基于多元信息融合的小电流接地系统单相接地故障选线方法研究

摘要

我国中低压配电网中广泛采用中性点不接地方式或经消弧线圈接地方式，称为小电流接地系统。小电流接地系统发生单相接地故障时，故障电流非常小，同时线电压依然保持对称，因此允许保持供电1~2h，提高了供电可靠性。但正是由于故障电流非常小等因素影响，使得小电流接地系统单相接地故障检测准确率较低。因此，如何快速准确的检测出单相接地故障已成为提高小电流接地系统供电可靠性的一个重要课题。 针对小电流接地系统单相接地故障选线问题，在查阅了诸多国内外文献的基础上，对前人的研究成果进行了归纳总结，依据所利用信号的不同对现有的各类接地选线方法进行了分类，并综合分析对比了各类选线技术的优缺点。同时，对中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统进行了建模分析，利用相模变换理论深入研究了发生单相接地故障时暂态电流的振荡机理，得出了故障时的稳态信号和暂态信号特征，为故障选线方法的选取奠定了理论基础。 对于基于稳态信息的选线方法，选取了基本不受消弧线圈影响的五次谐波法和有功功率法进行研究。利用快速傅里叶变换提取所需故障特征，并根据故障线路的五次谐波和有功功率最大且方向与非故障线路相反的特点进行选线判断。对于基于暂态信号的选线方法，在分析研究了小波变换理论的基础上，采用了基于小波包变换的故障选线方法，并给出了选线判据和选线流程。同时，利用MATLAB中的SIMULINK仿真平台搭建了一个架空-电缆混合线路的小电流系统模型。在不同故障条件下进行了仿真分析，结果表明这三种方法具有较高的准确度，但仍存在极端情况下出现误判的情况。 因此，又采用了BP神经网络将稳态信息和暂态信息相融合的选线方法。通过对BP神经网络的理论研究，定义了稳态信号和暂态信号的故障测度函数作为神经网络的输入，以选线结果作为神经网络的输出。通过在不同故障位置、过渡电阻等条件下进行仿真分析，并和单一选线方法进行比较，结果表明基于BP神经网络的多信息融合选线方法能够很好的提高单相接地故障选线准确率，具有抗干扰能力强、可靠性高的特点，对解决小电流接地系统单相接地故障选线问题具有重要的理论意义和实用价值。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3现有选线方法简介

1.3.2基于故障稳态信息的选线方法

1.3.3基于故障暂态信息的选线方法

1.3.4基于多信息融合的选线方法

1.4课题主要研究内容

第2章 小电流接地系统单相接地故障故障特征分析

2.1单相接地故障稳态特征分析

2.1.1中性点不接地系统的稳态分析

2.1.2谐振接地系统的稳态分析

2.1.3单相接地故障的谐波分析

2.2单相接地故障暂态特征分析

2.2.1暂态电容电流分析

2.2.2暂态电感电流分析

2.2.3接地点暂态全电流分析

2.3本章小结

第3章 基于稳态信息的单相接地故障选线方法研究

3.1 FFT算法

3.2有功功率法和五次谐波法选线原理

3.2.1有功功率法

3.2.2五次谐波法

3.3基于MTLAB的仿真研究

3.3.1仿真模型的建立

3.3.2不同故障条件对零序信号的影响

3.3.3有功功率法仿真分析

3.3.4五次谐波法仿真分析

3.4本章小结

第4章 基于小波包变换的单相接地故障选线方法研究

4.1小波变换和小波包理论

4.1.1 小波变换

4.1.2小波包理论

4.2小波包故障选线原理

4.2.1奇异性检测原理

4.2.2小波母函数的选取

4.2.3采样频率和分解尺度的确定

4.2.4特征频带的确定

4.2.5不平衡电流和边界效应的处理

4.2.6基于小波包分解系数乘积的选线方法

4.2.7基于小波包分解波形面积的选线方法

4.3仿真结果分析

4.3.1小波包分解系数乘积选线方法的仿真分析

4.3.2小波包分解波形面积选线方法的仿真分析

4.4本章小结

第5章 基于BP神经网络的多元信息融合选线方法研究

5.1 BP神经网络原理

5.2多元信息的选取和其故障测度

5.2.1故障测度的定义

5.2.2多元信息的故障测度函数

5.3 BP神经网络的设计

5.3.1网络的层数

5.3.2各层神经元数的个数

5.3.3传递函数

5.3.4训练函数和性能函数

5.3.5学习函数和学习速率

5.3.6基于神经网络的融合选线过程

5.4仿真结果分析

5.4.1原始样本的获取

5.4.2 BP神经网络的训练和测试

5.5本章小结

总结和展望

参考文献

攻读硕士期间取得的学术成果

致谢