[发明专利]一种强噪声背景下弱暂态零序电流故障特征提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种强噪声背景下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，如何利用随机共振来增强强噪声背景下弱暂态零序电流的检测，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：

一种强噪声背景下弱暂态零序电流故障特征提取方法，包括如下步骤：

步骤1设定暂态频率压缩比CR，其中CR的数值范围为1000～2000；

步骤2设定压缩采样频率f_sc，其中f_sc＝f_s/CR，f_s为信号采样频率，f_s＝100000Hz；

步骤3设定压缩数值计算步长h_sc，其中h_sc＝1/f_sc；

步骤4将强噪声背景下的暂态零序电流i_zy(t)输入双稳态系统，利用四阶龙格-库塔算法对双稳态系统进行数值计算，其中计算步长为h_sc，所得的解为整体特征信号i_s(t)；

步骤5提取整体特征信号i_s(t)的起始阶段作为特征信号i_c(t)，其中0～0.01s为i_s(t)的起始阶段；

步骤6求取i_c(t)与无噪声暂态零序电流的起始阶段i_zo(t)之间的互相关系数ρ_cz，若ρ_cz≥0.7，则暂态零序电流故障特征提取完成；若ρ_cz＜0.7，则进行步骤7；

步骤7重新设定CR的值，再按步骤2-步骤6依次进行，直至ρ_cz≥0.7。

本发明工作原理

1暂态零序电流

基于暂态量选线法所依据的暂态特征比稳态值大几倍甚至几十倍，且不受消弧线圈的影响，无需添加额外设备，因此具有更高的可靠性及应用价值。因此，利用单相接地零序暂态等值电路进行暂态零序电流分析，如图1所示。其中：C₀为线路零序电容；L₀为线路零序等值电感；R_g为接地点的过渡电阻；R_p和L_p分别为消弧线圈的等效电阻和电感；e(t)为零序电压。

在补偿电网发生故障的瞬间，由图1可得流过故障点的暂态零序电流i_z(t)为：