[发明专利]采用小波变换能量进行配电网单相高阻接地阻抗计算的方法

权利要求书

1.一种采用小波变换能量进行配电网单相高阻接地阻抗计算的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立单相高阻故障阻抗预测样本数据库DB_impedance；

2)训练单相高阻故障阻抗预测回归模型；

3)在线路首端测量k个工频周期的三相电流电压时域波形，对三相电流电压时域波形进行离线小波分解，计算每个工频周期内小波系数能量值，将k个工频周期的三相电流电压小波系数的能量，代入单相高阻故障阻抗回归模型预测故障阻抗值；

步骤1)中具体实现方法如下：

S1、在线路上等距离选择节点Node_i，i＝1,2,3，……,n，在每一个节点处模拟不同的高阻故障，阻抗值为Z_n，n＝1,2,……,7，阻抗值从集合{40，50，60，70，80，90，100}中选择；

S2、在节点Node_i处模拟阻抗值为Z_n的高阻故障，在线路首端测量故障发生前后k个工频周期的三相电流信号I_i，Zn和电压信号U_i，Zn的时域波形，其中I_i，Zn和U_i，Zn中i和Zn分别表示对节点Nodei处模拟阻抗值为Zn的故障时获得的三相电流和电压信号时域波形，对三相电流信号I_i，Zn和电压信号U_i，Zn的时域波形进行二层小波包分解，母小波为Db4，得到低频段小波包系数I_DWT和U_DWT，其中I_DWT表示低频段电流小波包系数，U_DWT表示低频段电压小波包系数；

S3、分别计算k个工频周期的三相电流小波系数能量EnI_k.Zn，i和电压小波系数能量EnU_k.Zn，i，公式如下:

式中k为第k个工频周期，i为第k个工频周期对应的小波系数，m为第k个周期小波系数的个数，Zn为高阻故障对应的阻抗值，j为第k个工频周期对应的小波系数，其中节点Node i处模拟阻抗值为Zn的高阻故障；

S4、重复步骤S3，得到所有节点处不同阻抗值下的线路首端三相电流和电压小波系数能量和对应的阻抗值，得到阻抗预测样本数据库DB_impedance；

步骤3)中具体实现方法如下：

S1、求样本空间中的ΔENI_min，ΔENI_max，ΔENU_min和ΔENU_max，其中基于样本空间X中的三相电流和电压小波系数能量，计算和确定三相电流和电压小波系数能量差值的最大值和最小值，并定义三相电流和电压小波系数能量差值的最大值和最小值分别为：和具体流程如下：

a)计算第i条样本数据中的故障相第1个工频周期和第k个工频周期之间三相电流和电压小波系数能量的差值，得到ΔEnI_i，Zn和ΔEnU_i，Zn；

b)选取样本空间中所有ΔENI_i,Zn和ΔENU_i,Zn的最大值和最小值，得到和

S2、实时测量并记录线路首端k个工频周期的三相电流和电压时域波形；

S3、分别对三相电流信号I_i，Zn和电压信号U_i，Zn的时域波形进行小波分解，计算三相电流信号I_i，Zn和电压信号U_i，Zn对应的每个工频周期的小波系数能量EnI_i和EnU_i，i＝1,2,……,k，分别求得这k个工频周期内的三相电流和电压小波系数能量的最小值和最大值和再求得三相电流和电压小波系数能量的最大值与最小值的差值ΔI和ΔU；

ΔI＝ENI_max-ENI_min；ΔU＝ENU_max-ENU_min (7)

S4、根据公式(7)对此时的三相电流和电压小波系数能量的最大值与最小值的差值判断，若某一相的电流和电压小波系数能量的最大值与最小值的差值满足如下式(8)条件时进行下一个节点的基于步骤S3的计算，否则返回进行步骤S1；

ΔI_min＜ΔI＜ΔI_max；ΔU_min＜ΔU＜ΔU_max (8)

其中ΔI_min和ΔI_max为电流和电压小波系数能量的最大值与最小值的差值的上下判定边际条件；

S5、将三相的小波系数能量代入单相高阻故障阻抗预测回归模型，计算得到高阻故障时的阻抗值。

2.根据权利要求1所述的采用小波变换能量进行配电网单相高阻接地阻抗计算的方法，其特征在于，步骤2)中具体实现方法如下：

S1、建立样本空间X，其中第i条样本数据的格式如下所示：

其中和为A相的第1个工频周期的三相电流和电压小波系数能量，和为B相的第1个工频周期的三相电流和电压小波系数能量，和为C相的第1个工频周期的三相电流和电压小波系数能量，M表示共有M个工频周期，Z_n，i为节点Node i处阻抗值为Z_n高阻故障值；

S2、采用支持向量机作为单相高阻故障阻抗预测回归模型，核函数采用Gauss径向基函数，具体参数优化流程如下：

a)单相高阻故障阻抗预测回归模型参数选择采用“grid-search”网格搜索法和10-折交叉检验确定全局最优参数，在单相高阻故障阻抗预测回归模型中，需要用到的参数共有3个，C为惩罚参数，g为径向基函数的参数，p为回归模型算法中的松弛因子；

b)其中参数g的取值采用推荐值g＝1/feature_number，即g＝1/6，其中feature_number为特征量的个数；

c)对C和p来进行“grid-search”网格搜索，具体搜索方法如下：

C＝2^cp，cp＝cbegin+cstep；cbegin≤cp≤cend (3)

p＝2^pp，pp＝pbegin+pstep；pbegin≤pp≤pend (4)

其中cp为计算惩罚参数C的辅助参数，pp为计算回归模型算法中的松弛因子p的辅助参数，cbegin，cstep，cend分别分别表示参数cp的起始值，步长和结束值；同样pbegin，pstep，pend分别表示参数pp的起始值，步长和结束值，cbegin，cstep，cend，pbegin，pstep，pend均为非0整数；

通过将上述不同的参数C和p带入单相高阻故障阻抗预测回归模型中，利用10-折交叉检验确认和MSE公式寻优，确定MSE最小时的参数C_b和p_b；MSE公式如下所示：

其中x_i为样本空间X中第i条样本数据，f(x_i)为样本数据x_i对应的单相高阻故障预测值，y_i为实际值；

S3、将优化后的参数C_b和p_b及g代入支持向量机的核函数中，得到单相高阻故障阻抗预测回归模型。