【導(dǎo)讀】長(zhǎng)時(shí)間的接地運(yùn)行極易形成兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地短路，弧光接地還會(huì)引起全系統(tǒng)過(guò)電壓，題一直沒(méi)有得到很好的解決。本文針對(duì)這個(gè)問(wèn)題開(kāi)展研究工作，旨在發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有選線方。式存在的不足，進(jìn)一步探索故障選線方法。量在正常線路和故障線路上的差異，為本文的后期工作提供理論基礎(chǔ)。了目前選線困難的主要原因。最后，指出了基于單一選線方法都具有其各自的局限性，本文對(duì)已提出的綜合選線方法加以改進(jìn)，以故障測(cè)度為基準(zhǔn)，融合了零。函數(shù)和各判據(jù)的權(quán)重系數(shù)隸屬函數(shù)。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及多種故障特征量，通過(guò)模糊決。結(jié)果，證明了它的正確性、可靠性。測(cè)故障進(jìn)行選線，建立了基于注入信號(hào)和小波包分解的灰關(guān)聯(lián)分析故障選線方法。通過(guò)大量的數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證所建立的選線體系的可行性。

　　

【正文】 這里所謂的模糊性主要是指有關(guān)事物差異的中間過(guò)渡的不分明性，這種屬性也反映在小電流系統(tǒng)單相接地故障選線中。例如“某一故障特征的明顯程度”“某一方法的有效性”等均沒(méi)有精確的度 量，存在一定的模糊性。模糊理論能通過(guò)建立相應(yīng)的隸屬函數(shù)有效地處理這種模糊性，將不分明性轉(zhuǎn)換為確切的數(shù)值描述。以下介紹一些模糊理論的基本概念。 (1)普通集合 通常把討論的全體對(duì)象叫做論域，常用 U， V， E， ?， X， Y等大寫字母表示。把論域中的每個(gè)對(duì)象稱為元素，用相應(yīng)的小寫字母表示。定義 4． 1 給定論域 X和某一性質(zhì)西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院論文 或?qū)傩?P， X中滿足性質(zhì) P的所有元素所組成的全體叫做集合，簡(jiǎn)稱集。 (2)模糊集合 在經(jīng)典集合論中，論域 X中的某一個(gè)元素 X要么完全屬于某個(gè)集合 A，要么完全不屬于 A， 元素間的分類截然分明的邊界。 考慮到現(xiàn)實(shí) 世界中很多事物的分類邊界是不分明的，而這種不分明的劃分在人們的識(shí)別、判斷和認(rèn)知過(guò)程中起著只要的作用，為了用數(shù)學(xué)的方法來(lái)處理這種問(wèn)題，扎德 (L． A． Zadeh)于 1965年提出了模糊集合的概念。他用隸屬函數(shù)來(lái)劃分處于中介過(guò)渡的事物對(duì)差異雙方所具有的傾向性?？梢哉J(rèn)為隸屬函數(shù)是普通集合中特征函數(shù)的推廣。當(dāng)特征函數(shù)的值由 {O， 1}二值擴(kuò)展到 [0， 1]區(qū)間時(shí)，就描述了一個(gè)模糊集合。模糊集合完全由隸屬函數(shù)所刻劃。 (3)模糊集的表示方法就論域的類型而言，模糊集有下列二種表示方法。①設(shè)論域 X是有限集或可數(shù)集，②設(shè)論域 x是無(wú)限集， (4)模糊集的隸屬函數(shù) 一個(gè)論域上的模糊集的隸屬函數(shù)是千差萬(wàn)別的。下面將給出的是實(shí)數(shù)集上很有用的常見(jiàn)的三類隸屬函數(shù)。 ①
偏小型 式中， c∈ X是任意一點(diǎn)， a， b是二個(gè)大于零的參數(shù)。 ②偏大型 式中 c∈ X是任意一點(diǎn)， a， b是． 個(gè)大于零的參數(shù)。 ③中間型 式中， c∈ X是任意一點(diǎn)， a是大于零的參數(shù)， b為正偶數(shù)，這是一類定義或描述近似程度的模糊集 4． 3故障測(cè)度和判據(jù)權(quán)重系數(shù) 在過(guò)去的選線方法中，選線輸出沒(méi)有附加約束，所以對(duì)選線原理只要求能夠輸出一個(gè)標(biāo)明哪一條線路故障的符號(hào)型 選線結(jié)果就可以了，但是該種輸出有很多弊病。第一，它不能體現(xiàn)選線判斷的特征量明顯程度。一個(gè)故障當(dāng)其特征量非常顯著時(shí)，選線結(jié)果非常可靠，當(dāng)其特征量很微弱時(shí)，選線結(jié)果有可能是錯(cuò)的，這種差異從符號(hào)輸出上不能體現(xiàn)。第二，當(dāng)選線判斷錯(cuò)誤時(shí)，沒(méi)有補(bǔ)救的辦法，不能提供其他線路的情況。4 基于模糊理論的多判據(jù)綜合選線方法 23 第三，不利于多判據(jù)融合，在使用多判據(jù)融合選線時(shí)，簡(jiǎn)單地把幾個(gè)判據(jù)用投票的方式表決并不是一個(gè)可行的方法?？傊?，符號(hào)型輸出結(jié)果提供的信息太少，導(dǎo)致結(jié)果僵硬，缺乏柔性。針對(duì)這些弊病做出的改進(jìn)策略是，第一，判據(jù)由單輸出改為多輸出，不再只是輸出故障線路的 標(biāo)號(hào)，而是輸出每一條線路的故障狀況；第二，由符號(hào)型輸出改為數(shù)值型輸出。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，在故障線路未知的情況下，該電網(wǎng)的每一條線路都是被懷疑的對(duì)象，究竟哪一條線路是故障線路就需要根據(jù)它們的輸出特征來(lái)判斷。既然是判斷，那么并不總是可以十分肯定地確認(rèn)哪條線路必定是故障線路，其他線路必定不是故障線路，有些情況下可能會(huì)出現(xiàn)含糊不清的情況。故障測(cè)度的提出就是為了使這種模棱兩可的判斷更加明朗化。在構(gòu)造數(shù)值型多輸出選線判據(jù)時(shí)，希望判據(jù)能夠計(jì)算出每一條線路具有故障線路表現(xiàn)的程度度量，并輸出這種度量。為此，定義故障測(cè) 度 m1的概念，故障測(cè)度是一個(gè)定義在實(shí)數(shù)內(nèi)的變量，用來(lái)描述一條線路在某一判據(jù)基準(zhǔn)下具有的似乎為故障線路的特征明顯程度的度量。這樣，針對(duì)一個(gè)特定的故障樣本，在某一判據(jù)準(zhǔn)則下可以通過(guò)設(shè)定基于該判據(jù)的故障測(cè)度隸屬函數(shù)來(lái)賦予每一條出線的故障測(cè)度。在多判據(jù)綜合選線中，求出基于各種單一判據(jù)下每條線路的故障測(cè)度后，對(duì)其求和，可以得到的基于多判據(jù)綜合選線方法下每條線路的故障測(cè)度但是對(duì)于選線問(wèn)題來(lái)說(shuō)，這樣做還不符合實(shí)際，因?yàn)樗惑w現(xiàn)了各種單一判據(jù)下各線路故障的可信程度，卻不能體現(xiàn)不同選線判據(jù)之前的可信程度，也就是說(shuō)，只完成了對(duì) 選線的一次信度分配。為此，定義各單一判據(jù)權(quán)重系數(shù)的概念，權(quán)重系數(shù)也是定義在實(shí)數(shù)內(nèi)的變量，用來(lái)描述一個(gè)故障樣本在基于某一判據(jù)基準(zhǔn)下選線的可信程度。同樣，針對(duì)一個(gè)特定的故障樣本，在某一判據(jù)準(zhǔn)則下可以通過(guò)設(shè)定基于該判據(jù)的權(quán)重系數(shù)隸屬函數(shù)來(lái)賦予該判據(jù)的權(quán)重系數(shù)，從而求得多判據(jù)下每條線路的故障測(cè)度，多判據(jù)綜合選線方法下的線路故障測(cè)度，完成了對(duì)選線信度的二次信度分配，使得選線判據(jù)更具柔韌性，提供更多信息，更有利于實(shí)現(xiàn)綜合判據(jù)。 4． 4基于模糊理論的多判據(jù)綜合選線體系 4． 4． 1多種單一判據(jù)的選取 研究綜合選線的首要任務(wù) 是選擇參與綜合決策的單一選線原理，故障選線原理主要從以下幾方面考慮：①適用不同接地方式；②適用過(guò)渡電阻能力；③適用不同故障相角能力；④抗不穩(wěn)定弧光接地能力；⑤反映瞬時(shí)性故障能力；⑥減少系統(tǒng)不平衡、電流互感器不平衡等不利因素影響。 4． 4． 2故障測(cè)度隸屬函數(shù)和權(quán)重系數(shù)隸屬函數(shù)的建立 以下對(duì)選取的六種方法分別進(jìn)行分析，并建立各自的故障測(cè)度隸屬函數(shù)以及該方法的權(quán)重系數(shù)隸屬函數(shù)。 (1)零序電流群體比幅法 : 零序電流群體比幅法，適用于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，但不適合諧振接地系統(tǒng)，這種方法是對(duì)零序電流絕對(duì)值比較法的一種擴(kuò)展 和該進(jìn)，其優(yōu)點(diǎn)是采用相對(duì)幅值比較，具有“水漲船高’’的特點(diǎn)，避免了絕對(duì)值整定等不確定因素，選線精度相對(duì)較高。由西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院論文 于故障線路的零序電流幅值為所有非故障線路的零序電流幅值之和，但是線路的長(zhǎng)短以及三相電流不平衡等因素會(huì)對(duì)零序電流的大小會(huì)產(chǎn)生比較大的影響 , 因此將線路零序電流幅值設(shè)為變量，選取偏大型二次拋物線型分布的隸屬函數(shù) 。 (2)基于諧波畸變率特性的故障選線方法 : 非正弦波周期性電氣量，根據(jù)傅里葉級(jí)數(shù)分析，可分解成基波分量和具有基波頻率整數(shù)倍的諧波分量，采用 FFT算法原理可以求出電網(wǎng)中基波及各次諧波分量。周期性交 流量中的諧波含量的方均根值與其基波分量的方均根值之比 (用百分?jǐn)?shù)表示 )，稱為總諧波畸變率 (THD)。對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路流出容性電流和感性電流，在母線側(cè)，容性電流流入非故障線路，感性電流通過(guò)中性點(diǎn)消弧線圈流出，可知，故障線路流過(guò)的零序電流含有較多的諧波分量。求得各線路零序電流中總的諧波畸變率 THD，可作為中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接系統(tǒng)的選線依據(jù)。利用電磁暫態(tài)仿真軟件 PSCAD／ EMTDC建立一個(gè)電壓等級(jí)為 35kV，饋線的小電流接地系統(tǒng)模型，其中線路 Ll=25km；線路 L2=30km；線路 L3=40km；線路 L4=45km，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地，采用補(bǔ)償度為 10％的過(guò)補(bǔ)償方式，故障發(fā)生在相電壓最大值時(shí)，即故障相角為 90O，距母線 N20km的線路 L3處，接地電阻為 50歐。仿真可得線路 L1， L2， L3， L4的零序電流及其在 20個(gè)周期內(nèi)的諧波分量， 如圖 4一 l和圖 4— 2所示 4 基于模糊理論的 多判據(jù)綜合選線方法 25 圖 42諧振接地系統(tǒng)單相接地故障線路 3， 4的諧渡分量 表 4一 1是計(jì)算出各線路的諧波畸變率，線路 L3中的 THD最大，可知線路 L3有較多的諧波含量。 表 4． 1薦線躥零序電流諧波畸變率 選線結(jié)果為線路 L3是故障線路， 選線正確。 (3)注入信號(hào)法 注入信號(hào)法配電網(wǎng)單相接地故障選線基本原理 如圖 43所示 ： 西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院論文 圖 43注入信號(hào)法選線原理圖 (4)暫態(tài)零序電流互積求和法 第二章中小電流接地系統(tǒng)單相接地故障暫態(tài)分析可知，暫態(tài)電流遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)分量，且不受中性點(diǎn)接地方式的影響。但暫態(tài)分量的大小很容易受到干擾，所以在干擾信息偏大的情況下比較暫態(tài)電流分量幅值可能會(huì)帶來(lái)困難。因此，本文在能量法的基礎(chǔ)上提出利用測(cè)量的線路零序電流的暫態(tài)分量與其他線路的暫態(tài)分量之積后求和來(lái)判斷故障線路，其信息量大，干擾信息將被大量信號(hào)所淹沒(méi)，使抗干擾能力大為 加強(qiáng)。 (5)基于衰減直流分量的故障選線方法 由第二章小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的暫態(tài)分析可知，當(dāng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，流過(guò)故障線路的零序電流由暫態(tài)電容電流和暫態(tài)電感電流兩部分疊加而成，其中第一項(xiàng)為接地電流穩(wěn)態(tài)分量，其余為接地電流的暫態(tài)分量，等于電容電流的暫態(tài)自由振蕩分量與電感電流的暫態(tài)直流分量之和，對(duì)于非故障線路而言，其流經(jīng)的零序電流中只含有暫態(tài)電容電流分量，而不含有電感電流分量。所以當(dāng)故障發(fā)生在相電壓過(guò)零點(diǎn)附近時(shí)，相對(duì)于非故障線路，故障線路零序電流中含有非常明顯的衰減直流分量。 而當(dāng)故障發(fā)生在相電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)，故障線路會(huì)出現(xiàn)明顯的衰減直流分量。 (6)基于小波包分析的故障選線方法 小波包分析是小波理論的發(fā)展，能夠?qū)Ω哳l的小波空間進(jìn)一步分解，從而可將高頻信號(hào)中的各種頻率分量進(jìn)一步細(xì)分到各個(gè)頻帶上，并能根據(jù)被分析信號(hào)的特征，自適應(yīng)地選擇相應(yīng)頻帶，使之與信號(hào)頻譜相匹配，從而提高了時(shí)頻分辨率。 4． 5． 1仿真模型的建立 利用電磁暫態(tài)仿真軟件 PSCAD／ EMTDC，建立一個(gè)電壓等級(jí)為 220kV／ 35kV五條饋線的小電流接地系統(tǒng)仿真模型，五條饋線長(zhǎng)度分別為 20km、 30km、 40km、 45km和 50km，4 基于模糊理論的多判據(jù)綜合選線方法 27 全部采用相同負(fù)載。模型中注入信號(hào)裝置與母線之間的斷路器閉合時(shí)，則向系統(tǒng)注入一特定頻率信號(hào)電流，該模型中的注入信號(hào)電流峰值為 1OA．頻率為 225Hz。本文仿真實(shí)驗(yàn)所使用的系統(tǒng)采樣頻率為 lOkHz。 4． 5． 2中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)故障仿真及數(shù)據(jù)分析 參照小電流接地系統(tǒng)仿真模型，斷路器斷開(kāi)狀態(tài)，該模型為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)模型，所以多判據(jù)模糊模型中的基于諧波畸變率及衰減直流分量的選線判據(jù)不再適合。 (1)算例 1：在離母線 20km線路 L3處， t=O． 1s， A相發(fā)生接地故障，故障相角為 0。，接 地電阻 =lOO歐。 (2)算例 2：由算例 1的模型，在 t=0． 1s時(shí)，母線 A相發(fā)生接地故障，故障相角為 0，接地電阻 Rf=100歐。由加權(quán)后的模糊集即各線路的故障測(cè)度可以得出母線為故障線路。 (3)方法有效性驗(yàn)證 本文采用算列 1的方法和模型對(duì)不同故障相角、不同接地電阻分別進(jìn)行了仿真，其中基于零序電流群體比幅法和注入信號(hào)法利用的是系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)值選線，可以忽略相角的影響，所以，在仿真時(shí)相角取任意值。 5 基于灰關(guān)聯(lián)分析的故障選線方法 29 5 基于灰關(guān)聯(lián)分析的故障選線方法 從第三章中的現(xiàn)有選線方法以及第四章中建立的基于模糊理論的多判據(jù)綜合選線方法可以看出， 這些方法都是在沒(méi)有故障樣本的情況下選線，而已有故障樣本中其實(shí)含有對(duì)新故障選線的大量有利信息。本章就是利用已有的故障樣本，通過(guò)灰關(guān)聯(lián)分析推斷出新故障樣本的故障線路。 5． 1灰關(guān)聯(lián)分析理論 (1)數(shù)據(jù)變換 灰關(guān)聯(lián)分析在實(shí)際應(yīng)用中，所有的這些向量均是來(lái)源于實(shí)際系統(tǒng)的數(shù)據(jù)序列，因此必然具有相應(yīng)的物理量綱，數(shù)值上差異可能很大，甚至相差若干個(gè)數(shù)量級(jí)。這樣就會(huì)使得數(shù)值較小的項(xiàng)目可能失去作用，而數(shù)值較大的項(xiàng)目又可能被夸大，從而失去公共的交點(diǎn)，而這些數(shù)據(jù)時(shí)常又不存在運(yùn)算關(guān)系。為了保證參與分析的數(shù)據(jù)序列基本處于同一數(shù)量級(jí)，因 此需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使之無(wú)量綱化和歸一化。這就提出了數(shù)據(jù)變換問(wèn)題，在灰關(guān)聯(lián)分析中常用的數(shù)據(jù)變化有初始化處理、均值化處理和區(qū)間值化處理。在這里簡(jiǎn)單介紹均值化處理。均值化處理就是對(duì)一個(gè)數(shù)列的所有數(shù)據(jù)均用它的平均值去除，從而得到一個(gè)新數(shù)列。 (2)灰關(guān)聯(lián)序 。在關(guān)聯(lián)分析中，關(guān)心的是關(guān)聯(lián)度大小的排序，而不是關(guān)聯(lián)度的實(shí)際大小。關(guān)聯(lián)度的大小只是元素相互作用、相互影響的外在表現(xiàn)，而關(guān)聯(lián)序才是實(shí)質(zhì)，灰關(guān)聯(lián)分析的目標(biāo)就是找出關(guān)聯(lián)序，通過(guò)關(guān)聯(lián)序而得到想要的結(jié)果。 5． 2基于灰關(guān)聯(lián)分析的故障選線方法 由前面分析可知，灰色關(guān) 聯(lián)分析在故障選線中主要的優(yōu)點(diǎn)是：首先，利用已有的典型故障樣本可以使待測(cè)故障的某一信息特征量得到充分的反映；其次，利用已有的故障樣本中含有豐富的選線信息，可以增加新的故障樣本選線的信息冗余度，提高狀態(tài)識(shí)別的準(zhǔn)確性和可靠性。其基本原理為：用表征各出線及母線接地故障時(shí)的各出線的特征量組成該系統(tǒng)的典型故障樣本，建立典型故障樣本空間；通過(guò)比較待測(cè)故障與典型故障樣本之間的關(guān)聯(lián)度判基于灰關(guān)聯(lián)分析的故障選線方法步驟如下： (1)首先對(duì)系統(tǒng)每條出線和母線建立起典型故障樣本，形成一個(gè)典型故障樣本空間； (2)采用一定的數(shù)據(jù)處理 方法，對(duì)待檢測(cè)的故障樣本和典型故障樣本進(jìn)行數(shù)據(jù)變換； (3)選取適當(dāng)?shù)姆直嫦禂?shù)； (4)求出待測(cè)的故障樣本與典型故障樣本之間的灰關(guān)聯(lián)系數(shù)； (5)由灰關(guān)聯(lián)系數(shù)求出待測(cè)的故障樣本與典型故障樣本之間的灰關(guān)聯(lián)度，進(jìn)行灰關(guān)西安交通大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院論文 聯(lián)度排序，從而得到灰關(guān)聯(lián)序； (6)最后，根據(jù)灰關(guān)聯(lián)序，最大灰關(guān)聯(lián)度確定為故障線路。 5． 3本章小結(jié) 傳統(tǒng)的選線方法只利用待測(cè)故障的故障信息選線，而沒(méi)有利用到已有故障樣本中含有大量對(duì)故障選線有利的信息，本章在基于對(duì)已有故障樣本的故障信息分析的基礎(chǔ)上，提出利用灰關(guān)聯(lián)分析對(duì)新的待測(cè)故障樣本進(jìn)行選線，建 立了基于注入信號(hào)峰值和零序電流小波包分解系數(shù)的灰關(guān)聯(lián)分析故障選線方法。利用前一章