基于原子稀疏證據(jù)融合的小電流接地故障自適應(yīng)選線方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種基于原子稀疏證據(jù)融合的小電流接地故障自適應(yīng)選線方法，屬電 力系統(tǒng)故障選線技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，對(duì)于小電流接地系統(tǒng)故障選線問題一直未能得到很好解決。發(fā)生單相接地 故障時(shí)，暫態(tài)信號(hào)特征量豐富，使得基于暫態(tài)信號(hào)的分析方法得到廣泛關(guān)注，常用的暫態(tài)信 號(hào)故障分析方法有：暫態(tài)能量法、S變換、普羅尼（Prony)算法、相關(guān)分析法、小波分解、經(jīng)驗(yàn) 模態(tài)分解等。
[0003] 利用暫態(tài)能量法進(jìn)行故障選線，當(dāng)發(fā)生大電阻接地故障時(shí)，由于消弧線圈感性電 流對(duì)故障瞬間零序電流的補(bǔ)償作用，使得線路間的暫態(tài)零序電流相差較小，暫態(tài)能量法易 導(dǎo)致誤判。利用S變換具有良好的時(shí)頻特性實(shí)現(xiàn)選線，但S變換分解后信息量太多，如何合 理的利用相角信息有待進(jìn)一步研究。Prony算法對(duì)低頻暫態(tài)信號(hào)擬合能力較好，對(duì)高頻暫態(tài) 信號(hào)擬合效果欠佳且在模型階次的確定上有待進(jìn)一步研究。采用相關(guān)分析法實(shí)現(xiàn)選線，當(dāng) 流過電纜健全線路與架空故障線路的零序電流的幅度相近時(shí)，該方法失效。小波變換對(duì)故 障暫態(tài)信號(hào)處理時(shí)具有良好的時(shí)頻特性，當(dāng)發(fā)生高阻接地故障時(shí)，故障分量小，判斷故障線 路時(shí)有困難，該算法受限。經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD)對(duì)非線性，非平穩(wěn)信號(hào)的處理具有明顯的優(yōu) 勢(shì)，能分解出表征各特征分量的IMF，但可能會(huì)造成模態(tài)混疊現(xiàn)象，該故障選線方法有待進(jìn) 一步研究。
[0004] 總之，采用以上信號(hào)處理方法對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行處理，較好地提取出了蘊(yùn)含豐富特 征信息的故障特征量，為準(zhǔn)確選線奠定了基礎(chǔ)，但同時(shí)也應(yīng)看到，現(xiàn)有特征提取方法存在以 下3點(diǎn)不足：
[0005] (1)試圖用有限的基函數(shù)去表征廣泛多變的電力故障信號(hào)，特征提取過程不具自 適應(yīng)性，導(dǎo)致出現(xiàn)了無法解釋的分解項(xiàng)，對(duì)后續(xù)的故障分析和識(shí)別非常不利。
[0006] (2)現(xiàn)有信號(hào)處理方法在建立故障信號(hào)數(shù)學(xué)模型時(shí)，均假定故障信號(hào)中各特征分 量持續(xù)存在，而實(shí)際故障信號(hào)中各特征分量并非具有這一特點(diǎn)，顯然這一假定是不合適的。
[0007] (3)現(xiàn)有信號(hào)處理方法在"大數(shù)據(jù)"時(shí)代對(duì)于故障特征數(shù)據(jù)的有效存儲(chǔ)方面能力不 足。隨著配網(wǎng)數(shù)字化和信息化進(jìn)程的加快以及各類自動(dòng)裝置的安裝，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，將 有大量的報(bào)警數(shù)據(jù)在短時(shí)間內(nèi)上報(bào)主/子站，如故障錄波數(shù)據(jù)、保護(hù)裝置報(bào)警、斷路器/開 關(guān)跳閘數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)量龐大，蘊(yùn)含故障信息豐富，反映故障特征全面，若能將該類故障 數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的存儲(chǔ)，必將對(duì)配網(wǎng)故障選線與診斷提供重要的數(shù)據(jù)支撐。
[0008] 因此，如何在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，盡可能的存儲(chǔ)更多的故障數(shù)據(jù)顯得尤為重要，信 號(hào)的稀疏表征就是解決該問題的一條有效途徑。
[0009] 另外，對(duì)于故障選線判據(jù)而言，單一的選線判據(jù)往往不能覆蓋所有接地工況，很難 完全適應(yīng)各種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與復(fù)雜的故障工況要求。因此，綜合利用多種故障暫態(tài)信息進(jìn)行融 合來構(gòu)造綜合選線方法是一種行之有效的思路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明涉及一種基于原子稀疏證據(jù)融合的小電流接地故障自適應(yīng)選線方法。首 先，獲取故障后2個(gè)工頻周期內(nèi)的暫態(tài)零序電流，利用稀疏分解算法對(duì)各分支線路暫態(tài)零 序電流進(jìn)行4次迭代分解，各分支線路的暫態(tài)零序電流經(jīng)稀疏分解算法4次迭代分解后得 到4個(gè)最佳原子，利用相關(guān)分析方法分別計(jì)算各分支線路所得4個(gè)最佳原子與最佳原子1 的相關(guān)系數(shù)，選出與最佳原子1相關(guān)性最大的三個(gè)最佳原子作為證據(jù)原子，并按其能量從 大到小依次排序；然后，計(jì)算各證據(jù)原子能量熵，利用可確定故障測(cè)度函數(shù)，求取各證據(jù)原 子的可確定故障測(cè)度值；其次，利用各證據(jù)原子相對(duì)能量修正其可確定故障測(cè)度函數(shù)，得到 各證據(jù)原子故障信任度函數(shù)，進(jìn)而求得各證據(jù)原子故障信任度；最后，利用D-S理論對(duì)各證 據(jù)故障信任度值進(jìn)行融合，得到各線路故障綜合信任度，選取最大故障綜合信任度對(duì)應(yīng)的 線路為故障線路，輸出選線結(jié)果。
[0011] 本發(fā)明所述的基于原子稀疏證據(jù)融合的小電流接地故障自適應(yīng)選線方法，該方法 具體步驟如下：
[0012] 步驟1當(dāng)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障選線裝置立即啟動(dòng)，采用 IOOkHz的采樣頻率記錄故障時(shí)刻起2個(gè)工頻周期內(nèi)各分支線路暫態(tài)零序電流I j (n)，j為分 支線路的編號(hào)，j = l，2，"·，1?;η為采樣點(diǎn)，η = 1，2，"·，Ν;
[0013] 步驟2采用稀疏分解算法對(duì)步驟1記錄的I, (η)進(jìn)行4次迭代分解，得到線路j的 4 個(gè)最佳原子：Rjl (n)、Rj2 (n)、Rj3 (η)和 Rj4 (η);
[0014] 步驟3計(jì)算相關(guān)系數(shù) P jll、P jl2、P jl3、P jl4, 其中，P jll為R jl (n)與Rjl (n)的相 關(guān)系數(shù)，P #為R η (η)與Rj2 (η)的相關(guān)系數(shù)，P jl3為R η (η)與Rj3 (η)的相關(guān)系數(shù)，P jl4為 Rjl (η)與Rj4(η)的相關(guān)系數(shù),易知,P jn= 1 ;
[0015] 求取相關(guān)系數(shù)P jlh的計(jì)算式如下：
[0017] 其中，1^(11)為稀疏分解1>)得到的最佳原子11，11=1，2,3,4，^1為1^(11)的平 均值，^AR jl (η)的平均值；
[0018] 步驟4剔除I P jn|、I P jl2|、I P jl3|、I P jl4|中的最小數(shù)值對(duì)應(yīng)的最佳原子η，η =1，2, 3,4,將剩下的3個(gè)最佳原子統(tǒng)稱為證據(jù)原子y]q (η)，q = 1，2, 3,分別計(jì)算各證據(jù)原 子能量，并按其能量值從大到小依次進(jìn)行排序；所得的3個(gè)證據(jù)原子中，能量最大的證據(jù)原 子稱為主導(dǎo)證據(jù)原子y n (η)，能量次大的證據(jù)原子稱為輔助證據(jù)原子y]2 (η)，能量最小的證 據(jù)原子稱為次輔助證據(jù)原子y]3(n);其中，I P_m|、I P_]12|、I P_]13|、I Ρ_]14|分別為相關(guān)系數(shù) P jn、P jl2、P jl3、P jl4的絕對(duì)值；
[0019] 證據(jù)原子的能量E111計(jì)算式如下：
[0021] 其中，yjq(n)為證據(jù)原子，q為證據(jù)原子編號(hào)，q = 1，2,3 ;
[0022] 步驟5計(jì)算各證據(jù)原子能量熵Sjq與相對(duì)能量L _jq;
[0023] 證據(jù)原子能量熵Sjq計(jì)算式如下： L- ?=1 」
[0030] 其中，Y]q為線路j的證據(jù)原子q的二階范數(shù)，E ,為線路j暫態(tài)零序電流I >)的 二階范數(shù)，I j(Ii)為線路j對(duì)應(yīng)的暫態(tài)零序電流；
[0031] 步驟6歸一化證據(jù)原子能量熵Sjq作為自變量X _jq，計(jì)算各證據(jù)原子的可確定故障 測(cè)度Xjq;
[0032] 證據(jù)原子能量熵S]q歸一化計(jì)算式如下： V.
[0036] 步驟7采用相對(duì)能量L]q修正X ]q，計(jì)算得到故障測(cè)度函數(shù)F]q;
[0037] 修正計(jì)算式如下：
[0039] 其中，H為常數(shù)，其值等于
[0040] 步驟8歸一化Fjq，F(xiàn)jq歸一化后的函數(shù)定義為故障信任度函數(shù)m jq;
[0041] 故障信任度mjq計(jì)算式如下：
[0043] 步驟9采用D-S證據(jù)理論融合線路j的各證據(jù)原子故障信任度m]q，得到線路j的 故障綜合信任度IH j;
[0044] 步驟10遴選故障綜合信任度Iiij中的最大值mmax對(duì)應(yīng)的線路為故障線路，故障判定 完成。
[0045] 本發(fā)明工作原理
[0046] 1.匹配追蹤算法
[0047] 匹配追蹤方法是由Mallat和Zhang于1933年提出的，采用過完備冗余時(shí)頻原子 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的正交基函數(shù)，利用原子庫(kù)的冗余特性捕捉信號(hào)的自然特征。為了使選取的原子 能最佳的匹配原始信號(hào)的結(jié)構(gòu)特征，匹配追蹤算法采取的是一種貪心的自適應(yīng)分解策略。
[0048] 原子通常是由某種高斯窗函數(shù)經(jīng)過伸縮、平移、變換和調(diào)制生成的。目前最常用的 的原子庫(kù)有Gabor原子生成，Gabor表達(dá)式如下：
[0050] 式⑴中，g〇)=：21/4xe_;ri2為高斯窗函數(shù)；定義索引γ = (s，τ，ξ，φ)，其中 s為尺度參數(shù)，τ為位移參數(shù)，ξ為頻率因子，φ為相位因子，K是信號(hào)幅值歸一化的系數(shù)。