基于大数定理和数据相似性的配电系统故障检测方法

本发明涉及电网故障诊断的智能，具体涉及一种基于大数定理和数据相似性的配电系统故障检测方法。

背景技术：

1、配电线路的故障，从性质上分为单相接地、相间短路和接地相间短路三种形式。从时间上分有暂态故障和永久故障两类，暂态的故障是经过放电后构成相间短路的条件被电弧破坏，构不成短路条件，永久故障则是不能被电弧破坏短路条件，需要人为去干预。

2、高阻故障是配电线路常见故障之一，导致高阻故障的原因主要可以分为两种，一种是在运行过程中，配电线路发生断裂等情况，与高阻抗发生接触；第二种情况是正常运作的配电线路发生断裂，碰到了线路周围的物体，这两类情况都导致配电线路高阻故障的发生。

3、当高阻故障发生，电流水平明显低于由于短路而产生的电流水平，这就为配电线路的在线故障识别带来了一定的影响，在传统的电流保护中对这类故障的检出率较低，因此无法及时进行调整，从而引起配电系统中更加严重的故障，发生线路短路，引起火灾等。

4、综上所述，传统检测方法难以检出配电系统中的高阻故障等，需要在电流水平不明显变化的情况下，运用新的方法和手段进行数据分析，以检出配电系统故障，避免配电系统故障增长和蔓延。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：传统的电流保护仅适用于配电系统电流明显增大的短路故障情况，对系统产生的高阻故障等检出率低，亟需新的方法和手段。本发明提供一种基于大数定理和数据相似性的配电系统故障检测方法，根据大数定理计算电流值变化服从高斯分布，运用kl散度计算不同时间段电流值的相似性，由不同时间段电流值关系分析得到配电系统状态，从而检出故障。本发明的方法具有准确度高的特点，适用于智能电网中检出传统方法难以识别的配电系统故障。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大数定理和数据相似性的配电系统故障检测方法，包括包含以下步骤：s1、采集电流数据；s2、设定时间步长和采样间隔，根据时间步长和采样间隔获得电流数据段，其中为需要计算的电流数据段数目；s3、根据大数定理，计算各个电流数据段分布模型；s4、通过kl散度计算，评测不同电流数据段的相似性，获得关系矩阵；s5、根据关系矩阵得到配电系统状态的评估测度，采用方法一、方法二和方法三中的一种或多种检出故障。

3、所述电流数据为离散数据，通过测量配电系统特定线路在一定时间内的电流值获得。

4、所述故障包括且不限于高阻故障、单相接地故障和相间断路等等。

5、所述步骤s2包括：s21、设定时间步长和采样间隔，其中时间步长指电流数据段的长度，采样间隔指截取电流数据段的时间间隔；s22、根据时间步长和采样间隔对电流数据进行截取，共截取到个电流数据段，记录电流数据段为。

6、所述步骤s3包括：s31、采用最大似然估计方法求解电流数据段的均值向量和协方差矩阵，即；s32、得到电流数据段的分布为，其中表示电流数据段中的第个值；s33、运用kl散度计算不同电流数据段和的分布相似性：；s34、计算出所有电流数据段的相似性，构成关系矩阵。

7、步骤s5中所述的方法一为：计算关系矩阵的特征值，和，然后计算评价函数，得到评估测度结果。

8、所述的特征值，和包括且不限于矩阵中特定元素，或者最小值、最大值、中位数，或者矩阵的特征值、特征向量中元素，或者特定常数。

9、所述的评估测度结果通过评价函数的值获得，当的值落在特定区间，则检出相应的故障。

10、步骤s5中所述的方法二为：取为配电系统正常工作时的电流数据段和待测的电流数据段的相似性，若的值高于阈值则对应正常工作的配电系统，低于阈值则对应故障的配电系统。

11、步骤s5中所述的方法三为：计算配电系统正常工作时的电流数据段的实际分布和分布函数，计算与的欧式距离，计算待测的电流数据段的实际分布和分布函数的欧式距离，对比两者差异，当差异值低于阈值则待测的电流数据段对应正常工作的配电系统，当差异值高于阈值则待测的电流数据段对应故障的配电系统。

12、本发明的有益效果是：由大数定理和中心极限定理可知，电流数据的分布服从高斯分布，运用kl散度可以计算不同电流数据段的相似性，由此可以分析电流的变化是否正常，能够有效地检出传统的电流保护方法难以识别到的高阻故障。

1.一种大数定理和数据相似性的配电系统故障检测方法，其特征在于，包括包含以下步骤：s1、采集电流数据；s2、设定时间步长和采样间隔，根据时间步长和采样间隔获得电流数据段，其中为需要计算的电流数据段数目；s3、根据大数定理，计算各个电流数据段分布模型；s4、通过kl散度计算，评测不同电流数据段的相似性，获得关系矩阵；s5、根据关系矩阵得到配电系统状态的评估测度，采用方法一、方法二和方法三中的一种或多种检出故障。

2.如权利要求1所述的配电系统故障检测方法，其特征在于，所述电流数据为离散数据，通过测量配电系统特定线路在一定时间内的电流值获得。

3.如权利要求1所述的配电系统故障检测方法，其特征在于，所述故障包括且不限于高阻故障、单相接地故障和相间断路等等。

4.如权利要求1所述的配电系统故障检测方法，其特征在于，所述步骤s2包括：s21、设定时间步长和采样间隔，其中时间步长指电流数据段的长度，采样间隔指截取电流数据段的时间间隔；s22、根据时间步长和采样间隔对电流数据进行截取，共截取到个电流数据段，记录电流数据段为。

5.如权利要求1所述的配电系统故障检测方法，其特征在于，所述步骤s3包括：s31、采用最大似然估计方法求解电流数据段的均值向量和协方差矩阵，即；s32、得到电流数据段的分布为，其中表示电流数据段中的第个值；s33、运用kl散度计算不同电流数据段和的分布相似性：；s34、计算出所有电流数据段的相似性，构成关系矩阵。

6.如权利要求1所述的配电系统故障检测方法，其特征在于，步骤s5中所述的方法一为：计算关系矩阵的特征值，和，然后计算评价函数，得到评估测度结果。

7.如权利要求1和6所述的配电系统故障检测方法，其特征在于，所述的特征值，和包括且不限于矩阵中特定元素，或者最小值、最大值、中位数，或者矩阵的特征值、特征向量中元素，或者特定常数。

8.如权利要求1和6所述的配电系统故障检测方法，其特征在于，所述的评估测度结果通过评价函数的值获得，当的值落在特定区间，则检出相应的故障。

9.如权利要求1所述的配电系统故障检测方法，其特征在于，步骤s5中所述的方法二为：取为配电系统正常工作时的电流数据段和待测的电流数据段的相似性，若的值高于阈值则对应正常工作的配电系统，低于阈值则对应故障的配电系统。

10.如权利要求1所述的配电系统故障检测方法，其特征在于，步骤s5中所述的方法三为：计算配电系统正常工作时的电流数据段的实际分布和分布函数，计算与的欧式距离，计算待测的电流数据段的实际分布和分布函数的欧式距离，对比两者差异，当差异值低于阈值则待测的电流数据段对应正常工作的配电系统，当差异值高于阈值则待测的电流数据段对应故障的配电系统。