一种单相接地故障定位方法及系统与流程

本发明涉及电气工程，尤其涉及一种单相接地故障定位方法及系统。

背景技术：

1、单相接地故障是电力系统的常见故障，当电力系统发生单相接地故障时，如果不能及时准确地进行故障定位，将会给电力系统造成严重的损害。目前常见的故障定位方法包括阻抗法和行波法。阻抗法主要利用线路的阻抗与长度成正比的关系，计算故障点的阻抗进而推算出故障点与检测点之间的距离。虽然阻抗法简单易操作，但是容易受到各种因素的影响，例如线路的多分支化、配电网三相不对称以及接地方式的改变，因此阻抗法的定位误差较大。而行波法的原理是当线路发生接地故障时，故障点的电压趋近于零，相当于在短路瞬间施加一个大小相等、相位相反的电压源，该电压源点信号会在输电线路中传播，且传播至故障点和母线侧会发生反射和折射，因此可以利用线路所传播的行波中所包含的故障信息来实现定位。目前行波法包括单端行波测距法和双端行波测距法，单端行波测距法通过计及在故障点和检测点之间往返的时间来定位故障点，双端行波测距法通过计及故障点首次到双端检测点之间的时间来定位故障点。然而，由于行波法中所检测的行波的波头难以识别，在一定程度上降低了行波法的准确性，并且参与测定的母线需要有极强的反射能力，对设备的要求较高，导致行波法的检测成本较高。

2、可见，提出一种准确且成本较低的单相接地故障定位方法显得尤为重要。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于，提供一种单相接地故障定位方法及系统，能够降低单相接地故障定位的成本，并提高单相接地故障定位的准确性。

2、为了解决上述技术问题，本发明第一方面公开了一种单相接地故障定位方法，所述方法包括：

3、当电力系统发生单相接地故障之后，基于小波奇异性检测原理，确定所述单相接地故障对应的故障发生时间；

4、基于所述故障发生时间，采集所述电力系统的各个检测点的零序电流波形，每个所述检测点的零序电流波形包括在所述单相接地故障发生之后该检测点的电流波形；

5、基于差异度计算算法以及从所有所述检测点中确定出的多个目标检测点的零序电流波形，确定所述单相接地故障对应的故障判定矩阵，所述故障判定矩阵的元素与每两个所述目标检测点的零序电流波形之间的累积距离相关联；

6、根据所述故障判定矩阵，确定所述单相接地故障对应的故障定位区间。

7、作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述基于差异度计算算法以及从所有所述检测点中确定出的多个目标检测点的零序电流波形，确定所述单相接地故障对应的故障判定矩阵，包括：

8、基于差异度计算算法，计算从所有所述检测点中确定出的每两个所述目标检测点的零序电流波形之间的累积距离，得到所述单相接地故障对应的累积距离矩阵，作为所述单相接地故障对应的故障判定矩阵，其中，所述差异度计算算法包括动态时间规整算法，所述累积距离矩阵的元素用于表征每两个所述目标检测点的零序电流波形之间的累积距离；

9、所述根据所述故障判定矩阵，确定所述单相接地故障对应的故障定位区间，包括：

10、对于所述故障判定矩阵的每个矩阵行，确定该矩阵行的所有元素中的异常相邻元素组合，其中，所述异常相邻元素组合中的两个相邻元素的数值之间发生跃变；

11、根据每个所述矩阵行中的异常相邻元素组合所在的矩阵列所对应的目标检测点，确定所述单相接地故障对应的故障定位区间。

12、作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述累积距离矩阵为：

13、

14、其中，an用于表示第n个所述目标检测点，dtw(ai,aj)用于表示第i个检测点的零序电流波形和第j个检测点的零序电流波形之间的累积距离。

15、作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，在所述根据所述故障判定矩阵，确定所述单相接地故障对应的故障定位区间之前，所述方法还包括：

16、确定所述故障判定矩阵中每个矩阵行对应的均值，每个所述矩阵行对应的均值包括该矩阵行中所有元素的数值的均值；

17、根据每个所述矩阵行对应的均值，确定该矩阵行中每个元素的占比权重，其中，每个所述矩阵行中每个元素的占比权重包括该元素的数值与该矩阵行对应的均值之比；

18、根据每个所述矩阵行中每个元素的占比权重，初次更新所述故障判定矩阵；

19、其中，第i个所述矩阵行对应的均值为：

20、

21、所述矩阵行中每个元素的占比权重为：

22、

23、第一次更新后的所述故障判定矩阵为：

24、

25、作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，在所述根据每个所述矩阵行中每个元素的占比权重，初次更新所述故障判定矩阵后，所述方法还包括：

26、将所述故障判定矩阵中每个元素的数值与预先设定的跃变阈值进行对比，得到所述故障判定矩阵中每个元素对应的对比结果；

27、根据所述故障判定矩阵中每个元素对应的对比结果，二次更新所述故障判定矩阵；

28、其中，所述根据所述故障判定矩阵中每个元素对应的对比结果，二次更新所述故障判定矩阵，包括：

29、对于所述故障判定矩阵中的每个元素，当该元素对应的对比结果表示该元素的数值大于所述跃变阈值时，将该元素的数值更改为第一表征值，当该元素对应的对比结果表示该元素的数值小于所述跃变阈值时，将该元素的数值更改为第二表征值。

30、作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述方法还包括：

31、根据每个所述检测点的零序电流波形在所述故障发生时间的波形突变方向，从所有所述检测点中确定波形突变方向异常的异常检测点，所述异常检测点包括相应的波形突变方向与其上游相邻检测点的波形突变方向相反的检测点；

32、将所述异常检测点与其上游相邻检测点之间的区间确定为初选故障定位区间；

33、以及，在所述根据所述故障判定矩阵，确定所述单相接地故障对应的故障定位区间之后，所述方法还包括：

34、判断所述初选故障定位区间与所述故障定位区间是否相匹配；

35、当判断出所述初选故障定位区间与所述故障定位区间相匹配时，将所述初选故障定位区间或所述故障定位区间确定为所述单相接地故障的目标故障定位区间。

36、作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，在所述基于差异度计算算法以及从所有所述检测点中确定出的多个目标检测点的零序电流波形，确定所述单相接地故障对应的故障判定矩阵之前，所述方法还包括：

37、将所有所述检测点确定为目标检测点；或者，

38、将所述初选故障定位区间所在线路中的所有所述检测点确定为目标检测点；或者，

39、从所述初选故障定位区间中确定一个或多个新的检测点，并将所述初选故障定位区间的端点以及所有所述新的检测点确定为目标检测点。

40、作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，在所述基于所述故障发生时间，采集所述电力系统的各个检测点的零序电流波形之前，所述方法还包括：

41、基于所述故障发生时间，采集所述电力系统的各条检测线路中首尾两个初始检测点的零序电流波形；

42、根据每条所述检测线路中两个所述初始检测点的零序电流波形，从所有所述检测线路中确定故障线路，并触发执行所述的基于所述故障发生时间，采集所述电力系统的各个检测点的零序电流波形的操作；

43、其中，所述基于所述故障发生时间，采集所述电力系统的各个检测点的零序电流波形，包括：

44、基于所述故障发生时间，采集所述故障线路中所有检测点的零序电流波形。

45、作为一种可选的实施方式，在本发明第一方面中，所述根据每条所述检测线路中两个所述初始检测点的零序电流波形，从所有所述检测线路中确定故障线路，包括：

46、对于每条所述检测线路，判断该检测线路中两个所述初始检测点的零序电流波形的波形突变方向是否相同；

47、对于每条所述检测线路，当判断出该检测线路中两个所述初始检测点的零序电流波形的波形突变方向不相同时，将该检测线路确定为故障线路。

48、本发明第二方面公开了一种单相接地故障定位系统，所述系统包括：

49、小波奇异性检测单元，用于当电力系统发生单相接地故障之后，基于小波奇异性检测原理，确定所述单相接地故障对应的故障发生时间；

50、零序电流检测单元，用于基于所述故障发生时间，采集所述电力系统的各个检测点的零序电流波形，每个所述检测点的零序电流波形包括在所述单相接地故障发生之后该检测点的电流波形；

51、差异度比较单元，用于基于差异度计算算法以及从所有所述检测点中确定出的多个目标检测点的零序电流波形，确定所述单相接地故障对应的故障判定矩阵，所述故障判定矩阵的元素与每两个所述目标检测点的零序电流波形之间的累积距离相关联；

52、所述差异度比较单元，还根据所述故障判定矩阵，确定所述单相接地故障对应的故障定位区间。

53、作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面中，所述差异度比较单元基于差异度计算算法以及从所有所述检测点中确定出的多个目标检测点的零序电流波形，确定所述单相接地故障对应的故障判定矩阵的具体方式，包括：

54、基于差异度计算算法，计算从所有所述检测点中确定出的每两个所述目标检测点的零序电流波形之间的累积距离，得到所述单相接地故障对应的累积距离矩阵，作为所述单相接地故障对应的故障判定矩阵，其中，所述差异度计算算法包括动态时间规整算法，所述累积距离矩阵的元素用于表征每两个所述目标检测点的零序电流波形之间的累积距离；

55、所述根据所述故障判定矩阵，确定所述单相接地故障对应的故障定位区间，包括：

56、对于所述故障判定矩阵的每个矩阵行，确定该矩阵行的所有元素中的异常相邻元素组合，其中，所述异常相邻元素组合中的两个相邻元素的数值之间发生跃变；

57、根据每个所述矩阵行中的异常相邻元素组合所在的矩阵列所对应的目标检测点，确定所述单相接地故障对应的故障定位区间。

58、作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面中，所述累积距离矩阵为：

59、

60、其中，an用于表示第n个所述目标检测点，dtw(ai,aj)用于表示第i个检测点的零序电流波形和第j个检测点的零序电流波形之间的累积距离。

61、作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面中，所述差异度比较单元，还用于在根据所述故障判定矩阵，确定所述单相接地故障对应的故障定位区间之前，确定所述故障判定矩阵中每个矩阵行对应的均值，每个所述矩阵行对应的均值包括该矩阵行中所有元素的数值的均值；

62、所述差异度比较单元，还用于根据每个所述矩阵行对应的均值，确定该矩阵行中每个元素的占比权重，其中，每个所述矩阵行中每个元素的占比权重包括该元素的数值与该矩阵行对应的均值之比；

63、所述差异度比较单元，还用于根据每个所述矩阵行中每个元素的占比权重，初次更新所述故障判定矩阵；

64、其中，第i个所述矩阵行对应的均值为：

65、

66、所述矩阵行中每个元素的占比权重为：

67、

68、第一次更新后的所述故障判定矩阵为：

69、

70、作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面中，所述差异度比较单元，还用于在根据每个所述矩阵行中每个元素的占比权重，初次更新所述故障判定矩阵后，将所述故障判定矩阵中每个元素的数值与预先设定的跃变阈值进行对比，得到所述故障判定矩阵中每个元素对应的对比结果；

71、所述差异度比较单元，还用于根据所述故障判定矩阵中每个元素对应的对比结果，二次更新所述故障判定矩阵；

72、其中，所述差异度比较单元根据所述故障判定矩阵中每个元素对应的对比结果，二次更新所述故障判定矩阵的具体方式，包括：

73、对于所述故障判定矩阵中的每个元素，当该元素对应的对比结果表示该元素的数值大于所述跃变阈值时，将该元素的数值更改为第一表征值，当该元素对应的对比结果表示该元素的数值小于所述跃变阈值时，将该元素的数值更改为第二表征值。

74、作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面中，所述系统还包括：

75、第一暂态突变量比较单元，用于根据每个所述检测点的零序电流波形在所述故障发生时间的波形突变方向，从所有所述检测点中确定波形突变方向异常的异常检测点，所述异常检测点包括相应的波形突变方向与其上游相邻检测点的波形突变方向相反的检测点；

76、所述第一暂态突变量比较单元，还用于将所述异常检测点与其上游相邻检测点之间的区间确定为初选故障定位区间；

77、故障定位单元，用于在所述差异度比较单元根据所述故障判定矩阵，确定所述单相接地故障对应的故障定位区间之后，判断所述初选故障定位区间与所述故障定位区间是否相匹配；当判断出所述初选故障定位区间与所述故障定位区间相匹配时，将所述初选故障定位区间或所述故障定位区间确定为所述单相接地故障的目标故障定位区间。

78、作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面中，所述系统还包括：

79、检测点筛选单元，用于在所述差异度比较单元基于差异度计算算法以及从所有所述检测点中确定出的多个目标检测点的零序电流波形，确定所述单相接地故障对应的故障判定矩阵之前，将所有所述检测点确定为目标检测点；或者，将所述初选故障定位区间所在线路中的所有所述检测点确定为目标检测点；或者，从所述初选故障定位区间中确定一个或多个新的检测点，并将所述初选故障定位区间的端点以及所有所述新的检测点确定为目标检测点。

80、作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面中，所述零序电流检测单元，还用于在基于所述故障发生时间，采集所述电力系统的各个检测点的零序电流波形之前，基于所述故障发生时间，采集所述电力系统的各条检测线路中首尾两个初始检测点的零序电流波形；

81、所述系统还包括：

82、第二暂态突变量比较单元，用于根据每条所述检测线路中两个所述初始检测点的零序电流波形，从所有所述检测线路中确定故障线路，并触发所述零序电流检测单元执行所述的基于所述故障发生时间，采集所述电力系统的各个检测点的零序电流波形的操作；

83、其中，所述零序电流检测单元基于所述故障发生时间，采集所述电力系统的各个检测点的零序电流波形的具体方式，包括：

84、基于所述故障发生时间，采集所述故障线路中所有检测点的零序电流波形。

85、作为一种可选的实施方式，在本发明第二方面中，所述第二暂态突变量比较单元根据每条所述检测线路中两个所述初始检测点的零序电流波形，从所有所述检测线路中确定故障线路的具体方式，包括：

86、对于每条所述检测线路，判断该检测线路中两个所述初始检测点的零序电流波形的波形突变方向是否相同；

87、对于每条所述检测线路，当判断出该检测线路中两个所述初始检测点的零序电流波形的波形突变方向不相同时，将该检测线路确定为故障线路。

88、本发明第三方面公开了另一种单相接地故障定位系统，所述系统包括：

89、存储有可执行程序代码的存储器；

90、与所述存储器耦合的处理器；

91、所述处理器调用所述存储器中存储的所述可执行程序代码，执行本发明第一方面公开的单相接地故障定位方法。

92、本发明第四方面公开了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被调用时，用于执行本发明第一方面公开的单相接地故障定位方法。

93、与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

94、本发明实施例中，当电力系统发生单相接地故障之后，基于小波奇异性检测原理，确定单相接地故障对应的故障发生时间；基于故障发生时间，采集电力系统的各个检测点的零序电流波形，每个检测点的零序电流波形包括在单相接地故障发生之后该检测点的电流波形；基于差异度计算算法以及从所有检测点中确定出的多个目标检测点的零序电流波形，确定单相接地故障对应的故障判定矩阵，故障判定矩阵的元素与每两个目标检测点的零序电流波形之间的累积距离相关联；根据故障判定矩阵，确定单相接地故障对应的故障定位区间。可见，实施本发明能够在单相接地故障发生之后采集多个检测点零序电流波形，并且根据每两个零序电流波形之间的累积距离，也即每两个零序电流波形之间的差异度组合成的故障判定矩阵来确定单相接地故障对应的故障定位区间，不仅降低了单相接地故障定位的成本，还充分对比了所有检测点的零序电流波形，同时降低了暂态突变量比较方法中高阻态对故障定位的影响，提高了单相接地故障定位的准确性，并且既适用于传统的接地系统，又适用于柔性接地系统，提高了单相接地故障定位方法的适用性。