基于变异系数与高阶累积量的小电流接地故障选线
发布时间：2021-10-11 12:05
针对现有谐振接地系统的暂态量选线法准确性不高的问题,提出一种基于变异系数与高阶累积量的小电流接地故障选线。首先利用变异系数求解零序电流故障分量的初始极性,判断其是线路故障或是母线故障。若为线路故障,则利用变分模态分解对各出线零序电流进行分解,提取出零序电流的直流分量和工频交流分量。最后结合直流分量的高阶累积量和工频交流分量的初始极性构造判据,最终实现双重极性选线。仿真结果表明,该方法不受故障合闸角、过渡电阻的影响。
【文章来源】：电力系统保护与控制. 2020,48(13)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
故障选线流程
响，提高分析和辨识精度，较传统功率谱或相关函数方法具有更好的抗噪能力，在电力系统领域[20-21]已经成功应用。为了更好地反映衰减直流分量的非线性特征，提出一种基于变异系数和高阶累积量的小电流故障选线方法，通过高阶累积量反映各线路衰减直流分量的非线性特征，初步判断出故障线路，并利用变异系数反映各线路零序电流和工频交流分量的初始集中趋势，判断各线路的初始极性，最终利用高阶累积量和变异系数实现双重极性选线。1接地故障暂态分析中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障的等效电路如图1所示，0R、0L分别为零序回路中的等效电阻和电感，LR、L分别为消弧线圈的有功损耗电阻和电感，0u为等效零序电源电压，C为系统对地电容总和。图1暂态电流等效电路Fig.1Transientcurrentequivalentcircuit根据不同的回路，可得下列微分方程：c0c0c0d1dsin()dtmiRiLitUttC(1)LLLdsin()dmiUtriLt(2)式中：表示故障合闸角；ci、Li分别为暂态电容电流和电感电流，联立式(1)和式(2)可得暂态接地电流为LdcLCMLMfCMfLM()cos()(sinsincoscos)ecosettiiiIItIttI(3)式中：表示自由震荡的衰减系数；f为暂态自由振荡分量的角频率。由式(3)可知，暂态接地电流主要由工频分量、衰减直流分量和暂态高频分量组成。当0时，暂态高频分量最小，直流分量最大，当90时，暂态高频分量最大，直流分量最校2理论分析2.1高阶累积量若定义k个连续随机变量12,,,kxxx的概率密度函数为1(,,)kfxx，则对应的第一联合特征函数可定义为11j()1
蜃拥娜范?为使二次罚因子更加精确，能够不受过渡电阻和故障合闸角的影响，使用Matlab建立如图2的小电流接地系统，三相电压源为220kV；变压器变比为220/35，连接方式为/Y；架空线路正序参数[26]为：1R0.170/km，1L1.20mH/km，1C9.697nF/km，零序参数为：0R0.230/km，0L5.480mH/km，0C6nF/km；消弧线圈设置为过补偿8%,消弧线圈电阻约为感抗的10%，四条线路所带负载分别为2MVA、1.8MVA、1.5MVA、1.2MVA，系统采样频率1MHz。图2小电流接地系统仿真模型Fig.2Simulationmodelofsmallcurrentgroundingsystem若在0.02s时，线路1L发生单相接地故障，故障合闸角为90°，过渡电阻为500Ω，利用混合蛙跳算法对二次罚因子进行参数优化。混合蛙跳算法的参数设置如下：族群为5，每个族群5只青蛙，组内迭代次数为10，全局迭代次数为10。适应度函数中的非故障线路高阶累积量，取非故障线路中的最大值，青蛙移动最大步长为2000。图3适应度值变化曲线Fig.3Fitnessvaluechangecurve混合蛙跳算法的适应度值变化曲线如图3所示，适应度函数最优值出现在第5代上，所得二次罚因子优化值为3314.42。为了使参数能够适应所有情况且足够精确，本文分别取12组不同故障合闸角和过渡电阻对应的零序电流进行参数优化，每组进行5次寻优并取平均值。每组经混合蛙跳算法得到的二次罚因子优化值见表1和表2。表1故障合闸角为0°和30°的优化数据Table1Optimizeddatawithfaultclosinganglesof0°and30°故障电阻/故障电阻/合闸角0°55005000合闸角30°
【参考文献】：
期刊论文
[1]变分模态分解在小电流接地系统故障选线中的应用[J]. 卫永琴,鞠凯,王潇龙,金增杰. 电力系统及其自动化学报. 2019(11)
[2]基于变分模态分解的电力系统泛频带振荡辨识方法[J]. 汤吉鸿,朱军飞,李勇,左剑,马俊杰,陈崇刚. 电力系统保护与控制. 2019(02)
[3]新型蛙跳算法求解总能耗约束FJSP[J]. 杨冬婧,雷德明. 中国机械工程. 2018(22)
[4]基于S变换暂态能量与方向的无整定配电网选线新方法[J]. 陈豪威,王媛媛,唐夏菲,殷惠,林成,黄路明. 电力系统保护与控制. 2018(14)
[5]基于零序电流幅值分布相似性的小电流接地故障定位方法[J]. 张乃刚,张加胜,郑长明,丁丽,张国程. 电力系统保护与控制. 2018(13)
[6]基于组合赋权与TOPSIS模型的节点电压暂降严重程度综合评估方法[J]. 杨家莉,徐永海. 电力系统保护与控制. 2017(18)
[7]基于高阶累积量的改进Prony低频振荡辨识方法[J]. 朱先贤,赵帅,贾宏杰. 电力系统及其自动化学报. 2017(09)
[8]基于高频分量相关度分析的故障选线方法[J]. 刘谋海,方涛,姜运,曾祥君,黄宇浩,韦根. 电力系统及其自动化学报. 2017(02)
[9]基于新型磁控消弧线圈的电磁混合消弧及配合选线新方法[J]. 王朋,田翠华,陈柏超,沈伟伟,魏亮亮,涂志康. 电工技术学报. 2015(16)
[10]基于EEMD与SVM的配电网故障选线方法[J]. 王晓卫,魏向向,高杰,侯雅晓. 电力系统及其自动化学报. 2014(12)
博士论文
[1]基于Prony算法的小电流接地故障暂态选线技术[D]. 张新慧.山东大学 2008
本文编号：3430476
【文章来源】：电力系统保护与控制. 2020,48(13)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
故障选线流程
响，提高分析和辨识精度，较传统功率谱或相关函数方法具有更好的抗噪能力，在电力系统领域[20-21]已经成功应用。为了更好地反映衰减直流分量的非线性特征，提出一种基于变异系数和高阶累积量的小电流故障选线方法，通过高阶累积量反映各线路衰减直流分量的非线性特征，初步判断出故障线路，并利用变异系数反映各线路零序电流和工频交流分量的初始集中趋势，判断各线路的初始极性，最终利用高阶累积量和变异系数实现双重极性选线。1接地故障暂态分析中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障的等效电路如图1所示，0R、0L分别为零序回路中的等效电阻和电感，LR、L分别为消弧线圈的有功损耗电阻和电感，0u为等效零序电源电压，C为系统对地电容总和。图1暂态电流等效电路Fig.1Transientcurrentequivalentcircuit根据不同的回路，可得下列微分方程：c0c0c0d1dsin()dtmiRiLitUttC(1)LLLdsin()dmiUtriLt(2)式中：表示故障合闸角；ci、Li分别为暂态电容电流和电感电流，联立式(1)和式(2)可得暂态接地电流为LdcLCMLMfCMfLM()cos()(sinsincoscos)ecosettiiiIItIttI(3)式中：表示自由震荡的衰减系数；f为暂态自由振荡分量的角频率。由式(3)可知，暂态接地电流主要由工频分量、衰减直流分量和暂态高频分量组成。当0时，暂态高频分量最小，直流分量最大，当90时，暂态高频分量最大，直流分量最校2理论分析2.1高阶累积量若定义k个连续随机变量12,,,kxxx的概率密度函数为1(,,)kfxx，则对应的第一联合特征函数可定义为11j()1
蜃拥娜范?为使二次罚因子更加精确，能够不受过渡电阻和故障合闸角的影响，使用Matlab建立如图2的小电流接地系统，三相电压源为220kV；变压器变比为220/35，连接方式为/Y；架空线路正序参数[26]为：1R0.170/km，1L1.20mH/km，1C9.697nF/km，零序参数为：0R0.230/km，0L5.480mH/km，0C6nF/km；消弧线圈设置为过补偿8%,消弧线圈电阻约为感抗的10%，四条线路所带负载分别为2MVA、1.8MVA、1.5MVA、1.2MVA，系统采样频率1MHz。图2小电流接地系统仿真模型Fig.2Simulationmodelofsmallcurrentgroundingsystem若在0.02s时，线路1L发生单相接地故障，故障合闸角为90°，过渡电阻为500Ω，利用混合蛙跳算法对二次罚因子进行参数优化。混合蛙跳算法的参数设置如下：族群为5，每个族群5只青蛙，组内迭代次数为10，全局迭代次数为10。适应度函数中的非故障线路高阶累积量，取非故障线路中的最大值，青蛙移动最大步长为2000。图3适应度值变化曲线Fig.3Fitnessvaluechangecurve混合蛙跳算法的适应度值变化曲线如图3所示，适应度函数最优值出现在第5代上，所得二次罚因子优化值为3314.42。为了使参数能够适应所有情况且足够精确，本文分别取12组不同故障合闸角和过渡电阻对应的零序电流进行参数优化，每组进行5次寻优并取平均值。每组经混合蛙跳算法得到的二次罚因子优化值见表1和表2。表1故障合闸角为0°和30°的优化数据Table1Optimizeddatawithfaultclosinganglesof0°and30°故障电阻/故障电阻/合闸角0°55005000合闸角30°
【参考文献】：
期刊论文
[1]变分模态分解在小电流接地系统故障选线中的应用[J]. 卫永琴,鞠凯,王潇龙,金增杰. 电力系统及其自动化学报. 2019(11)
[2]基于变分模态分解的电力系统泛频带振荡辨识方法[J]. 汤吉鸿,朱军飞,李勇,左剑,马俊杰,陈崇刚. 电力系统保护与控制. 2019(02)
[3]新型蛙跳算法求解总能耗约束FJSP[J]. 杨冬婧,雷德明. 中国机械工程. 2018(22)
[4]基于S变换暂态能量与方向的无整定配电网选线新方法[J]. 陈豪威,王媛媛,唐夏菲,殷惠,林成,黄路明. 电力系统保护与控制. 2018(14)
[5]基于零序电流幅值分布相似性的小电流接地故障定位方法[J]. 张乃刚,张加胜,郑长明,丁丽,张国程. 电力系统保护与控制. 2018(13)
[6]基于组合赋权与TOPSIS模型的节点电压暂降严重程度综合评估方法[J]. 杨家莉,徐永海. 电力系统保护与控制. 2017(18)
[7]基于高阶累积量的改进Prony低频振荡辨识方法[J]. 朱先贤,赵帅,贾宏杰. 电力系统及其自动化学报. 2017(09)
[8]基于高频分量相关度分析的故障选线方法[J]. 刘谋海,方涛,姜运,曾祥君,黄宇浩,韦根. 电力系统及其自动化学报. 2017(02)
[9]基于新型磁控消弧线圈的电磁混合消弧及配合选线新方法[J]. 王朋,田翠华,陈柏超,沈伟伟,魏亮亮,涂志康. 电工技术学报. 2015(16)
[10]基于EEMD与SVM的配电网故障选线方法[J]. 王晓卫,魏向向,高杰,侯雅晓. 电力系统及其自动化学报. 2014(12)
博士论文
[1]基于Prony算法的小电流接地故障暂态选线技术[D]. 张新慧.山东大学 2008
本文编号：3430476
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