基于VMD和零序电流暂态量相似度的高阻选线方法.pdf
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1、ElectricalAutomation33PowerSystem&Automation电力系统及其自动化电气自动化2 0 2 3年第45卷第4期基于VMD和零序电流暂态量相似度的高阻选线方法王正宇,刘映彤(1.华南理工大学电力学院,广东广州510641;2.湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082)摘要:针对配电网谐振接地系统高阻接地故障特征微弱和选线困难等问题,提出了一种基于变模态分解(variablemodedecomposi-tion,VM D)和零序电流暂态量相似度的高阻选线方法。首先,通过建立高阻接地故障零序等效网络,分析得到各线路零序电流暂态量的特征;然后,利用VMD提取
2、零序电流和母线零序电压导数的暂态分量;最后,依据故障线路零序电流暂态量与母线零序电压导数暂态量的相关性系数小于健全线路的特征形成选线判据。利用搭建的仿真模型进行验证。结果表明,所述方法在不同工况下均能准确选出故障线路,且不受噪声干扰,具有较强的适用性和抗干扰能力,提高了高阻接地故障选线的准确性。关键词:谐振接地系统;高阻故障;变模态分解;零序电流;暂态量;故障选线D0I:10.3969/j.issn.1000-3886.2023.04.011中图分类号 TM726文献标志码A文章编号10 0 0-38 8 6(2 0 2 3)0 4-0 0 33-0 4High-impedance Line
3、Selection Method Based onVMD and Zero-sequence Current Transient SimilarityWang Zhengyu,Liu Yingtong2(1.School of Electric Power Engineering,South China University of Technology,Guangzhou Guangdong 510641,China;2.College of Electrical and Information Engineering,Hunan University,Changsha Hunan 41008
4、2,China)Abstract:Aiming at the problems of weak characteristics of high impedance grounding faults in the resonant earthing system of the distributionnetwork and difficulties in line selection,a high impedance line selection method based on the similarity of variable modedecomposition(VMD)and zero s
5、equence current transient quantity was proposed.Firstly,by establishing a zero-sequence equivalentnetwork for high impedance grounding faults,the characteristics of the transient zero sequence current of each line were analyzed andobtained;then,VMD was used to extract the transient components of zer
6、o sequence current and bus zero sequence voltage derivative;finally,a line selection criterion was formed based on the correlation coefficient between the fault line zero sequence current transientand bus zero sequence voltage derivative transient,which was less than the characteristics of a healthy
7、 line.The simulation model wasused for validation.The results show that the proposed method can accurately select fault lines under different operating conditions,without noise interference,and has strong applicability and anti-interference ability,improving the accuracy of high impedancegrounding f
8、ault line selection.Keywords:resonant grounding system;high-impedance fault;variable modal decomposition;zero sequence current;transient quantities;faultline selection0引言我国中低压配电网接地方式主要为谐振接地方式。采用该接线方式,消弧线圈常采用过补偿方式,使得发生接地故障时,故障电流特征微弱,造成故障选线困难。此外,配电网常发生经树枝和草地等非理想导体的高阻故障2。高阻故障相比于金属性接地与低阻接地故障,其电气量特征更不明显、
9、故障点更不稳定,因而高阻故障的选线与处理是目前的研究难点之一。现今,针对谐振接地系统高阻接地故障的选线问题,国内外学者提出了大量基于暂态分量的选线方法3-5】利用的都是故障电气量的暂态分量,需要排除工频分量的干扰。目前常用暂态分量的提取方法有S变换、经验模态分解(empiricalmodedecompo-sition,EM D)等方法。文献6 采用S变换得到零序电流的时频定稿日期:2 0 2 3-0 2-2 4特征,通过比较各线路的时频信息的相似度并结合深度学习算法确定故障线路,然而S变换存在分解尺度的问题。文献7 采用EMD分解对零序导纳进行特征分量提取,通过比较故障线路和健全线路特征分量的
10、符号进行选线,但EMD分解过程中容易出现模态混叠,影响选线结果基于上述文献所提方法存在的局限性,本文首先分析了谐振系统高阻故障的暂态特征,采用变模态分解(variationalmodede-composition,VM D)提取线路零序电流和零序电压导数暂态量,排除了工频分量和噪声的干扰;然后,依据非故障线路和故障线路的零序电流暂态量与母线零序电压导数暂态量的相关性差异形成故障判据;最后,通过仿真试验,表明本文所提方法在噪声干扰和不同的工况下均可准确选出发生高阻故障的线路。1谐振接地系统高阻故障暂态特征根据文献8 可知,谐振系统高阻接地故障的零序等效电路34ElectricalAutomati
11、ontokPowerSystem&Automation电力系统及其自动化电气自动化2 0 2 3年第45卷第4期图如图1所示。其中:U,为虚拟电源;R,为过渡电阻;C,为故障出线对地电容;Co为第k条馈线对地零序分布电容,k=1,2,n;L。为电感值;U。为中性点零序电压;I,为流过故障出线零序电流;I1、12、I,为流过健全线路的零序电流;I,为流过消弧线圈的零序电流。123R,U3LCoiCo2Cok图1谐振系统高阻接地故障零序等效电路根据图1可列出二阶线性非齐次微分方程:ditdilU,=9R,LoCo2+3Lo+3RiL(1)dt?dt式中:Co为系统零序电容之和,Coz=ZCo。该微
12、分方程的特征根为:1211Pi=6R,Co(6R,Cos3L.Cos(2)211P26R,Cos6R,Co3L.Cos当R,较小,满足RLO,系统处于欠阻尼状态,同理COZ可以推导得到i和iokT:UoTduo.3R,dt(8)duo_Tdt综上可知,零序电流和母线零序电压由暂态量和工频稳态量两部分组成。流过故障线路始端零序电流暂态量为零序电压暂态量与零序电压导数暂态量的线性组合,而流过健全线路的零序电流暂态量与零序电压导数暂态量成正比关系。2VMD算法提取暂态量由第1节的分析可知,线路零序电流存在工频分量,因此暂态特征量的提取会受到工频分量的影响,此外还需排除噪声的干扰。VMD是一种自适应的
13、信号处理方法,利用迭代搜索变分模型的最优解,将多分量信号分解成多个单分量调频调幅信号9VMD分解电流信号i(t)表达式为:minHk.lok(9)KLs.t.ZH,=i(t)式中:K为模态分量(IMF)个数;a(t)、d,分别为冲击函数和其对t求偏导;H、1w 为电流信号分解后的第k个IMF及其对应的中心频率。在式(9)中引人二次惩罚因子和拉格朗日乘法算子入(t),扩展的拉格朗日表达式为:+12I(t)-ZH+入(),(t)-ZHk(0)(10)采用交替方向乘子送代算法送代更新求解。结合VMD中心频率自适应选取原则,利用VMD对零序电流和零序电压进行分解得到对应的暂态量3高阻接地故障选线原理及
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