[發明專利]一種中壓船舶電力系統單相接地故障報警器設計方法

有效

• 申請號: 201811365359.3
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN109375037B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 徐曉濱;翁旭;胡燕祝;高海波;高迪駒
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01R31/52
• 分類號: G01R31/52
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

1.一種中壓船舶電力系統單相接地故障報警器設計方法，其特征在于該方法包括以下各步驟：

(1)對于中壓船舶電力系統，其中壓部分的拓撲多為母排分段結構，每段母排上至少由一臺發電機供電，當系統中發生單相接地故障時，在故障點和地之間形成3.3KV～10.8KV不等的零序電壓U，通過線纜和設備的對地電容以及發電機中性點電阻對地產生零序電流I及其相位D，由零序電流傳感器采集得到零序電流信號，經傅里葉分解得到其峰值，記為x₁，由零序電流傳感器采集得到零序電流相位，記為x₂，零序電流峰值x₁由0開始增大，零序電流相位x₂從180°開始向-90°方向偏離，同時中壓電力系統由正常工作狀態變為故障狀態，傳感器每隔1秒采集一次零序電流信號和零序電流相位；

(2)設定單相接地故障報警器的辨識框架為Θ＝{NA,A}，其中NA＝0表示電力系統處于正常運行狀態，A＝1表示電力系統處于單相接地故障狀態；

(3)由步驟(1)知x₁和x₂分別是單相接地故障報警器需要監測的零序電流信號峰值和零序電流相位，令x₁(k)和x₂(k)，k＝1,2,3,…,K，分別是傳感器對監測零序電流峰值的采樣值和零序電流相位的采樣值的在線測量序列，k為采樣時刻，采樣數量K要大于3600，構造零序電流信號峰值x₁關于正常運行狀態和單相接地故障狀態的正態分布X_1,NA～N(μ₁,σ₁²)和X_1,A～N(μ₂,σ₂²)，對應的概率密度函數為f_1,NA(x)和f_1,A(x)，構造零序電流相位x₂關于正常運行狀態和單相接地故障狀態的正態分布X_2,NA～N(μ₃,σ₃²)和X_2,A～N(μ₄,σ₄²)，對應的概率密度函數為f_2,NA(x)和f_2,A(x)，其中0A≤μ₁μ₂3A,σ₁0,σ₂0,180°≤μ₃360°,-90°μ₄0°,σ₃0,σ₄0；

(4)設定單相接地故障報警器的兩個輸入故障特征為x₁(k)和x₂(k)，其參考區間的端點集合為T＝{T_n’|n’＝1,2…,N}和Q＝{Q_m’|m’＝1,2…,M}，它們分別構成零序電流峰值的采樣值x₁(k)的N-1個參考區間{[T₁,T₂],[T₂,T₃],…,[T_N-2,T_N-1],[T_N-1,T_N]}和零序電流相位的采樣值x₂(k)的M-1個參考區間{[Q₁,Q₂],[Q₂,Q₃],…,[Q_M-2,Q_M-1],[Q_M-1,Q_M]}，且有(μ₁-3*σ₁)T₁T₂…T_N(μ₂+3*σ₂)，(μ₄-3*σ₄)＝Q₁Q₂…Q_M＝(μ₃+3*σ₃)，報警器輸出為中壓電力系統單相接地狀態，記為y(k)，其參考值集合為W＝{W_e|e＝1,2}，其中W₁＝NA＝0，W₂＝A＝1；

(5)通過步驟(3)構造得到輸入x₁(k)和x₂(k)關于輸出y(k)的測量值序列S＝{x₁(k)，x₂(k)，y(k),k＝1,2,3,…,K，K≥3600}，將x₁(k)、x₂(k)和y(k)表示成樣本集合Z＝[x₁(k),x₂(k),y(k)]的形式，確知x₁(k)和x₂(k)中分別有β₁個測量值滿足N(μ₁,σ₁²)和N(μ₃,σ₃²)，對應輸出y(k)＝0，分別有β₂個測量值滿足N(μ₂,σ₂²)和N(μ₄,σ₄²)，對應輸出y(k)＝1，且有β₁+β₂＝K，將x₁(k)和y(k)表示成樣本集合Z’＝[x₁(k),y(k)]，將x₂(k)和y(k)表示成樣本集合Z”＝[x₂(k),y(k)]，分別使用樣本集合[x₁(k),y(k)]和[x₂(k),y(k)]在所對應的區間上的概率分布構造輸入故障特征x₁(k)和x₂(k)與中壓電力系統單相接地狀態y(k)的概率分布表；

(6)根據步驟(5)中得到的樣本[x₁(k),y(k)]的概率分布表，可獲得當輸入故障特征x₁(k)的樣本落在參考點T_n上時，W_e發生的置信度為

并有則可定義對應于參考點T_n的報警置信度為

同理，對于樣本[x₂(k),y(k)]的概率分布表，定義對應于參考點Q_m的報警置信度為

其中

對于新進的零序電流信號峰值x₁(t)和零序電流相位x₂(t),t＝1,2,3,…，其必然落入參考點T_n或Q_m上，此時該參考點所對應的報警置信度被激活，它們分別由式(2)和式(3)給出；

(7)根據步驟(6)分別獲得t時刻關于過程變量x₁和x₂的報警置信度和之后，利用報警置信度靜態融合規則把每一時刻的報警置信度和進行靜態融合，得到t時刻的靜態報警置信度B_t，具體計算過程如下：

B_t＝R_o,b(2)，o＝{W_e|e＝1,2} (5)

其中，在設定w_i＝r_i，i＝1,2情況下，有

(8)根據步驟(7)獲得t時刻的靜態報警置信度B_t之后，利用報警置信度動態融合規則將當前t時刻靜態報警置信度與其以往時刻的動態報警置信度進行融合，得出當前t時刻的動態報警置信度，記為E_t＝[E_t(NA),E_t(A)]，具體步驟如下：

(8-1)當t＝1時，有E₁＝B₁＝[E₁(NA),E₁(A)]，亦即動態報警置信度即為該時刻獲得的靜態報警置信度；

(8-2)設定報警置信度權重w_i＝1，i＝1,2，當前時刻的靜態報警置信度的可靠性r_t通過如下公式計算：

其中，r₀＝0.5是可靠性初值，τ是獎懲系數，通過下面公式計算：

設定e_NA＝(1,0,0)，e_A＝(0,1,0)，B′_t＝[B_t(NA),B_t(A),0]，E′_t＝[E_t(NA),E_t(A),0]，φ是可靠性增強因數，通過下面公式計算：

是前l個時刻動態報警置信度的可靠性的平均值

(8-2-1)當t＝2時，利用式(5)、(6)、(7)獲得t＝1和t＝2時刻的靜態報警置信度B₁和B₂，R₁＝1，取R₂＝r_t，利用報警置信度動態融合規則對它們進行融合，得到融合結果為

即把t＝1時刻和t＝2時刻的靜態報警置信度融合得到t＝2時刻的動態報警置信度；

(8-2-2)當t2且t≤l時，取t-1時刻的動態報警置信度的可靠性利用式(8)～(13)計算得到當前t時刻靜態報警置信度的可靠性r_t，有R₂＝r_t，利用式(15)和式(16)對t-1時刻的動態報警置信度E_t-1和當前t時刻的靜態報警置信度B_t進行融合得到當前t時刻的動態報警置信度E_t；

(8-2-3)當tl時，利用式(14)計算得到t-1時刻的動態報警置信度的可靠性利用式(8)～(14)計算得到當前t時刻靜態報警置信度的可靠性r_t，有R₂＝r_t，利用式(15)和式(16)對t-1時刻的動態報警置信度E_t-1和當前t時刻的靜態報警置信度B_t進行融合得到當前t時刻的動態報警置信度E_t；

(9)根據步驟(8)得到t時刻的動態報警置信度E_t＝(E_t(NA),E_t(A))，給出報警準則：若E_t(NA)≥E_t(A)，則輸出y(t)＝0，不報警，即表明中壓電力系統處于正常運行狀態，若E_t(NA)E_t(A)，則輸出y(t)＝1，報警，即說明此時中壓電力系統處于單相接地狀態。