摘要
配电网是电力用户所直面的重要环节，配电网的安全稳定运行关系到用户端的供电可靠性。配电网出现事故的概率要远高于输电网，且单相接地故障发生的概率最高。现有的被动式故障选线法可分为利用故障稳态量和暂态量两种。针对现有暂态量选线方法易受到故障相角、过渡电阻、系统噪声、系统谐波及选线判据阈值的影响，提出基于参数优化变分模态分解（VMD）和改进K聚类判据融合的选线方法，主要研究工作为： （2）将变分模态分解应用于小电流接地系统选线中，有三个关键参数影响到分解的最终结果和分解效率，需要进行优化分析。分解层数的作用为保证各模态分量的可靠分离，二次罚因子则影响到信号分解的精度，模态分量的中心频率初始值则主要影响变分模态分解的计算效率。本文利用零序电流信号的频谱及其分量特性确定变分模态分解的分解层数，并以算术优化算法（AOA）求取最佳的二次罚因子，剔除了工频分量、噪声及谐波的干扰，最后根据分解层数与各模态频谱确定了模态的中心频率以提高变分模态分解的分解效率。 （1）分析了小电流接地系统稳态及暂态故障零序电流特性。消弧线圈的接入使得零序电流稳态量的幅值和相角改变，不再含有故障特征，暂态量则不受中性点接地方式影响。通过对故障暂态零序电流的组成进行推导，得到不同故障相角、过渡电阻及故障类型下暂态零序电流存在成分差异的结论。再将变分模态分解引入零序电流特征提取过程中，结合故障零序电流存在成分差异的结论，对零序电流信号进行分解和特征提取。 （3）针对利用单一判据选线容易产生选线盲区，从而造成选线正确率不高的问题，本文以改进的K中心点聚类算法对互补的多判据进行融合，在提高了选线准确率的同时，能够避免设定选线阈值所带来的硬边界问题。通过对比分析发现，利用VMD分解后的分量以及提出的余弦相似度判据提高了单一判据选线的准确性。通过分析得到故障相角与故障直流、高频分量幅值间的函数关系，并以此决定其选线权重，实现判据间的优势互补。最后对实际工程中可能出现的母线故障、长线路高阻接地故障、弧光接地故障、间歇性弧光接地故障，以及逆变型分布式电源并网对故障选线的影响进行了仿真分析。结果表明，所提方法适用于分布式电源接入的电网，不受故障相角、故障发生位置及过渡电阻的影响，具有优异的抗谐波与噪声干扰性能。利用本文方法对从实际变电站采集到的多组故障零序电流信号进行处理，亦可正确判断出故障线路，验证了本文方法的有效性。
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