利用单一模量电流波形互相关系数特征的故障识别方法与流程

本发明属于电能质量检测方法技术领域，涉及一种利用单一模量电流波形互相关系数特征的故障识别方法。

背景技术：

电压暂降是电力系统中最严重的电能质量问题之一，电压暂降成为影响许多用电设备正常、安全运行的最严重的动态电能质量问题。其中短路故障是引起配电网电压暂降的主要因素之一，快速准确地识别故障相有助于按相进行电压暂降的精确补偿以满足用户的更高要求。

目前，国内外很多学者都对引起配电网电压暂降故障类型识别方面进行了多方面的相关研究，主要分为频域法和时域法两大类。频域法，即对称分量法，仅用一个序分量就能反映所有故障类型，但是计算序分量时需复数运算，导致计算量大大增加，不利于继电保护动作速度的提高。时域法，即时域故障选相方法，通常利用Clarke、Karenbauer等相模变换矩阵计算得到模量完成故障选相，虽然所需数据窗短、计算速度快，但无法利用单一模量反映所有故障类型。

针对现有配电网电压暂降故障类型识别的不足，充分利用单一模量电流波形互相关系数特征，通过构造一种新的相模变换矩阵实现了在不同故障类型情况下电流1模量、电流2模量均不为零，以1模电流时域波形为基准，利用三相相电流及其组合电流与1模电流波形互相关系数的特征差异，研发出利用单一电流模量波形互相关系数特征的故障识别方法，且这种方法的可靠性高，且原理简单、计算量小、选相快速。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种利用单一模量电流波形互相关系数特征的故障识别方法，为实施按相进行电压暂降的精确补偿提供依据。

本发明所采用的技术方案是，利用单一模量电流波形互相关系数特征的故障识别方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、采集线路电压暂降期间三相电流iφ(k)，φ＝A,B,C，k＝(0,1,2,...N)，并进行相模变换，经计算得到模电流及组合电流in(k)、ip(k)、iq(k)；

步骤2、经步骤1后，计算三相相电流iφ(k)，φ＝A,B,C及其组合电流in(k)、ip(k)、iq(k)与单一模量电流波形互相系数ρλ(λ＝1,2,3...6)；

步骤3、经步骤2后，利用三相相电流iφ(k)，k＝(0,1,2,...N)及其对应的组合电流in(k)、ip(k)、iq(k)与1模电流波形互相关系数为1的个数实现故障类型的识别；

步骤4、在步骤3的基础上，利用三相相电流iφ(k)，k＝(0,1,2,...N)及其对应的组合电流in(k)、ip(k)、iq(k)与1模电流波形互相系数特征实现故障相的识别。

本发明的特点还在于：

步骤1具体按照以下方法实施：

模电流按照如下算法经计算获得：

组合电流in(k)、ip(k)、iq(k)具体按照如下算法经计算得到：

in(k)＝5iA(k)-14iB(k)；

ip(k)＝-14iB(k)+9iC(k)；

iq(k)＝5iA(k)+9iB(k)；

式中：iA(k)、iB(k)、iC(k)为线路电压暂降期间三相电流。

步骤2中，三相相电流iφ(k)，φ＝A,B,C及其组合电流in(k)、ip(k)、iq(k)与单一模量电流波形互相系数ρλ(λ＝1,2,3...6)具体按照以下算法计算：

计算三相相电流iφ(k)(φ＝A,B,C)及其组合电流in(k)、ip(k)、iq(k)与单一电流模量电流波形互相系数ρλ(λ＝1,2,3......6)，具体为：

在上式中：N为采样点个数。

步骤3中识别的方法具体如下：

若Num[ρ＝1]＞1，则为接地故障与相间故障；否则为三相短路故障；

在此基础上：

若Num[ρ＝1]＝3，则为单相接地故障；

若Num[ρ＝1]＝5，则为相间故障，否则为两相短路故障。

步骤4按照以下方法实施：

在单相接地故障时，若故障相的相电流与1模电流波形特征完全一致，则判为该相接地故障；

在两相接地故障时，若1模电流与三相相电流均不相关，仅与对应故障相相电流的组合完全相关，则判为对应故障相接地故障；

在两相相间故障时，若故障相的两相电流与1模电流波形特征完全一致，则判为该两相发生的相间故障。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明利用单一模量电流波形互相关系数特征的故障识别方法，鉴于三相相电流及其组合电流与1模电流波形互相关系数的特征差异，实现引起配电网电压暂降的故障类型的准确识别；接地故障与相间故障波形互相关系数的幅值至少有一个为1，而三相故障波形互相关系数均不为1；单相接地故障波形互相关系数为1的个数为3；相间故障波形互相关系数为1的个数为5；两相接地故障波形互相关系数为1的个数为1；在单相接地故障时，若故障相的相电流与1模电流波形特征完全一致，则判为该相接地故障；在两相接地故障时，若1模电流与三相相电流均不相关，仅与对应故障相相电流的组合完全相关，则判为对应故障相接地故障；在两相相间故障时，若故障相的两相电流与1模电流波形特征完全一致，则判为该两相发生的相间故障。

(2)本发明利用单一模量电流波形互相关系数特征的故障识别方法，利用三相相电流及其组合电流与1模电流波形互相关系数的特征差异能准确可靠地识别引起配电网电压暂降的故障类型及故障相别，为实施按相进行电压暂降的精确补偿提供理论依据。

(3)本发明利用单一模量电流波形互相关系数特征的故障识别方法与其它配电网故障识别方法相比，还具有以下显著优点：对线路电压暂降期间三相电流进行相模变换，使得单一电流模量可以反映所有的故障类型，且原理简单、计算量小；利用单一电流模量波形互相关系数特征的故障识别方法，其为时域判别方法，利用电压暂降期间更为全面特征信息完成故障选相；且该方法不受过渡电阻、故障位置和故障相角等因素的影响，能快速、准确地识别引起电压暂降的故障类型。

附图说明

图1是本发明利用单一模量电流波形互相关系数特征的故障识别方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明利用单一模量电流波形互相关系数特征的故障识别方法，该方法的流程如图1所示，具体按照以下步骤实施：

步骤1、采集线路电压暂降期间三相电流iφ(k)，(φ＝A,B,C)k＝(0,1,2,...N)，并进行相模变换，经计算得到模电流及组合电流in(k)、ip(k)、iq(k)；

模电流按照如下算法经计算获得：

组合电流in(k)、ip(k)、iq(k)具体按照如下算法经计算得到：

in(k)＝5iA(k)-14iB(k)；

ip(k)＝-14iB(k)+9iC(k)；

iq(k)＝5iA(k)+9iB(k)。

式中：iA(k)、iB(k)、iC(k)为线路电压暂降期间三相电流。

步骤2、经步骤1后，计算三相相电流iφ(k)，φ＝A,B,C及其组合电流in(k)、ip(k)、iq(k)与单一模量电流波形互相系数ρλ(λ＝1,2,3...6)，具体按照以下算法经计算得到：

在上式中：N为采样点个数。

步骤3、经步骤2后，利用三相相电流iφ(k)，(φ＝A,B,C)k＝(0,1,2,...N)及其对应的组合电流in(k)、ip(k)、iq(k)与1模电流波形互相关系数为1的个数实现故障类型的识别，具体方法如下：

若Num[ρ＝1]＞1，则为接地故障与相间故障；否则为三相短路故障；

在此基础上：

若Num[ρ＝1]＝3，则为单相接地故障；

若Num[ρ＝1]＝5，则为相间故障，否则为两相短路故障。

步骤4、在步骤3的基础上，利用三相相电流iφ(k)，(φ＝A,B,C)k＝(0,1,2,...N)及其对应的组合电流in(k)、ip(k)、iq(k)与1模电流波形互相系数特征实现故障相的识别，具体按照以下方法实施：

在单相接地故障时，若故障相的相电流与1模电流波形特征完全一致，则判为该相接地故障；

在两相接地故障时，若1模电流与三相相电流均不相关，仅与对应故障相相电流的组合完全相关，则判为对应故障相接地故障；

在两相相间故障时，若故障相的两相电流与1模电流波形特征完全一致，则判为该两相发生的相间故障。

本发明的故障识别方法是利用三相相电流iφ(k)，(φ＝A,B,C)k＝(0,1,2,...N)及其对应的组合电流in(k)、ip(k)、iq(k)与1模电流波形互相关系数的特征差异，所提出的利用单一模量电流波形互相关系数特征的故障识别方法。本发明利用单一模量电流波形互相关系数特征的故障识别方法构造了一种新的相模变换矩阵，实现了在不同故障类型情况下电流1模、电流2模均不为零，以1模电流时域波形为基准，利用三相相电流及其组合电流与1模电流波形互相关系数的不同特征实现故障相的识别。

本发明利用单一模量电流波形互相关系数特征的故障识别方法，具有原理简单以及计算量小的优点，且不受过渡电阻、故障位置及故障相角等因素的影响，利用了时域电流信息具有工程应用价值。