[发明专利]一种基于k‑means聚类分析的配电网故障选线方法

摘要

本发明涉及一种基于k‑means聚类分析的配电网故障选线方法，具体为沿谐振接地系统中线路设置故障位置，并由电磁暂态仿真获得故障电流曲线簇作为样本数据，选取故障后5ms内的零序电流，采用db小波对其进行6层小波分解，计算出全频带下的暂态零序电流总能量；同时，计算出综合小波能量相对熵，将暂态零序电流总能量及综合小波能量相对熵这两个维度作为表征故障特征的测度，并将其映射到二维平面上；再采用k‑means聚类分析算法计算出上述数据在二维平面上的聚类中心，然后在聚类空间中，故障线路形成一个聚类中心，未故障线路形成一个聚类中心，选线元件故障启动后，取5ms时窗内故障电流数据作为测试样本，并根据测试数据与两类聚类中心的欧氏距离来判断出该线路是否故障。

主权项

一种基于k‑means聚类分析的配电网故障选线方法，其特征在于：沿谐振接地系统中线路设置故障位置，并由电磁暂态仿真获得故障电流曲线簇作为样本数据，选取故障后5ms内的零序电流，采用db小波对其进行6层小波分解，计算出全频带下的暂态零序电流总能量；同时，计算出综合小波能量相对熵，将暂态零序电流总能量及综合小波能量相对熵这两个维度作为表征故障特征的测度，并将其映射到二维平面上；再采用k‑means聚类分析算法计算出上述数据在二维平面上的聚类中心，然后在聚类空间中，故障线路形成一个聚类中心，未故障线路形成一个聚类中心，选线元件故障启动后，取5ms时窗内故障电流数据作为测试样本，并根据测试数据与两类聚类中心的欧氏距离来判断出该线路是否故障；具体步骤为：(a)沿谐振接地系统中线路设置故障位置，并由电磁暂态仿真获得故障电流曲线簇作为样本数据，选取故障后5ms内的零序电流，采用db小波对其进行6层小波分解，计算出全频带下的暂态零序电流总能量：其中暂态零序电流能量定义为：对于正交小波变换，变换后各尺度的能量可直接由其单支重构后的小波系数的平方得到，即Ej(n)=Dj2(n)---(1)]]>在式(1)中，j＝1,2,3……6为小波分解的层数；现假设谐振接地系统中有m条线路，则第i条线路，在所有尺度下的总能量为：Ei=Σj=16Eij---(2)]]>在式(2)中，i＝1,2,3……m为谐振接地系统中出线数；计算各条线路小波分解能量最大的第4尺度下的能量和为：Ei4=Σk=1ND42(k)---(3)]]>式中，k＝1,2,…,N，N为采样点个数，对于10kHz采样率下，5ms时窗内采样点个数N＝50；其中i＝1,2,3……m为谐振接地系统中出线数，则所有出线在第4尺度的暂态零序电流总能量为：E4=Σi=16Ei4---(4)]]>由此可得到第i条线路在第4尺度下的暂态零序电流能量与所有线路暂态零序电流总能量之比为：根据式(2)～(5)计算第l条线路第4尺度下的暂态零序电流能量与所有线路暂态零序电流总能量之比为根据相对熵理论,定义小波能量相对熵为：M=|pi4lnpi4pl4|---(6)]]>根据式(6)，定义第i条线路相对于第l条线路的综合小波能量相对熵为：Mi=Σl=1,l≠i6(Mil+Mli)---(7)]]>(b)根据式(1)～(7)计算得到故障线路和非故障线路的全频带下的暂态零序电流总能量Ei(i＝1,2,3……m)和综合小波能量相对熵Mi(i＝1,2,3……m)，并将其映射到以综合小波能量相对熵为横轴暂态零序电流总能量为纵轴的二维平面上，采用k‑means聚类分析方法计算出未故障线路的聚类中心C1＝(Eo1,Mo1)和故障线路中心C2＝(Eo2,Mo2)；(c)选线元件故障启动后，取5ms时窗内故障电流数据作为测试样本，并根据(a)中(1)～(7)式得到Ei′和Mi′，并根据测试数据的Ei和Mi与两类聚类中心C1和C2的欧氏距离来判断出故障线路；即：ds=(Ei′-Eos)2+(Mi′-Mos)2---(8)]]>式中，s＝1,2；C1为未故障线路中心；C2为故障线路中心；d1表示测试样本与未故障线路中心C1的距离，d2表示测试样本与故障线路中心C2的距离；(d)比较d1和d2，确定故障线路：若dmin＝d1，该线路未故障，若dmin＝d2，该线路故障。