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        基于小波分析的配電網(wǎng)單相接地故障診斷方法

        2021-11-03 06:42:46安徽理工大學(xué)許運(yùn)山
        電子世界 2021年19期
        關(guān)鍵詞:極大值暫態(tài)零序

        安徽理工大學(xué) 許運(yùn)山

        我國(guó)配電網(wǎng)是我國(guó)極其重要的基礎(chǔ)設(shè)施,而單相接地故障在配電網(wǎng)故障中最為常見(jiàn)。當(dāng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí),故障線路處的接地電流難以檢測(cè),故障特征難以辨識(shí)和提取。隨著配電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,對(duì)配電網(wǎng)安全性的要求也在不斷提升。孫鵬提出了一種將蟻群算法和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的故障診斷方法,該方法適用于大多數(shù)情況下的故障檢測(cè),但檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)。郭謀發(fā)設(shè)計(jì)了一種立足于支持向量機(jī)的奇異值分解故障診斷方法。該方法能降低特征值的提取難度,快速提取出特征值,減少故障診斷時(shí)間。但故障類型診斷準(zhǔn)確率下降。白振宇研究了一種關(guān)于導(dǎo)納系數(shù)的故障診斷方法。只需要較少的特征相量即可檢測(cè)出故障類型,具有一定的實(shí)用性。王世林提出了一種基于BACA和FNN的故障診斷系統(tǒng),解決了算法迭代次數(shù)較多、搜索較慢等問(wèn)題,能夠?qū)崿F(xiàn)不同故障類型的精準(zhǔn)分類。

        本文提出將先進(jìn)的小波分解理論應(yīng)用于配電網(wǎng)單相接地故障診斷中。首先,分析配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障情況時(shí),各相電壓電流變化情況,通過(guò)對(duì)穩(wěn)態(tài)特征和暫態(tài)特征進(jìn)行分析和對(duì)比,分析得出零序電流分量在發(fā)生故障時(shí),突變量較大。其次使用小波分析來(lái)對(duì)零序電流進(jìn)行分解,選擇dB5作為小波變換基函數(shù),通過(guò)小波分解對(duì)暫態(tài)信號(hào)的特征提取功能,提出了一種了利用小波變換模極大值的診斷方法。最后本文采用MATLAB/Simulink軟件搭建仿真平臺(tái),通過(guò)模擬配電網(wǎng)線路發(fā)生單相接地故障這一情況,對(duì)該方法進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

        仿真結(jié)果表明:本文提出的方法能夠準(zhǔn)確的對(duì)配電網(wǎng)單相接地故障進(jìn)行診斷,具有較高的可靠性和準(zhǔn)確性。

        1 配電網(wǎng)單相接地故障分析

        1.1 暫態(tài)特征分析

        系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),三相線路接地的電容C為同一值,相電壓發(fā)生變化,此時(shí)三相線路中的電容電流之和為0,假設(shè)B相發(fā)生故障時(shí),則B相的電壓是0V。B相此時(shí)的對(duì)地電容的電流也為0A。使得非故障相的對(duì)地電阻增加為原來(lái)的倍,并且此時(shí)非故障相的對(duì)地電容的電流也增加為原來(lái)的倍。

        1.2 穩(wěn)態(tài)特征分析

        在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地線路出現(xiàn)單相接地故障的情況,暫態(tài)電感電流會(huì)保持平穩(wěn)的幅度不斷的減小,而暫態(tài)電容電流會(huì)以較大的幅度減小。

        2 小波分析法

        本文利用小波分析法進(jìn)行診斷,使用dB5作為小波變換基函數(shù),選線頻帶采用暫態(tài)特征突變程度最大的頻帶。通過(guò)小波分解出的模極大值和極性來(lái)判斷出故障線路。具體步驟如圖1所示。

        圖1 小波分析診斷流程圖

        如圖1所示,對(duì)線路中的零序電流進(jìn)行小波變換,當(dāng)檢測(cè)到的線路中零序電流的小波變換模極大值最大,方向與其他線路的方向不同,則該條線路被診斷為單相接地故障線路。當(dāng)被檢測(cè)線路中的零序電流經(jīng)小波分解后的模極大值有一條較大但方向和其他線路相同,則該故障線路被診斷為母線故障。

        3 仿真與驗(yàn)證

        通過(guò)Simulink搭建仿真平臺(tái),設(shè)置母線發(fā)生單相接地故障,如圖2所示。

        圖2 單相接地故障仿真平臺(tái)

        如圖3所示,單相接地故障發(fā)生在系統(tǒng)0.05s時(shí),此刻通過(guò)波形圖可知零序電流幅值發(fā)生較大的突變,由圖4可得出線路1的零序電流小波變換大于線路2,但線路1和線路2具有相同極性,即可判斷出此時(shí)為母線發(fā)生單相接地。仿真結(jié)果表明該方法能夠?qū)崿F(xiàn)配電網(wǎng)單相接地故障的準(zhǔn)確的診斷。

        圖3 線路1和線路2零序電流波形

        圖4 線路1和線路2零序電流信號(hào)小波分解圖

        總結(jié):本文通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)單相接線系統(tǒng)故障特征的詳細(xì)分析,得出了通過(guò)故障線路零序電流發(fā)生較大突變的結(jié)論,通過(guò)選用小波分析法將各線路零序電流進(jìn)行暫態(tài)分量下的提取和分解,提出利用小波變換模極大值的故障選線方法。通過(guò)對(duì)比每條線路上同一時(shí)刻下的小波變換模極大值和方向,進(jìn)而對(duì)故障線進(jìn)行診斷。最后仿真結(jié)果表明:該方法具有較高的準(zhǔn)確性、可靠性和實(shí)用性。

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