配电系统的单相接地故障选线方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统保护和控制技术领域，具体而言，涉及一种配电系统的单相 接地故障选线方法和配电系统的单相接地故障选线装置。
【背景技术】
[0002] 目前，随着智能配电网的快速发展，智能配电网的安全可靠运行成为智能配电网 发展的重要前提。而配电网故障检测与切除是智能配电网中至关重要的环节。配电网故障 一般为单相接地故障。由于单相接地故障频繁发生，为保证对配电网负荷的持续供电，我国 配电系统大多采用中性点非有效接地配电系统，其中，中性点非有效接地配电系统包括中 性点不接地配电系统和中性点经消弧线圈接地配电系统两类。中性点非有效接地配电系统 在单相接地故障下不构成接地短路回路，因此只产生极为微弱的短路电流，单相接地故障 条件下不跳闸，可有效保证配电系统的供电可靠性。
[0003] 然而，中性点非有效接地配电系统的单相接地故障将产生诸多危害，如由于中性 点非有效接地配电系统在发生单相接地故障时的健全相电压会升高为额定值的Λ/f倍，易 将单相接地故障发展为两相、三相故障，易导致故障点烧毁，最终导致设备损坏和人身安全 威胁。因此，单相接地故障的检测具有十分重要的意义。
[0004] 为了准确检测中性点非有效接地配电系统的单相接地故障，故障选线技术应运而 生。其中心思想为:利用同一母线上所接所有馈线线路的电流电压信息，通过相互比较，选 出发生单相接地故障的故障线路。
[0005]故障选线技术的关键是对多条馈线线路的故障信息进行准确获取和分析处理。配 电系统中的母线上通常接有多条馈线，一旦配电系统发生单相接地故障，配电系统首先需 要从多条馈线中准确选择出发生单相接地故障的馈线。传统的选线方法或利用工频信息， 或利用混频的暂态信息实现故障选线，其中，基于工频信息的选线方法，由于工频信息幅 值过小而灵敏度不足，且在间歇性单相接地故障下无能为力，而基于暂态信息的选线方法 由于暂态信息的幅值较大，特征明显，而具有较好的选线效果，但暂态信息本身物理意义不 够清晰，难以数学描述。选线技术的新发展是行波选线技术，利用可分析、可度量、物理意义 明确的行波初始波头信息实现故障选线。然而，行波选线的正确性依赖于初始波头捕捉及 其特征提取的正确性，在错误的时间和错误的频率范围内提取到的初始波头将得到较小的 幅值，甚至相反的极性，从而导致故障选线的准确率大大降低。
[0006] 因此，如何有效提取行波的初始波头，从而提高故障选线的准确性和可靠性成为 目前亟待解决的问题。
【发明内容】
[0007] 本发明正是基于上述问题，提出了一种新的技术方案，可以有效地提高故障选线 的准确性和可靠性。
[0008] 有鉴于此，本发明的第一方面提出了一种配电系统的单相接地故障选线方法，包 括:获取配电系统中所有馈线线路的零模电流行波，并根据所述零模电流行波确定参考线 路;将所述参考线路的零模电流行波与所述所有馈线线路中除所述参考线路外的其他馈线 线路的零模电流行波分别进行交叉小波变换计算得到多个时频集合，根据多个所述时频集 合确定目标时频集合;在所述目标时频集合内，确定分别对应于所述所有馈线线路中的每 条馈线线路的零模电流行波的多个初始波头，并根据所述多个初始波头确定故障线路。
[0009] 在该技术方案中，通过获取配电系统中所有馈线线路的零模电流行波，其中，零模 电流行波可以是在配电系统发生故障时前lms至发生故障后2ms内的零模电流行波，然后将 参考线路的零模电流行波与其他馈线线路的零模电流行波分别进行交叉小波变换，可以得 到参考线路的零模电流行波和其他馈线线路的零模电流行波相关程度较高的多个时频集 合，然后在根据多个时频集合确定的目标时频集合内确定每条馈线线路的零模电流行波的 多个初始波头，例如，可以先确定每条馈线线路的所有波头中具有最大幅值的波头，然后 将幅值大于：最大幅值的任一波头作为初始波头，进一步地，根据多个初始波头确定故障
线路，因此，通过上述技术方案，可以准确地确定每条馈线线路的零模电流行波的多个初始 波头，从而提高通过多个初始波头确定故障线路的准确性和可靠性。
[0010] 在上述技术方案中，优选地，所述根据所述零模电流行波确定参考线路的步骤，具 体包括:计算所述每条线路的零模电流行波的能量值，并将对应于最大能量值的线路作为 所述参考线路，其中，通过以下公式计算每个所述能量值：
，其中，Ek表 示所述能量值，i〇k表示第k条线路的零模电流行波，η表示采样序号，N表示采样点总数。 [0011]在该技术方案中，通过上述公式可以比较准确地计算出每条馈线线路的零模电流 行波的能量值，以将对应于最大能量值的馈线线路作为参考线路。
[0012]在上述任一技术方案中，优选地，所述将所述参考线路的零模电流行波与所述所 有馈线线路中除所述参考线路外的其他馈线线路的零模电流行波分别进行交叉小波变换 计算得到多个时频集合，根据多个所述时频集合确定目标时频集合具体包括:将所述参考 线路的零模电流行波与每个所述其他馈线线路的零模电流行波分别进行交叉小波变换计 算，以分别得到所述参考线路的零模电流行波和每个所述其他馈线线路的零模电流行波之 间的多个交叉小波功率谱密度;对多个所述交叉小波功率谱密度进行归一化，并根据归一 化后的多个交叉小波功率谱密度确定所述参考线路和每条所述其他馈线线路之间的多个 所述时频集合，根据多个所述时频集合确定所述目标时频集合，其中，通过以下公式计算所 述时频集合：
其中，Α表示所述时频集合，s表示尺度因子，τ 表示时移因子，X表示所述参考线路，k表示所述第k条馈线线路，Wxk( s，τ)表示所述参考线路 X和所述第k条馈线线路之间的所述交叉小波功率谱密度，〇x表示所述参考线路X的零模电 流行波标准差，〇k表示所述第k条馈线线路的零模电流行波标准差，ρ为任一数值。
[0013]在该技术方案中，通过对进行交叉小波变换计算得到的参考线路的零模电路行波 和每个其他馈线线路的零模电流行波之间的多个交叉小波功率谱密度进行归一化，其中， 可以使用零模电流行波的方差对该多个交叉小波功率谱密度进行归一化，然后根据归一化 后的多个交叉小波功率谱密度计算多个时频集合，因此，通过上述技术方案，可以比较准确 地确定多个时频集合，从而比较准确地根据多个时频集合确定目标时频集合。
[0014] 另外，当p = 0.3时，计算得到的多个时频集合为最佳的多个时频集合，其次，由于 零模电流行波的初始波头是零模电流行波的所有波头中相关性最强的信号，因此，无论P取 何值，均可以将初始波头包含在多个时频集合中，也就说明，当P取〇 . 3邻域内的其他数值 时，也可以比较准确地确定多个时频集合。
[0015] 在上述任一技术方案中，优选地，所述根据多个所述时频集合确定所述目标时频 集合的步骤，包括:将多个所述时频集合的重叠区域中频率最高且时间最早的任一时频集 合作为所述目标时频集合。
[0016]在该技术方案中，通过将多个时频集合的重叠区域中频率最高且时间最早的任一 时频集合作为目标时频集合，从而可以在目标时频集合内准确地确定每条馈线线路的零模 电流行波的初始波头，其中，该重叠区域为不规则形状，包含一个或不连通的多个时频集 合。
[0017]在上述任一技术方案中，优选地，所述根据所述多个初始波头确定故障线路具体 包括:选择所述多个初始波头中幅值最大且极性不同于其他初始波头的馈线线路作为所述 故障线路;或者若所述多个初始波头的极性一致，则将所述配电系统的母线作为所述故障 线路。
[0018]在该技术方案中，通过选择多个初始波头中幅值最大且极性不同于其他初始波头 的馈线线路作为故障线路，可以比较准确地确定故障线路。另外，若多个初始波头的极性均 一致，也就说明所有馈线线路均为健全线路，即可判定配电系统的母线为故障线路。
[0019] 本发明的第二方面提出了一种配电系统的单相接地故障选线装置，包括:获取单 元，用于获取配电系统中所有馈线线路的零模电流行波，并根据所述零模电流行波确定参 考线路;第一计算单元，用于将所述参考线路的零模电流行波与所述所有馈线线路中除所 述参考线路外的其他馈线线路的零模电流行波分别进行交叉小波变换计算得到多个时频 集合，根据多个所述时频集合确定目标时频集合;第一确定单元，用于在所述目标时频集 合内，确定分别对应于所述所有馈线线路中的每条馈线线路的零模电流行波的多个初始波 头，并根据所述多个初始波头确定故障线路。
[0020] 在该技术方案中，通过获取配电系统中所有馈线线路的零模电流行波，其中，零模 电流行波可以是在配电系统发生故障时前lms至发生故障后2ms内的零模电流行波，然后将 参考线路的零模电