配电网高阻接地故障识别方法研究

作     者：王玮乐 

作者单位：南京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丁孝华;张腾飞

授予年度：2023年

学科分类：0808[工学-电气工程] 080803[工学-高电压与绝缘技术] 08[工学] 

主      题：高阻接地故障 故障识别 变分模态分解 能量矩 特征融合 

摘      要：配电网作为连接大电网和用户负荷侧的重要组成部分,是保证供电质量、提高电力系统稳定性的关键环节。在我国新型电力系统建设的背景下,如何提升配电网的供电可靠性和安全性成为现代配电网运行时亟需解决的问题。由于配电网覆盖区域广、运行环境复杂,配电网线路容易与地面等介质接触引发高阻接地故障。当发生高阻接地故障时,其故障电流小、电气量变化不明显、难以被现有的线路保护装置识别,容易引发人体触电等重大安全事故,严重威胁现代配电网的安全运行。因此,本文对配电网的高阻接地故障识别方法进行了研究。本文通过建模仿真充分研究了不同故障条件对高阻接地故障波形的影响,提出了一种适用于高阻接地故障识别的自适应信号分解方法,改善了高阻接地故障数据的分解效果,并设计了一种基于多能量矩特征融合的高阻接地故障识别方法,提高了高阻接地故障识别的准确率。论文主要研究内容如下:(1)高阻接地故障波形形态和能量分布影响因素分析通过建模仿真的方式分析了不同故障条件对高阻接地故障波形和能量分布的影响。选择Emanuel模型模拟高阻接地故障,搭建了中性点经消弧线圈接地的含分布式电源配电网模型。对不同故障初相角、不同故障位置、不同线路类型和不同分布式电源出力情况下的高阻接地故障零序电流和时频能量分布进行仿真分析,总结了不同故障发生条件对波形形态和能量分布的影响。仿真分析结果表明,各类故障条件对高阻接地故障稳态高频分量的能量分布影响较小,可以利用这一特点设计故障特征和识别模型。(2)基于自适应变分模态分解的高阻接地故障波形分解方法为了准确分解提取高阻接地故障波形的高频分量,在变分模态分解的基础上设计了一种自适应变分模态分解方法。针对变分模态分解需要人工设置参数这一缺陷,提出了一种自适应权重非洲秃鹫优化算法对变分模态分解参数进行寻优,降低因先验知识不足带来的误差;考虑到高阻接地故障波形信息熵高、复杂度高等特点,构建了一种适用于高阻接地故障识别的复合评价指标作为适应度函数,以提高分解结果的完备性和正交性。对比实验结果表明,本文所提出的分解方法具有收敛速度快、分解精度高、正交程度高等特点。(3)基于多能量矩特征融合的高阻接地故障识别方法利用分解后得到的高频分量,设计了一种基于多能量矩特征融合的高阻接地故障识别方法。首先通过差分运算对零序电流进行数据预处理,并使用自适应变分模态分解对波形进行分解,提取零序电流的高频分量;然后,以能量矩特征为基础,构建了半区间能量矩比值特征、高低频能量矩比值特征和能量矩熵特征三种故障特征;最后,将构建的故障特征作为中值树突状神经网络的输入向量并进行识别,以提高高阻接地故障识别的准确率。实验结果表明,所提故障识别方法具有良好的抗噪能力和实用性,可以实现高阻接地故障的准确识别。