本發(fā)明涉及一種基于暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)的配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)單相接地故障定位方法，屬于配電自動(dòng)化系統(tǒng)單相接地故障定位技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

單相接地故障是配電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)最常見的故障，約占80％以上，發(fā)生單相接地后，故障相對地電壓降低，非故障相的相電壓升高，但線電壓卻依然對稱，且故障電流較小，因而不影響對用戶的連續(xù)供電，系統(tǒng)可繼續(xù)運(yùn)行1～2h，然而，故障發(fā)生后，因非故障相電壓升高(最大可達(dá)到正常時(shí)的倍)，若長時(shí)間帶故障運(yùn)行，能引起絕緣的薄弱環(huán)節(jié)被擊穿，發(fā)展成為相間短路，使事故擴(kuò)大，弧光接地還會(huì)引起全系統(tǒng)過電壓，進(jìn)而損壞設(shè)備，破壞系統(tǒng)安全運(yùn)行。

隨著社會(huì)對供電可靠性要求的日益增高，小電流接地故障定位的重要性也日益凸顯，亟需從根本上予以解決。但是由于配電網(wǎng)采用輻射狀網(wǎng)絡(luò)，分支多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，即使找到了故障線路也很難準(zhǔn)確找到故障點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種基于暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)的配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)單相接地故障定位方法，該方法能根據(jù)暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)準(zhǔn)確定位單相接地故障區(qū)段。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明的一種基于暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)的配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)單相接地故障定位方法，具體包括以下幾個(gè)步驟：

(1)主站系統(tǒng)scada模塊定期開展故障掃描，在接收到線路上的故障指示器上送的錄波啟動(dòng)動(dòng)作信號后，先根據(jù)電氣設(shè)備從屬關(guān)系找到該故障指示器對應(yīng)的終端id號，再向主站前置模塊發(fā)送召喚該終端的錄波文件目錄的消息；

(2)scada模塊在獲取到步驟(1)所述的錄波文件目錄后，篩選出符合條件的故障錄波文件，并向前置模塊發(fā)送召喚該錄波文件的消息；

(3)scada模塊根據(jù)錄波文件數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)，將步驟(2)所述錄波文件進(jìn)行解析，得到各采樣點(diǎn)的三相電流、三相電壓這些電氣量信息；

(4)根據(jù)步驟(3)解析后的暫態(tài)電氣量信息，計(jì)算得到故障時(shí)刻點(diǎn)；

(5)依據(jù)步驟(4)計(jì)算得到的故障時(shí)刻點(diǎn)，提取該故障時(shí)刻前后各一個(gè)周波的數(shù)據(jù)，根據(jù)相電流突變原理，計(jì)算得到三相電流的相電流突變量及三相突變電流兩兩之間的波形相似度；

(6)主站scada模塊根據(jù)步驟(3)解析得到的ia、ib、ic三相電流值，通過零序電流計(jì)算方法ia+ib+ic，合成暫態(tài)零序電流；

(7)依據(jù)步驟(4)計(jì)算得到的故障時(shí)刻點(diǎn)，提取該故障時(shí)刻后1/4周波的步驟(6)所述的暫態(tài)零序電流數(shù)據(jù)，根據(jù)基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解技術(shù)的固有模態(tài)能量法原理，計(jì)算得到零序電流固有模態(tài)能量值；

(8)采用歸一化的綜合分析方法，將對步驟(5)、步驟(7)計(jì)算得到的相電流突變量、波形相似度以及固有模態(tài)能量值轉(zhuǎn)換成1、2、3整數(shù)組號值，得出故障特征最明顯的故障指示器；

(9)將步驟(8)分析得到的代表故障特征最明顯的故障指示器組號值轉(zhuǎn)換成故障指示器接地動(dòng)作信號，與配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)傳統(tǒng)的短路故障分析處理方法對接，將該故障指示器所在饋線段的下游確定為發(fā)生單相接地故障的區(qū)段，并通過不同的顏色在地理信息圖以及單線圖上進(jìn)行展示，實(shí)現(xiàn)對故障區(qū)段的隔離、恢復(fù)。

步驟(2)中，所述符合條件的故障錄波文件指的是滿足：

①與文件列表召喚時(shí)間相比，在一小時(shí)以內(nèi)的故障錄波文件；②在條件①規(guī)定的有效時(shí)間范圍內(nèi)，未在歷史記錄中出現(xiàn)的故障錄波文件；③滿足前兩個(gè)條件后，與召喚時(shí)間最接近的故障錄波文件。

步驟(4)，所述故障時(shí)刻點(diǎn)具體的計(jì)算方法如下：

正常運(yùn)行時(shí)，從錄波文件中通過求導(dǎo)數(shù)的方法計(jì)算得到第一個(gè)周波的最大斜率并作為參考值，若后續(xù)采樣點(diǎn)i與i+1之間的斜率比參考值大，則采樣點(diǎn)i+1即為故障時(shí)刻點(diǎn)。

步驟(5)所述相電流突變原理即，用故障時(shí)刻后的采樣點(diǎn)電流，減去故障前對應(yīng)采樣點(diǎn)的電流，提取出時(shí)域的電流突變量，從而計(jì)算出三相電流的相電流突變特性；三相突變電流兩兩之間的波形相似度，本質(zhì)就是通過線性相關(guān)分析，來計(jì)算兩兩波形的線性一致程度。

步驟(7)所述基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解技術(shù)的固有模態(tài)能量法原理：即過對故障后暫態(tài)零序電流進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解emd；分解后得到若干個(gè)固有模態(tài)函數(shù)分量imf及一個(gè)剩余分量；再求取多個(gè)imf及剩余分量；將imf和剩余分量的能量相加，得到一個(gè)測點(diǎn)的零序電流固有模態(tài)能量值。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)的配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)單相接地故障定位方法，其特征在于，步驟(8)中，所述歸一化的綜合分析方法指的是：

將步驟(5)在相電流突變維度下計(jì)算得到的包含相電流突變量、波形相似度在內(nèi)的故障特征量，通過三段法，將特征量轉(zhuǎn)換成組號1、2、3；將步驟(7)在固有模態(tài)能量維度下計(jì)算到的包含固有模態(tài)能量值在內(nèi)的故障特征量，通過二段法，將特征量轉(zhuǎn)換成組號1、2。

相電流突變維度下的三段法，是指分別從步驟(5)計(jì)算得到的相電流突變量及三相突變電流兩兩之間的波形相似度數(shù)組中，找到各自的最大值max、最小值min，從而計(jì)算得到兩者差值之間占比為1/3處的值mid_min，即mid_min＝min+(max-min)/3，2/3處的值mid_max，即mid_max＝(max-min)/3*2+min；

將步驟(5)計(jì)算得到的所有特征值與min、mid_min、mid_max、max四個(gè)數(shù)值進(jìn)行對比，其中相電流突變量組號劃分原則是：特征量落在[min,mid_min]區(qū)間，組號置為1，落在(mid_min，mid_max]區(qū)間，組號置為2，落在(mid_max,max]，組號置為3；突變電流兩兩之間的波形相似度劃分原則：特征量落在[min,mid_min]區(qū)間，組號置為3，落在(mid_min，mid_max]區(qū)間，組號置為2，落在(mid_max,max]，組號置為1。

所述固有模態(tài)能量維度下的二段法，是指從步驟(7)計(jì)算得到的固有模態(tài)能量值數(shù)組中找到最大值max、最小值min,從而計(jì)算得到兩者之間的中值mid，即mid＝(max-min)/2；將所有的固有模態(tài)能量值與該中值進(jìn)行對比，組號劃分原則是：落在[min,mid]區(qū)間的組號置為1，落在(mid,max]區(qū)間的組號置為2。

步驟(8)所述故障特征最明顯的故障指示器是指：對于固有模態(tài)能量法，組號為2代表該計(jì)算維度下故障指示器的故障特征最明顯，對于相電流突變量、波形相似度法，組號為3代表該計(jì)算維度下故障指示器的故障特征最明顯，通過三者取交集的方法，即固有模態(tài)能量法組號2、相電流突變量、波形相似度法組號3，滿足這一特征條件的即為故障特征最明顯的故障指示器。

本發(fā)明結(jié)合配電線路上多個(gè)故障指示器暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)，通過基于emd分解技術(shù)的固有模態(tài)能量原理、相電流突變原理提取單相接地明顯的故障特征量，再利用配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)已有相間短路故障拓?fù)浞治鏊惴ā⑻幚頇C(jī)制，形成對整個(gè)單相接地故障處理的閉環(huán)控制，有效準(zhǔn)確地完成配電網(wǎng)故障接地故障區(qū)段的定位。通過現(xiàn)場實(shí)測的錄波數(shù)據(jù)驗(yàn)證，本發(fā)明所提方法不受系統(tǒng)接地方式、單相接地故障條件的影響，定位效果較為理想。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)單相接地故障定位方法工作流程圖；

圖2(a)是本發(fā)明提供的測點(diǎn)1的故障錄波文件解析后的波形圖；

圖2(b)是本發(fā)明提供的測點(diǎn)11的故障錄波文件解析后的波形圖；

圖2(c)是本發(fā)明提供的測點(diǎn)12的故障錄波文件解析后的波形圖；

圖2(d)是本發(fā)明提供的測點(diǎn)13的故障錄波文件解析后的波形圖；

圖3為定位結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

本發(fā)明的一種基于暫態(tài)錄波數(shù)據(jù)的配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)單相接地故障定位方法，具體包括以下幾個(gè)步驟：

(1)主站后臺(tái)接收到線路上的故障指示器動(dòng)作信號，通過電氣設(shè)備從屬關(guān)系找到該故障指示器對應(yīng)的終端信息后，向前置召喚該終端的錄波文件目錄；

(2)主站后臺(tái)根據(jù)步驟(1)所述的錄波文件目錄，篩選出符合條件的故障錄波文件，并向前置召喚該錄波文件；

(3)主站后臺(tái)根據(jù)錄波文件數(shù)據(jù)格式comtrade標(biāo)準(zhǔn)，將步驟(2)所述錄波文件進(jìn)行解析，得到具體的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)并將波形展示出來；

(4)根據(jù)步驟(3)解析后的暫態(tài)波形數(shù)據(jù)，計(jì)算得到故障時(shí)刻點(diǎn)；

(5)依據(jù)步驟(4)計(jì)算得到的故障時(shí)刻點(diǎn)，提取該故障時(shí)刻前后各一個(gè)周波的數(shù)據(jù)，根據(jù)相電流突變原理，計(jì)算得到三相電流的相電流突變特性及三相突變電流兩兩之間的波形相似度；

(6)主站后臺(tái)根據(jù)步驟(3)解析后的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)，合成暫態(tài)零序電流數(shù)據(jù)；

(7)依據(jù)步驟(4)計(jì)算得到的故障時(shí)刻點(diǎn)，提取該故障時(shí)刻后1/4周波的步驟(6)合成的暫態(tài)零序電流數(shù)據(jù)，根據(jù)基于emd分解技術(shù)的固有模態(tài)能量法，計(jì)算得到固有模態(tài)能量值；

(8)采用“歸一化”的綜合分析方法，將對步驟(5)、步驟(7)計(jì)算得到的相電流突變量、波形相似度以及固有模態(tài)能量值轉(zhuǎn)換成分組數(shù)據(jù)，通過對不同維度下觀察到的異常分組數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，找到故障特征最明顯的故障指示器；

(9)將步驟(8)分析得到的故障特征最明顯的故障指示器組號轉(zhuǎn)換成故障指示器接地動(dòng)作信號，與配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)傳統(tǒng)的短路故障分析處理方法對接，復(fù)用拓?fù)浞治?、故障隔離、故障恢復(fù)等算法，完成整個(gè)單相接地故障處理的閉環(huán)控制。

步驟(2)中，符合條件的故障錄波文件指的是滿足：①與文件列表召喚時(shí)間相比，在一小時(shí)以內(nèi)的故障錄波文件；②在條件1規(guī)定的有效時(shí)間范圍內(nèi)，未在歷史記錄中出現(xiàn)的故障錄波文件；③滿足前兩個(gè)條件后，與召喚時(shí)間最接近的故障錄波文件。

步驟(3)，錄波文件數(shù)據(jù)格式系列標(biāo)準(zhǔn)包括：《ieeestandardcommonformatfortransientdataexchange(comtrade)forpowersystems》。

步驟(4)，計(jì)算故障時(shí)刻點(diǎn)，具體計(jì)算方法是：從錄波文件中計(jì)算得到第一個(gè)周波(正常運(yùn)行時(shí))的最大斜率并作為參考值，若后續(xù)采樣點(diǎn)i與i+1之間的斜率比參考值大，則采樣點(diǎn)i+1即為故障時(shí)刻點(diǎn)。

步驟(5)，計(jì)算故障時(shí)刻點(diǎn)，具體計(jì)算方法是：從錄波文件中計(jì)算得到第一個(gè)周波(正常運(yùn)行時(shí))的最大斜率并作為參考值，若后續(xù)采樣點(diǎn)i與i+1之間的斜率比參考值大，則采樣點(diǎn)i+1即為故障時(shí)刻點(diǎn)。

步驟(8)，“歸一化”綜合分析方法指的是將步驟(5)在相電流突變維度下計(jì)算得到的故障特征量，通過三段法，將特征量轉(zhuǎn)換成組號1、2、3，其中組號3代表故障特征量最明顯；步驟(7)在固有模態(tài)能量維度下計(jì)算到的故障特征量，通過二段法，將特征量轉(zhuǎn)換成組號1、2，其中組號2代表故障特征最明顯。

步驟(8)，所述相電流突變維度下的三段法，是指分別從步驟(5)計(jì)算得到的相電流突變特性及三相突變電流兩兩之間的波形相似度數(shù)組中，找到各自的最大值(max)、最小值(min)，從而計(jì)算得到兩者差值之間占比為1/3處的值(mid_min)，即mid_min＝min+(max-min)/3，2/3處的值(mid_max)，即mid_max＝(max-min)/3*2+min。將步驟(5)計(jì)算得到的所有特征值與min、mid_min、mid_max、max四個(gè)數(shù)值進(jìn)行對比，其中相電流突變特性組號劃分原則是：特征量落在[min,mid_min]區(qū)間，組號置為1，落在(mid_min，mid_max]區(qū)間，組號置為2，落在(mid_max,max]，組號置為3；突變電流兩兩之間的波形相似度劃分原則：特征量落在[min,mid_min]區(qū)間，組號置為3，落在(mid_min，mid_max]區(qū)間，組號置為2，落在(mid_max,max]，組號置為1。

步驟(8)，所述固有模態(tài)能量維度下的二段法，是指從步驟(7)計(jì)算得到的固有模態(tài)能量值數(shù)組中找到最大值(max)、最小值(min),從而計(jì)算得到兩者之間的中值(mid)，即mid＝(max-min)/2。將所有的固有模態(tài)能量值與該中值進(jìn)行對比，組號劃分原則是：落在[min,mid]區(qū)間的組號置為1，落在(mid,max]區(qū)間的組號置為2。

步驟(8)，所述故障特征最明顯的故障指示器是指將不同維度下觀察到的異常數(shù)據(jù)取交集的方法，找到故障特征量最明顯故障指示器信息。

隨著配電自動(dòng)化系統(tǒng)的大規(guī)模推廣應(yīng)用，通信技術(shù)、配電終端數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展，無線公網(wǎng)數(shù)據(jù)采集方式的普及以及單相接地故障暫態(tài)時(shí)段故障錄波的實(shí)現(xiàn)，使得我們有條件采用新的技術(shù)思路，來準(zhǔn)確有效地甄別配電網(wǎng)單相接地故障。

參見圖1，本發(fā)明提供的接地故障定位流程如下：主站系統(tǒng)定期開展故障掃描，當(dāng)滿足故障啟動(dòng)判據(jù)(主站收到故障指示器動(dòng)作信號)，故障定位程序啟動(dòng)；對接收到的故障錄波文件進(jìn)行解析，形成一系列模糊數(shù)據(jù)；分析計(jì)算線路故障點(diǎn)前后三相電流突變特性、三相突變電流兩兩之間的波形相關(guān)系數(shù)以及故障點(diǎn)后零序電流固有模態(tài)能量在內(nèi)的故障特征量；將計(jì)算后的故障特征量進(jìn)行歸一化處理，形成具有可比性的組號值，根據(jù)組號代表的不同含義，將故障特征量最明顯的故障指示器組號轉(zhuǎn)換成故障指示器動(dòng)作信號；以故障信號為交界面，利用配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)已有相間短路拓?fù)渌惴?、故障處理機(jī)制，形成對整個(gè)單相接地故障處理的閉環(huán)控制，在電氣接線圖上將故障區(qū)段進(jìn)行著色顯示。

以實(shí)測案例為例，對四個(gè)故障指示器的故障錄波文件進(jìn)行分析。依據(jù)錄波文件數(shù)據(jù)格式系列標(biāo)準(zhǔn)對錄波文件進(jìn)行解析，解析出來的波形如圖2(a)、2(b)、2(c)、2(d)所示。

提取該故障時(shí)刻前后各一個(gè)周波的數(shù)據(jù)，根據(jù)相電流突變原理，即，用故障后的采樣電流，減去故障前對應(yīng)采樣點(diǎn)的電流，提取出時(shí)域的電流突變量，從而計(jì)算出三相電流的相電流突變特性；三相突變電流兩兩之間的波形相似度，本質(zhì)就是通過線性相關(guān)分析，來計(jì)算兩兩波形的線性一致程度。根據(jù)基于emd分解技術(shù)的固有模態(tài)能量法，即，過對故障后暫態(tài)零序電流進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(emd)；分解后得到若干個(gè)固有模態(tài)函數(shù)分量(imf)及一個(gè)剩余分量；再求取多個(gè)imf及剩余分量；將imf和剩余分量的能量相加，得到一個(gè)測點(diǎn)的零序電流固有模態(tài)能量值。再根據(jù)“歸一化”綜合分析方法組號確定的原則，以及組號所代表的不同含義，確定得到測點(diǎn)12的故障特征量最明顯。測試案例中的四個(gè)波形的故障特征量計(jì)算結(jié)果及組號如表1所示。

表1故障特征量計(jì)算結(jié)果

將測點(diǎn)12的組號轉(zhuǎn)換成該故障指示器接地動(dòng)作信號，通過主站系統(tǒng)原有的短路故障拓?fù)渌惴ā⒐收咸幚頇C(jī)制，完成單相接地故障定位，定位結(jié)果如圖3所示。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。