基于最优fir滤波器与层次聚类的配电网故障选线方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高压配网抗差估计领域，尤其涉及基于最优FIR滤波器与层次聚类的 配电网故障选线方法。
【背景技术】
[0002] 我国配电网多采用小电流接地方式，而单相接地故障时其中之一。由于中性点不 直接接地，单相接地故障形成的故障通路阻抗值较大，引发的故障表征不明显，同时由于噪 声的干扰以及配电网运行状况的影响等问题，现有小电流接地系统单相接地故障选线方法 虽然经过了长期广泛的研宄，但在可靠性与普适性方面仍存在不足。
[0003] 基于所依据的特征量的不同，目前，单相接地故障选线方法可分为3类：信号注入 法、稳态量选线法和暂态量选线法，其中，信号注入法需要附加信号装置，工程实现复杂，稳 态量选线法存在特征信号弱，选线结果不可靠的问题。而暂态量选线法所依据的暂态特征 比稳态值大几倍甚至几十倍，且不受消弧线圈的影响，无需添加额外的设备，然而，暂态量 中除故障信号外，还混杂了多类型信号，直接利用易引发误判，因此，故障暂态特征的有效 提取与充分利用，就成为亟待解决的问题。小波变换作为时频局部化、多分辨率分析的强有 力工具，在仿真实验中被广泛应用于单相接地故障暂态特征量的提取，有效提高了故障选 线可靠性，但任然存在不足：首先，特征频带是按能量最大的原则约定的，在严重噪声干扰 或电网不平衡运行状态下，生成的特征频带有可能并非有效地故障暂态量特征频带，进而 引发误判；另外，特征频带是基于采集信号分析确定的，不能事先获知，同时，对采样数据进 行大量逐层提取与分离，乘法运算量巨大，不利于工程实现，此外，根据信号极性定性区分 故障与非故障线路，仅依靠人为判断，缺乏定量的科学描述，同样会引发误判。因此，目前， 基于小波变换的单相接地故障选线方法实用化程度不高。
【发明内容】
[0004] 本发明是依据故障暂态特征量的频率特性，设计最优FIR滤波器以提取暂态容性 零序电流，在此基础上，利用层次聚类算法综合故障信号的极性与幅值特征确定故障线路， 通过以下技术方案实现的： 基于最优FIR滤波器与层次聚类的配电网故障选线方法估计方法，包括最优FIR滤波 器设计，层次聚类法和基于最优FIR滤波器与层次聚类的故障选线方法，利用设计出的最 优FIR滤波器，根据层次聚类算法，遵循如下步骤，实现小电流接地系统中单相接地故障选 线： 1) 实时采集电网运行信息，若母线零序电压Gn超过一定阈值，则进入步骤2)，否则，重 复本步骤； 2) 利用最优FIR滤波器，对各馈线始端采集到的零序电流滤波
【主权项】
1. 基于最优FIR滤波器与层次聚类的配电网故障选线方法，包括最优FIR滤波器设计， 层次聚类法和基于最优FIR滤波器与层次聚类的故障选线方法，利用设计出的最优FIR滤 波器，根据层次聚类算法，遵循如下步骤，实现小电流接地系统中单相接地故障选线： 实时采集电网运行信息，若母线零序电压巧》超过一定阔值，则进入步骤2)，否则，重复 本步骤； 利用最优FIR滤波器，对各馈线始端采集到的零序电流滤波i〇龙= ，n为馈线 条数，得到暂态容性零序电流分量= ; 基于而I韦=1玄..........-，n)，对馈线分类，n条线路，对应n个原始类(即k=n，其中k为该聚类 层次上的类个数）； 计算任一两类之间的距离，得到巧个距离，合并最小距离应对的两类，形成新的聚类 层次，对应k-1个类； 计算该聚类层次上的F与伪t2 ; 令k=k-l，检验k是否为1，即所有对象是否已聚为一类，若是，则进入步骤7);若否，贝U返回步骤4); 根据谱系聚类评价指标一一伪F与伪t3极值出现位置，确定最佳聚类个数m; 若m=2,且其中一类仅包含一条馈线，则该馈线即为故障馈线，若上述条件不满足母线 零序电压持续超过一定阔值，则为母线故障。
2. 根据权利要求1所述的基于最优FIR滤波器与层次聚类的配电网故障选线方法， 其特征在于，最优FIR滤波器设计为从馈线始端采集到的零序电流中提取出频率范围为 300~3000化的暂态容性零序电流，最优FIR带通滤波器设计过程包括2个步骤；1)FIR 滤波器阶数估计，频率范围为300~3000化的低频过渡带，并结合配电网信号采集频率巧> =6. 4曲Z，利用基于Kaiser方程计算FIR滤波器最小阶数为500 ;2)最优FIR滤波器参数， 转化为优化问题，即根据约束最小二乘法，求解阶数为500的FIR滤波器系数。
3. 根据权利要求1所述的基于最优FIR滤波器与层次聚类的配电网故障选线方法， 其特征在于，层次聚类法是将每个对象作为一个类，合并该层次上最小类间距离对应的2 个类，之后，在新的聚类层次上，重复上述类合并过程，直至所有对象聚为一类，并形成一个 表示亲疏关系的谱系图，最后利用各层次上的聚类评价指标，对谱系图进行剪切，确定类个 数，完成分类，结合馈线聚类的目标，确定层次聚类中的2个关键定义一一类间距离与谱系 图的剪切标准。
【专利摘要】本发明公开了一种基于最优FIR滤波器与层次聚类的配电网故障选线方法。最优FIR滤波器设计，层次聚类法和基于最优FIR滤波器与层次聚类的故障选线方法，利用设计出的最优FIR滤波器，根据层次聚类算法，实现小电流接地系统中单相接地故障选线。本发明该方法通过滤波器有效地抑制了电网实际运行中各因素的干扰，此外，利用FIR滤波器进行信号处理，数据采样频率只需达到6kHz以上即可，低于基于小波分析的故障选线方法的采样频率需求，节约系统资源，基于聚类算法，根据谱系聚类评价指标确定故障馈线，保证了选线结果的可靠性，该方法在各类故障状况下，均能有效检出故障线路，较之小波算法具有更高的可信度。
【IPC分类】G01R31-08
【公开号】CN104793105
【申请号】CN201510186748
【发明人】陈丽
【申请人】安庆师范学院
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月18日