一種基于數(shù)值微分與經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的故障線路判別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于數(shù)值微分與經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的故障線路判別方法，屬于電力系 統(tǒng)繼電保護技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 圍繞電力系統(tǒng)中故障線路的判別問題，先后涌現(xiàn)出許多方法，包括利用能量的選 線、利用暫態(tài)電流的選線和利用無功監(jiān)測的選線等。能量選線法是考慮到電網(wǎng)中電容和電 感只儲存能量而不消耗能量，則零序電流與電壓乘積在一定時間內(nèi)的積分值就是零序電流 中阻性分量所消耗的能量，且此能量具有零序阻性的特點，可以作為選線的判據(jù)。暫態(tài)電流 選線利用了零序電流暫態(tài)分量大的特征，零序電流暫態(tài)分量的特征基本不受中性點接地方 式的影響，各線路零序電流以高頻衰減的暫態(tài)分量為主，暫態(tài)分量可達工頻態(tài)分量的幾倍、 幾十倍甚至上百倍，因此其容易識別和分析。無功檢測選線是因為中性點經(jīng)消弧線圈接地 系統(tǒng)中，故障線路檢測到的無功功率主要是由健全線路等效電容吸收的無功功率，因此采 用電流分解的方法，利用暫態(tài)無功功率可以構(gòu)成故障選線判據(jù)。但是上述選線法存在如下 缺點：小電流接地系統(tǒng)單相接地故障零序電流很小，可能只有幾安培，而系統(tǒng)線路輸送的負 荷電流一般是幾百安培，負荷電流通過電流互感器轉(zhuǎn)換到二次側(cè)后，由電流信號采集設(shè)備 進行信號采集，由于電流信號采集設(shè)備必然存在一定的直流分量與噪聲，造成采集到的波 形會產(chǎn)生一定程度失真，影響上述選線方法的選線效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種基于數(shù)值微分與經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的故障線路判別方法，用 以解決上述問題。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于數(shù)值微分與經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的故障線路判別方法， 輸電線路發(fā)生接地故障時，裝置立即啟動，測量單元測得故障線路的零序電流。提取線路后 4ms時窗內(nèi)的零序電流數(shù)據(jù)進行數(shù)值微分以剔除采集數(shù)據(jù)中的直流分量，對微分所得結(jié)果 進行數(shù)值積分，對積分結(jié)果進行經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解，提取經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解后的最高頻MF分量，計 算頂F分量的判斷值RfflFhn，將RlMFhn與閾值Th進行比較:若RfflFhrXTh，則判斷為非故障線路，若 RlMFhn 2 Th，則判斷為故障線路。
[0005] 具體步驟如下：
[0006] (1)當變壓器發(fā)生內(nèi)部故障或勵磁涌流時，裝置立即啟動，通過測量單元檢測并記 錄各線路零序電流；
[0007] (2)提取線路故障發(fā)生后4ms時窗內(nèi)的零序電流數(shù)據(jù)iQ1、iQ2、i03、…i Qn，（η為總線路 條數(shù))1、2、3、···η為同一母線的η條線路；
[0008] (3)利用下式對提取的零序電流進行數(shù)值微分，數(shù)值微分公式如下
[0010] 式中：f(x)為一提取的零序電流數(shù)據(jù)，h為微分的步長，f'（x)為一階導(dǎo)函數(shù)，f"（x) 為二階導(dǎo)函數(shù)，ξ為XQ與?之間的任意值。
[0011] (4)對所求f'（X)進行數(shù)值積分，除去零序電流中直流分量，數(shù)值積分公式如下
[0013]式中:a，b為積分區(qū)域，g(x)為近似函數(shù)，xi為離散采樣點。
[0014] (5)提取積分后的最高頻分量頂F，通過下式計算：
[0017]
對nu用滑動平均法進行平滑處理得到mil(t)
[0018] 把迭代過程中產(chǎn)生的所有包絡(luò)估計函數(shù)相乘便可以得到包絡(luò)信號（瞬時幅值函 數(shù)）
[0020]將包絡(luò)信號ai(t)和純調(diào)頻信號sln(t)相乘便可以得到原始信號的頂F分量中的最 高頻成分IMFh(xi)
[0021 ] (6)提取IMFh(Xi)，通過下式計算判斷值RiMFhn:
[0023] 上式中，頂Fh(Xi)是EMD分解后最高頻分量，m為總采樣點個數(shù)；
[0024] (7)通過大量仿真，設(shè)置閾值Th = 3,根據(jù)下面的判據(jù)進行故障線路和健全線路的 判別：
[0025] 若RMFhrXTh，則該線路為健全線路，若RMFhn 2 Th，則該線路為故障線路。
[0026] 本發(fā)明的原理是：
[0027] 一、零序電流的經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解
[0028]提取線路故障后4ms時窗內(nèi)的零序電流數(shù)據(jù)"、^、^、…^，仏為總線路條數(shù))！、 2、3、···η為同一母線的η條線路；
[0029]對提取的零序電流分別利用下式進行經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解，并提取高頻譜頂F分量：
[0033]
對nu用滑動平均法進行平滑處理得到mil(t) (3)
[0034] 把迭代過程中產(chǎn)生的所有包絡(luò)估計函數(shù)相乘便可以得到包絡(luò)信號（瞬時幅值函 數(shù)）
[0036] 將包絡(luò)信號ai(t)和純調(diào)頻信號sln(t)相乘便可以得到原始信號的頂F分量中的最 高頻成分IMFh
[0037] IMFh(t) =ai(t)sin(t) (5)
[0038] 二、提取IMFh(Xi)，通過下式計算判斷值RiMFhn:
[0039]下式中，IMFh(Xi)是EMD分解后最高頻分量，Δ t是以4ms為間隔的采樣周期；
[0041]式中:η為總采樣點個數(shù)
[0042]三、變故障線路和健全線路的判別：
[0043] 通過大量仿真，設(shè)置閾值Th = 3，Sl^MFhrXTh，則該線路為健全線路，若RfflFhn 2 Th， 則該線路為故障線路。
[0044] 本發(fā)明的有益效果是：
[0045] 1、可以剔除零序電流里面的直流分量，受通道噪聲影響?。?br>[0046] 2、采用4ms短時窗進行判定分析，所需時窗較短。
【附圖說明】
[0047]圖1為本發(fā)明實施例單母線三出線單相接地故障系統(tǒng)模型；
[0048]圖2、3、4為線路1接故障時1、2、3條線路的零序電流波形圖；
[0049]圖5為線路2故障時，線路2中零序電流的IMF分量中的最高頻成分IMFh波形圖。
【具體實施方式】
[0050]以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】，對本發(fā)明作進一步說明。
[0051]當變壓器發(fā)生內(nèi)部故障或者產(chǎn)生勵磁涌流時，裝置立即啟動，測量單元測得故障 線路的零序電流。提取線路后4ms時窗內(nèi)的零序電流數(shù)據(jù)進行數(shù)值微分、積分和經(jīng)驗?zāi)B(tài)分 解，提取經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解后的最高頻頂F分量，計算頂F分量的判斷值RfflFhn，將RlMFhn與閾值Th 進行比較:若RlMFhn〈Th，則判斷為非故障線路，若RfflFhn 2 Th，則判斷為故障線路。
[0052] 具體步驟如下：
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