[发明专利]基于PSO改进的原子分解法的雷击干扰与故障识别方法

权利要求书

1.一种基于PSO改进的原子分解法的雷击干扰与故障识别方法，其特征在于，包括：

一个采集信号并建库的步骤：即当系统零序电压大于整定电压U_set时，采集故障前后的系统三相电流和电压信号，并建立数据库存储这些信号；

一个判断故障类型的步骤：根据数据库中存储的故障前后的系统三相电流和电压信号，分析故障信号进行雷击干扰识别，以判断是雷击干扰还是接地短路故障，具体包括以下子步骤：

步骤A1、对零序电流进行预处理，将线路故障零序电流减去在故障或干扰发生前1个工频周期的波形，即i_0.t(t)＝i₀(t)-i₀(t-T),其中，T为工频周期，i₀(t)为线路故障后零序电流，i₀(t-T)为在故障或干扰发生前一个工频周期的波形；i_0.t(t)为经预处理的故障零序电流；

步骤A2、用基于PSO改进的原子分解法处理经预处理的故障零序电流，进行迭代直到达到设定的迭代次数后停止；残余信号初值为i_0.r，分解迭代次数大于等于10次；

步骤A3、对经原子分解而来的重构信号进行频率分析，如果预处理后的零序电流不存在50±λ₁Hz区间内的频率成分，其中λ₁为阈值，则判定为雷击干扰，否则判定为接地故障；

一个根据故障类型进行处理的步骤：若判定为雷击干扰，则将继电保护闭锁；若判定为接地短路故障，则进行故障选相，为雷击故障识别第二重判据的实现提供依据，具体包括以下子步骤：

步骤B1、取故障后一个工频周期的三相电流，计算相间电流差值，运用基于PSO改进的原子分解法对其进行频率成分分析；

步骤B2、分别提取表征稳态工频分量即50±λ₂Hz区间内的频率成分的最佳匹配原子的频率、匹配度特征量信息，其中λ₂为阈值，并将这些特征量信息存储到数据库中；

步骤B3、根据构造的选相判据进行故障选相；选相方案为：如果三个匹配度因子g_AB、g_BC、g_CA中某一个明显小于另外两个，则该匹配度因子对应的两相为健全相，另一相为故障相；其中，

$\left\{\begin{array}{c}{g}_{AB}=(1-G_{50}^{AB})\×1000\\ g_{BC}=(1-G_{50}^{BC})\×1000\\ g_{CA}=(1-G_{50}^{CA})\×1000\end{array}\right.$

式中，分别为经原子分解的相间电流差值的最佳匹配原子匹配度；

一个针对判断出的雷击故障进行第二重判断类型的步骤：分析故障信号进行雷击故障识别，以判断故障是一般短路故障、绕击短路故障还是反击短路故障，具体是通过原子分解能量比值与故障相电流行波电磁暂态特征双重平行判据进行判断，即两个判断结果一致，则判断结果成立，若不一致，则判断结果不成立，其中，

判断步骤1、运用原子分解能量比值判据进行雷击故障识别具体操作步骤如下：

步骤C1、运用K变换对三相电流进行相模变换：

$\left[\begin{array}{c}{i}_0\\ i_1\\ i_2\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ 1& 2& -3\\ 1& -3& 2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right]$

选取模分量i₁＝i_a+2i_b-3i_c作为基本信号并基于原子分解法进行分析，以消除线路间的耦合作用；

步骤C2、对线模电流进行滤波处理，在信号分析中加入冲激响应滤波器，滤除频率低于300Hz的成分后再进行基于PSO改进的原子分解；

步骤C3、计算相对高频分量的能量E₀和电流总能量E，从而求出相对高频分量的能量所占电流总能量的比值；

$b=\frac{E_0}{E}\×100=\frac{\sqrt{\underset{j=1}{\overset{K}{\Σ}}{I_j}^2}}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{I_m}^2\left(i\right)}}\×100$

步骤C4、将求出的能量比值与设定阈值比较进行故障识别，若b＜k₁，则判定为一般短路故障，若b＞k₂，判定为反击短路故障，否则判定为绕击短路故障；

判断步骤2、运用故障相电流行波电磁暂态特征判据进行雷击故障识别具体操作步骤如下：

步骤D1、对根据故障类型进行处理的步骤中判定而来的故障相电流运用基于PSO改进的原子分解法进行分析，提取表征电流行波暂态特征的最佳匹配原子的频率、匹配度特征量信息，并将这些特征量信息存储到数据库中；

步骤D2、故障识别，计算以下参数：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_1=t_{12}-t_{11}\\ T_2=t_{x2}-t_{x1}\\ n_{\max }=f_{\max }/f_1\end{array}\right.$

式中，f₁为最佳匹配原子中除频率低于1000Hz的原子后匹配度最大原子的频率，T₁为频率为f₁的原子对应的行波波尾时间，t₁₁为其开始时间，t₁₂为其终止时间，f_max为其余最佳匹配原子中频率最大的原子频率，T₂为频率为f_max的原子对应的行波波尾时间，t_x1为其开始时间，t_x2为其终止时间；

步骤D3、进行判定：若T₁＝t₁₂-t₁₁＞t_set1，则判定为一般短路故障，否则判定为雷击故障；判定为雷击故障后，若在用原子分解法分解得到的最佳匹配原子中存在原子x，满足T₂＝t_x2-t_x1＜t_set2，且n_max＞n_set，则判断发生了反击短路故障，否则判断为绕击短路故障。