一种配电网过电压故障类型识别方法及装置与流程
本发明涉及一种配电网过电压故障类型识别方法及装置。
背景技术：
配电网是联系发电站、变电站和终端用户的中间环节，处在电力系统的末端，一般是指35kv及以下电压等级的电力网络。配电网分布范围广，网络分支众多，结构复杂，其最大的特点是直接与用户紧密联系，能够直观地反映用户在安全、质量、经济等方面的用电要求。在配电系统实际运行中，铁磁谐振和单相接地故障均会导致配电网过电压故障发生，此种故障持续时间长，易引起设备损坏，造成了许多绝缘事故。配电网过电压故障包括谐振过电压和单相接地故障，其中谐振过电压的类型包括基频谐振、高频谐振和分频谐振，而基频谐振过电压波形与单相接地故障波形高度相似，现有的检测技术不能自动准确区分基频谐振、高频谐振、分频谐振和单相接地故障，更多的是人工经验判断，效率低且正确率不高，经常出现误判断，不利于对配电网系统采取合适的抑制措施和检修维护人员的处理。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种配电网过电压故障类型识别方法及装置，能够自动识别谐振过电压类型和单相接地故障，算法简单，计算时间少，抗干扰能力强，识别正确率高。
本发明通过以下技术方案实现：
一种配电网过电压故障类型识别方法，包括以下步骤：
a、监控配电网零序电压，当零序电压越限时，获取零序电压波形采样数据x(t)；
b、对x(t)进行emd分解得到多个imf信号，计算各imf信号与x(t)的相关系数c，取相关系数c最大的imf信号为主模态分量y(t)；
c、对y(t)进行hilbert变换得到hilbert时频谱h(ω,t)，并对h(ω,t)进行积分得到hilbert边际谱h(ω)；
d、判断h(ω)中10hz-40hz频段的能量占比是否超过50％，若是，判定发生分频谐振故障，否则，进入步骤e；
e、判断h(ω)中100hz-150hz频段的能量占比是否超过50％，若是，判定发生高频谐振故障；否则，进入步骤f；
f、分别计算x(t)与标准单相接地故障零序电压波形z(t)的相关系数r、x(t)最大峰值与最小峰值的差值h、x(t)奇异值分解的奇异值q、h(ω)中45-55hz频段的能量占比f，并根据公式s＝a*r+b*h+c*q+d*f得到x(t)与标准单相接地故障零序电压波形的整体相似度s，其中，a、b、c、d∈[0,1]；
g、比较s与预先设置的相似度阈值k的大小，当s＜k时，判定发生基频谐振故障，否则判定发生单相接地故障。
进一步的，所述步骤a中，当零序电压
进一步的，所述步骤b中相关系数c的计算公式为：
进一步的，所述步骤f包括以下步骤：
f1、对x(t)与z(t)进行同步处理，并分别对x(t)和z(t)进行归一化处理得到x′(t)和z′(t)，利用公式
f2、计算x(t)最大峰值与最小峰值的差值h；对x(t)进行奇异值分解，得到奇异值q；计算h(ω)中45-55hz频段的能量占比f；
f3、利用熵值法确定权重a、b、c、d的值；
f4、计算整体相似度s。
进一步的，所述步骤f3包括以下步骤：
f31、将r、h、q、f作为四个指标，各个指标均取n个样本以构成原始数据矩阵a＝(aij)4×n，对矩阵a归一化得到矩阵a′＝(aij′)4×n，其中，归一化公式为：
f32、获取比重矩阵b＝(bij)4×n，bij表示第i个指标下第j个样本，具体为：
f33、计算第i个指标的熵值：
f44、计算第i个指标的权值：
进一步的，所述能量占比为相应频率区域内采样点的个数占总采样点个数的占比。
进一步的，所述步骤g中所述的相似度阈值k取值范围为k∈[85％,95％]。
本发明还通过以下技术方案实现：
一种配电网过电压故障类型识别装置，包括：
数据获取模块：监控配电网零序电压，当零序电压越限时，获取零序电压波形采样数据x(t)；
主模态分量确定模块：对x(t)进行emd分解得到多个imf信号，计算各imf信号与x(t)的相关系数c，取相关系数c最大的imf信号为主模态分量y(t)；
边际谱确定模块：对y(t)进行hilbert变换得到hilbert时频谱h(ω,t)，并对h(ω,t)进行积分得到hilbert边际谱h(ω)；
故障判断模块：当h(ω)中10hz-40hz频段的能量占比超过50％时，判定发生分频谐振故障；当h(ω)中100hz-150hz频段的能量占比超过50％时，判定发生高频谐振故障；否则，分别计算x(t)与标准单相接地故障零序电压波形z(t)的相关系数r、x(t)最大峰值与最小峰值的差值h、x(t)奇异值分解的奇异值q、h(ω)中45-55hz频段的能量占比f，并根据公式s＝a*r+b*h+c*q+d*f得到x(t)与标准单相接地故障零序电压波形的整体相似度s，将s与相似度阈值k进行比较，当s＜k时，判定发生基频谐振故障，否则判定发生单相接地故障，其中，a、b、c、d∈[0,1]。
进一步的，所述主模态分量确定模块中相关系数c的计算公式为：
进一步的，所述故障判断模块中的能量占比为相应频率区域内采样点的个数占总采样点个数的占比。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明利用emd、hilbert变换所得的hilbert谱与边际谱可完备地描述零序电压波形在基频频段、分频频段和高频频段内的时频特征，从而根据相应频段的能量比自动识别分频谐振、高频谐振，对于基频谐振，根据零序电压波形与标准单相接地故障波形的相关系数、零序电压波形最大峰值与最小峰值的差值、零序电压波形奇异值分界的奇异值、零序电压波形在基频子频带内的能量比，来计算零序电压波形与标准单相接地故障波形的整体相似度，从而有效区分单相接地故障与基频谐振，利于对配电网系统采取相应的抑制措施，方便检修维护人员及时针对相应故障进行处理，且计算过程中无需分类器，算法简单，计算时间少，抗干扰能力强。
2、本发明计算整体相似度时采用的各系数通过熵值法确定，使各系数的取值更为科学，提高识别基频谐振与单相接地故障的准确率，使本发明具有更高的识别正确率。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1为本发明方法的流程图。
图2为本发明步骤f的流程图。
具体实施方式
如图1和图2所示，配电网过电压故障类型识别方法包括以下步骤：
a、监控配电网零序电压，当零序电压越限时，获取零序电压波形采样数据x(t)，其中，判定零序电压越限的条件为：
b、对x(t)进行emd分解得到多个imf信号，计算各imf信号与x(t)的相关系数c，取相关系数c最大的imf信号为主模态分量y(t)；
其中，相关系数c的计算公式为：
c、对y(t)进行hilbert变换得到hilbert时频谱h(w,t)，并对h(w,t)进行积分得到hilbert边际谱h(ω)；
将y(t)进行hilbert变换的公式为：h(ω,t)＝re[x(t)ejφ(t)]，在时间轴上对h(ω,t)进行积分，得到hilbert边际谱
d、判断h(ω)中10hz-40hz频段的能量占比是否超过50％，若是，判定发生分频谐振故障，否则，进入步骤e；
e、判断h(ω)中100hz-150hz频段的能量占比是否超过50％，若是，判定发生高频谐振故障；否则，进入步骤f；
f、分别计算x(t)与标准单相接地故障零序电压波形z(t)的相关系数r、x(t)最大峰值与最小峰值的差值h、x(t)奇异值分解的奇异值q、h(ω)中45-55hz频段的能量占比f，并根据公式s＝a*r+b*h+c*q+d*f得到x(t)与标准单相接地故障零序电压波形的整体相似度s，其中，a、b、c、d∈[0,1]；
步骤f主要包括以下步骤：
f1、对x(t)与z(t)进行同步处理，并分别对x(t)和z(t)通过归一化公式
f2、计算x(t)最大峰值与最小峰值的差值h；对x(t)进行奇异值分解，得到奇异值q；计算h(ω)中45-55hz频段的能量占比f；
f3、利用熵值法确定权重a、b、c、d的值；
f4、计算整体相似度s；
其中，步骤f3包括以下步骤：
f31、将r、h、q、f作为四个指标，各个指标均取n个样本以构成原始数据矩阵a＝(aij)4×n，对矩阵a归一化得到矩阵a′＝(aij′)4×n，其中，归一化公式为：
f32、获取比重矩阵b＝(bij)4×n，bij表示第i个指标下第j个样本，具体为：
f33、计算第i个指标的熵值：
f44、计算第i个指标的权值：
上述步骤中的能量占比为相应频率区域内采样点的个数占总采样点个数的占比；
g、比较s与预先设置的相似度阈值k的大小，当s＜k时，判定发生基频谐振故障，否则判定发生单相接地故障，在本实施例中，k取值为90％。
配电网过电压故障类型识别装置包括：
数据获取模块：用于监控配电网零序电压，当零序电压越限时，获取零序电压波形采样数据x(t)，其中，判定零序电压越限的条件为：
主模态分量确定模块：对x(t)进行emd分解得到多个imf信号，计算各imf信号与x(t)的相关系数c，取相关系数c最大的imf信号为主模态分量y(t)；
其中，相关系数c的计算公式为：
边际谱确定模块：对y(t)进行hilbert变换得到hilbert时频谱h(ω,t)，并对h(ω,t)进行积分得到hilbert边际谱h(ω)；
将y(t)进行hilbert变换的公式为：h(ω,t)＝re[x(t)ejφ(t)]，在时间轴上对h(ω,t)进行积分，得到hilbert边际谱
故障判断模块：当h(ω)中10hz-40hz频段的能量占比超过50％时，判定发生分频谐振故障；当h(ω)中100hz-150hz频段的能量占比超过50％时，判定发生高频谐振故障；否则，分别计算x(t)与标准单相接地故障零序电压波形z(t)的相关系数r、x(t)最大峰值与最小峰值的差值h、x(t)奇异值分解的奇异值q、h(ω)中45-55hz频段的能量占比f，并根据公式s＝a*r+b*h+c*q+d*f得到x(t)与标准单相接地故障零序电压波形的整体相似度s，将s与相似度阈值k进行比较，当s＜k时，判定发生基频谐振故障，否则判定发生单相接地故障，其中，a、b、c、d∈[0,1]。
故障判断模块中整体相似度s的计算由以下模块进行：
参数确定模块：用于计算x(t)与标准单相接地故障零序电压波形z(t)的相关系数r、x(t)最大峰值与最小峰值的差值h、x(t)奇异值分解的奇异值q、h(ω)中45-55hz频段的能量占比f；
其中，相关系数r的计算公式为
权重确定模块：用于利用熵值法确定权重a、b、c、d的值；
权重确定模块包括：
归一化模块：将r、h、q、f作为四个指标，各个指标均取n个样本以构成原始数据矩阵a＝(aij)4×n，对矩阵a归一化得到矩阵a′＝(aij′)4×n，其中，归一化公式为：
比重矩阵获取模块：获取比重矩阵b＝(bij)4×n，bij表示第i个指标下第j个样本，具体为：
熵值计算模块：计算第i个指标的熵值：
权值获取模块：计算第i个指标的权值：
计算模块：用于计算整体相似度s。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。
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