一种配电网的单相接地故障识别方法及装置与流程

本发明涉及继电保护，特别是涉及配电网线路故障识别，具体涉及一种配电网的单相接地故障识别方法及装置。

背景技术：

1、在电力系统的发、输、变、配、用五个环节中，配电网是输配电系统向用户供电的最后一个环节，是联系电网和电力用户的关键枢纽，高水平的配电网条件和高水准的配电网运行管理是电力企业向用户提供优质电能和高品质供电服务的基础。故建设高效、安全、清洁、可靠、交互的智能配电网已经成为现代配电网建设的主要任务。

2、然而，与超特高压输电网络相比，配电网的发展较晚，在中低压配电网的运行、管理与安全防护等方面资源的研究有所不足，配电网智能化发展水平受限，导致当前多等级配电网普遍呈现网络构架薄弱、智能化水平低、故障率高等特点。据大数据统计，用户平均停电时间90％以上是由配电网故障引起的，在这些故障中，单相接地故障占了总数的80％左右。配电网网络结构复杂、地域跨度广，故障点的排查与维护往往需要大量的物力与人力，这也一直是困扰电力运维部门的难题。

3、现有技术中的配电网多采用中性点非有效接地运行方式，采用这种接地运行方式的主要优势在于：故障电流小，且三相线电压基本保持不变，不影响对负荷的供电，因此允许在发生接地故障时运行一段时间(一般小于2小时)，避免由于供电突然中断而对用户产生不利影响。虽然该类接地方式显著提高了用电可靠性，但由于配电网线路分支较多，接线复杂多变，线路所处的自然地理环境往往较为恶劣，经常会发生经树枝、草皮等非金属导电介质接地的高阻(过渡电阻在几百甚至上千欧姆)接地故障，大部分情况下因线路与大地间的电压差还会导致空气间隙或固体介质绝缘的击穿，引发永久性接地故障与非线性电弧，并造成高达3倍的过电压，严重威胁着电力系统的绝缘安全。由于此类单相接地故障电气量微弱、故障特征不明显，对故障识别与切除等造成巨大挑战，极易造成故障长时间存在，并进一步引发形成相间短路和多点故障，此时系统会流过较大的故障电流，在接地点产生的大量热量可能会引起线路设备的烧毁或者爆炸，并有可能引发林区、山区、草原等火灾，人员触电伤亡等恶性事故，后果不堪设想。为此，业界制定了相关要求：中性点不接地和消弧线圈接地系统，中压线路发生永久性接地故障以后，宜按快速就近隔离故障原则进行处理。

4、综上，现有技术已提出多种单相接地故障检测技术，然而在复杂自然环境下，由于温度，湿度，风速等气候条件变化的影响，导致现有技术中的方法难以快速准确地识别配电网中性点不接地系统中单相接地故障的弱故障特征，无法高质量满足配电网的故障识别条件和配电网的高水准运行，因此亟需研究一种能够准确分析电网故障特性的方法，从而为故障保护和故障的有效控制建立基础与支撑。

技术实现思路

1、本发明所提供的配电网的单相接地故障识别方法及装置，旨在提供一种准确地识别配电网中性点不接地系统中单相接地故障的弱故障特征的方法，从而为故障保护和故障的有效控制建立基础与支撑。

2、本发明的另一个目的在于提供一种配电网的单相接地故障识别装置。本发明的还一个目的在于提供一种电子设备，该电子设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述配电网的单相接地故障识别方法的步骤。本发明的还一个目的在于提供一种可读介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述配电网的单相接地故障识别方法的步骤。

3、为了实现上述目的，第一方面，本方提供了一种配电网的单相接地故障识别方法，包括：

4、获取目标配电网的单相接地故障对应的零序电流；

5、根据所述零序电流的拟合函数以及预生成的灰狼模型对所述零序电流进行优化，以生成优化参数；

6、根据所述优化参数对所述零序电流进行变分模态分解，以识别所述目标配电网的单相接地故障。

7、在本发明的一实施例中，所述零序电流包括所述目标配电网的实际工况下的零序电流以及虚拟零序电流；

8、当所述零序电流为所述虚拟零序电流时，所述获取目标配电网的单相接地故障对应的零序电流，包括：

9、根据所述目标配电网的线路拓扑结构、线路参数、负荷数据以及变压器容量建立所述目标配电网的仿真模型；

10、对所述仿真模型进行单相接地故障测试，以获取单相接地故障的原始电流；

11、对所述原始电流进行分解，以获取所述零序电流。

12、在本发明的一实施例中，一种配电网的单相接地故障识别方法，还包括：

13、对所述零序电流的波形数据进行拟合，以生成所述拟合函数。

14、在本发明的一实施例中，生成所述灰狼模型的步骤包括：

15、根据狼群个体数量、当前狼群个体位置、迭代次数以及最大进化次数对所述当前狼群个体进行变异，以生成变异率；

16、根据所述灰狼模型的初始模型以及所述变异率生成所述灰狼模型。

17、在本发明的一实施例中，根据所述零序电流的拟合函数以及预生成的灰狼模型对所述零序电流进行优化，以生成优化参数，包括：

18、根据所述拟合函数生成所述灰狼模型的优化规则；

19、根据所述优化规则以及所述灰狼模型对所述零序电流进行优化，以生成所述优化参数。

20、在本发明的一实施例中，根据所述优化参数对所述零序电流进行变分模态分解，以识别所述目标配电网的单相接地故障，包括：

21、根据所述优化参数对所述零序电流进行变分模态分解，生成多个内涵模态分量波形；

22、对所述多个内涵模态分量波形进行频谱分析以及幅值对比，以从所述多个内涵模态分量波形中选取至少一个内涵模态分量波形；

23、根据选取的内涵模态分量波形识别所述目标配电网的单相接地故障。

24、在本发明的一实施例中，所述单相接地故障的暂态表征参数包括接地点过渡电阻、故障初相角、线路参数、电压梯度、接地介质阻抗、外部故障电流以及纯散态突变电阻；

25、所述选取的内涵模态分量波形用于表征所述暂态表征参数中的至少之一。

26、第二方面，本发明提供一种配电网的单相接地故障识别装置，该装置包括：

27、零序电流获取模块，用于获取目标配电网的单相接地故障对应的零序电流；

28、优化参数生成模块，用于根据所述零序电流的拟合函数以及预生成的灰狼模型对所述零序电流进行优化，以生成优化参数；

29、单相接地故障识别模块，用于根据所述优化参数对所述零序电流进行变分模态分解，以识别所述目标配电网的单相接地故障。

30、在本发明的一实施例中，所述零序电流包括所述目标配电网的实际工况下的零序电流以及虚拟零序电流；

31、当所述零序电流为所述虚拟零序电流时，所述零序电流获取模块包括：

32、仿真模型建立单元，用于根据所述目标配电网的线路拓扑结构、线路参数、负荷数据以及变压器容量建立所述目标配电网的仿真模型；

33、原始电流获取单元，用于对所述仿真模型进行单相接地故障测试，以获取单相接地故障的原始电流；

34、零序电流获取单元，用于对所述原始电流进行分解，以获取所述零序电流。

35、在本发明的一实施例中，一种配电网的单相接地故障识别装置，还包括：

36、波形拟合模块，用于对所述零序电流的波形数据进行拟合，以生成所述拟合函数。

37、在本发明的一实施例中，一种配电网的单相接地故障识别装置，还包括：

38、灰狼模型生成模块，用于生成所述灰狼模型，所述灰狼模型生成模块包括：

39、变异率生成单元，用于根据狼群个体数量、当前狼群个体位置、迭代次数以及最大进化次数对所述当前狼群个体进行变异，以生成变异率；

40、灰狼模型生成单元，用于根据所述灰狼模型的初始模型以及所述变异率生成所述灰狼模型。

41、在本发明的一实施例中，所述优化参数生成模块包括：

42、优化规则生成单元，用于根据所述拟合函数生成所述灰狼模型的优化规则；

43、优化参数生成单元，用于根据所述优化规则以及所述灰狼模型对所述零序电流进行优化，以生成所述优化参数。

44、在本发明的一实施例中，所述单相接地故障识别模块包括：

45、分量波形生成单元，用于根据所述优化参数对所述零序电流进行变分模态分解，生成多个内涵模态分量波形；

46、分量波形选取单元，用于对所述多个内涵模态分量波形进行频谱分析以及幅值对比，以从所述多个内涵模态分量波形中选取至少一个内涵模态分量波形；

47、单相接地故障识别单元，用于根据选取的内涵模态分量波形识别所述目标配电网的单相接地故障。

48、在本发明的一实施例中，所述单相接地故障的暂态表征参数包括接地点过渡电阻、故障初相角、线路参数、电压梯度、接地介质阻抗、外部故障电流以及纯散态突变电阻；

49、所述选取的内涵模态分量波形用于表征所述暂态表征参数中的至少之一。

50、第三方面，本发明提供一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现一种配电网的单相接地故障识别方法的步骤。

51、第四方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现配电网的单相接地故障识别方法的步骤。

52、第五方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现配电网的单相接地故障识别方法的步骤。

53、从上述描述可知，本发明实施例提供的配电网的单相接地故障识别方法及装置，对应的方法包括：首先获取目标配电网的单相接地故障对应的零序电流；接着，根据零序电流的拟合函数以及预生成的灰狼模型对零序电流进行优化，以生成优化参数；最后根据优化参数对零序电流进行变分模态分解，以识别目标配电网的单相接地故障。

54、本发明可以提升配电网发生单相接地故障的弱故障特征识别速度与准确性。