采用的是傳統的逐條拉線的巡線方法。即使尋得故障出線，維護人員依然需要逐點巡線來 尋找故障位置從而排除故障，工作強度大，耗時長。傳統的故障判別方式常為設備自身采集 電氣量定值比較，但是配電網故障受諸多因素影響，定值選擇困難，容易造成誤判，同時現 有一些定位算法在對故障電氣量的而定位方法采用將故障信息逐個上傳至總站判斷，由于 饋線終端眾多，容易造成上傳數據的丟包或錯誤。針對故障判斷傳統的方法有小波算法，零 序分量法等，但是由于故障位置的隨機性致使故障電流特征頻帶并不確定，小波分解等類 似特征分量提取方法可能由于濾波函數及分解層數選取不當，無法獲得完整的特征分量。 同時采用濾波器濾波的方法，也會造成波形重構的誤差，甚至是失真。
[0003] 經驗模態分解算法（Empirical Mode Decomposition, EMD)是將信號按照自身性 質分解為一系列頻率遞減的本征模態函數（Intrinsic Mode Function, IMF)和最后余項。 其具體內容包括如下步驟：
[0004] 步驟A:得到待分解波形序列的極大值點和極小值點，并根據極值點采用上下包 絡線三樣條插值及均值；
[0005] 步驟B :將原波形減去包絡均值得到新待處理的數據序列；
[0006] 步驟C:重復步驟A和步驟B，直到滿足頂F分量條件，得到第一個頂F分量；
[0007] 步驟D:將原信號減去頂F并重復步驟A、步驟B和步驟C，直到得到一個常量或者 單調的序列，表示EMD分解結束，即可得到余下各頂F層及余差RES。
[0008] 但是采用傳統EMD算法處理故障電流高頻分量經EMD分解后易與線路故障特征分 量混疊，若直接應用于故障定位，特別是故障距離較近的時候，高頻無序的零模電流分量混 入特征零模電流，可能會導致定位錯誤。
【發明內容】
[0009] 本發明是為避免上述現有技術所存在的不足，提供一種基于饋線終端信息交互的 小電流接地故障定位方法，以期能讓配電網自動進行故障定位，從而提高故障位置判定效 率，增加用戶用電可靠性。
[0010] 本發明為解決技術問題采用如下技術方案：
[0011] 本發明一種基于饋線終端信息交互的小電流接地故障定位方法，是應用于配電網 中，所述配電網中包含有一個主站和與其連接的N條饋線，第i條饋線的分支處分別設置有 H1饋線終端，1彡i彡N ;記為5；=丨次°,對:野表示第i條饋線上的第P個 饋線終端，I < P < n1;其特點是所述定位方法是按如下步驟進行：
[0012] 步驟1、假設與所述第i條饋線上的第p個饋線終端g：1相鄰的饋線終端為第 q個饋線終端，所述第P個饋線終端巧1獲取所述第q個饋線終端Sf1的地址; 1彡q彡ni;p乒q ;
[0013] 步驟2、所述主站獲取所述N條饋線上的最短饋線參數，根據所述最短饋線參數計 算所述配電網的故障暫態特征頻帶并下達給N條饋線上的所有饋線終端；
[0014] 步驟3、若所述配電網檢測到發生小電流接地故障，則通過所述第i條饋線上的第
示所述第i條饋線上第P個饋線終端^1的第k條支路上的零模電流；1彡k彡mp;
[0015] 步驟4、根據所述故障暫態特征頻帶和第k條支路上的零模電流，利用改進的 經驗模態分解算法獲得所述第i條饋線上第P個饋線終端#的第k條支路上的特征零模 電流^^ ;
[0016] 步驟5、所述第i條饋線上的第p個饋線終端獲取與第k條支路上的特征零模 電流配合的第q個饋線終端的第z條支路上的特征零模電流^^
[0017]步驟6、所述第i條饋線上的第P個饋線終端#根據所述特征零模電流^和特征 零模電流獲得第k條支路與第z條支路之間的波形相似度平均相位差^t ;
[0018] 步驟7、判斷所述波形相似度和平均相位差是否滿足故障區段判據，當 滿足故障區段判據時，則判定所述第k條支路與第z條支路之間的存在接地故障，并通過所 述第i條饋線上的第P個饋線終端向所述主站上傳故障信息。
[0019] 本發明所述的基于饋線終端信息交互的小電流接地故障定位方法的特點也在 于：
[0020] 所述步驟2中的最短饋線參數包括最短饋線的線路長度1、最短饋線的單位長度 電感L。和最短饋線的單位長度電容C。;所述故障暫態特征頻帶包括最高頻率f _和最低頻 率flciw，并通過式（1)獲得：
[0022] 式（1)中，a為所設定閾值，a G [0, 300]。
[0023] 所述步驟4是按如下過程進行：
[0024] 步驟4. 1、將所述第k條支路上的零模電流/=疊加一個正弦信號X，從而獲得正增 益電流;所述正弦信號X的頻率為所述故障暫態特征頻帶的最高頻率f hlgh;所述正弦信 號的幅值為所述零模電流/; 1的最大幅值；
[0025] 步驟4. 2、將所述第k條支路上的零模電流〇咸去一個所述正弦信號X，從而獲得 負增益電流AU
[0026] 步驟4. 3、對所述正增益電流V=進行經驗模態分解，獲得本征模態函數集
端*^的第k條支路上的正增益電流V。所分解得到的第c層本征模態函數；1彡c彡Cp;
[0027]步驟4.4、對所述負增益電流；^進行經驗模態分解，獲得本征模態函數
Sf的第k條支路上的負增益電流^^所分解得到的第c層本征模態函數；Cp表示所述本征 模態函數的層數；
[0028] 步驟4. 5、利用式⑵獲得所述第c層本征模態函數的均值^,1，從而獲得Cp層本
[0030]步驟4. 6、對所述第c層本征模態函數的均值進行FFT變換，獲得 所述第c層本征模態函數的主頻，從而獲得Cp層本征模態函數的主頻集
[0031] 步驟4. 7、從所述主頻集中選取在所述故障暫態特征頻帶之間的主頻作為特 征主頻，將所述特征主頻所對應的本征模態函數層進行疊加，從而獲得第k條支路上的特 征零模電流#1。
[0032] 所述步驟6是按如下過程進行：
[0033] 步驟6. 1、通過式（3)獲得所述波形相似度，：
[0035] 式⑶中，A⑴和#⑴分別表示所述特征零模電流#和^的離散值；ii表示所 述離散值的個數；
[0036]步驟6. 2、對所述特征零模電流和Ig進行FFT變換，分別獲得所述特征零模電
模電流$中第r個頻率點所對應的相角；arg^U表示所述特征零模電流$中第r個頻 率點所對應的相角；1彡r彡Rp= Rq;
[0037] 步驟6.3、將所述特征零模電流/^的各頻率點所對應的相角和所述特征 零模電流的各頻率點所對應的相角arg@j轉換至[-Ji，Ji ]之間；從而獲得修正的相 角
[0042] 所述步驟7的故障區段判據為：A且; e i G [0. 5, 0. 7]; e 2G [50。，120。] 〇
[0043] 所述配電網中任一饋線終端是通過IEC61850規約與其他饋線終端和主站進行交 互的。
[0044] 與已有技術相比，本發明有益效果體現在：
[0045] 1、本發明公開了一種在配電系統發生小電流接地故障時，能快速確定故障位置的 方法，本方法通過在配電網饋線的分支處安裝饋線終端，采用了基于暫態分量的特征零模 電流作為故障判斷依據，同時無須依賴主站判斷，僅通過饋線終端間的信息交互等手段，獲 得故障所在位置。本定位方法解決了傳統故障方法中定值選擇困難的問題，提高了故障判 斷的準確度，相比傳統的拉線逐點排查的方法，也克服了人力資源的浪費，最大限度的減少 了排查時間，提高了用戶用電的可靠性，真正的從配電自動化轉換到配電智能化。
[0046] 2、本發明通過改進的EMD算法從零模電流中提取特征零模電流。相比從饋線終端 采集得到的零模電流，特征零模電流在保留了小電流接地系統故障信息的同時濾除了幅值 與電流流向均不確定的高頻諧波，因此采用特征零模電流可顯著提高故障判斷的準確性。 本發明采用的改進EMD算法較之傳統的波形分析方法具有諸多優點，首先無需如小波分析 需