【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力系统，更具体地说，涉及一种基于计算分解品质因数改进vmd的配电网单相接地故障选线方法。
技术介绍
1、我国3-66kv配电网大多为小电流接地系统，通常分为中性点不接地和中性点经消弧线圈接地两种，约80％的故障为单相接地故障。随着经济迅速发展，生产建设用电需求不断增加，城乡配电网改造加速，配电系统规模急速扩张，电缆和架空线路的数量及距离较以往显著增加。在单相接地故障发生时，故障相电压会降低，其他两相电压升高，使配电设备绝缘长期处于高电压下，易导致绝缘老化甚至击穿，可能发展为更严重的相间短路故障，产生三相短路冲击；地电位升高，也增加了触电风险，尤其是在低对地电阻的环境中易造成安全事故。尽管单相接地故障不如相间短路严重，但长时间运行仍会影响配电网的安全性和稳定性，因此应尽早检测和处理。
2、对于中性点经消弧线圈接地的系统，由于感性电流的补偿作用，单相接地故障时零序电流值进一步减小，难以采集，这对故障设备的检测要求更高。传统的小电流接地故障选线方法在复杂配电网中难以实现高精度，易出现误判或漏判，特别在弱接地系统中，这些方法的灵敏度和可靠性较低，因此需要新算法和技术提升故障识别的准确性，小电流接地故障选线技术已成为国内外重要研究课题和热点。
技术实现思路
1、本方法的目的在于，提出一种基于计算分解品质因数改进vmd的配电网单相接地故障选线方法，以解决目前故障选线效率低、准确率低的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术包括如下步骤：
3
4、步骤2，采集故障发生前后0.1秒配电网模型的暂态零序电流信号。
5、步骤3，计算分解品质因数，确定最佳分解模态数k。
6、步骤4，用改进后的vmd算法自适应的分解配电网模型各出线的暂态零序电流信号，得到k个imf分量。
7、步骤5，计算配电网模型各出线的能量熵和极性测度因子。
8、步骤6，比较配电网模型各出线的能量熵和极性测度因子。选取一条线路为参考线路，当某一线路满足能量熵值最大，且该条线路极性测度因子极性与其他线路不同，判定该线路为故障线路；否则判定为配电网母线故障。
9、本专利技术的特点还在于，步骤3中，所述计算分解品质因数流程如下：
10、a.采用差异系数c表征各imf分量之间的差异，其定义式如下所示：
11、
12、式中，h1,h2,...,hk分别代表对应分解的k个imf值的信息熵，为分解的k个imf分量的信息熵均值。由上式可知，各imf分量的信息熵与信息熵均值越接近，c值越小，其imf分量间差异越小，分解效果不明显。为保证分解效果良好，应使c值尽可能大。
13、b.采用误差系数δ表征原信号与重构信号间的误差，其定义式如下所示：
14、δ＝sum{abs[f-(u1+u2+···+uk)]}
15、式中，f代表原信号，u1,u2,...,uk代表分解后的各imf分量，误差系数δ的值越小，表示原信号与重构信号越接近，分解效果更好。
16、c.由差异系数及误差系数可以定义vmd的分解品质因数如下式：
17、
18、为了使vmd分解的效果最优，要让分解品质因数最大，即分解的分量信号特征差异较大的同时又满足重构信号逼近原始信号。为减轻运算量，设定程序的最大k值为10，通过计算各个k值下分解品质因数q的大小，挑选出最大的q值，其对应的k值即为最优分解模态个数。
19、步骤4中，vmd算法流程如下；
20、a.变分问题的构造
21、原始信号f(t)被分解成k个固有模态分量，且满足k个imf分量的宽带之和最小和k个imf分量之和等于f(t)，其带有约束条件的变分模型如下式所示：
22、
23、式中，uk(t)＝{u1,u2,···,uk}表示所有模态分量的集合，ωk＝{ω1,ω2,···,ωk}表示各个imf分量的中心频率，δ(t)表示单位脉冲函数，“*”为卷积计算。
24、b.变分问题的求解
25、引入拉格朗日二次惩罚因子α和拉格朗日乘法算子λ，将变分问题转换为非约束变分形式，得到的增广拉格朗日函数如下式所示：
26、
27、将最小化问题转化为增广拉格朗日函数的鞍点问题，利用交替方向乘子法，分别对参数进行多次迭代求解，各个模态分量通过下式进行更新：
28、
29、式中ωk＝ωk+1，对上式进行傅里叶变化可得到在频域上的数学表达式：
30、
31、按同样方法得到各imf的中心频率和拉格朗日乘法算子在频域的更新表达式如下所示：
32、
33、设参数n的初始值均为0，迭代更新参数uk,ωk,λ，直到满足下式所示的收敛条件，停止迭代。
34、
35、步骤5中，所选取的故障特征能量熵与极性测度因子如下所示：
36、a.能量熵是能量域内熵的扩展，熵是描述系统的混淆程度。信息熵是对信息不确定性的度量，其定义式由香浓提出，如下所示：
37、h(x)＝e[i(xi)]＝-∑pilogpi
38、分解出的k个imf分量分别用u1(t),u2(t),···,uk(t)表示，其各个imf的能量定义如下所示：
39、
40、由于imf分量是正交的，信号的能量就是所有imf分量的能量和。由信息熵的定义，推展出能量熵公式如下所示：
41、
42、b.极性测度因子α的测量通过选取一个参考路线，其它线路的高频分量分别与选取参考线路做内积运算，其定义式如下所示：
43、
44、ix(t)为线路x的高频分量，i0(t)为所选取的参考线路的高频分量。
45、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：有效提高单相接地故障选线的效率和准确度。
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1.一种基于计算分解品质因数改进VMD的配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于计算分解品质因数改进VMD的配电网单相接地故障选线方法，步骤3中，所述计算分解品质因数流程如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于计算分解品质因数改进VMD的配电网单相接地故障选线方法，步骤4中，VMD算法流程如下；
4.根据权利要求1所述的一种基于计算分解品质因数改进VMD的配电网单相接地故障选线方法，步骤5中，所选取的故障特征能量熵与极性测度因子如下所示：
【技术特征摘要】
1.一种基于计算分解品质因数改进vmd的配电网单相接地故障选线方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于计算分解品质因数改进vmd的配电网单相接地故障选线方法，步骤3中，所述计算分解品质因数流程如下：
3.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：董海波，刘云昊，褚浩男，刘士诚，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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