基于质心频率和BP神经网络的配网故障测距
输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学）、国网浙江省电力公司宁波供电公司的研究人员周念成、肖舒严等，在2018年第17期《电工技术学报》上撰文指出，故障距离越大，零序电流低频分量含量越高，电流频谱呈现出左移趋势；故障合闸角越接近90°，电流频谱高频分量含量越高；过渡电阻阻值越大，电流频谱低频分量含量越高。据此，提出了基于质心频率的频域故障测距方法。
运用质心频率描述电流频谱整体分布特征，过渡电阻、故障距离、故障合闸角对电流频谱的影响通过质心频率刻画，运用BP神经网络模拟过渡电阻、故障距离、故障合闸角与频谱特征量质心频率之间的映射关系，完成测距。同时提出了应对质心频率-故障距离关系曲线不单调特殊情况的辅助判据，结合质心频率曲线与辅助判据确定最终故障位置。
测距结果表明，该频域测距方法对混合线路及带分支馈线测距具有明显优势，能适应配网复杂的网架结构，并能够在训练样本数量不足且存在误差时准确测距。
由于配网中性点消弧线圈补偿单相接地容性短路电流，从而减小接地点电流，中性点经消弧线圈接地系统在配网中得到广泛的应用。但这也使得故障线路单相接地稳态特征不再明显，给故障测距带来困难。配网故障电流小、网架结构复杂使得其故障测距难度很大[。
故障测距主要有阻抗法、行波法和故障分析法[3]。文献[4]提出了阻抗测距算法和对大型配网的等效方法，文献[5]提出了运用节点阻抗矩阵的测距方法，但它们的测距精度受过渡电阻的影响较大。行波法不易受到配网运行方式和高阻抗接地的影响，近几年相关学者提出了基于行波法的故障测距方法[6-10]。但是配网中存在分支线与混合线，行波在线路分支处发生折反射，而且配网线路较短，各波头时间差较小，使得波头识别较为困难，加之行波色散效应，波速确定也是一大难题。
目前故障分析方法[11-14]主要基于时域故障信息，鲜有基于频域故障信息的测距方法。文献[15,16]建立电流电压频率分量方程，通过参数识别完成输电线故障测距，但其模型建立基础为单一线路，无法适应配网混合线路及带分支线馈线的故障测距要求。文献[17]通过分析故障点上下游电流频谱差异，提出了基于重心频率的区段定位方法，但文中所提重心频率为频谱谐振频率，忽略了其余频谱信息，并且区段定位要求沿馈线装设馈线终端设备（Feeder Terminal Unit, FTU），电缆线路难以实现。
本文针对中性点经消弧线圈接地系统提出了基于质心频率的频域测距方法。质心频率用于描述频谱整体分布情况，依托质心频率这一频谱特征量便于探究频谱影响因素。运用BPNN模拟故障距离、故障合闸角、过渡电阻与质心频率的映射关系，并结合辅助判据指标首末端电流同一频率分量幅值之比λ确定最终故障位置。
仿真表明，该方法适用于带分支线馈线及混合线路的故障测距，对于不同故障合闸角及过渡电阻情况的单相接地均能有效测距。
图1 故障测距零序等效电路
图6 测距算法流程
针对经消弧线圈接地系统单相接地故障，有如下结论：
1）零序暂态电流频谱影响因素包括故障合闸角、过渡电阻和故障距离。提取频谱特征量质心频率，反映频谱整体分布情况。依托质心频率，运用神经网络完成故障测距。
2）单一线路发生故障，过渡电阻较小时，故障距离增加，质心频率单调下降；过渡电阻较大时，故障距离与质心频率的关系不再单调，需要辅助测距方法。
3）质心频率的频域故障测距方法能够适应于配网分支线与混合线。在神经网络训练样本不足时，通过训练样本外扩处理，测距误差仍能够不超过100 m。