本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)配網(wǎng)運(yùn)維自動(dòng)化、機(jī)器學(xué)習(xí)和故障診斷，涉及基于錯(cuò)相位形變的中壓配網(wǎng)單相接地故障特征提取、故障診斷和智能運(yùn)維，具體涉及一種基于錯(cuò)相位形變和首半波的單相接地故障檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、在我國(guó)10kv配電網(wǎng)中，一般都是采用小電流接地方式，也即通過(guò)中性點(diǎn)不接地或者經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的方式運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在中壓配電網(wǎng)中，單相接地故障的發(fā)生率占到所有故障的80%以上。目前，已有的單相接地故障類(lèi)型包括金屬性接地故障、間歇性接地故障、漸變性接地故障、諧振性接地故障、相繼性接地故障等等，特別是過(guò)度電阻為高電阻時(shí)，其對(duì)應(yīng)的接地故障特征極其不明顯，如果不能及時(shí)檢測(cè)，將會(huì)影響配電網(wǎng)的運(yùn)行安全，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致人身傷亡或火災(zāi)事故。因此，對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確且快速檢測(cè)具有重要意義。

2、目前，針對(duì)中壓配網(wǎng)單相接地故障檢測(cè)方法主要分為兩大類(lèi)，分別是基于暫態(tài)法和基于穩(wěn)態(tài)法?；跁簯B(tài)法的思路是依據(jù)零序電壓信號(hào)的暫態(tài)過(guò)程數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行時(shí)域和頻域特征提取與閾值對(duì)比分析，主要有暫態(tài)方向法、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解和小波變換等特征提取方法。基于穩(wěn)態(tài)法的思路是對(duì)比故障發(fā)生后穩(wěn)態(tài)階段的零序電流信號(hào)特征變化，主要有穩(wěn)態(tài)零序功率方向法、負(fù)序電流法、深度學(xué)習(xí)等等。這些方法在常規(guī)單相接地故障診斷上都發(fā)揮了不同程度的作用。然而針對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地和高阻故障檢測(cè)上，這些方法在零序電壓或零序電流比較小時(shí)，導(dǎo)致提取故障特征比較困難，特別是存在三相電壓不平衡時(shí)，其單相接地故障檢測(cè)的有效性需要進(jìn)一步驗(yàn)證，存在檢測(cè)準(zhǔn)確率不足和接地故障發(fā)生時(shí)刻難以準(zhǔn)確確定的問(wèn)題。

3、申請(qǐng)?zhí)枮閏n202111533753.5的專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了柔性直流輸電系統(tǒng)換流閥側(cè)的單相接地故障檢測(cè)方法，該方法包括：識(shí)別柔性直流輸電系統(tǒng)內(nèi)的斷路器的分?jǐn)酄顟B(tài)；根據(jù)斷路器的分?jǐn)酄顟B(tài)選擇不同的單相接地故障檢測(cè)策略；其中單相接地故障檢測(cè)策略包括中性點(diǎn)過(guò)壓故障檢測(cè)策略和中性點(diǎn)過(guò)流故障檢測(cè)策略。該專(zhuān)利技術(shù)方案通過(guò)不同的單相接地故障檢測(cè)策略有效地提高對(duì)換流閥側(cè)接地故障判別的靈敏度，但是并沒(méi)有報(bào)道針對(duì)中壓配網(wǎng)單相接地故障的檢測(cè)，同時(shí)也沒(méi)有關(guān)于基于錯(cuò)相位形變和首半波的單相接地故障檢測(cè)方法的相關(guān)技術(shù)記載。

4、申請(qǐng)?zhí)枮閏n202020216941.x的專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了配電網(wǎng)單相接地故障檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：兩個(gè)同步信號(hào)源，分別設(shè)置于故障線(xiàn)路的兩個(gè)端點(diǎn)，且在gnss時(shí)間基準(zhǔn)控制下在故障相兩端同時(shí)同步地向故障線(xiàn)路注入具有電壓波形完全一致的高壓信號(hào)；由于電流參考方向從一個(gè)信號(hào)源朝向另一個(gè)信號(hào)源，因此在故障點(diǎn)的兩側(cè)故障線(xiàn)路電流相位相反；一個(gè)同步探測(cè)器，在gnss時(shí)間基準(zhǔn)控制下通過(guò)檢測(cè)故障線(xiàn)路上的電流相位反轉(zhuǎn)點(diǎn)來(lái)確定接地故障點(diǎn)。該專(zhuān)利文獻(xiàn)技術(shù)方案提供的配電網(wǎng)單相接地故障檢測(cè)系統(tǒng)能夠有效解決現(xiàn)有檢測(cè)過(guò)程中幅度檢測(cè)門(mén)限難以確定，經(jīng)常發(fā)生誤判的問(wèn)題，但是并沒(méi)有關(guān)于基于錯(cuò)相位形變和首半波的單相接地故障檢測(cè)方法的相關(guān)技術(shù)記載。

5、對(duì)于多種故障類(lèi)型的單相接地故障，不管是基于暫態(tài)量，還是穩(wěn)態(tài)量，相對(duì)于正常未發(fā)生故障時(shí)，其零壓波形形狀和零流波形形狀一定發(fā)生改變。因此，基于此特性，本發(fā)明從形態(tài)學(xué)變化的角度實(shí)現(xiàn)了對(duì)單相接地故障引起零序電壓波形和零序電流波形微小變化特征的有效提取和識(shí)別，所提出的形變特征檢測(cè)基本適用于大部分單相接地故障類(lèi)型，特別是高阻故障的準(zhǔn)確檢測(cè)；進(jìn)一步基于錯(cuò)相位形變找到故障起始點(diǎn)后即可通過(guò)零序電壓和零序電流首半波相位對(duì)比判斷界內(nèi)界外故障。然而目前尚沒(méi)有該方法的相關(guān)技術(shù)報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種基于錯(cuò)相位形變和首半波的單相接地故障檢測(cè)方法，該方法不同于已有的單相接地故障檢測(cè)技術(shù)和方法，本發(fā)明從發(fā)生接地故障后的零壓信號(hào)和零流信號(hào)形變角度入手，通過(guò)對(duì)所采集的零壓信號(hào)和零流信號(hào)進(jìn)行錯(cuò)相位形變檢測(cè)、故障發(fā)生時(shí)刻確定和不同故障下的判定，進(jìn)一步結(jié)合首半波方法實(shí)現(xiàn)對(duì)中壓配電網(wǎng)故障區(qū)段的高效診斷。

2、本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案，一種基于錯(cuò)相位形變和首半波的單相接地故障檢測(cè)方法，其具體過(guò)程為：

3、（1）通過(guò)零壓互感器和零流互感器測(cè)量得到零序電壓信號(hào)記為零壓信號(hào)、零序電流信號(hào)記為零流信號(hào)，是采樣時(shí)間，是采樣總數(shù)；

4、（2）設(shè)計(jì)一個(gè)全通濾波器，全通濾波器的相位延遲180°，將零壓信號(hào)送入到全通濾波器得到對(duì)應(yīng)的錯(cuò)相位零壓信號(hào)；

5、（3）將通過(guò)全通濾波器的錯(cuò)相位零壓信號(hào)和對(duì)應(yīng)的原始零壓信號(hào)組成錯(cuò)相位二維零壓信號(hào)，記為；

6、（4）以當(dāng)前檢測(cè)點(diǎn)為基準(zhǔn)，128為零壓信號(hào)和零流信號(hào)的一個(gè)整周波長(zhǎng)度，將當(dāng)前檢測(cè)點(diǎn)的錯(cuò)相位二維零壓信號(hào)和前三個(gè)點(diǎn)的零壓二位圖進(jìn)行計(jì)算歐氏距離得到三個(gè)二維零壓信號(hào)圖示差異值，，，，記為零壓信號(hào)錯(cuò)相位形變值；

7、（5）將得到的三個(gè)零壓信號(hào)錯(cuò)相位形變值進(jìn)行取平均值，記為當(dāng)前時(shí)刻的自適應(yīng)零壓信號(hào)檢測(cè)閾值：；由于當(dāng)前時(shí)刻的零壓信號(hào)檢測(cè)閾值只和前三個(gè)時(shí)刻有關(guān)系，而且實(shí)時(shí)更新的，避免了傳統(tǒng)固定閾值的檢測(cè)靈敏度不足的問(wèn)題；

8、（6）單相接地故障自適應(yīng)判別準(zhǔn)則為：計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻錯(cuò)相位二維零壓信號(hào)與前一個(gè)時(shí)刻點(diǎn)對(duì)應(yīng)二維信號(hào)的歐氏距離，記為零壓信號(hào)錯(cuò)相位形變值，然后將當(dāng)前時(shí)刻的零壓信號(hào)錯(cuò)相位形變值與對(duì)應(yīng)的自適應(yīng)零壓信號(hào)檢測(cè)閾值進(jìn)行比較，如果，則判定單相接地故障發(fā)生；

9、（7）故障時(shí)刻點(diǎn)確定依據(jù)為：基于單相接地故障自適應(yīng)判別準(zhǔn)則，如果在時(shí)刻，，則判定單相接地故障發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)在處；

10、（8）間歇性單相接地故障判別機(jī)制為：在一個(gè)整周波周期內(nèi)，如果發(fā)生的次數(shù)連續(xù)大于5次，則認(rèn)為配電網(wǎng)發(fā)生了間歇性單相接地故障，同時(shí)間歇性故障的時(shí)刻點(diǎn)為第一次判定準(zhǔn)確確定的時(shí)間；

11、（9）界內(nèi)故障和界外故障判定準(zhǔn)則為：在確定單相接地故障發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)后通過(guò)對(duì)比故障點(diǎn)后第一個(gè)零壓半波信號(hào)和第一個(gè)零流半波信號(hào)的相位，進(jìn)行分析是否發(fā)生了界內(nèi)故障還是界外故障，如果第一個(gè)零壓半波信號(hào)和第一個(gè)零流半波信號(hào)極性相反，則認(rèn)為是發(fā)生了界內(nèi)故障，否則認(rèn)為是發(fā)生了界外故障。

12、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：本發(fā)明針對(duì)配電網(wǎng)單相接地故障不易檢測(cè)的難題，借助流體力學(xué)形變的思路，從配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后的零序電壓信號(hào)波形即零壓信號(hào)和零序電流信號(hào)波形即零流信號(hào)的微小變化上，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)單相接地故障啟動(dòng)控制和準(zhǔn)確檢測(cè)。首先，基于零壓信號(hào)的波形在故障點(diǎn)前后的變化規(guī)律，創(chuàng)新性提出“錯(cuò)相位形變”新方法，將原始零壓信號(hào)通過(guò)全通濾波器使得濾波后的信號(hào)與原始信號(hào)差生相位差，并與原始信號(hào)組成二位零壓信號(hào)軌跡圖示。其次，計(jì)算出前后兩個(gè)相鄰時(shí)刻零壓信號(hào)軌跡的歐氏距離，即為當(dāng)前點(diǎn)的形變量，并基于前后形變量的變化進(jìn)行自適應(yīng)閾值設(shè)計(jì)。然后，基于“錯(cuò)相位形變”基本原理，依據(jù)不同類(lèi)型故障的發(fā)生機(jī)理和演變特性，提出了適用于實(shí)際應(yīng)用的單相接地故障檢測(cè)判據(jù)，如果當(dāng)前時(shí)刻點(diǎn)形變量（歐氏距離值）大于自適應(yīng)閾值時(shí)，即判定發(fā)生了單相接地故障。最后，在準(zhǔn)確啟動(dòng)的基礎(chǔ)上依據(jù)形變點(diǎn)也即故障點(diǎn)，采用零壓信號(hào)與零流信號(hào)首半波極性是否相反來(lái)判定界外故障還是界內(nèi)故障。通過(guò)具體實(shí)施例驗(yàn)證了本發(fā)明技術(shù)方案的可行性、有效性和魯棒性，解決已有傳統(tǒng)單相接地故障檢測(cè)方法在多種單相接地故障（如漸變性故障、間歇性故障、相繼性故障等）診斷上的不足。此外，本發(fā)明提出的新方法另一大優(yōu)勢(shì)是不需要進(jìn)行頻域或功率能量變換，不會(huì)增加硬件和算例需求，可直接嵌入到已有的檢測(cè)裝置中。