[发明专利]一种基于PMU数据的电力线路故障诊断方法及系统

权利要求书

1.一种基于PMU数据的电力线路故障诊断方法，其特征是：包括：

步骤1：本地子站以“子站-主站”协同架构上传故障时的高频数据；

步骤2：根据高频数据计算所有馈线平均电流幅值差；

步骤3：根据PMU自带的故障录波器提供的故障录波数据做EEMD变换计算所有线路的高频暂态能量；

步骤4：计算所有线路的故障可信度；

步骤5：根据故障可信度确定最终的故障馈线；

所述“子站-主站”协同架构提取本地高频采样数据具体操作流程包括：

第1：PMU子站本地高频采样获得高频的电压电流有效值和相角；

第2：基于本地存储的相角，计算瞬时频率f，瞬时频率f的计算如式(8)所示：

式中为相邻两个采样点的瞬时频率；△t为高频采样间隔；

第3：每个波形周期取瞬时频率的最大值f_max，f_max以低频50HZ同电压电流相量一起上传至主站；

第4：主站检测f_max是否异常，异常判断设置为是否大于两倍的基频，即f_max是否大于100HZ；

第5：若第4步中检测到f_max出现异常，则将故障时刻前后5个波形周期的高频量测量上传至主站为后续的选线分析提供数据；

所述步骤3的具体算法如下：

(一)EEMD算法：

EEMD基于EMD算法的基础，在对信号进行EMD过程中加入高斯白噪声信号：

信号x(t)的EMD分解就是将其分解为一组IMF分量C_i和余项r_n之和，如式(1)所示：

EEMD算法是在对信号进行EMD分解之前，利用高斯白噪频率均匀特性及其对随机干扰成分的平滑效应，对原始信号加入随机白噪声，然后对加噪后的信号进行迭代分析，最终迭代得到IMF分量；

EEMD算法的步骤如下：

①对EMD执行总次数M及加入白噪声的幅值系数k进行初始化，即k，m＝1；

②执行第m次EMD分解；m＝1,2...M；

a)原始信号x(t)加入幅值系数为k的随机高斯白噪声n_m(t)，得到加噪后的待处理信号x_m(t),如式(2)；

x_m(t)＝x(t)+kn_m(t) (2)

b)对x_m(t)进行EMD分解，得到p个IMF分量C_j,m，j＝1,2,…,p，C_j,m表示第m次试验分解得到的第j个IMF分量；

c)当mM，m＝m+1，返回步骤②；

③对M次分解的每个IMF计算均值，如式(3)：

④输出作为EEMD分解得到的第j个IMF，j＝1,2,…,p；

(二)自适应选取IMF及能量计算：

对信号进行EEMD分解后得到若干个IMF分量，进一步选取最能反映故障暂态分量的IMF分量，对其做特征计算，基于谱峭度的快速谱峭度图谱算法用于实现总体经验模态分解后的最优IMF分量的选取；

峭度是反映随机变量分布特性的数值统计量，是归一化4阶中心矩，对所有IMF分量求峭度，峭度最大的分量最贴近故障的暂态分量；然后对峭度最大的IMF分量进行能量计算，IMF能量E计算如式(4)：

其中A为峭度最大的IMF分量的幅值，t₁为采样开始时间，t₂为采样结束时间，t为采样时间；

所述步骤2计算平均电流幅值差的算法如下；

定义平均电流幅值差，将其与暂态能量进行综合应用弥补后者只适用于不平衡故障的缺陷，实现所有故障的全面选线；平均电流幅值差DI定义如下：

ΔI_i＝I_fi-I_ssi,i＝A,B,C (5)

上两式中：I_fi为故障阶段三相电流幅值的最大值，I_ssi为故障前稳定阶段三相电流幅值的最大值；ΔI_A、ΔI_B、ΔI_C分别为A、B、C三相的故障发生前后的电流幅值差；

对配电网所有的线路求其DI，故障线路的DI明显大于非故障线路；

所述步骤1中高频量测数据获取：

由IEEE Std C37.118.1及C37.118.2对PMU装置测量和通信的标准可知，PMU装置的上传报告的频率为50HZ，而这种低频的信号无法得到足够的故障暂态特征，PMU子站的高频采样率达20kHZ以上并本地存储；另一方面，PMU自带故障录波器，其采样频率达到5kHZ以上，用于暂态特征提取；

所述步骤3中对所有馈线的零序电流做EEMD变化，并计算所有IMF分量的峭度，对峭度最大的IMF分量求其波形能量；

所述步骤2中计算平均电流幅值差的数据来自于故障录波器所记录的故障前后线路的三相电流，然后按公式(5)和(6)进行计算；

所述步骤4中计算的故障可信度中的数据来自于步骤2得到的平均电流幅值差和步骤3得到的高频暂态能量；

所述步骤4中的故障可信度是实现暂态能量法和平均电流幅值法的有效结合，最终给出一个用于判断故障线路的定量的结果，故障可信度G的计算如式(7)所示：

式中G_i为第i条线路的故障可信度；E为EEMD分解后得到的峭度最大的IMF分量的能量，其计算方法见式(4)；DI为线路的平均电流幅值差，其计算方法如式(5)和(6)；p为配电网中的总线路数；

所述步骤5根据步骤4中得到的所有线路的故障可信度，比较所有线路的故障可信度，故障可信度最大的即判定为故障线路；

所述步骤1具体包括配电网线路上安装的微型PMU装置本地高频采样电压电流相量，并计算故障特征量瞬时频率最大值实时低频上传至主站；所述步骤1具体包括判断故障特征量是否出现异常，若异常，则上传本地的高频电流数据为后续选线提供数据来源，同时提取微型PMU自带的故障录波器的数据；所述步骤3具体包括将故障录波器提供的零序电流数据进行EEMD分解，通过计算谱峭度选取高频暂态分量，并进一步计算各线路的高频暂态能量；所述步骤2具体包括将本地高频采样的三相电流数据计算各线路的平均电流幅值差；所述步骤4具体包括根据计算得到的各线路的高频暂态能量和平均电流幅值差计算各线路的故障可信度；所述步骤5具体包括比较故障可信度，故障可信度最高的线路即为故障线路。