[发明专利]一种用于电厂统调动力源系统的接地故障检测方法

权利要求书

1.一种用于电厂统调动力源系统的接地故障检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：检测系统频率并确定信号采样周期，使用A/D转换器对母线零序电压和各馈线零序电流进行采集，采样频率设为10KHz，计算并实时监测系统母线零序电压U₀，当U₀＞U_set＝0.15U_m时，U_m为相电压，则判定系统发生单相接地故障；

步骤2：将各馈线零序电流暂态故障区间数据，即故障点前1/4周期和后3/4周期数据存储在内存区域，对故障数据进行VMD分解，分解阶数设置为6，得到各个模态IMF，再对分解结果进行Hilbert变换；

步骤3：利用步骤2得到的Hilbert变换计算各馈线综合能量相对熵，具体为：首先计算馈线s模态i的能量为其中D_i(n)为馈线s的Hilbert变换幅值，再计算线路s的总能量为计算各线路模态i的能量之和为计算线路s每个模态能量E_{Ls_imfi}占此模态各线路能量之和E_imfi的权重系数为得到线路i相对l的相对熵其中E为所有馈线总能量，再计算各馈线相对熵最后计算综合能量相对熵：考虑信号对称性，定义馈线s相对于其他馈线的综合VMD能量相对熵为：

步骤4：根据步骤3结果，找出综合能量相对熵最大线路S1和次大线路S2，对于统调动力源系统暂态特征频段(SFB)主要集中在1000Hz左右，对步骤3各模态进行FFT后发现模态IMF2主要能量集中在SFB内，且模态IMF2满足故障馈线与非故障馈线方向相反，因此对馈线S1和S2步骤2所得模态IMF2故障点以后连续5个采样点Hilbert变换计算相位θ₁₁，…,θ₁₅和θ₂₁，…,θ₂₅；

步骤5；根据θ_1n与θ_2n判断故障类型，令d_n＝|θ_1n-θ_2n|，若d₁,…,d₅＜130°，则S1对应母线故障，d₁,…,d₅≥130°，则馈线S1故障。

2.如权利要求1所述的一种用于电厂统调动力源系统的接地故障检测方法，其特征在于，VMD分解方法为，VMD将本征模态函数(IMF)定义为一个调幅-调频信号，即：

式(1)中：A_k(t)为u_k(t)的瞬时幅值；t为时间；为瞬时相角函数，设ω_k为u_k(t)的瞬时频率，则

其中步骤1所得采集数据u_k(t)，VMD方法建立约束变分模型为：

式(2)中{u_k}表示分解得到的K个IMF分量集合，{u_k}＝{u₁,…,u_k}；σ(t)为脉冲函数；{ω_k}表示各分量的中心频率集合，{ω_k}＝{ω₁,…,ω_k}；

为了求解上述约束变分问题的最优解，将约束性变分问题变为非约束性变分问题，引入二次惩罚因子α和拉格朗日算子λ(t)，构成扩展的拉格朗日表达式：

式(3)中，α为二次项的惩罚参数，λ为拉格朗日乘子，＜·＞表示内积运算；

利用交替方向乘子法迭代搜索求取上述扩展的拉格朗日函数的鞍点，即为式(2)约束变分模型的最优解，解得的模态分量u_k及中心频率ω_k分别为

式(4)中，ω为频率，分别为f(t)、λ(t)对应的傅里叶变换。可看成是将当前剩余量通过Wiener滤波的结果；算法中通过式(4)更新并通过式(5)更新重复更新和直到满足迭代停止条件其中ε＞0为判别精度，得到和中心频率ω_k，再通过傅里叶逆变换求得K个有限宽的IMF分量u_k。

3.如权利要求1所述的一种用于电厂统调动力源系统的接地故障检测方法，其特征在于，Hilbert变换及求相位方法，其中步骤2所得VMD分解数据X(t)＝IMFn，对其进行Hilbert变换结果为X(t)与Y(t)形成复共轭对，可构成解析信号(6)，其相位为θ；