一种基于馈线终端信息交互的小电流接地故障定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及智能配电网领域，具体地说是一种基于馈线终端信息交互的小电流接 地故障定位方法。
【背景技术】
[0002] 为抑制小电流接地故障点电流，我国配电网广泛采用了小电流接地方式，虽然保 证了配电线路以不正常状态短时工作，但由于技术原因，目前现场线路维护人员仍然广泛 采用的是传统的逐条拉线的巡线方法。即使寻得故障出线，维护人员依然需要逐点巡线来 寻找故障位置从而排除故障，工作强度大，耗时长。传统的故障判别方式常为设备自身采集 电气量定值比较，但是配电网故障受诸多因素影响，定值选择困难，容易造成误判，同时现 有一些定位算法在对故障电气量的而定位方法采用将故障信息逐个上传至总站判断，由于 馈线终端众多，容易造成上传数据的丢包或错误。针对故障判断传统的方法有小波算法，零 序分量法等，但是由于故障位置的随机性致使故障电流特征频带并不确定，小波分解等类 似特征分量提取方法可能由于滤波函数及分解层数选取不当，无法获得完整的特征分量。 同时采用滤波器滤波的方法，也会造成波形重构的误差，甚至是失真。
[0003] 经验模态分解算法（Empirical Mode Decomposition, EMD)是将信号按照自身性 质分解为一系列频率递减的本征模态函数（Intrinsic Mode Function, IMF)和最后余项。 其具体内容包括如下步骤：
[0004] 步骤A:得到待分解波形序列的极大值点和极小值点，并根据极值点采用上下包 络线三样条插值及均值；
[0005] 步骤B :将原波形减去包络均值得到新待处理的数据序列；
[0006] 步骤C:重复步骤A和步骤B，直到满足頂F分量条件，得到第一个頂F分量；
[0007] 步骤D:将原信号减去頂F并重复步骤A、步骤B和步骤C，直到得到一个常量或者 单调的序列，表示EMD分解结束，即可得到余下各頂F层及余差RES。
[0008] 但是采用传统EMD算法处理故障电流高频分量经EMD分解后易与线路故障特征分 量混叠，若直接应用于故障定位，特别是故障距离较近的时候，高频无序的零模电流分量混 入特征零模电流，可能会导致定位错误。
【发明内容】
[0009] 本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种基于馈线终端信息交互的 小电流接地故障定位方法，以期能让配电网自动进行故障定位，从而提高故障位置判定效 率，增加用户用电可靠性。
[0010] 本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
[0011] 本发明一种基于馈线终端信息交互的小电流接地故障定位方法，是应用于配电网 中，所述配电网中包含有一个主站和与其连接的N条馈线，第i条馈线的分支处分别设置有 H1馈线终端，1彡i彡N ;记为5；=丨次°,对:野表示第i条馈线上的第P个 馈线终端，I < P < n1;其特点是所述定位方法是按如下步骤进行：
[0012] 步骤1、假设与所述第i条馈线上的第p个馈线终端g：1相邻的馈线终端为第 q个馈线终端，所述第P个馈线终端巧1获取所述第q个馈线终端Sf1的地址; 1彡q彡ni;p乒q ;
[0013] 步骤2、所述主站获取所述N条馈线上的最短馈线参数，根据所述最短馈线参数计 算所述配电网的故障暂态特征频带并下达给N条馈线上的所有馈线终端；
[0014] 步骤3、若所述配电网检测到发生小电流接地故障，则通过所述第i条馈线上的第
示所述第i条馈线上第P个馈线终端^1的第k条支路上的零模电流；1彡k彡mp;
[0015] 步骤4、根据所述故障暂态特征频带和第k条支路上的零模电流，利用改进的 经验模态分解算法获得所述第i条馈线上第P个馈线终端#的第k条支路上的特征零模 电流^^ ;
[0016] 步骤5、所述第i条馈线上的第p个馈线终端获取与第k条支路上的特征零模 电流配合的第q个馈线终端的第z条支路上的特征零模电流^^
[0017]步骤6、所述第i条馈线上的第P个馈线终端#根据所述特征零模电流^和特征 零模电流获得第k条支路与第z条支路之间的波形相似度平均相位差^t ;
[0018] 步骤7、判断所述波形相似度和平均相位差是否满足故障区段判据，当 满足故障区段判据时，则判定所述第k条支路与第z条支路之间的存在接地故障，并通过所 述第i条馈线上的第P个馈线终端向所述主站上传故障信息。
[0019] 本发明所述的基于馈线终端信息交互的小电流接地故障定位方法的特点也在 于：
[0020] 所述步骤2中的最短馈线参数包括最短馈线的线路长度1、最短馈线的单位长度 电感L。和最短馈线的单位长度电容C。;所述故障暂态特征频带包括最高频率f _和最低频 率flciw，并通过式（1)获得：
[0022] 式（1)中，a为所设定阈值，a G [0, 300]。
[0023] 所述步骤4是按如下过程进行：
[0024] 步骤4. 1、将所述第k条支路上的零模电流/=叠加一个正弦信号X，从而获得正增 益电流;所述正弦信号X的频率为所述故障暂态特征频带的最高频率f hlgh;所述正弦信 号的幅值为所述零模电流/; 1的最大幅值；
[0025] 步骤4. 2、将所述第k条支路上的零模电流〇咸去一个所述正弦信号X，从而获得 负增益电流AU
[0026] 步骤4. 3、对所述正增益电流V=进行经验模态分解，获得本征模态函数集
端*^的第k条支路上的正增益电流V。所分解得到的第c层本征模态函数；1彡c彡Cp;
[0027]步骤4.4、对所述负增益电流；^进行经验模态分解，获得本征模态函数
Sf的第k条支路上的负增益电流^^所分解得到的第c层本征模态函数；Cp表示所述本征 模态函数的层数；
[0028] 步骤4. 5、利用式⑵获得所述第c层本征模态函数的均值^,1，从而获得Cp层本
[0030]步骤4. 6、对所述第c层本征模态函数的均值进行FFT变换，获得 所述第c层本征模态函数的主频，从而获得Cp层本征模态函数的主频集
[0031] 步骤4. 7、从所述主频集中选取在所述故障暂态特征频带之间的主频作为特 征主频，将所述特征主频所对应的本征模态函数层进行叠加，从而获得第k条支路上的特 征零模电流#1。
[0032] 所述步骤6是按如下过程进行：
[0033] 步骤6. 1、通过式（3)获得所述波形相似度，：
[0035] 式⑶中，A⑴和#⑴分别表示所述特征零模电流#和^的离散值；ii表示所 述离散值的个数；
[0036]步骤6. 2、对所述特征零模电流和Ig进行FFT变换，分别获得所述特征零模电
模电流$中第r个频率点所对应的相角；arg^U表示所述特征零模电流$中第r个频 率点所对应的相角；1彡r彡Rp= Rq;
[0037] 步骤6.3、将所述特征零模电流/^的各频率点所对应的相角和所述特征 零模电流的各频率点所对应的相角arg@j转换至[-Ji，Ji ]之间；从而获得修正的相 角
[0042] 所述步骤7的故障区段判据为：A且; e i G [0. 5, 0. 7]; e 2G [50。，120。] 〇
[0043] 所述配电网中任一馈线终端是通过IEC61850规约与其他馈线终端和主站进行交 互的。
[0044] 与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
[0045] 1、本发明公开了一种在配电系统发生小电流接地故障时，能快速确定故障位置的 方法，本方法通过在配电网馈线的分支处安装馈线终端，采用了基于暂态分量的特征零模 电流作为故障判断依据，同时无须依赖主站判断，仅通过馈线终端间的信息交互等手段，获 得故障所在位置。本定位方法解决了传统故障方法中定值选择困难的问题，提高了故障判 断的准确度，相比传统的拉线逐点排查的方法，也克服了人力资源的浪费，最大限度的减少 了排查时间，提高了用户用电的可靠性，真正的从配电自动化转换到配电智能化。
[0046] 2、本发明通过改进的EMD算法从零模电流中提取特征零模电流。相比从馈线终端 采集得到的零模电流，特征零模电流在保留了小电流接地系统故障信息的同时滤除了幅值 与电流流向均不确定的高频谐波，因此采用特征零模电流可显著提高故障判断的准确性。 本发明采用的改进EMD算法较之传统的波形分析方法具有诸多优点，首先无需如小波分析 需