[发明专利]一种基于波形相似性的k-NN算法的多出线辐射网故障测距方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于波形相似性的k-NN算法的多出线辐射网故障测距方法，属于电力系统继电保护技术领域。 

背景技术

电网发生故障后进行故障测距可以减轻人工巡线工作量，缩短故障修复时间、提高供电可靠性、减少停电损失以及发现存在的隐患并尽早加以处理，防止故障的再一次发生。故障测距的方法按测距原理可分为故障分析法和行波法。行波法的核心是测量行波在母线与故障点之间的传播时间来计算线路故障距离。行波测距一般可分为单端行波测距和双端行波测距两类。单端行波测距不需要GPS实现数据的同步，也不需要进行两端数据通讯，其成本是双端行波测距成本的一半，按单端法进行行波测距，由于行波在故障点和母线端反复进行折反射，反映到测量端时间轴上的各种性质的行波波头交错排列，给故障点反射波到达时刻的标定带来了巨大困难，测距可靠性难以保证。而双端行波测距只要求两母线端精确检测第一个行波波头到达的时刻，因此该方法受过渡电阻电弧特性、线路分布电容以及负荷电流的影响较小，较单端法而言有更高的可靠性，但需要双端数据通信和GPS同步对时设备，投资成本大。 

由于城市配电系统一般多采用辐射网，它具有闭环设计、开环运行特点，单相接地故障机率高，技术和经济因素综合决定了多分支辐射状配电网故障定位有其特殊性。对于典型的辐射状架空馈线配电系统，母线存在多回馈出线，同时沿馈线接有众多分支及负荷变等，馈出线路长短悬殊，配电线路发生单相接地故障后，波阻抗不连续节点及负荷端点多，故障点产生的行波在节点处发生透射，能量衰减较强，且行波在负荷端点及节点处发生反射，增加了量测端对故障点反射波的辨识难度，使得自然频率的提取更加困难，故寻求其他视角进行单相接地故障定位。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种基于波形相似性的k-NN算法的多出线辐射网故障测距方法，仅利用单端信息量，克服双端测距需两侧数据同步的问题。 

本发明的技术方案是：一种基于波形相似性的k-NN算法的多出线辐射网故障测距方法，利用仿真获得量测端不同故障位置和故障条件下的零模电流数据，对其进行小波分解，得到第6尺度下的小波系数组织历史样本数据；当发生单相接地故障时，利用k-NN算法，通过将实测的零模电流波形经小波分解后的小波系数波形与仿真模拟的历史样本中不同故障条件下的小波系数波形利用相关分析进行相似度匹配，得到前三个相似度最高的波形数据所对应的故障距离，再根据其权重的不同应用回归的方法得到故障距离。 

具体步骤为： 

（1）根据多出线辐射网实际馈线参数，按一定的密度沿线设置故障距离和不同故障条件，在1MHZ采样率下获取故障后量测端处一定时窗内的零模电流数据，并对其进行8层小波分解，选取第6尺度下的小波系数作为历史样本；

（2）将实测波形经小波分解后的小波系数波形与仿真模拟的历史样本中不同故障条件下的小波系数波形利用相关分析进行相似度匹配，即利用 来计算两者的相似度，其中ρ为相关系数，x（n）为实测数据，y（n）为样本数据，ρ越大，表明两个波形越相似，得到前三个相似度最高的波形数据所对应的故障距离；

（3）定义基于波形相似性的故障测距的权值D为利用相关分析来度量两个信号的相似度，即相关系数ρ；根据前三个相似度最高的波形数据所代表的故障距离并结合其权重的不同应用回归的方法进行故障测距，故障距离x_f公式为，其中，为历史样本中k个相似度最高的波形数据所代表的故障距离，为历史样本的权重，为k个相似度最高的波形数据的集合。

本发明的原理是：利用k-NN的故障测距，其本质是通过找出一个测试样本的k个最近邻，k个最近邻对该测试样本产生的影响赋予不同的权值，通过回归算法得到测试样本的故障距离。 

现定义基于波形相似性的故障测距的权值D为利用相关分析来度量两个信号的相似度，x（n）和y（n）的相关系数为 

                                  （1）

其中ρ为相关系数，即权值D，x（n）为实测数据，y（n）为样本数据，ρ越大，两个波形越相似。