[发明专利]基于粒子群优化的弱暂态零序电流故障特征提取方法

说明书

本发明专利涉及一种基于粒子群优化的弱暂态零序电流故障特征提取方法。首先，设置势函数参数为优化对象、随机初始化粒子组成一个种群；然后，利用变尺度双稳态系统对弱暂态零序电流进行特征提取，计算初始电流与该电流之间的互相关系数；接着，按照互相关系数的最大化作为暂态零序电流检测效果的度量准则和参数优化选取的依据，根据适应度值更新粒子位置和飞行速度；最后，当进化次数达到最大阈值，停止更新并输出最优化参数，在该条件下，对暂态零序电流进行特征提取，若互相关系数大于0.85，则故障特征提取完成；反之，则再进行优化，直至大于0.85，故障特征提取完成。

技术领域

本发明涉及基于粒子群优化的弱暂态零序电流故障特征提取方法，属于电力系统配电网故障选线领域。

背景技术

配电网故障选线具有以下难点和问题：1)信号的故障特征不明显：单相接地故障后，稳态电流一般小于30A甚至只有几A，此外，配电网络结构复杂导致有时候故障特征不明显，虽然故障暂态零序电流信号比稳态零序电流信号大，但是持续时间短，有时难以检测；2)我国配电网运行方式多变，各配电线路的长短不一、数量也会经常发生变化，其线路的谐波电流和分布电容电流也随之发生变。另外，外界噪声的强度、负荷的影响、母线电压的波动和故障点接地电阻的不确定等因素均会影响故障零序电流的变化。综上所述，如何在强随机噪声背景下提取暂态零序电流的故障特征是解决配电网故障选线的关键技术。

随机共振技术在上世纪八十年代由意大利学者Benzi等人在研究地球古气象冰川问题时提出的。它指一个非线性双稳态系统，当仅在噪声或仅在小周期信号作用下都不足以使系统输出在两个稳态之间跃迁，而在噪声和小周期信号的共同作用下，系统输出的功率谱中，在信号的频率处出现一峰值，当噪声强度达到某一合适值时，输出功率谱的峰值达到最大。随机共振利用噪声增强微弱信号传输的优点，使其与其他的微弱信号检测方法相比具有独特的优势。然而，现有文献只是根据经验选取势函数参数，有可能导致随机共振提取的特征信号不够准确，大大影响了随机共振的应用效果。因此，如何选取合理的势函数参数，最有效地利用随机共振来增强强噪声背景下弱暂态零序电流信号的检测，是配电网故障诊断领域需要解决的问题之一。

发明内容

本发明的目的在于利用最优化参数条件下的变尺度双稳态系统提取强噪声背景下弱暂态零序电流的故障特征，为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

基于粒子群优化的弱暂态零序电流故障特征提取方法，包括如下步骤：

步骤1设定双稳态系统中的势函数参数a、b为优化对象，其中，双稳态系统表达式为：

dx/dt＝-dV(x)/dx+s(t)

V(x)为势函数，V(x)＝-ax²/2+bx⁴/4，a和b为势函数参数，s(t)代表暂态零序电流i_z(t)，其中，i_z(t)不含噪声信号；

步骤2设定粒子的维数为2维，其中，a代表第1维，b代表第2维；

步骤3设定粒子种群规模及进化次数，其中，粒子个数为25个，进化次数为100次；

步骤4初始化粒子种群中各粒子的位置X_j(k)及飞行速度V_j(k)，其中，X_j(k)和V_j(k)分别表示k时刻种群中第j个粒子的位置和速度，j为粒子编号；

步骤5将强噪声背景下的弱暂态零序电流i_zg(t)替换双稳态系统表达式中的s(t)，并对双稳态系统进行四阶龙格-库塔算法求解，求解所得的解为初始电流i_s(t)；