[发明专利]一种基于聚类的配电网单相接地故障区段定位方法

权利要求书

1.一种基于聚类的配电网单相接地故障区段定位方法，其特征在于，按照如下步骤实现：

步骤S1：根据谐振接地系统母线零序电压u₀判断系统是否发生单相接地故障；若发生单相接地故障，则启动接地故障选线装置，并判定接地故障时刻；

步骤S2：利用卡伦鲍厄变换提取母线进线端和各线路出线端三相电流的α模分量，提取三相电流α模分量的突变量，即三相电流α模分量故障分量；

步骤S3：提取三相电流α模分量故障分量从故障时刻开始的256个采样点数据，并进行时频原子分解，提取能量特征量和频率特征量；

在所述步骤S3中，对三相电流α模分量故障分量进行时频原子分解后，获取各频率分量及其对应的能量；以各能量的平方和作为能量特征量，以频率与其对应能量的加权平均值作为频率特征量，将能量特征量以及频率特征量作为待识别的特征量；

步骤S4：对能量特征量和频率特征量进行归一化；

在所述步骤S4中，比较各测量点的能量特征量及频率特征量，以能量特征量的最大值为基准对各测量点能量特征量进行归一化，以频率特征量的最大值为基准对各测量点频率特征量进行归一化，获取用于聚类的特征量；

步骤S5：采用K均值聚类对各测量点归一化特征量分成两类，选出故障线路或区分出母线故障，并确定故障所在区段；

在所述步骤S5中，还包括如下步骤：

步骤S51：得到各测量点的归一化特征量后，利用K均值聚类算法进行分类；K均值聚类算法以计算各样品与聚点间的欧氏距离的长度为分类依据的聚类，分类前确定分类数，由于只需分辨出是否是故障线路以及是否是故障点的上游，故均令分类数为2；

步骤S52：分类后的结果为一个n×1矩阵，用于存储每个测量点归一化特征量对应类的信息；

步骤S53：在识别故障线路时，若母线进线端归一化特征量单独分为一类，则判定结果为母线故障；否则，由于故障线路出线端暂态相电流α模故障分量频率低于各非故障线路，幅值也低于各非故障线路，且故障电流也流过母线，母线进线端暂态相电流α模故障分量在频率以及幅值上与故障线路具备相似性，若故障线路与母线进线端的归一化特征量相似，则将二者分为一类，判断出故障线路。

2.根据权利要求1所述的一种基于聚类的配电网单相接地故障区段定位方法，其特征在于，在所述步骤S1中，通过监测母线零序电压瞬时值，当母线零序电压瞬时值大于0.15倍的母线相电压有效值时，记对应的时刻为初步故障时刻t₀，启动故障录波装置，并保存母线零序电压在t₀时刻的前3/4个工频周波和后1/4工频周波数据；对上述保存的一个工频周波数据进行时频原子分解，提取其中大于3000Hz的高频分量，重构提取的高频分量，获取高频分量波形中的模最大值的前一个同极性极大值对应的时刻t₁，作为接地故障时刻。

3.根据权利要求1所述的一种基于聚类的配电网单相接地故障区段定位方法，其特征在于，在所述步骤S2中，对三相电流进行卡伦鲍尔变换，表达式为I_αβ0＝KI_abc，其中I_αβ0为αβ0模量电流矩阵，K为卡伦鲍尔变换矩阵，I_abc为三相电流矩阵，即可得到三相电流α模分量，并利用计算式i'_α(k)＝i_α(k)-i_α(k-T)提取三相电流α模分量的突变量，式中i'_a(k)等待进一步处理，T为一工频周期的采样点数，i'_a(k)表示三相电流α模分量在k点处的突变量，i_a(k)表示三相电流α模分量，i_a(k-T)表示在k点一周期前的三相电流α模分量。