一种故障录波数据故障起点检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种输电线路故障检测方法，尤其是涉及一种故障录波数据故障起点 检测方法。
【背景技术】
[0002] 故障录波数据是事故分析的主要依据，可以应用于故障类型判断，故障测距，保护 行为分析，故障回放、事故状态下等值校验等，是故障信息系统中非常重要的信息。故障录 波数据中的模拟通道采样序列包含故障前和故障后的电气量，输电线路两端故障录波文件 匹配融合等是利用故障前的电气量;故障相别判断和故障测距等是利用故障后的电气量。 因此，正确区分故障前和故障后的电气量具有非常高的工程应用价值，但目前尚未有相关 实用的技术方案出现。针对上述需要，本发明设计了一种故障录波数据故障起点检测方法， 用于准确的区分故障前的电气量米样序列和故障后的电气量米样序列。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是克服现有的突变量电流检测故障起点方法的不足，提供一种利用 新型突变量电流检测和最大似然估计检测相结合的故障起点双重检测方法，该方法检测出 的故障起点精度高且具有很好的鲁棒性，对设备无特殊要求，方便实施。
[0004] 本发明技术方案提供一种故障录波数据故障起点检测方法，包括以下步骤，
[0005] 步骤1、提取故障录波数据的采样序列；
[0006] 步骤2、检测得到初始突变点，记为K，实现方式如下，
[0007] 计算突变量电流，公式如下，
[0008]
123456 其中，N为采样点总数，仏是一个工频周期的采样点数，Δ i(k)表示在k点对应采样 时刻的突变量电流;i (k)表示在k点对应采样时刻的测量电流采样值;i (k-Ni)表示在k点对 应采样时刻前一周期的采样电流值，i (k-2Ni)表示在k点对应采样时刻前二周期的采样电 流值； 2 将满足以下两个判据的第一个点k作为被检测故障数据的初始突变起点，记为K， 3 判决1，突变量电流占同相正常电流的百分比大于整定值ξ，记作|ψα)|>ξ，其中 突变量电流占同相正常电流的百分比$(1〇=4 1(1〇八仏-见）； 4 判决2,时间窗中满足判据（1)的元素个数大于等于整定值β，记作Card(Ak)M，其 中，集合Ak={W(n) | | Ψ(η) | >|，k < n<k+a}，card(Ak)为集合Ak的元素的个数，α为时间窗 宽度； 5 步骤3、根据最大似然估计检测方法确定故障起点，实现方式如下， 6 设定用z(k)描述"k是故障起点"这一事件可能性的大小，z(k)的值介于0和1之间； 最大似然检测判据设为，
[0015]如果z (k) >0.5，则k点是故障起点；
[0016]如果Z(k) <0.5,则k不是故障起点；
[0017] 执行以下过程，
[0018] (1)令当前的点d=K，即先对初始突变点K进行验证；
[0019] (2)对当前的点d进行验证，
[0020] 根据最大似然检测判据，针对当前的点d，若z (d) >0.5，参数Xn取值为1，则当前的 点d是故障起点，进入步骤4;若z(dH 0.5，参数Xn取值为0，d不是故障起点，继续执行(3); [0021 ] (3)令d = d+Ι，返回执行（2)对下一个采样点进行验证，直到检测出满足条件的点 为止，进入步骤4;
[0022] 步骤4、根据步骤3所确定故障起点，取故障起点之前的采样序列为故障前的电气 量，故障起点及以后的采样序列为故障后的电气量。
[0023] 而且，步骤3中，所采用的最大似然检测判据提取方式如下，
[0024] 3.1、对采样电流进行求导处理，构造检测序列x(k)如下，
[0025]
[0026] 其中，4表示对采样电流进行求导处理，dt是时间的微分;N为采样点总数;T为采 at 样间隔；
[0027] 3.2、计算突变量y(k) = [x(k)_x(k+l)]2,此时k=l，2, · · ·，N;
[0028] 3.3、将y(k)进行归一化处理，得到归一化结果：
此时k=l，2,. . .，N;
[0029] 其中，max(y)=max{y(l)，y(2)，· · ·，y(N)}，min(y)=min{y(l)，y(2)，· · ·，y(N)}; 参数S为预设的正数；
[0030] 3.4、设定用z(k)描述"k是故障起点"这一事件可能性的大小，z(k)的值介于0和1 之间，如果z(k)的值接近于0则k点不是故障起点，如果z(k)的值接近于1则k点是故障起点； [0031 ] 3.5、将故障起点检测问题转化为伯努利概型，
[0032]
[0033] 则所有样本为(21，22，"％)，得分布律公式卩(21{=父11) = 2(1〇5^[卜2(10](1-5(11);
[0034] 式中Xn为Zk的取值参数，Xn取0或l，k=l，2, . . .，N;
[0035] 3.6、用最大似然估计方法来估计Xn，构造似然函数如下，
[0036]
[0037]
[0038] 其中，L为似然函数以21，22，"7〃)的简写；
[0039] 3.8、用导数求极值得InL最大时参数Xn的最大似然估计值为
此时k=l，2,. . .，N。
[0040] 与现有技术相比，本发明的优势在于：
[0041] 1、本发明通过新型突变量电流检测方法，基本消除噪声对故障起点检测的影响， 检测结果更加稳定；
[0042] 2、本发明通过设定合适的整定值ξ，可以保证故障起点检测结果基本不受系统频 率变化的影响。例如，设定整定值ξ = 〇. 075，可以保证在系统频率不超过± 2Hz时能准确的 检测故障起点，很大程度的满足工程需要；
[0043] 3、本发明通过对电流作求导处理，解决直接用电流作为故障数据检测时，由于电 力系统中感性元件的存在，在故障发生的瞬间电流可能还没来得及发生变化，导致检测出 的故障起点向后延迟的问题，缩小了检测误差；
[0044] 4、本发明通过最大似然估计检测对新型突变量电流检测方法检测出的突变点进 行二次校验，解决新型突变量电流检测方法检测出的故障起点前移的问题，检测结果更加 准确可靠。
【附图说明】
[0045]图1是本发明实施例的故障起点检测流程图。
[0046] 图2是本发明实施例的仿真实验的仿真模型图。
【具体实施方式】
[0047] 以下结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0048] 为解决现有故障起点方法所存在的受噪声和系统频率变化的影响大，故障起点向 后延迟，检测不准确、不稳定的问题，本发明实施例提供一种利用新型突变量电流检测和最 大似然估计检测相结合的故障起点双重检测方法，参见图1，具体实施步骤如下：
[0049] 步骤1、提取故障录波数据采样序列:基于电力系统暂态数据交换(C0MTRADE)共用 格式标准编写解码程序，对输电线路故障录波文件进行解码，获取故障录波数据采样序列；
[0050] 步骤2、用新型突变量电流检测方法检测得到初始突变点，记为K;具体操作如下：
[0051 ] 2.1为减少系统频率的影响，计算突变量电流的公式为
[0052]
[0053] 2.1中，N为采样点总数，见是一个工频周期的采样点数，Ai(k)表示在k点对应采 样时刻的突变量电流;i (k)表示在k点对应采样时刻的测量电流采样值;i (k-Ni)表示在k点 对应采样时刻前一周期的采样电流值，i (k-2Ni)表示在k点对应采样时刻前二周期的采样 电流值；
[0054] 2.2用新型突变量电流检测方法检测初始突变点的判据为：
[0055] (1)突变量电流占同相正常电流的百分比大于整定值ξ，记作I Ψ(1〇 I >ξ，其中突 变量电流占同相正常电流的百分比*(1〇=4 1(1〇八仏-见）；
[0056] (2)设定时间窗宽度α，满足判据（1)的元素个数大于等于整定值β，记作card(Ak) 2队其中，满足判据（1)的元素构成集合4 1{，即在11取值区间为[1^少+(1)时，满足条件|$(11) >ξ的所有Ψ(η)组成的集合即为Ak，集合Ak= {Ψ(η) | | Ψ (η) | >|，k < n<k+a} ;card(Ak)为 集合Ak的元素的个数。
[0057] 以上判据中，整定值ξ是根据系统频率变化进行整定的，经计算知当频率偏移为土 2Hz时，最大不平衡电流为正常运行状态下电流幅值1?的6.23%，在此基础上再留出一定裕 度，取整定值ξ = 〇. 075。参数α和β的整定与一个周期的采样点数见有关，一般取α =他/10，β =0.8α。同时满足上述判据(1)(2)的第一个点k即为被检测故障数据的初始突变起点，记为 K〇
[0058] 步骤3、根据最大似然估计检测方法确定故障起点，包括首先对初始突变点Κ进行 验证，如果满足条件，则该初始突变点Κ是故障起点，如果不满足条件，则对初始突变点下一 个点(Κ+1点)进行验证，直到找出满足条件的突变点，该突变点即为故障起点。
[0059] 具体实现如下：
[0060]设定用z(k)描述"k是故障起点"这一事件可能性的大小，z(k)的值介于0和1之间， 如果z(k)的值接近于0则k点不是故障起点，如果z(k)的值接近于1则k点是故障起点；即对 于当前验证的点d，如果z(d)的值接近于0则d点不是故障起点，如果z(d)的值接近于1则d点 是故障起点。
[0061 ]最大似然检测判据设为，如果z(k) >0.5，则k点是故障起点；如果z (kH 0.5，则k 不是故障起点。