[发明专利]一种基于暂态零序电流时频特征向量的配电网故障选线方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护技术领域，是一种基于暂态零序电流时频特征向量，利用小波包理论分析其时频故障暂态电流的时频特征，以时频特征相似度刻画不同故障条件各个馈线之间的时频分布规律，从而得到基于暂态零序电流时频特征的选线判据的配电网故障选线新方法。

背景技术

中性点经消弧线圈接地方式的配电网发生单相接地故障时，故障暂态电流幅值远大于稳态电流，且不受消弧线圈影响。故障后的暂态分量与稳态分量相比有很大的优越性，使得基于暂态量的选线方法成为了故障选线之首选。

基于暂态量的选线方法，大多是基于暂态量在突变方向、幅值等特征上故障线路和健全线路所表现出的差异，借助信号处理手段提取这些特征，进而进行故障辨识。配电网故障多为单相接地故障，其选线问题一直难以解决，主要原因在于：1.故障边界复杂、随机，如故障初始相角大小、故障距离、过渡电阻大小。不同故障条件，暂态零序信号频率成分、衰减特性、频谱能量分布具有较大差异；2.电压过零点附近发生单相接地故障时，引起的高频分量很小，高频暂态量选线方法灵敏度大大下降；3.电缆线路和架空线路电气特性以及各线路长度的差异较大，健全线路零序电流波形之间相似性变差；4.采用行波检测法时，由于行波传播速度较快，而配电网线路较短，加之配电网信号干扰较多，行波首波头不易可靠捕捉。

发明内容

本发明的目的是克服现有的行波法故障选线的不足之处，提出一种基于暂态零序电流时频特征向量的配电网故障选线方法，利用小波包理论分析其时频故障暂态电流的时频特征，以时频特征相似度刻画不同故障条件各个馈线之间的时频分布规律，从而得到基于暂态零序电流时频特征的选线判据。

本发明基于暂态零序电流时频特征向量的配电网故障选线方法是：当配电网经消弧线圈接地系统发生单相接地故障后，从量测端提取各馈线零序电流信号5ms短时窗数据，利用小波包理论分析提取其时频特征，信号经小波包分解重构后，通过求取各馈线时频特征向量                                               和时频特征相似度矩阵，形成综合相关系数矩阵P_ij并得到其综合相似系数，以时频特征相似度刻画不同故障条件下各馈线之间的时频分布规律，得到基于暂态零序电流时频特征的选线判据，实现配电网故障选线。具体步骤如下：

（1）系统发生单相接地故障后，从量测端提取5ms短时窗故障暂态零序电流信号，采用db10小波包将故障暂态零序电流信号采样序列进行3层分解，每个频带宽度为625Hz，按下式计算分解后各频带信号对应的幅值：

；

式中，为小波包分解第（j，k）子频带下的系数，每个子频带下共有n个系数，j为小波包分解层数，k为小波包分解的第k个节点；

（2）在时频窗内定义时频特征向量为：

；

式中，和分别为时间窗和频率窗的长度（T为时间，F为频率）；

利用时频特征向量矩阵，将信号在时域和频域上的特征联合起来，反映信号的时频特征；时频特征向量中的每一个特征值不仅反映了被分析信号在内其某一特定频段上的时域特征，同时，整个特征向量还涵盖了信号在频率窗内所有的频段，反映了信号的频域特征；因此，利用时频矩阵能够很好的将信号在时域以及频域上的特征联合起来，较全面地反映信号的时频特征；

（3）设系统中任意两条馈线x、y的暂态零序电流信号的时频特征向量分别为、，定义两条馈线之间的时频相关系数ρ_xy如下式：

；

式中：Cov(L_TF,x，L_TF,y)为时频特征向量L_TF,x、L_TF,y的协方差，，和为时频特征向量的均方差，，，ρ_xy的取值为0至1之间。

当两条馈线之间的时频特征向量越相似，即两条馈线的暂态零序电流信号的时频分布越接近，则ρ值越大，反之ρ值越小。

（4）定义系统中任意两条馈线x、y的时频特征相似度如下式：

；