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基于故障测度概念与证据理论的配电网单相接地故障多判据融合

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2007/12/27 18:58:47   

 关键词:  单相接地 电网 配电网

基于故障测度概念与证据理论的配电网
单相接地故障多判据融合贾清泉1,杨奇逊2,杨以涵2(1.燕山大学电气工程学院,河北秦皇岛066004;
2.华北电力大学电力工程系,北京100085)
摘要:当故障特征量非常明显时,故障选线结果才比较可靠;当其特征量很微弱时,选线结果则可能是错误的。该文不仅提出了一种故障测度概念,以定量评价线路疑是故障线路的程度,还提出了一种多种利用故障信息的融合选线判据,该判据基于故障测度概念并利用小波分析理论构造了暂态信息故障测度算法;对故障工频信息构造了幅值和相角故障测度算法;运用D-S证据理论实现了多判据信息融合,将多判据选线问题转化为证据推理问题。结合选线问题的特点,将基本信度分配函数设计为相对信度分配函数与可确定信度系数之积形式。多故障信息的融合选线判据使选线性能得到提高,现场实测故障算例证实了文中方法的正确性。
关键词:配电网;单相接地故障;故障选线;故障测度;小波分析;证据理论;信息融合
1引言
中性点不接地或经消弧线圈接地方式在我国及其它部分国家配电系统中被广泛采用。这种接地方式在发生单相接地故障时不形成短路,故障电流非常小。小电流接地电网发生单相接地故障时检出故障线路是一个难题[1]。传统的人工逐次拉合线路选线方法对供电可靠性造成不利。现有的自动选线方法如群体比幅比相方法及其它选线方法并没有很好地解决选线问题,现场大多数情况下还得依赖于逐次拉合线路方法。单相接地故障状况复杂,故障状况不同,产生的故障量在数值上、变化规律上相差悬殊;单相接地故障电流微弱,导致测量精度难以保证;现场的电磁干扰以及工频负荷电流干扰使检出的故障成分信噪比非常低。由于这些原因,尽管人们提出了多种选线方法[2~6],但这些方法都很难完全适应各种电网结构与复杂的故障状况。
针对上述问题,本文认为应充分利用多方面故障信息,探索多种选线方法,使之相互补充、相互融合,以提高故障选判的能力。为此,本文提出一种应用D-S证据理论实现多种选线判据融合的方法,并提出了故障测度的概念,且以此概念为基础研究了故障暂态量和稳态量在故障选线中的应用。
2故障测度概念的提出
在过去的选线方法中,选线输出没有附加约束,只要求能够给出一个表明哪一条线路故障的符号就可以了。这种符号型输出有很多弊端:①它不能体现选线判断的故障特征量明显的程度;当线路发生故障,若故障特征量非常显著时,故障选线结果才非常可靠,当其特征量很微弱时,选线结果则可能是错误的,这种差异从符号型选线结果上却不能体现出来。②不能提供其它线路的故障迹象信息。③不利于综合使用多个判据;在使用多个判据融合选线时,简单地把几个判据的选线结果用投票的方式进行表决并不是一个可行的办法。本文提出的多判据融合选线思想,不是以每个判据简单地给出选线结果为目的,而是要求每个判据依据各自的特征量定量地度量出各条线路具有故障征兆的程度,再由融合决策环节做出综合决策,给出选线结果。为此定义了故障测度概念:故障测度(FaultMeasures)是定义在[0,∞)上的实变量,用来描述一条线路在某判据基准下具有的疑是故障线路的特征明显程度的度量。一条线路的故障测度越大,表明该线路越可能是故障线路。
3暂态量选线判据及其故障测度构造
3.1基本思路
单相接地故障电阻通常表现出很强的非线性和时变性,特别是在故障初期,这种特性更加明显。而单相接地故障回路是一个容性回路,高频成分容易通过。所以,单相接地故障量中通常含有丰富的暂态成分。大量的现场故障录波数据也证实了这一点。小波变换是分析这类非平稳信号的有效工具,为此,本节构造出基于故障测度概念应用小波变换来实现的暂态量选线判据。
3.2选线算法
本方法应用正交小波变换按频段分解出暂态信号成分,其计算步骤如下:
(1)以故障时刻为基准,取故障前2个周波和故障后4个周波的数据作为选线分析的数据段,用选定的正交小波采用Mallat快速算法对各条线路上故障电流进行小波分解,根据信号的采样率,将信号分解到某一最大尺度,使该尺度细节分量的频段恰好不包含有工频,得到细节系数d11kd22kd33k,…,dmmk,其中,m为分解的最大尺度,k为线路编号。
(2)低尺度小波系数向2尺度折算。对mm-1,m-2,…,3各尺度上的细节分量分别进行小波重构,重构到第2尺度上,得到具有相同增益的细节系数d22kd32k,…,dm2k,第2个下标‘2’表示折算到第二尺度。进行这一步是为了使下面求故障测度时尺度间故障测度具备可加性。
(3)给母线及每条线路分别设置一个故障测度Ft(k),(k为线路编号,k=0时表示为母线),并令初值为零。
(4)根据小波变换数据,按下列计算规则求各线路的故障测度:设定一阈值e(一般可取e=0.2~0.4),从最低尺度(第m尺度)开始,对各条线路小波变换满足|dm2k(i)|≥e的细节分量取出并进行逐点比较,在各点处找出小波系数幅值最大的前3条线路,设相应的线路编号为p,q,r,则
1)若线路p的小波变换值与线路q和线路r的小波变换值异号,则线路p的故障测度按式(1)累加。
3)若满足阈值条件的线路数只有线路pq,这相当于dm2r(i)=0,此时,若dm2p(i)、dm2q(i)异号,则线路pq的故障测度分别按式(3)和式(4)累加;
4)若满足阈值条件的线路只有1条,则只对该线路故障测度按式(6)累加。
5)对m-1,m-2,…,直至2尺度上各条线路电流的小波系数依次按步骤(4)的算法进行计算,故障测度继续累加。对于第1尺度,由于频带较宽,随机干扰大部分都集中在该尺度,而信号成分比较小,信噪比很低,因此选线判据不使用该尺度小波系数。
6)经多尺度故障测度的累积计算,可得到母线及各条线路的故障测度值,其中,最大故障测度对应的线路意味着在暂态判据准则下最可能是故障的线路。
3.3小波函数的选择
在本文应用中,采用紧支集正交实小波即可。考虑到Daubechies小波具有时频局部性好、选择灵活等优点,本文选用Daubechies小波。
选择与被分析信号越相似的小波函数,表明小波函数与信号的匹配越好。实际故障信号中的不规则成分具有随机性,有些情况下可能持续数个周波,但有些情况下却只是一系列短脉冲。为了适应被分析信号的这种特征,小波函数应具有良好的时间局部性。至于小波函数的频域划分特性,由于故障信号的所有不规则成分均满足选线规则,所以小波函数的频域划分特性并不重要。通过对Daubechies小波时域能量集中性比较并适当考虑频率特性,本文选择Db6小波。
4稳态量故障测度构造
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来源:中国电力资料网
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