基于特征频带小波包分析的小电流接地故障选线研究

分析了小电流接地系统单相接地故障时基波稳态零序电流、暂态零序电流和谐波零序电流的故障特征,并在此基础上确定了在进行小电流接地故障选线时应从零序电流暂态信号中提取故障特征量,提出了基于故障暂态电流特征频带小波包极性的选线算法,结合PSCAD仿真试验数据对选线算法进行了算例分析,并验证了算法的准确性。     

Ground-fault Protection Based on Feature-band Wavelet Packet Analysis for Non-effectively Grounded Power System

分析了小电流接地系统单相接地故障时基波稳态零序电流、暂态零序电流和谐波零序电流的故障特征,并在此基础上确定了在进行小电流接地故障选线时应从零序电流暂态信号中提取故障特征量,提出了基于故障暂态电流特征频带小波包极性的选线算法,结合PSCAD仿真试验数据对选线算法进行了算例分析,并验证了算法的准确性.     

基于暂态零序分量的小电流接地故障定位方法

提出一种利用暂态零序电流信号的小电流接地故障定位新方法。通过分析中性点非有效接地系统发生单相接地故障时的暂态特征,发现故障线路故障点同侧(上游或下游)两相邻检测点暂态零序电流信号波形基本相同、幅值相差不大,故障点两侧暂态零序电流相差较大。定义故障参量为暂态持续时间内瞬时零序电流的绝对值和,根据故障区段两端故障参量的变化量最大特征确定故障区段,最后,利用仿真验证了方法的正确性。     

谐振接地系统单相接地故障暂态仿真与分析

在谐振接地系统时域、频域特征分析的基础上,通过Matlab软件建立以分布参数为基础的高精度谐振接地系统单相接地故障仿真模型,分析了几种极端故障情况下的线路零序电流波形的特征。通过分析可得:谐振接地系统单相故障暂态接地电流中含有暂态电感电流与电容电流,其比例随故障时刻的不同而变化;在选定频带内,故障线路和非故障线路暂态零序电流极性相反;故障初相角为零附近(0～30°)经小电阻接地故障情况下,故障线路零序电流出现倒相,且倒相程度随故障初相角的变化而不同;在大电阻接地故障的情况下,故障与非故障线路零序电流在稳态时出现一定的相位移。     

小电流接地电网单相接地故障的暂态特性

针对小电流接地系统单相接地故障接地选线困难的问题,通过理论分析、仿真研究和大量6kV模拟实验验证,深入研究了该型故障的特征,着重研究了电弧接地故障时暂态零序测量电流的特征,以及故障线路与非故障线路暂态零序测量电流之间的关系。结果表明:①电弧接地时,零序电压和各馈线零序电流中都有高频衰减的暂态分量。暂态分量的频率主要与变压器漏抗、电网对地电容和相间电容有关,频率约在0.3～3kHz之间。暂态分量的特征基本不受中性点接地方式的影响。②故障线路与非故障线路的暂态零序电流在频率、衰减速度等特性上相同。非故障线路暂态零序电流的大小与本线路对地电容的大小成正比,而故障线路暂态零序电流等于所有非故障线路暂态零序电流之和,但方向相反。③单相接地故障发生在相电压最大值附近时暂态零序电流最大,发生在相电压过零点附近时最小;暂态零序电流的衰减速度随电弧电阻的增大而加快。这些暂态特性可为研究基于单相接地故障暂态分析的接地选线方法提供理论依据。     

小电流接地系统单相电弧接地故障特征的研究

通过理论分析和大量6kV模拟电弧接地实验,对小电流接地系统单相电弧接地故障时的暂态零序测量电流、零序电压的特征,以及故障线路与非故障线路暂态零序测量电流之间的关系进行了深入的研究和分析。这些暂态分量的特性为研究基于单相接地故障暂态分量分析的接地选线方法提供了理论依据。     

基于暂态电流信号的配电网小电流接地故障自动定位系统研究

正从稳态特征和暂态特征两个方面分析了小电流接地故障的信号特征及其工频零序电流分布特征。设计了一种采用暂态零序电流相似性定位法的故障自动定位系统,该系统主要由定位主站、小电流接地故障选线系统、FTU以及通信系统组成,利用基于暂态零序电流波形相似性的方法实现故障定位。基于暂态电流信号的定位方法不需要外加接地电阻或信号注入设备,不仅不受消弧线圈影响、检测可靠,且易于实现、投资小,可方便应用于DA系统。现场运行和试验证明了本系统算法的有效性和系统装置的可靠性。     

基于极性能量相关性的配电网故障选线

利用故障线路暂态零序电流波形极性能量与非故障线路差异原理,提出基于馈线暂态零序电流极性能量相关性识别接地故障线路的新方法。小波包分解故障前后一个工频周期的馈线暂态零序电流,将最外层不同频带系数等间隔划分为若干小块,求出极性能量,得到时频谱矩阵,形成线路间故障综合相关系数选线判据,实现故障选线。MATLAB仿真结果表明:极性能量充分利用暂态零序电流局部时频特性,克服暂态零序电流微弱、小故障合闸角和电弧、高阻接地等因素影响,有效地提高了选线的准确度和可靠性。     

谐振接地系统暂态波形差异性识别法接地选线

利用谐振接地系统发生单相接地故障时,故障线路与非故障线路间的暂态零序电流波形差异性大于非故障线路间的暂态零序电流波形差异性的特点,提出一种基于暂态波形差异性识别的接地选线新方法。对各线路故障暂态零序电流波形进行小波包分解、重构及信号增强处理,根据各频带频率大小确定该频带的时间窗的划分数量,求取各组时间窗波形的分布特征矩阵及其相互间的相对熵,用于衡量同组时间窗波形间的差异程度,采用等权重投票法统计各频带各组时间窗的初步选线结果并确定故障线路。大量仿真结果表明该选线方法选线准确、可靠。     

应用故障暂态特性实现配电网故障选线的新方法

通过研究谐振接地电网中零序信号的暂态特性,建立了零序电流信号频谱能量分布与故障发生时刻、接地点过渡电阻之间的关系.在利用小波包对暂态零序信号进行分解的基础上,给出了能量比因子和暂态因子的定义,提出了基于以上两个因子取值的自适应故障选线方法.该方法充分利用了暂态零序信号中的低频、工频和高频信息,自适应地选择在故障特征最明显的频带中进行选线,对母线和高阻接地故障均有良好的灵敏性和可靠性.理论分析与仿真结果证明所述方法正确、可行,可实现无死区的故障选线.     

基于小波包方法的配电网故障选线与仿真研究

配电网单相接地故障选线问题一直未能很好地解决。在分析配电网发生单相接地故障暂态特征基础上,对中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障进行了仿真。介绍了一种利用小波包分解暂态零序电流的故障选线方法。该方法利用小波包对各条线路的暂态零序电流进行多层分解,按照能量最大的原则确定各线路暂态零序电流分布集中的特征频带,在征频带内进行幅值与极性综合比较选出故障线路。通过MATLAB仿真表明,该方法可以准确实现故障选线,具有较高的灵敏度,且不受过渡电阻、故障合闸角及电弧的影响。     

基于能量谱相似度自适应聚类的配电网接地故障区段定位方法

分析谐振接地系统发生单相接地故障时各区段故障暂态零序电流的相似性特征,提出基于故障暂态零序电流Hilbert瞬时能量谱相似性自适应仿射传播聚类(adAP)的故障区段定位方法.所提方法对故障后首半个工频周期的故障线路各区段的故障暂态零序电流进行局部特征尺度分解(LCD),对得到的各频带波形进行Hilbert变换得到Hilbert瞬时能量谱.计算Hilbert瞬时能量谱两两间的动态时间弯曲距离,对动态时间弯曲距离构成的相似度矩阵进行adAP,根据Silhouette指标最高的聚类情况定位故障区段.在电弧故障、存在分布式消弧线圈系统、不同消弧线圈补偿度系统、噪声干扰、两点接地、采样不同步的场景下的仿真结果和现场数据验证结果表明,所提方法能克服工程应用中可能存在的影响,鲁棒性好、准确度高.     

基于幅值特征和Hausdorff距离的配电网故障定位方法

为了消除单相接地故障下配电网区段定位受系统中性点接地方式、不同过渡电阻以及线性相关法定位盲区等因素对定位准确性的影响,提出一种幅值特征下基于Hausdorff距离算法的故障区段定位方法。首先,分析了零序电流暂态分量故障特征,明确健全区段、故障区段两端零序电流暂态分量幅值特征的关系。其次,引入Hausdorff距离算法,测算馈线区段两端零序电流暂态分量幅值特征匹配度,进一步通过与设定阈值的比较,可以有效区分出故障区段。仿真验证结果表明,所提方法无定位盲区,在不同系统接地方式、不同接地过渡电阻下均能够准确定位故障区段。     

基于暂态电流的小电流接地故障分界方法

分析了谐振接地系统中用户系统内发生接地故障时,采用稳态零序过电流保护的分界开关拒动的原因。推导出了接地故障暂态零序(模)电流的表达式,分析界内与界外故障时分界开关测量到的暂态零序电流的变化特点,给出了暂态电流最大值与正常运行时稳态电容电流幅值的倍数关系。提出了基于暂态零序电流的接地故障分界方法及其整定原则,分析了暂态分界法的动作特性以及在界内故障时克服消弧线圈影响的效果。在电力系统实时数字仿真(RTDS)系统上进行模拟测试,验证了暂态分界法能够在界内故障时减少消弧线圈的影响、提高正确动作率。     

Features-clustering-based earth fault detection using singular-value decomposition and fuzzy c-means in resonant grounding distribution systems

The transient zero-sequence current of each feeder in a resonant grounding system is characterized by nonlinearity and nonstationarity when a single-phase-to-ground fault occurs. Because there is a significant difference between the fault transient zero-sequence current waveforms of the fault feeder and the sound feeders, a new fault feeder detection method is presented, based on a time-frequency matrix (TFM) and polarity distribution matrix (PDM) singular values clustering algorithm. By applying a Hilbert-Huang transform band-pass filter and waveform transformation to the transient zero-sequence current waveform of each feeder, the TFM and PDM can be constructed, which are decomposed by singular-value decomposition (SVD). Moreover, the normalized singular values of the TFM and PDM are merged together and are used to form the amplitude-polarity feature matrix (APFM). Thus, the feature quantities including the amplitude and polarity information of each fault transient zero-sequence current waveform are obtained. Then, fuzzy c-means clustering is applied to the APFM so as to detect the fault feeder by dividing the fault feeder and sound feeders into two categories without a certain threshold setting. Simulations were carried out via PACAD/EMTDC® and a physical system under various kinds of fault conditions and factors including asynchronous sample, two-point-grounding fault, and arc fault. Simulated results show that the proposed method has the characteristics of high accuracy and reliability in earth fault feeder detection.     

基于零序特征量的配电网接地故障区段定位方法

针对现有配电网故障区段定位方法存在对不同接地故障的适应性不强、灵敏度低等问题,分析了谐振接地配电网在发生经不同过渡电阻接地故障时,故障点上、下游的零序电流和零序电压暂态分量的特征,得出了故障点上、下游零序电流在1个工频周期内的积分与零序电压差值的比值(零序特征量)存在较大差别的结论。基于这一结论提出一种能够适用于谐振接地配电网接地故障区段定位的方法。仿真结果表明所提故障区段定位方法在高阻接地故障、低阻接地故障和非线性弧光接地故障下都具有较好的可行性。     

基于改进DTW的接地故障波形互相关度聚类选线方法

谐振接地系统发生单相接地故障时,各线路暂态零序电流波形具有非线性非平稳特性,故障线路与非故障线路的暂态零序电流波形存在差异性,提出一种基于改进动态时间弯曲距离(DTW)的接地故障波形互相关度聚类选线方法。通过改进DTW算法求取各线路发生故障后半个周期暂态零序电流波形两两之间的幅值互相关系数矩阵(ACCM),结合暂态零序电流极性互相关系数矩阵(PCCM),构造表征暂态零序电流幅值和极性信息的综合互相关系数矩阵(CCCM),由免阈值设定的模糊C均值聚类(FCM)算法选出故障线路。对噪声干扰、两点接地、电弧故障、采样不同步等情况的仿真结果表明,所提故障选线方法不受工程应用中可能存在的影响因素的影响,实现可靠选线。     

基于暂态主频分量相关性分析的故障选线方法

提出了一种利用零序电流暂态主频分量相关性来进行小电流接地系统故障选线的新方法,以解决单纯利用零序电流选线效果不佳的问题。通过对故障零序电流特征的分析,提出了采用Prony算法来提取各线路暂态主频分量。利用故障后非故障线路暂态主频分量波形相似,而故障线路与非故障线路之间有着明显区别的特点,对其进行相关性分析,得出综合相关系数,实现正确选线。理论计算及仿真结果表明,该方法准确可靠,抗干扰能力强,无须整定,不受故障初相角、接地电阻、故障距离及接地方式的影响,进一步提高了保护的裕度。     

基于改进暂态相关分析和支持向量机的电弧故障选线研究

提出了一种综合电弧模型。并针对电弧接地情况复杂的特点,提出了一种暂态零序电流和两相电流差特征和支持向量机(SVM)相结合的配电网单相电弧故障时的选线方法。研究暂态零序电流和故障相与非故障相两相电流差的关系,将其用小波分析方法变换到特征频带(625~1 250 Hz)内进行相关分析。将得到的各馈线的相关系数作为特征输入量,结合支持向量机(SVM)分类算法,建立了针对配电网单相接地电弧故障的选线流程。在EMTP中仿真,并经Matlab中进行数据处理后。结果表明,该方法对于不同中性点接地方式、不同距离、不同故障时刻发生的电弧故障,均能正确地选出故障线路。     

基于NGO-VMD-DE的单相接地故障信号特征提取

针对电力系统输配电线路发生单相接地故障时,电气设备的电磁环境干扰,故障零序电流成分复杂等原因导致故障特征信息提取困难,变分模态分解参数人为确定导致其对零序电流分解效果差,常用的熵运算慢,鲁棒性差,进而后续选线准确率低的问题,提出了一种新的基于NGO-VMD-DE的单相接地故障的零序电流故障特征提取方法。首先,通过北方苍鹰优化算法(NGO)优化变分模态分解(VMD)实现零序电流信号的自适应分解,建立了自适应相关系数的本征模态函数(IMF)分量选取准则选取有效分量,然后对选取的分量进行重构,最后对重构后的信号进行散布熵(DE)计算以提取单相接地故障的零序电流故障特征,通过搭建模型进行仿真实验,并与近似熵、样本熵、模糊熵、排列熵等其他特征熵值指标进行对比表明,所提出的故障特征提取方法可以更加准确、有效地表征发生单相接地故障线路的零序电流故障信息。