CN104635111A - 一种基于故障时刻s变换频谱特性的配电网故障启动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种基于故障时刻S变换频谱特性的配电网故障启动方法,属电力***继电保护技术领域。本方法为:在1MHZ采样率下,采集短时窗内的零序电压时域波形,对其进行S变换得到零序电压S矩阵,再对S矩阵各元素求模得到S模矩阵,并提取S模矩阵在突变发生时刻的幅频特性,最后计算该时刻幅频特性的方差ξ。若计算得到的方差ξ大于设定阈值,则判断配电网发生单相故障,选线装置启动;反之,则未发生故障,选线装置不启动。理论分析和实测数据的验证表明本发明效果良好。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于故障时刻S变换频谱特性的配电网故障启动方法,属于电力***继电保护技术领域。
背景技术
我国配电网广泛采用小电流接地方式,这种接地方式发生单相接地故障时供电仍能保证线电压的对称性,不影响对负荷的连续供电。但发生单相接地故障后,由于故障电流微弱、电弧不稳定等原因,单相接地故障可靠启动长期以来没有得到很好地解决。
基于零序电压电流工频分量的方法灵敏度较低且受消弧线圈影响;基于零序信号5次或以上谐波的方法虽然不受消弧线圈影响,但信号中谐波分量过小,灵敏度受到很大限制。因此,急需提出一种更加可靠的方法实现小电流接地***单相故障的启动。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种基于故障时刻S变换频谱特性的配电网故障启动方法,用以解决现有的配电网故障启动方法存在可靠性不高的问题。
本发明的技术方案是:一种基于故障时刻S变换频谱特性的配电网故障启动方法,在1MHZ采样率下,采集短时窗内的零序电压时域波形,对其进行S变换得到零序电压S矩阵,再对S矩阵各元素求模得到S模矩阵,并提取S模矩阵在突变发生时刻的幅频特性,最后计算该时刻幅频特性的方差ξ;若计算得到的方差ξ大于设定阈值,则判断配电网发生单相故障,选线装置启动;反之,则未发生故障,选线装置不启动。
具体步骤为:
(1)短时窗下零序电压时域波形的获取:在1MHZ采样率下,采集短时窗内电压互感器开口三角形侧的零序电压时域波形,对应的零序电压离散信号为u0[m],m=0,2,…,N-1;N-1为短时窗下离散信号u0[m]的个数;
(2)零序电压时域波形的S变换:利用式 对采集到的零序电压离散信号进行S变换,得到零序电压S矩阵S[l,k],其列l对应采样时间点,行k对应频率点;U0[k]为u0[m]的傅里叶变换;u0[m]为采样到的零序电压离散信号,采样点m=0,1,2,…,N-1;N为采样序列长度;
(3)对零序电压S矩阵的各元素求模,得到S模矩阵,并提取S模矩阵在突变发生时刻的幅频特性,再利用式计算该时刻幅频特性的方差ξ;其中x1、x2、…xn为突变发生时刻的幅频特性采样信号,x=1/n(x1+x2+…+xn);
(4)单相故障启动判据的构造:按以下条件进行单相故障与未故障的判别:
若则判定为单相故障,选线装置启动;
若则判定为未故障,选线装置不启动;
其中为阈值,其整定按照未发生故障时趋于0,而发生单相故障时不为0的原则设置为0.1。
本发明的原理是:
一、获取短时窗下零序电压时域波形
在1MHZ采样率下,采集短时窗内电压互感器开口三角形侧的零序电压时域波形,对应的零序电压离散信号为u0[m],采样点m=0,1,2,…,N-1;N为采样序列长度。
二、对零序电压时域波形进行S变换
对采集到的N个零序电压离散信号点u0[m],m=0,2,…,N-1采用式(1)进行S变换。
式(1)和式(2)中,U0[k]为u0[m]的傅里叶变换;S[l,k]为零序电压S矩阵,其列对应采样时间点,行对应频率点;u0[m]为采样到的零序电压离散信号,采样点m=0,1,2,…,N-1;N为采样序列长度。
三、计算S模矩阵幅频特性的方差
对零序电压S矩阵S[l,k]的各元素求模,得到S模矩阵,并提取S模矩阵在突变发生时刻的幅频特性,再利用式(3)计算该时刻幅频特性的方差ξ。
式(3)中,x1、x2、…xn为突变发生时刻的幅频特性采样信号,x=(x1+x2+…+xn)/n。
四、单相故障与未故障判别
阈值的整定按照未发生故障时趋于0,而发生单相故障时不为0的原则设置为0.1。按以下条件进行单相故障与未故障的判别:
若则判定为单相故障,选线装置启动;
若则判定为未故障,选线装置不启动。
本发明的有益效果是:利用S变换方法实现配电网的故障启动,其原理简单,准确可靠,且不受故障过渡电阻变化等因素的影响。
附图说明
图1为本发明的方法流程图;
图2为本发明实施例1的零序电压时域波形;
图3为本发明实施例1的S模矩阵在突变发生时刻的幅频特性;
图4为本发明实施例2的零序电压时域波形;
图5为本发明实施例2的S模矩阵在突变发生时刻的幅频特性。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式,对本发明作进一步说明。
一种基于故障时刻S变换频谱特性的配电网故障启动方法,在1MHZ采样率下,采集短时窗内的零序电压时域波形,对其进行S变换得到零序电压S矩阵,再对S矩阵各元素求模得到S模矩阵,并提取S模矩阵在突变发生时刻的幅频特性,最后计算该时刻幅频特性的方差ξ;若计算得到的方差ξ大于设定阈值,则判断配电网发生单相故障,选线装置启动;反之,则未发生故障,选线装置不启动。
具体步骤为:
(1)短时窗下零序电压时域波形的获取:在1MHZ采样率下,采集短时窗内电压互感器开口三角形侧的零序电压时域波形,对应的零序电压离散信号为u0[m],m=0,2,…,N-1;N-1为短时窗下离散信号u0[m]的个数;
(2)零序电压时域波形的S变换:利用式 对采集到的零序电压离散信号进行S变换,得到零序电压S矩阵S[l,k],其列l对应采样时间点,行k对应频率点;U0[k]为u0[m]的傅里叶变换;u0[m]为采样到的零序电压离散信号,采样点m=0,1,2,…,N-1;N为采样序列长度;
(3)对零序电压S矩阵的各元素求模,得到S模矩阵,并提取S模矩阵在突变发生时刻的幅频特性,再利用式计算该时刻幅频特性的方差ξ;其中x1、x2、…xn为突变发生时刻的幅频特性采样信号,x=1/n(x1+x2+…+xn);
(4)单相故障启动判据的构造:按以下条件进行单相故障与未故障的判别:
若则判定为单相故障,选线装置启动;
若则判定为未故障,选线装置不启动;
其中为阈值,其整定按照未发生故障时趋于0,而发生单相故障时不为0的原则设置为0.1。
实施例1:一种基于故障时刻S变换频谱特性的配电网故障启动方法流程图如图1所示。在1MHZ采样率下,采集16ms时窗内的零序电压时域波形,如图2所示,对其进行S变换,再将得到的S矩阵各元素求模得到S模矩阵,并提取S模矩阵在突变发生时刻的幅频特性,如图3所示。最后计算该时刻幅频特性的方差ξ=1.0178。
设置零序电压S模矩阵幅频特性的方差阈值因为ξ=1.0178>0.1,所以判定配电网发生单相故障,选线装置启动。
实施例2:一种基于故障时刻S变换频谱特性的配电网故障启动方法流程图如图1所示。在1MHZ采样率下,采集16ms时窗内的零序电压时域波形,如图4所示,对其进行S变换,再将得到的S矩阵各元素求模得到S模矩阵,并提取S模矩阵在突变发生时刻的幅频特性,如图5所示。最后计算该时刻幅频特性的方差ξ=0.0154。
设置零序电压S模矩阵幅频特性的方差阈值因为ξ=0.0154<0.1,所以判定配电网未发生故障,选线装置不启动。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (2)
1.一种基于故障时刻S变换频谱特性的配电网故障启动方法,其特征在于:在1MHZ采样率下,采集短时窗内的零序电压时域波形,对其进行S变换得到零序电压S矩阵,再对S矩阵各元素求模得到S模矩阵,并提取S模矩阵在突变发生时刻的幅频特性,最后计算该时刻幅频特性的方差ξ;若计算得到的方差ξ大于设定阈值,则判断配电网发生单相故障,选线装置启动;反之,则未发生故障,选线装置不启动。
2.根据权利要求1所述的基于故障时刻S变换频谱特性的配电网故障启动方法,其特征在于具体步骤为:
(1)短时窗下零序电压时域波形的获取:在1MHZ采样率下,采集短时窗内电压互感器开口三角形侧的零序电压时域波形,对应的零序电压离散信号为u0[m],m=0,2,…,N-1;N-1为短时窗下离散信号u0[m]的个数;
(2)零序电压时域波形的S变换:利用式 对采集到的零序电压离散信号进行S变换,得到零序电压S矩阵S[l,k],其列l对应采样时间点,行k对应频率点;U0[k]为u0[m]的傅里叶变换;u0[m]为采样到的零序电压离散信号,采样点m=0,1,2,…,N-1;N为采样序列长度;
(3)对零序电压S矩阵的各元素求模,得到S模矩阵,并提取S模矩阵在突变发生时刻的幅频特性,再利用式计算该时刻幅频特性的方差ξ;其中x1、x2、…xn为突变发生时刻的幅频特性采样信号,x=1/n(x1+x2+…+xn);
(4)单相故障启动判据的构造:按以下条件进行单相故障与未故障的判别:
若则判定为单相故障,选线装置启动;
若则判定为未故障,选线装置不启动;
其中为阈值,其整定按照未发生故障时趋于0,而发生单相故障时不为0的原则设置为0.1。
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