一种基于db4小波分解的非本侧电压等级邻近线路短路故障快速识别方法

摘要

本发明是一种基于db4小波分解的非本侧电压等级邻近线路短路故障快速识别方法，属电力系统继电保护技术领域。本方法为：当非本侧电压等级邻近线路发生短路故障时，测量单元测得线路的各相相电压，提取2ms时窗内的三相电压数据，对其进行小波分解后求得各相第一尺度下的高频分量。然后分别对各相高频分量序列的绝对值进行积分，并取其最大值。取该最大值的以10为底的对数值作为判据：若该对数值大于等于-2，则判为非本侧电压等级邻近线路发生短路故障，从而实现对非本侧电压等级邻近线路短路故障的快速判定。理论分析和大量仿真表明本发明正确有效。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于db4小波分解的非本侧电压等级邻近线路短路故障快速识别方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

目前线路保护主要集中在对本条线路的保护且拥有较高的可靠性，而对于跨电压等级的线路发生故障时的故障信息判定方面却缺乏行而有效的方法。目前220kV及以上线路的主保护主要包括：纵联距离(方向)线路保护和纵联电流差动保护。所谓线路的纵联保护，就是用某种通信信道将传输电线路两端的保护装置纵向联结起来，将各端的电气量(电流、功率的方向等)传到对端，将两端的电气量比较，以判断故障在本线路范围内还是在线路范围外，从而决定是否切断被保护线路。而随着目前电力线路电压等级的提升，一条线路故障会引起相邻电压等级邻近线路上的电气量波动，而目前的线路主保护不具备对跨电压等级线路故障信息的可靠判定，因而，线路保护的难点就在于对跨电压等级线路故障的可靠、迅速识别，以确保保护正确动作，即使切除故障，防止故障影响扩大化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种基于小波分解的非本侧电压等级邻近线路短路故障快速判定方法，用来克服目前线路保护中无法对非本侧电压等级邻近线路短路故障进行可靠判定的缺点。

本发明的技术方案是：一种基于db4小波分解的非本侧电压等级邻近线路短路故障快速识别方法，当非本侧电压等级邻近线路发生短路故障时，测量单元测得变压器的三相电压，提取2ms时窗内的三相电压数据对进行db4小波分解，求取第一尺度下的高频分量的绝对值然后求取所得各相绝对值的积分最大值最后求取该最大值的以10为底的对数值M：当M大于等于-2时，判定为非本侧电压等级邻近线路短路故障；否则判定其正常运行。

具体步骤为：

(1)当非本侧电压等级邻近线路发生短路故障时，通过测量单元检测并记录三相电压；

(2)提取线路发生短路故障时2ms时窗内三相电压数据u_A[n]、u_B[n]、u_C[n]，A、B、C为变压器三相的编号，n为离散信号第n个采样节点；

(3)对进行db4小波分解，求取第一尺度下的高频分量绝对值序列

(4)利用下式求取各相的积分值

取其最大值其中N为2ms时窗内采样点个数，i表示离散信号的第i个采样点，

(5)利用下式求取的以10为底的对数值M：

若M≥-2，则判定为非本侧电压等级邻近线路短路故障；

否则，判定其正常运行。

本发明的原理是：

一、小波变换高频分量求取

对提取的三相电压进行db4小波变换，利用下式求取第一尺度下的高频分量 

式中h[p]为小波高通滤波器系数，h[p]＝[0.2304,0.7148,0.6309,-0.0280,-0.1870,0.0308,0.0329,-0.0106]；p为离散信号第p个采样点，

二、积分值的求取

当非本侧电压等级邻近线路发生短路故障时，装置立即启动，测量单元开始录波，提取2ms时窗内三相电压数据u_A[n]、u_B[n]、u_C[n]，A、B、C为线路三相的编号。对各相电压进行小波分解得到第一尺度下的高频分量绝对值通过下式计算得到各相的积分值

式中：N为2ms时窗内采样点个数，i为离散信号第i个采样点；

三、非本侧电压等级邻近线路发生短路故障的判定

非本侧电压等级邻近线路发生短路故障后，各相电压中包含有故障产生的高频分量，值应较大；而当线路正常运行时则不会产生高频分量，最大值趋向于0。用式(2)对各相所得积分并取最大值

对求取其以10为底的对数值M，则非本侧电压等级邻近线路发生短路故障 的判据为：

M≥-2         (3)

本发明的有益效果是：

(1)本方法只需故障或干扰发生后2ms的三相电压数据，所需时窗较短，无需引入电流量。

(2)本方法仅需比较Fmax,φ的以10为底的对数值是否大于等于-2，不需要针对不同运行工况分别整定阈值。

附图说明

图1为本发明利用pscad仿真平台中的搭建的非本侧电压等级邻近线路短路故障仿真系统模型；

图2为本发明变压器低压侧发生A相接地故障时的三相电压；

图3为本发明变压器低压侧发生A相接地故障时各相电压的高频分量绝对值序列；

图4为本发明变压器低压侧发生三相短路故障时的三相电压；

图5为本发明变压器低压侧发生三相短路故障时各相电压的高频分量绝对值序列；

图6为本发明变压器低压侧正常运行时的三相电压；

图7为本发明变压器低压侧正常运行时各相电压的高频分量绝对值序列；

图8为本发明步骤流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

一种基于db4小波分解的非本侧电压等级邻近线路短路故障快速识别方法，当非本侧电压等级邻近线路发生短路故障时，测量单元测得变压器的三相电压，提取2ms时窗内的三相电压数据对进行db4小波分解，求取第一尺度下的高频分量的绝对值然后求取所得各相绝对值的积分最大值最后求取该最大值的以10为底的对数值M：当M大于等于-2时，判定为非本侧电压等级邻近线路短路故障；否则判定其正常运行。

具体步骤为：

(1)当非本侧电压等级邻近线路发生短路故障时，通过测量单元检测并记录三相电压；

(2)提取线路发生短路故障时2ms时窗内三相电压数据u_A[n]、u_B[n]、u_C[n]，A、B、C为变压器三相的编号，n为离散信号第n个采样节点；

(3)对进行db4小波分解，求取第一尺度下的高频分量绝对值序列

(4)利用下式求取各相的积分值

取其最大值其中N为2ms时窗内采样点个数，i表示离散信号的第i个采样点，

(5)利用下式求取F_max,φ的以10为底的对数值M：

若M≥-2，则判定为非本侧电压等级邻近线路短路故障；

否则，判定其正常运行。

实施例1：建立如图1所示的仿真系统模型，其中变压器为一台三相变压器，采用△/y接法，其参数如下：额定容量为600MVA,额定变比为220kV/525kV。

现假设线路TLineM2中变压器220kV侧发生A相接地故障，接地电阻假设为0，在该模型下，各相电压数据如图2所示。分别对各相装置启动后2ms时窗内的数据进行db4小波变换，并求取此种故障下各相第一尺度下的高频分量的绝对值序列如图3所示。对各相所得的绝对值序列进行积分，并用最大值函数求取三相积分值中的最大值0.0439。其对数值大于等于-2，根据判据判定为220kV侧线路发生短路故障，与假设一致，判断正确。

实施例2：建立如图1所示的仿真系统模型，其参数在实施例1中做了详细说明，这里不再累述。现假设线路TLineM2中变压器220kV侧发生三相短路故障，在该模型下，各相电压如图4所示。

选取装置启动后2ms内时窗内的数据进行db4小波变换，求取此种故障下各相第一尺度下的高频分量的绝对值序列如图5所示，分别对各相所得绝对值序列进行积分，并取其最大值0.0593。由实施例1知其对数显然是大于等于-2，根据判据判定为220kV侧线路发生短路故障，与假设一致，判断正确。

实施例3：建立如图1所示的仿真系统模型，其参数在实施例1中做了详细说明，这里不再累述。现假设线路TLineM2中变压器220kV侧正常运行，在该模型下，各相电压如图6所示。

选取装置启动后2ms内时窗内的数据进行db4小波变换，求取此种故障下各相第一尺度下的高频分量的绝对值序列如图7所示，近似为零。分别对各相所得绝对值序 列进行积分，并取其最大值3.1378e-07。其对数值一定小于-2，根据判据判定为220kV侧线路正常运行，与假设一致，判断正确。

下表是在非本侧电压等级相邻线路发生不同故障时的统计数据，其中Ag、AB、ABN分别表示A相短路接地、AB相间短路、AB相间短路接地，Rg表示接地电阻：

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。