證據(jù)信息電網(wǎng)融選線方法

1、證據(jù)信息電網(wǎng)融選線方法     1引言小電流接地電網(wǎng)單相接地故障線路的檢出問題是一個工程技術(shù)難題1。單相接地故障電流微弱、測量不準確，故障狀況復(fù)雜，加上現(xiàn)場的電磁干擾和工頻負荷電流干擾，使檢出的故障信號嚴重失真。這些不利因素綜合作用，導(dǎo)致故障選線問題非常復(fù)雜。近年來，隨著電纜線路的大量使用，很多10kV和6kV電網(wǎng)逐漸改造為消弧線圈接地方式。消弧線圈接地電網(wǎng)故障選線更加困難。國外對消弧線圈接地電網(wǎng)主要采用中性點投電阻以增大有功分量的選線方法2，但投入電阻的阻值過小會影響熄弧效果，過大則在高阻故障情況下選線靈敏度不夠，而且這種方式操作較復(fù)雜，因此在國內(nèi)很少

2、采用。零序?qū)Ъ{選線方法3,4是建立在對零序電壓、電流準確測量的前提下，若測量信號不準確，則選線可靠性仍不能保證。暫態(tài)量選線方法5,6由于所使用的暫態(tài)特征不確定，使該方法獨立使用時存在死區(qū)。行波選線方法7利用故障零序電流行波特征進行選線，可以很好地解決故障選線問題并在實際中得到應(yīng)用，但該方法需要MHz級的高速采樣通道，成本較高。注入信號法在國內(nèi)外均受到重視8-10，但注入何種信號、怎樣注入、如何降低故障電阻影響等問題還有待解決。而且注入信號法需要復(fù)雜的設(shè)備。為充分利用多種故障信息，提高選線方法的準確性、可靠性和對故障狀況的適應(yīng)性，文獻11提出一種應(yīng)用D-S證據(jù)理論實現(xiàn)的融合選線方法，構(gòu)造了暫態(tài)量

3、工頻幅值和工頻相角的故障測度算法，但工頻幅值和相位測度算法只適用于中性點不接地電網(wǎng)，對于消弧線圈接地電網(wǎng)不適用。消弧線圈接地電網(wǎng)選線可用的特征量較少，而且每種故障特征都不是很可靠。本文采用首半波、有功分量、暫態(tài)量作為選線特征量，提出一種綜合利用這3種特征量實現(xiàn)的證據(jù)融合選線方法。這些特征量相對較明顯，而且分別從不同方面反映消弧線圈接地電網(wǎng)故障線路與非故障線路的特征差異。有功分量是與首半波和暫態(tài)量不相關(guān)的獨立特征量。而首半波信號是故障瞬間消弧線圈尚未起作用時的首個電流峰值，主要體現(xiàn)的是低頻波峰，本文用電流首半波波峰值與該點電壓變化率的符號進行合成來得到首半波故障測度，反映了故障容性回路上電流與電

4、壓超前關(guān)系的量。暫態(tài)量的使用是對各線路暫態(tài)信號小波分解系數(shù)逐點比較并累加，其中包括故障發(fā)生所引起的暫態(tài)，也包括故障電弧引起的高頻不規(guī)則量。相對于行波而言，本文使用的信號對硬件要求較低，信號采樣率每周波64點或12點即可。2特征信號的故障測度構(gòu)造故障測度（faultmeasures）是定義在0，)上的實變量，用來描述一條線路依據(jù)某種特征所表現(xiàn)出疑似故障線路的程度度量。一條線路的故障測度越大，表明該線路越可能是故障線路。以下分析中使用的電流電壓特征量均為零序量。2.1首半波特征故障測度算法由于消弧線圈的慣性，單相接地故障后的短時間內(nèi)消弧線圈來不及補償線路的容性電流，會出現(xiàn)故障線路電流等于所有非故障

5、線路電流之和且二者流向相反的特征，這種特征在故障后的第一個半波內(nèi)最明顯，通常稱為首半波。利用首半波進行故障選線在早期的文獻中已有提及，但由于首半波具有不確定性，而且在復(fù)雜的故障波形下準確找出首半波位置比較困難，因此首半波選線方法沒有受到重視。對于消弧線圈接地電網(wǎng)，由于缺乏非?？煽康墓收咸卣?，首半波仍是一種可用的選線特征量。首半波特征故障測度算法構(gòu)造如下：（1）設(shè)線路k故障電流瞬時值為i(k,tj)，對故障瞬間所有線路電流瞬時值求絕對值之和j(,)kikt，找出相應(yīng)的極值點，以該點作為首半波極值點，設(shè)極值點對應(yīng)時刻為tm。用各線路電流之和來定位首半波，可保證各線路首半波位置的一致性，并能綜合反映

6、各線路首半波整體狀況，定位準確性好。（2）由于故障回路是一個容性回路，在首半波電流極值點處，零序電壓接近于零，但零序電壓變化率的符號與非故障線路首半波電流極值的符號一致，與故障線路首半波電流極值的符號相反。因此采用電壓變化率的符號對各線路首半波電流的符號按式（1）進行校正。校正后的首半波電流ic(k)具有故障線路符號為負、非故障線路符號為正，且數(shù)值上故障線路等于所有非故障線路之和的特點。cmmi(k)=sign(U(t)i(k,t)（1）（3）線路k首半波特征故障測度算法定義為由式（2）可知，故障線路的首半波故障測度約等于2SA；對于非故障線路，其首半波電流越大則故障測度越小，越能表明該線路不

7、是故障線路，對于首半波電流很小的線路其故障測度值分布在SA附近。由式（3）知，當線路故障時，母線的首半波故障測度約為SA，而母線故障時其首半波故障測度約為2SA。2.2有功分量故障測度算法發(fā)生單相接地故障時消弧線圈和線路都會消耗一定的有功功率，該有功功率由故障點經(jīng)故障線路提供。因此故障線路中存在較大的有功分量，而非故障線路的有功分量僅為線路自身零序回路的有功損耗。作為量測量，設(shè)消弧線圈消耗的有功功率為P(x)，P(k)為線路k的零序有功功率，以母線流向線路為正方向。則線路k的有功分量故障測度按式（5）計算，母線的有功分量故障測度按式（6）計算。由式（5）和式（6）可知，對于非故障線路，其有功損

8、耗越大，則測度值越小，越能表明該線路不是故障線路；故障線路的測度值約為2SP。在線路故障的情況下母線的故障測度約為SP，而母線故障時，其測度值約為2SP。2.3暫態(tài)特征故障測度算法單相接地回路是一個容性回路，加上過渡電阻的不穩(wěn)定特性，使故障量中含有豐富的暫態(tài)成分。小波變換是分析非平穩(wěn)信號的有效工具，本方法采用db6小波做正交變換，按頻段分解出暫態(tài)信號成分，計算過程如下：（1）以故障時刻為基準，取故障前2個周波和故障后4個周波的數(shù)據(jù)作為分析數(shù)據(jù)，對各線路電流進行小波分解，根據(jù)信號的采樣率將信號分解到細節(jié)分量中不包含工頻的尺度。第1尺度的信號由于干擾大、信噪比低，應(yīng)剔除不用。（2）為使各尺度信號具

9、備可加性，需將2尺度以下的細節(jié)分量重構(gòu)到第2尺度，得到具有相同變換增益的細節(jié)系數(shù)d(k,j)，其中k為線路編號，j為離散點。（3）線路k的暫態(tài)量故障測度用Ft(k)表示，k=0表示母線，并令初值為零。對各條線路小波變換系數(shù)進行逐點比較計算，在各點處找出小波系數(shù)幅值最大的前3條線路，設(shè)相應(yīng)的線路編號為p、q、r，按下列4種情況求出各線路暫態(tài)量故障測度：若線路p的小波系數(shù)與線路q和線路r的小波系數(shù)異號，則線路p的故障測度按式（8）累加若某點處只有線路p和線路q的小波系數(shù)不為零且二者異號，則2條線路故障測度分別按式若滿足閾值條件的線路只有1條，則只對該線路故障測度按式（13）累加對各有效尺度的小波系

10、數(shù)按上述過程累積計算，得到最終的暫態(tài)量故障測度。3基于D-S證據(jù)理論的融合選線3.1證據(jù)理論融合選線算法信息融合是協(xié)同利用多源信息進行決策的理論方法，比僅利用單源信息獲得更準確和更穩(wěn)健的性能。證據(jù)理論是信息融合領(lǐng)域的重要方法，該理論提供了一種證據(jù)合成算法，將多個具體證據(jù)組合成一個抽象證據(jù)，該抽象證據(jù)綜合了具體證據(jù)的信息，聚焦了具體證據(jù)的共同支持點12,13。3.2應(yīng)用信息熵構(gòu)造基本信度分配函數(shù)如上所述，證據(jù)理論的信度總量m(A)=1，其中m()為支持不確定的信度值，即無傾向地支持所有決策結(jié)果的信度，反映一個判決問題具有不確定性的程度。不確定的信度值越大，分配給可確定部分的信度就越小，則該特征在

11、融合中的權(quán)重就越小。但本文采用的各特征量具有不同的屬性，不能直接比較不確定性的大小。信息熵是度量一個事件具有不確定程度的定量算法，信息熵越大，表明事件的不確定程度越大。根據(jù)單相接地故障的特點，一種故障特征越可靠，故障線路與非故障線路的故障測度差異就會越大，表現(xiàn)出的信息熵值就越小，表明依據(jù)此故障特征的選線結(jié)果不確定性越小。因此可以利用信息熵來度量一種特征的不確定性。對于選線問題，測度值很小的線路肯定不是故障線路，但由于測度算法的原因仍會使這些線路具有一定的測度值，產(chǎn)生偏移量。為合理進行證據(jù)融合，以最小測度值為偏移量，將各測度值減去此偏移量，得到各線路修正后的測度值，用修正后的測度值進行證據(jù)融合選

12、線。首先計算每條線路故障測度與總故障測度的.4算例4.2實際故障數(shù)據(jù)驗證應(yīng)用本文選線方法開發(fā)了單相故障選線保護裝置，并在實際電網(wǎng)中得到應(yīng)用。下圖為該選線裝置實錄的某電網(wǎng)單相接地故障波形，該電網(wǎng)中性點消弧線圈接地，單母線分段接線，每段母線接有12條線路。故障發(fā)生在II段母線的線路7上。表3和表4分別給出該故障數(shù)據(jù)的故障測度和基本信度分配值。由表4看出融合后的信度值m(L7)為0.266，遠大于其他線路的信度值，正確表明線路7為故障線路。5結(jié)論消弧線圈接地電網(wǎng)單相接地故障信號微弱、故障狀況復(fù)雜，可用于選線的特征信息非常不可靠，僅利用單一故障信息難以保證選線的正確性。證據(jù)融合選線方法可將多種不可靠的特征信息進行綜合，使選線結(jié)果聚焦到各證據(jù)的