[发明专利]一种利用故障馈线零序电流矩阵主成分分析第一主成分的选线方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用故障馈线零序电流矩阵主成分分析第一主成分的选线方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

配电网覆盖面广，且直接面对用户为其提供用电服务。根据统计单相接地故障约占配电网故障的80%。配电网谐振接地系统即为中性点经消弧线圈接地系统，属小电流接地系统。小电流接地系统发生故障会影响非故障相对地电压致其升高，电压升高会对电网设备的绝缘产生破坏；特别是间歇性电弧接地，会引起弧光过电压，该电压通过破坏系统绝缘进而发展成相间或多点接地短路，引起系统过电压，从而损坏设备，破坏系统安全运行，因此必须准确、快速找到故障线路并及时对故障进行排除。

配电网故障多为单相接地故障，故障发生后若应用工频稳态量群体比幅比相法进行选线，由于受消弧线圈补偿作用的影响，接地电流微弱，可能会导致选线错误。而故障后故障暂态电流幅值远大于稳态电流，且不受消弧线圈影响，因此利用暂态量的选线方法比利用稳态量的选线方法更具优势。近年来国内外基于暂态量选线的研究成果大量涌现，但仍有一些问题有待解决和完善，其主要原因在于：1、故障边界复杂、随机，如故障初始相角大小、故障距离、过渡电阻大小等，不同故障条件，暂态零序信号频率成分、衰减特性、频谱能量分布具有较大差异；2、电压过零点附近发生单相接地故障时，引起的高频分量很小，使得高频暂态量选线方法灵敏度大大下降；3、电缆线路和架空线路电气特性差异较大，健全线路零序电流波形之间相似性降低；4、采用行波检测法，行波传播速度较快，而配电网线路较短，加之配电网信号干扰较多，行波首波头不易可靠捕捉。

主成分分析（Principal components analysis，PCA）由卡尔·皮尔逊于1901年提出，用于分析数据和建立数理模型。其方法主要是通过对协方差矩阵进行特征分解，以得出数据的主成分（即特征向量）与它们的权值（即特征值）。该方法已广泛应用于数据集的分析和简化。通过主成分分析的数据集，其维数得到减少，但保持了数据对方差贡献最大的特征。

中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障后，其故障暂态零序电流中包含了大量不同类型的暂态信息，也就是数据集的维度很大，若利用PCA对零序电流主成分进行提取，在降低数据维度的同时保持主信号的特征，依此实现故障选线，将有效减少干扰信号的影响，提高选线方法的可靠性。藉此，提出一种利用故障馈线零序电流矩阵主成分分析第一主成分的选线方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服传统选线方法在接地电流微弱时受干扰信号的影响选线可靠性不高的问题，提供了一种利用故障馈线零序电流矩阵主成分分析第一主成分的选线方法。

本发明的技术方案是：一种利用故障馈线零序电流矩阵主成分分析第一主成分的选线方法，当中性点经消弧线圈接地的配电网络发生单相接地故障后，选线装置启动，首先计算在故障后短时窗内各馈线零序电流之和的绝对值，通过该值与设定阀值的大小关系实现对母线故障与馈线故障的判断；当确定为馈线故障后，然后构建各馈线零序电流矩阵并对其进行主成分分析，得到零序电流矩阵各主成分值，并分别将第一主成分各元素的符号函数与第一主成分各元素符号函数之和的符号函数作乘；最后根据该值与零值的大小关系来可靠实现故障选线。

所述选线方法的具体步骤如下：

A、发生单相接地故障后，在短时窗内，计算各馈线零序电流之和的绝对值I_∑，并将该值与设定阀值I_set的大小关系实现对母线故障与馈线故障的判断：

        　　　　　　                 　　　　（1）

当I_∑>I_set时，判定为母线故障；

当I_∑<I_set时，判定为馈线故障；

式中：i_0j(k)表示编号为j的馈线其零序电流在k采样点时的幅值，j=1,2,3…N为馈线的编号，N为馈线条数；k=1,2,3…K为采样点编号，K为零序电流数据采样点数量；K<N；