基于暂态非工频零序电流的含dg配电网的故障选线方法
【技术领域】
[0001] 本发明设计一种配电网的故障选线方法，特别是基于暂态非工频零序电流的含DG 新型配电网的故障选线方法。
【背景技术】
[0002] 随着用户对电量的需求不断增大，配电网的结构正在升级改造，电缆线路因其能 够提高线路的输送容量，降低变电站的出线规模，占用地上空间少，故障率低等特点被广泛 应用于配电网中。但是，随着配网供电容量的增加，当系统发生单相短路故障时，各相对地 电容电流较以前大很多，为了限制短路电流的大小，含有线-缆混合线路的配电网越来越 多地采用中性点谐振接地运行方式。而现如今，随着环境的污染越来越严重，我国正大力倡 导绿色能源的使用；并且伴随着分布式电源（Distributed Generator, DG)并网技术的日 渐成熟，大量DG正在直接或以微网的形式并入电网中。如此，本发明所讲新型配电网为含 有DG和线-缆混合线路、中性点采用谐振接地运行方式的配电网。
[0003] 不含DG的传统配电网中性点采用谐振接地时，在发生单相接地故障后的稳态情 况下，健全线路与故障线路的零序电流的相位和幅值没有明显差异，使得利用稳态信息量 的选线方法受到局限，近年来，把暂态信息量作为选线判据的研究越来越多，并得到了大量 研究成果。选线主要利用的特征量有突变量、极性、幅值和能量。有些研究利用故障暂态过 程中健全线路之间零序电流波形的相似度大于健全线路与故障线路零序电流波形的相似 度这一特点实现选线；有些研究利用故障发生后首个1/4周期内，健全线路与故障线路零 序电流的极性相反的特点实现选线；有些研究利用健全线路和故障线路间的暂态零序电流 的能量差异作为选线判据；最近，有大量研究综合运用能量特征、幅值特征和极性特征实现 选线。长期以来，尽管已经提出了大量的故障选线方法，但实际运行效果并不理想，时至今 日，许多电站仍在用人工拉路的方法查找故障线路。
[0004] 对新型配网而言，DG的接入会使配网的结构变的更加复杂，使其由单电源网络变 为多电源网络，DG将改变短路电流的大小、流向与分布，利用相电流和负序电流特征的选线 方法的可靠性需要另行分析，使得新型配电网的故障选线问题变的更加困难。新型配网的 单相接地故障定位问题是智能电网亟待解决的问题，其对于提高供电可靠性、减少停电损 失具有重要的意义。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是针对含DG的新型配电网发生单相接地故障的情况， 提出一种基于暂态非工频零序电流的含DG配电网的故障选线方法。
[0006] 为实现上述目的，本发明的技术方案是：基于暂态非工频零序电流的含DG新型配 电网的故障选线方法，其特征在于：包括以下步骤：基于暂态非工频零序电流的含DG配电 网的故障选线方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤SOl :当DG配电网发生单相接地故障 时，提取各出线h在故障起始时刻前1/2个周期、后5/2个周期的零序电流i w，对各零序电 流进行滤波，得到各零序电流的5次谐波分量i ^，其中j为线路的编号，j为自然数；
[0007] 步骤S02 :判别各出线h的5次谐波电流i _的极性关系，若所有出线的5次谐波 电流的极性相同，则判断母线发生了单相接地故障，否则，继续执行步骤S03 ;步骤S03 : 利用改进的集合经验模态分解算法依次对各零序电流进行分解，提取所有出线的各个 暂态非工频零序电流ifA，并求每条线路的暂态非工频零序电流的能量和Ep进而得到各线 路非工频零序电流的能量权重系数1?;步骤S04 :判别各能量权重系数π^_的大小关系，具有 最大能量权重系数的线路为故障线路。
[0008] 在本发明一实施例中，所述数字陷波滤波器包括以下步骤：步骤SOll :利用数字 陷波滤波器将各线路中的5次谐波电流滤除，得到滤波后的信号X' (t);步骤S012 : 将原始信号x(t)与滤波后的信号X' (t)作差，便得到5次谐波分量Itl5jt5
[0009] 在本发明一实施例中，所述判别各出线的5次谐波电流的极 性关系包括以下具体步骤：步骤S021 :计算相关系数P xy，其计算公式为：
【主权项】
1. 基于暂态非工频零序电流的含DG配电网的故障选线方法，其特征在于：包括W下步 骤： 步骤SOI ;当DG配电网发生单相接地故障时，提取各出线 i；/在故障起始时刻前1/2个周期、后5/2个周期的零序电流如，对各零序电流％进行滤 波，得到各零序电流的5次谐波分量*胃巧/，其中J为线路的编号，J为自然数； 步骤S02 ;判别各出线/jj的5次谐波电流的极性关系，若所有出线的5次谐波电流 的极性相同，则判断母线发生了单相接地故障，否则，继续执行步骤S03 ; 步骤S03 ;利用改进的集合经验模态分解算法依次对各零序电流iq/进行分解，提取所 有出线的各个暂态非工频零序电流*^!，并求每条线路的暂态非工频零序电流的能量和马J-，进而得到各线路非工频零序电流的能量权重系数WJ- ; 步骤S04 ;判别各能量权重系数的大小关系，具有最大能量权重系数的线路为故障 线路。
2. 根据权利要求1所述的基于暂态非工频零序电流的含DG配电网的故障选线方法，其 特征在于；采用数字陷波滤波器对各零序电流进行滤波，包括W下步骤： 步骤son ;利用数字陷波滤波器将各线路中的5次谐波电流如>滤除，得到滤波后的信 号的；步骤S012 ;将原始信号与滤波后的信号的作差，便得到5次谐波分量胃。
3. 根据权利要求1所述的基于暂态非工频零序电流的含DG配电网的故障选线方法，其 特征在于；所述判别各出线的5次谐波电流:的极性关系包括W下具体步骤： 步骤S021 ;计算相关系数巧g，其计算公式为：
为相关信号王护）的总采样点数；为信号x(H) 的相关系数； 步骤S022 ;得到相关系数矩阵为
，对相关系数矩阵必进行整形处 理：首先删除鋪勺主对角线元素，若&?>〇,则将巧-置为1，若#6<〇,则将置为0 ;得到 初步整形后的相关系数矩阵化，若近中某一行的元素全为0,则可W判断该行所对应线路 5次谐波电流的极性为负，并将该线路极性信息置为0,否则判断该行所对应线路5次谐波 的极性为正，并将该线路极性信息置为1 ;最后得到只有〇、1元素的极性判别行向量a，其 中a中第i个元素代表第i条线路的极性。
4. 根据权利要求1所述的基于暂态非工频零序电流的含DG配电网的故障选线方法， 其特征在于；所述集合经验模态分解算法包括W下步骤：求取经集合经验模态分解得到的
前两个IMF的相似概率公(U)，若其公口）较高，则合并两IMF,再计算合并后的信号与第S 个加。的兵〇〇);否则，计算第二个IMF与第立个?。的P(iJ);依次往下进行，直到求到与 最后一个IMF的务辟）为止；的计算公式为：
式中：化、化为两时间序列I、y的点数；/(*-)、r村分别为工巧、jKO的累计分布函 数，/好=wi仍/巧，咕)=瑪?/巧，化脚、化巧分别为比4*-)、>巧小的点的总个数； 必掉）为两时间序列句:）、jr(:)的相似概率。
5.根据权利要求1所述的基于暂态非工频零序电流的含DG配电网的故障选线方法， 其特征在于；在步骤S03中，各线路非工频零序电流的能量权重系数mj-的求取包括W下步 骤： 步骤S031 ;求取各条线路的暂态非工频零序电流:>的能量和￡j-:
式中：诗J线路的编号；为第线路的第的^非工频IMF分量；n为第 线路的非工频模态的数量；句为第线路的剩余分量；S为线路的总条数； 步骤S032 :求各线路非工频零序电流的能量权重系数： ?二町/(正1+及+." +五i)'y = l>L-'.，s。
【专利摘要】本发明涉及一种基于暂态非工频零序电流的含DG新型配电网的故障选线方法，首先利用数字陷波滤波器得到各线路零序电流的5次谐波分量，当5次谐波电流有相同极性时，判断为母线发生了单相接地故障；否则，判断为某一出线发生了故障，再利用改进的集合经验模态分解算法提取各线路的非工频零序电流分量，求取各线路非工频零序电流的能量权重系数，具有最大能量权重系数的线路为故障线路。具体算例和大量仿真实验证明，该方法能在小角接地故障、高阻接地故障、线路末端故障等最不利的情况下准确可靠的选出故障线路，而且该方法不受DG运行方式的影响，无需人工经验设定阈值，提高了故障选线的自动化程度。
【IPC分类】G01R31-08
【公开号】CN104597378
【申请号】CN201510035817
【发明人】金涛, 褚福亮
【申请人】福州大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月26日