專(zhuān)利名稱(chēng)：一種應(yīng)用非工頻暫態(tài)分量的配電網(wǎng)故障選線方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)故障選線方法，特別是應(yīng)用Hilbert-Huang變換(HHT)提取非工頻暫態(tài)故障零序電流分量進(jìn)行故障選線的方法。

背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來(lái)，小電流接地故障檢測(cè)問(wèn)題一直是電力系統(tǒng)中的一大難題。傳統(tǒng)的小電流接地系統(tǒng)的選線方法有幅值比較法、極性比較法、群體比幅比相法、零序電流無(wú)功功率方向法等，這些方法只能基本滿足小電流不接地系統(tǒng)的選線要求，而不適用諧振接地系統(tǒng)。
目前應(yīng)用于諧振接地系統(tǒng)的選線方法主要有有功分量比較法和諧波比較法兩種。有功分量比較法主要包括故障電流有功電流分量的幅值和極性比較法、有功電流方向比較法、有功功率方向比較法，但由于接地電流的有功分量小(一般小于1A)，并且受電壓互感器和電流互感器相角傳遍誤差影響較大，造成該方法可靠性低，不能滿足目前供電電網(wǎng)對(duì)可靠性的要求。諧波比較法受系統(tǒng)中諧波源的含量及故障位置影響較大，方法可靠性比較低，同樣達(dá)不到實(shí)用要求。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在克服上述現(xiàn)有小電流接地系統(tǒng)故障選線方法的不足，根據(jù)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障初期具有暫態(tài)分量的明顯特點(diǎn)，提出一種應(yīng)用HHT提取單相故障零序電流非工頻暫態(tài)故障分量特征的選線方法，該選線方法不受消弧線圈影響，可適用于不接地、經(jīng)消弧線圈(諧振)接地和經(jīng)高阻接地系統(tǒng)；可適用架空線路或電纜線路，也可適用電纜架空混合線路，以達(dá)到滿足目前供電可靠性的要求。暫態(tài)電流幅值大，抗干擾能力強(qiáng)，過(guò)零故障仍有明顯的暫態(tài)信號(hào)，剔除了暫態(tài)信號(hào)中不支持選線要求的分量，原理更先進(jìn)。不受不穩(wěn)定電弧影響，且弧光接地和間歇性接地時(shí)檢測(cè)更可靠。
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)其目的所采取的技術(shù)方案是利用HHT提取零序電流故障后的非工頻暫態(tài)故障特征分量，根據(jù)故障后故障線路的非工頻暫態(tài)分量與非故障線路非工頻暫態(tài)分量極性相反，故障線路非工頻暫態(tài)分量幅值明顯大于非故障線路的故障特征，對(duì)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障進(jìn)行快速選線，按如下步驟實(shí)現(xiàn) (1)當(dāng)母線零序電壓瞬時(shí)值u(t)大于KU，故障選線裝置立即啟動(dòng)，記錄故障后1個(gè)周期波形各饋線零序電流x(t)，其中K取值0.15，U表示母線額定電壓； (2)應(yīng)用HHT對(duì)各個(gè)饋線故障后1/10周波內(nèi)零序電流x(t)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(Empirical Mode Decomposition，簡(jiǎn)稱(chēng)EMD)，分解出本征模態(tài)函數(shù)(Intrinsic ModeFunction，簡(jiǎn)稱(chēng)IMF)。具體的分解過(guò)程如下 1)根據(jù)零序電流信號(hào)x(t)的局部極大值和局部極小值求出其上包絡(luò)線和下包絡(luò)線的平均值m1。
2)將原數(shù)據(jù)序列減去平均包絡(luò)后即可得到一個(gè)去掉低頻的新數(shù)據(jù)序列h1＝x(t)-m1；判斷h1是否為IMF條件，若不滿足，將h1看作新的x(t)，重復(fù)上述處理過(guò)程，直到h1滿足IMF條件時(shí)，記c1＝h1，視為IMF1。
3)將r＝x(t)-h1看作新的x(t)，重復(fù)以上(1)和(2)步驟，即可依次得到IMF2，IMF3，…，直到cn或r滿足給定的終止條件時(shí)篩選結(jié)束；最后，原始的數(shù)據(jù)序列x(t)即可由這些IMF分量以及一個(gè)均值或趨勢(shì)項(xiàng)r表示。
(3)對(duì)故障零序電流分解出的IMF進(jìn)行Hilbert變換求取各種瞬時(shí)頻率成分對(duì)于任一連續(xù)的時(shí)間信號(hào)X(t)，其Hilbert變換定義為 X(t)和Y(t)形成復(fù)共軛對(duì)，由其構(gòu)成的解析信號(hào)為 Z(t)＝X(t)+jY(t)＝a(t)ejθ(t) θ(t)＝arctan[Y(t)/X(t)] 式中a(t)為瞬時(shí)振幅；θ(t)為相位。根據(jù)

求取瞬時(shí)頻率。
(4)根據(jù)所得各種瞬時(shí)頻率成分剔除工頻分量，得各饋線故障后1/10周波內(nèi)零序電流非工頻暫態(tài)分量。
發(fā)明原理 1、應(yīng)用HHT提取非工頻故障分量 HHT是一種全新的非線性、非平穩(wěn)數(shù)據(jù)分析方法，包括EMD和Hilbert變換兩部分組成，其核心部分是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸?EMD)。根據(jù)已有的研究成果，EMD可直接采用。HHT通過(guò)EMD將信號(hào)分解為若干個(gè)本征模態(tài)函數(shù)(IMF)，IMF的特點(diǎn)是具有合理的瞬時(shí)頻率定義，然后對(duì)IMF進(jìn)行Hilbert變換得到每個(gè)IMF隨時(shí)間變化的瞬時(shí)頻率和瞬時(shí)幅值。小電流接地故障電流信號(hào)包含豐富的瞬時(shí)頻率成分，適合應(yīng)用HHT對(duì)零序電流信號(hào)進(jìn)行分解變換得零序電流的故障特征。
2、非工頻故障分量暫態(tài)特征分析 配電網(wǎng)零序電流故障特征受很多因素的影響，如故障合閘角的大小、故障位置(故障點(diǎn)距離母線的位置)、接地電阻的大小、消弧線圈補(bǔ)償度等。故障線路的零序暫態(tài)電流是由全部非故障線路的容性暫態(tài)電感電流和消弧線圈的暫態(tài)電感電流組成。暫態(tài)電流幅值具有比穩(wěn)態(tài)幅值大，便于檢測(cè)，并且包含豐富的故障頻率成分，適合與進(jìn)行選線研究。
本發(fā)明方法首先分別針對(duì)不同故障合閘角、故障位置、接地電阻、消弧線圈補(bǔ)償度，進(jìn)行大量仿真，并對(duì)仿真所得各個(gè)線路零序電流進(jìn)行HHT分析，得到各個(gè)線路非工頻暫態(tài)電流分量。通過(guò)總結(jié)分析發(fā)現(xiàn)在短路后的1/10周波內(nèi)(0～20個(gè)采樣點(diǎn))，故障線路和非故障線路的非工頻暫態(tài)電流特性顯著不同，故障線路和非故障線路的非工頻暫態(tài)電流極性相反，并且故障線路非工頻暫態(tài)電流分量幅值明顯大于非故障線路，此為選線判據(jù)基礎(chǔ)。
基于上述分析，實(shí)現(xiàn)選線步驟為 1、根據(jù)所記錄母線零序電壓瞬時(shí)值情況，當(dāng)零序電壓大于設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)選線裝置。
2、利用HHT對(duì)各饋線故障零序電流進(jìn)行EMD分解，得到各個(gè)饋線零序電流的IMF分量。
3、根據(jù)希爾伯特變換構(gòu)造解析信號(hào)，求取各個(gè)饋線零序電流瞬時(shí)幅值和頻率。
4、剔除各饋線零序電流瞬時(shí)頻率中工頻分量，得到非工頻故障分量。
5、根據(jù)故障線路非工頻故障分量幅值大于非故障線路，極性與非故障線路相反的特征形成選線判據(jù)。
Hilbert-Huang變換(HHT)是Huang提出的一種全新的完全自適應(yīng)時(shí)頻分析方法，它具有良好的局部時(shí)頻特性，因此更能夠準(zhǔn)確地反映原信號(hào)的特性。HHT從信號(hào)本身的尺度特征出發(fā)對(duì)信號(hào)進(jìn)行EMD分解得到固有模態(tài)函數(shù)(intrinsic mode function，IMF)，通過(guò)對(duì)IMF進(jìn)行Hilbert變換，得到解析信號(hào)，求取具有真正物理意義的瞬時(shí)頻率。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn) 1、該方法利用非工頻暫態(tài)電流，幅值大，抗干擾能力強(qiáng)，并且過(guò)零故障仍有明顯的暫態(tài)信號(hào)，選線成功率高。
2、剔除了暫態(tài)信號(hào)中各饋線都包含的工頻分量，得到適合選線要求的分量，故障線路和非故障線路特征區(qū)別更加明顯，原理更先進(jìn)。
3、不受不穩(wěn)定電弧影響，且弧光接地和間歇性接地時(shí)檢測(cè)更可靠 4、通過(guò)對(duì)不同模型進(jìn)行仿真，該選線方法不受消弧線圈影響，可適用于不接地、經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)高阻接地系統(tǒng)；可適用架空線路或電纜線路，也可適用電纜架空混合線路。
5、利用HHT提取非工頻暫態(tài)故障分量進(jìn)行選線，對(duì)硬件的要求較低，具有一定經(jīng)濟(jì)性。
6、該方法不受故障線路零序電流倒相和CT飽和的影響，故障選線精度較高。



圖1、圖2為對(duì)比不同故障時(shí)刻的非工頻故障分量波形圖 圖3、圖4為對(duì)比不同故障距離的非工頻故障分量波形圖 圖5、圖6為對(duì)比不同補(bǔ)償度的非工頻故障分量波形圖 圖7、圖8為對(duì)比不同接地電阻的非工頻故障分量波形圖 圖9為本發(fā)明的故障選線方法流程圖 圖10為輻射狀諧振接地系統(tǒng)
具體實(shí)施例方式 小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，利用上述發(fā)明方法可以實(shí)現(xiàn)完善的故障選線。具體實(shí)施流程圖如圖所示。
具體實(shí)施步驟如下 1、當(dāng)母線零序電壓瞬時(shí)值u(t)大于KU，故障選線裝置自動(dòng)啟動(dòng)，記錄下故障后一個(gè)周波各饋線零序電流，K取值0.15，U表示母線額定電壓； 2、利用HHT對(duì)各饋線1/10周波內(nèi)零序電流進(jìn)行EMD分解，分別得到各線路零序電流的IMF分量。
3、根據(jù)希爾伯特變換，求取各個(gè)IMF的解析信號(hào)，進(jìn)而計(jì)算各個(gè)饋線故障零序電流的幅值和瞬時(shí)頻率成分。
4、根據(jù)計(jì)算所得各饋線瞬時(shí)頻率信號(hào)，剔除其中工頻分量，得到各個(gè)饋線零序電流非工頻暫態(tài)分量。
5、單相接地故障時(shí)，在短路后的1/10周波內(nèi)(0～20個(gè)采樣點(diǎn))，故障線路非工頻暫態(tài)分量幅值明顯大于非故障線路，故障線路和非故障線路的非工頻暫態(tài)電流極性相反，因此形成選線判據(jù)。
具體實(shí)施例1 圖8為輻射狀諧振接地系統(tǒng)，G為電源，T為變壓器，變比為110Kv/11kV，聯(lián)接組別為YN/d11，其中中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈串聯(lián)電阻接地，采用過(guò)補(bǔ)償10％；R為消弧線圈阻尼電阻，Rf為接地電阻；消弧線圈通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)K投切；線路為纜線混合線路。
系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，采樣裝置采樣頻率為10000Hz，記錄線路零序電流和母線零序電壓。
對(duì)各個(gè)饋線故障后零序電流進(jìn)行HHT變換得到非工頻暫態(tài)故障分量，結(jié)果如圖1。
對(duì)如圖1中各個(gè)饋線非工頻暫態(tài)分量進(jìn)行幅值與極性比較，結(jié)果如表1 表1諧振接地纜線混合系統(tǒng)仿真變換選線結(jié)果
選線結(jié)果與仿真設(shè)定故障線路一致。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用非工頻暫態(tài)分量的配電網(wǎng)故障選線方法，利用希爾伯特黃變換(HHT)提取零序電流故障后的非工頻暫態(tài)故障特征分量，根據(jù)故障后故障線路的非工頻暫態(tài)分量與非故障線路非工頻暫態(tài)分量極性相反，故障線路非工頻暫態(tài)分量幅值明顯大于非故障線路的故障特征，對(duì)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障進(jìn)行快速選線，按如下步驟實(shí)現(xiàn)
(1)當(dāng)母線零序電壓瞬時(shí)值u(t)大于KU，故障選線裝置立即啟動(dòng)，記錄故障后1個(gè)周期波形各饋線零序電流x(t)，其中K取值0.15，U表示母線額定電壓；
(2)應(yīng)用HHT對(duì)各個(gè)饋線故障后1/10周波內(nèi)零序電流x(t)進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(Empirical Mode Decomposition，簡(jiǎn)稱(chēng)EMD)，分解出本征模態(tài)函數(shù)(Intrinsic ModeFunction，簡(jiǎn)稱(chēng)IMF)。具體的分解過(guò)程如下
a.根據(jù)零序電流信號(hào)x(t)的局部極大值和局部極小值求出其上包絡(luò)線和下包絡(luò)線的平均值m1；
b.將原數(shù)據(jù)序列減去平均包絡(luò)后即可得到一個(gè)去掉低頻的新數(shù)據(jù)序列h1＝x(t)-m1；判斷h1是否為IMF條件，若不滿足，將h1看作新的x(t)，重復(fù)上述處理過(guò)程，直到h1滿足IMF條件時(shí)，記c1＝h1，視為IMF1；
c.將r＝x(t)-h1看作新的x(t)，重復(fù)以上(1)和(2)步驟，即可依次得到IMF2，IMF3，…，直到cn或r滿足給定的終止條件時(shí)篩選結(jié)束；最后，原始的數(shù)據(jù)序列x(t)即可由這些IMF分量以及一個(gè)均值或趨勢(shì)項(xiàng)r表示；
(3)對(duì)故障零序電流分解出的IMF進(jìn)行Hilbert變換求取各種瞬時(shí)頻率成分對(duì)于任一連續(xù)的時(shí)間信號(hào)X(t)，其Hilbert變換定義為
X(t)和Y(t)形成復(fù)共軛對(duì)，由其構(gòu)成的解析信號(hào)為
Z(t)＝X(t)+jY(t)＝a(t)ejθ(t)
θ(t)＝arctan[Y(t)/X(t)]
式中a(t)為瞬時(shí)振幅；θ(t)為相位，根據(jù)
求取瞬時(shí)頻率；
(4)根據(jù)所得各種瞬時(shí)頻率成分剔除工頻分量，得各饋線故障后1/10周波內(nèi)零序電流非工頻暫態(tài)分量。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種應(yīng)用希爾伯特黃變換變換(HHT)提取單相故障零序電流非工頻暫態(tài)故障分量特征進(jìn)行故障選線的新方法。該方法利用HHT對(duì)各饋線故障零序電流進(jìn)行EMD分解，得到各個(gè)饋線零序電流的IMF分量。進(jìn)而根據(jù)希爾伯特變換構(gòu)造解析信號(hào)，求取各個(gè)饋線零序電流瞬時(shí)幅值和頻率，通過(guò)剔除各饋線零序電流瞬時(shí)頻率中工頻分量，得到非工頻故障分量。根據(jù)故障線路非工頻故障分量幅值大于非故障線路，極性與非故障線路相反的特征形成選線判據(jù)。該選線方法不受消弧線圈影響，可適用于不接地、經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)高阻接地系統(tǒng)；可適用架空線路或電纜線路，也可適用電纜架空混合線路選線結(jié)果表明該方法應(yīng)用于小電流單相接地故障選線準(zhǔn)確可靠。
文檔編號(hào)H02H7/26GK101814731SQ20101015182
公開(kāi)日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月15日
發(fā)明者康忠健, 李丹丹 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(華東)