[發明專利]柔性直流配電網高阻接地故障檢測方法

有效

• 申請號: 201910632932.0
• 申請日: 2019-07-06
• 公開（公告）號: CN110320436B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 韋延方;王小麗;王鵬;曾志輝;王曉衛;楊明;宋振江
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01R31/52
• 分類號: G01R31/52;G06K9/62;G06T7/90
• 代理公司: 暫無信息
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1.一種柔性直流配電網高阻接地故障檢測方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1：柔性直流配電網暫態零模電流提取；

暫態零模電流i₀(t)通過下式獲取：

式中，i_p(t)、i_n(t)分別是柔性直流配電網的正極、負極電流，t表示時間；

i₀(t)在正負極的流通方向相同，必須經過接地點形成回路；直流系統零模網絡的結構和變壓器的接線方式、中性點的接地方式以及直流系統的接地點位置相關；

步驟2：采用變分模態分解算法提取特征模態分量，具體包括以下步驟：

1)把暫態零模電流信號i₀(t)分解為K個模態分量u_k(t)，且每個模態分量是具有中心頻率的有限帶寬，中心頻率和有限帶寬在分解過程中不斷地更新，對u_k(t)采用希爾伯特變換可得到信號的單邊頻譜：

式中，k＝1，2，...，K，K為自然數；δ(t)表示階躍函數，u_k(t)表示i₀(t)分解為K個模態分量；

2)信號的單邊頻譜乘以預估中心頻率可得：

3)計算的梯度的平方L²范數，得出各模態分量u_k(t)的有限帶寬，構造變分模態約束問題的數學模型：

式中，δ表示狄拉克分布，*表示卷積，{μ_k}是分解得到的所有模態分量的集合{μ₁，μ₂，…，μ_k}，是每個模態分量的中心頻率集合是重構精度約束條件，表示梯度，|| ||表示范數，表示{μ_k}模態分量之和；

4)變分模態約束問題的求解具體包括以下步驟：

a)對變分模態約束問題引入拉格朗日乘法算子和二次懲罰因子，得到擴展的拉格朗日表達式：

式中，α表示二次懲罰因子，λ(t)表示拉格朗日乘法算子；

b)采用交替方向乘子算法求解得到K個模態分量；

分析K個模態分量，其中與暫態零模電流信號i₀(t)相關系數最大的模態分量作為特征模態分量，可以得出正常狀態和非正常狀態的不同特征，從而實現柔性直流配電網正常狀態和非正常狀態的區分：當特征模態分量中不存在暫態零模量和高頻分量時，判斷系統為正常狀態；當特征模態分量中存在暫態零模量且存在高頻分量時，則判定系統為非正常運行狀態，由此，還需進一步構建區分判據，進一步區分以下4種狀態：小阻接地故障、中阻接地故障、高阻接地故障、負荷投切；

步驟3：對特征模態分量求取歐幾里德距離，并轉化為灰度表示；

1)令正常狀況下的特征模態分量作為參考分量表示為θ_c(0)＝[u₁(0)，u₂(0)，...，u_n-1(0)，u_n(0)]，小阻接地故障特征模態分量表示為θ_c(1)＝[u₁(1)，u₂(1)，...，u_n-1(1)，u_n(1)]，中阻接地故障的特征模態分量表示為θ_c(2)＝[u₁(2)，u₂(2)，...，u_n-1(2)，u_n(2)]，高阻接地故障的特征模態分量表示為θ_c(3)＝[u₁(3)，u₂(3)，...，u_n-1(3)，u_n(3)]，小阻接地故障、中阻接地故障和高阻接地故障的特征模態分量與正常狀況下的特征模態分量相減，獲得特征模態分量矢量和的絕對值為：

Δu_n(k)＝|u_n(0)-u_n(k)|，k＝1，2，3

式中，u_n(0)是正常狀況下的特征模態分量，Δu_n(1)是小阻接地故障特征模態分量的矢量和絕對值，Δu_n(2)是中阻接地故障特征模態分量的矢量和絕對值，Δu_n(3)是高阻接地故障特征模態分量的矢量和的絕對值；n為大于0的自然數；

根據特征模態分量矢量和的絕對值Δu_n(k)，獲取歐幾里德距離ED(k)：

2)對歐幾里德距離ED(k)采用灰度ρ(k)表示為：

ρ(k)＝ξ^-ξED(k)，k＝1，2，3

式中，ξ是識別系數，ξ取值為5；

3)小阻接地故障灰度表示為ρ_SIF(t)＝[ρ_SIF(1)，ρ_SIF(2)，...，ρ_SIF(n)]，中阻接地故障灰度表示為ρ_MIF(t)＝[ρ_MIF(1)，ρ_MIF(2)，...，ρ_MIF(n)]，高阻接地故障灰度表示為ρ_HIF(t)＝[ρ_HIF(1)，ρ_HIF(2)，...，ρ_HIF(n)]，小阻接地故障、中阻接地故障和高阻接地故障灰度的均值的三個變量表達式分別為：

小阻接地故障灰度的均值為：

中阻接地故障灰度的均值為：

高阻接地故障灰度的均值為：

4)對小阻接地故障、中阻接地故障和高阻接地故障灰度的均值取最大值與最小值，設灰度均值的最大值ρ_max與最小值ρ_min兩個變量的表達式分別為：

ρ_max＝max[ρ_aveSIF，ρ_aveMIF，ρ_aveHIF]

ρ_min＝min[ρ_aveSIF，ρ_aveMIF，ρ_aveHIF]

令灰度均值的最大值與灰度均值的最小值相減，可得：

Δρ＝ρ_max-ρ_min，ρ_min≠ρ_max，ρ_max≠0

步驟4：對獲得的小阻接地故障灰度的均值、中阻接地故障灰度的均值和高阻接地故障灰度的均值構建紅綠藍空間模型，并將紅綠藍空間模型轉化為六角錐空間模型進行分析，基于紅綠藍空間模型與六角錐空間模型轉化的方法稱為顏色關系分類器，顏色關系分類器的具體步驟如下；

1)由步驟3可得紅綠藍空間模型表達為：

式中，r表示紅色值，g表示綠色值，b表示藍色值；

2)采用顏色關系分類器將紅綠藍空間模型轉化為六角錐空間模型，可得：

式中，H∈[0，360]，H表示色相，V表示明度值，S表示飽和度；

基于此，構建的區分判據1為：當0.5＜S＜1時，判定發生接地故障；當0.5≥S或1≤S時，判定為負荷投切，從而區分出負荷投切和接地故障；

進一步，構建區分判據2：區分小阻接地故障、中阻接地故障和高阻接地故障；當0.5＜S＜1、且H值顯示的顏色是藍色時，判定發生高阻接地故障；當0.5＜S＜1、且H值顯示的顏色是紅色時，判定發生小阻接地故障；當0.5＜S＜1、且H值顯示的顏色是綠色時，判定發生中阻接地故障。