專利名稱：基于費歇信息的小電流接地系統單相接地故障選線方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統繼電保護技術領域，尤其涉及一種基于費歇信息的小電流接地系統單相接地故障選線方法。
背景技術：
我國中低壓配電網系統其中性點大部分采用非直接接地方式即小電流接地方式，其故障絕大多數為單相接地故障。發(fā)生單相接地故障時若未在規(guī)定時間內切除故障線路則會導致故障擴大成兩點或多點接地短路，從而形成相間短路甚至引起系統過電壓，進而損壞設備，破壞系統安全運行，所以必須盡快找到故障線路及故障點并予以切除；而故障選線是準確定位并排除配電網單相接地故障的重要前提。近年來國內外科研人員對此做了大量的工作，研究出了各種各樣的故障選線方法，主要分成兩大類基于穩(wěn)態(tài)分量的選線方法和基于暫態(tài)分量的選線方法。前者如零序電流幅值比較法、零序電流方向法、零序電流有功分量法、負序電流法、零序導納法、諧波法等。此類選線方法的優(yōu)點是在帶故障運行過程中穩(wěn)態(tài)分量一直存在，具有容易提取的特點；缺點是穩(wěn)態(tài)電流幅值小，易受到接地電阻、電弧和電流互感器不平衡電流的影響，其靈敏度低，所以選線的結果不如利用暫態(tài)分量選線準確率高。專利“基于零序電流有功分量的接地選線方法、裝置及應用系統”(專利號200910238392. 4)即是一種基于穩(wěn)態(tài)量的選線方法，其原理是根據線路存在對地電導以及消弧線圈存在電阻損耗，故障電流中含有有功分量，而且故障線路有功分量比非故障線路大且方向相反這一特點選出故障線路。其優(yōu)點是不受消弧線圈的影響；但由于故障電流中有功分量非常小且受線路三相參數不平衡的影響，檢測靈敏度低，選線的可靠性不高。注入信號法因其限于故障點永久接地，信號比較穩(wěn)定的場合應用，因此也屬于穩(wěn)態(tài)選線法的一種。專利“通用小電流接地系統單相接地選線與定位裝置”(專利號93111309.1)和專利“一種小接地電流系統單相接地選線方法”(專利號200410024015. 8)均屬于此類方法，該方法的優(yōu)點是不受消弧線圈的影響，不要求裝設零序電流互感器(CT)，并且用探測器沿故障線路探測還可以確定架空線路故障點的位置；其缺點是需要安裝信號注入設備，此外信號注入能量受PT的限制，不能太高；在接地電阻較大時，非故障線路分布電容會對注入信號分流，干擾正確選線。對間歇性接地來說，注入的信號變化不連續(xù)，影響正確選線。與上述基于穩(wěn)態(tài)量的選線方法相對照，小電流接地故障暫態(tài)電流幅值是穩(wěn)態(tài)對地電容電流的幾倍到幾十倍，數值在數十A到數百A之間，并且不受消弧線圈的影響。利用暫態(tài)分量進行接地選線可以克服穩(wěn)態(tài)選線法存在靈敏度低，受消弧線圈影響的缺點。專利“一種小電流接地系統接地選線的方法和裝置”(專利號200910081958. 7)和專利“利用零模電流測后模擬的小電流接地系統故障選線方法”(專利號200810058173.3)均是基于暫態(tài)分量的一種接地選線方法。然而暫態(tài)分量衰減速度快，提取難度大，若只利用暫態(tài)分量來進行故障選線，在暫態(tài)分量很少的情況下就會使得選線結果不準確。近年來基于現代信號處理的故障選線方法得到了較快的發(fā)展。專利“基于暫態(tài)零序電流的配電網單相接地故障自適應選線方法”(專利號200710059830.1)是一種基于小波變換的選線方法，其原理是利用小波分析接地故障暫態(tài)信號，根據暫態(tài)過程中諧波的相位相反和幅值最大等關系做出選線。此類方法的優(yōu)點是利用了小波分析對奇異很敏感的特性而使得此類選線方法靈敏性較高；缺點是選線的結果易受干擾信號的影響。以上方法均是基于電流零序分量的各種參數(電流幅值的大小、相位、功率等)來給出選線的結果，然而當發(fā)生單相接地故障時，故障信號一般很微弱、故障特征不明顯，這使得僅利用傳統的電流幅值大小與相位相反等信息的常規(guī)方法難以取得令人滿意的結果。更為關鍵的是在小電流接地故障發(fā)生后，帶故障運行的I 2h內，故障信號不是一成不變的，有些時段信號反映了故障特征適于選線，有些時段信號受到干擾不利于選線，這也使得近年來基于現代信號處理技術的故障選線方法的實際應用效果還有待觀察。所以有關小電流接地系統發(fā)生單相接地故障的故障線路可靠識別問題一直沒有得到圓滿的解決。
從信息論的角度來看，小電流接地系統發(fā)生單相接地故障時其故障信號中包含了大量的故障信息，且故障線路信息遠遠要比非故障線路信息豐富。因此問題的關鍵是如何更好地利用好這些故障信息，為小電流接地系統故障選線問題尋找一些普遍適用的特征變量來表征故障線路。費歇信息常常作為一種度量生態(tài)系統可持續(xù)性的指標，它能敏銳捕捉并刻畫系統發(fā)生突變的劇烈程度，受其啟發(fā)把它應用于故障選線，按照發(fā)生單相接地故障時正常線路和故障線路突變程度的差異從中挑選出故障線路，以一種全新的思路來解決小電流接地系統單相接地故障的選線問題。有鑒于此，有必要提供一種基于費歇信息的小電流接地系統單相接地故障選線方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明提出了一種基于費歇信息的小電流接地系統單相接地故障選線方法，其有效地解決小電流接地系統單相接地故障的選線問題。為了實現上述目的，本發(fā)明實施案例提供的技術方案如下一種基于費歇信息的小電流接地系統單相接地故障選線方法，所述方法包括S1、把離散小波系數劃分為一連串的時間窗口 ；S2、在每個時間窗口內把數據點打包成狀態(tài)；S3、在每個時間窗口內構造一個基于觀察該系統狀態(tài)的可能性的概率密度函數Pi ；S4、對每個時間窗口從概率密度函數中計算費歇信息；S5、選擇費歇信息值最小的線路為故障線路。作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟SI前還包括信號預處理，把經實時采樣得到的各線路零序電流信號進行小波分解以便去除噪聲和分離故障特征。作為本發(fā)明的進一步改進，所述零序電流信號經小波變換后，在第j分解尺度下k時刻的高頻分量系數為CD」(k)，低頻分量系數為cA^k)，進行單支重構后得到的信號分量Dj (k)、Aj (k)所包含信息的頻帶寬度范圍則為Dj (k) : [2_Jfs，2^(jM)fs]，Aj (k) : [O, 2_JfJ，j=l, 2，…，J，
其中fs為信號的采樣頻率，J為最大分解尺度。作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟SI具體為設在第j層上，多分辨分析的離散小波系數為D= (d(k), k=l,…，N}，在此層的小波系數上定義一滑動窗，窗寬為w e N,滑動因子為δ e N,滑動窗為W (m, w, δ ) = {d (k)，k=l+m* δ ,…，w+m*3}，其中m=l，2，…，M，M為窗口數且滿足M= (N_w) / δ。作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟S2具體為將滑動窗中所有元素劃分成L個狀態(tài)，則窗口中元素的總個數等于各個狀態(tài)中元 素個數之和
權利要求
1.一種基于費歇信息的小電流接地系統單相接地故障選線方法，其特征在于，所述方法包括S1、把離散小波系數劃分為一連串的時間窗口；S2、在每個時間窗口內把數據點打包成狀態(tài)；S3、在每個時間窗口內構造一個基于觀察該系統狀態(tài)的可能性的概率密度函數Pi；S4、對每個時間窗口從概率密度函數中計算費歇信息；S5、選擇費歇信息值最小的線路為故障線路。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟SI前還包括信號預處理，把經實時采樣得到的各線路零序電流信號進行小波分解以便去除噪聲和分離故障特征。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述零序電流信號經小波變換后，在第j分解尺度下k時刻的高頻分量系數為CDi(k)，低頻分量系數為CAj(k)，進行單支重構后得到的信號分量h (k)、Aj (k)所包含信息的頻帶寬度范圍則為Dj (k) : [2_Jfs，2-(j-1)Fs]，Aj (k) : [O, 2_Jfs]，j=l, 2，...，J，其中fs為信號的采樣頻率，J為最大分解尺度。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟SI具體為設在第j層上，多分辨分析的離散小波系數為D= (d(k), k=l，一，N}，在此層的小波系數上定義一滑動窗，窗寬為w e N,滑動因子為δ e N,滑動窗為W (m, w, δ ) = {d (k), k=l+m* δ， …，w+m* δ }，其中m=l，2，"·，Μ，M為窗口數且滿足M=(N-W)/δ。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟S2具體為將滑動窗中所有元素劃分成L個狀態(tài)，則窗口中元素的總個數等于各個狀態(tài)中元素個數之和，BP Length(W)=∑Length(Zl)其中，Z = {Ζ ； Z1(I)-Z1(J) | ≤ 2* σ，i, j = 1,2, ...w; i ±j}, σ為線路正常時的小波系數D的標準差。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S4中從概率密度函數中計算費歇信息的公式為1 =4 Σ [q1-qi+1]2，Qi > qi+1為i和i+1處的概率密度平方根值，I為費歇信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于費歇信息的小電流接地系統單相接地故障選線方法，包括S1、把離散小波系數劃分為一連串的時間窗口；S2、在每個時間窗口內把數據點打包成狀態(tài)；S3、在每個時間窗口內構造一個基于觀察該系統狀態(tài)的可能性的概率密度函數pi；S4、對每個時間窗口從概率密度函數中計算費歇信息；S5、選擇費歇信息值最小的線路為故障線路。本發(fā)明在不同的接地方式下，均能有效區(qū)分故障線路與非故障線路，并且不受電壓初相角，接地電阻，故障位置的影響，能夠準確定位故障時刻；在短數據、小幅值、存在干擾等不利條件下，能有效提取隱藏在信號序列中的特征信息，同時能定量表征各個信號序列的復雜程度，為非平穩(wěn)信號序列的分析提供了有效手段。
文檔編號G01R31/08GK103018632SQ201210527999
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權日2012年12月10日
發(fā)明者蔡舒平, 劉國海, 董雪 申請人:江蘇大學