一種基于電流暫態(tài)量主成分聚類分析的纜-線混合輸電線路的故障區(qū)段識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于電流暫態(tài)量主成分聚類分析的纜-線混合輸電線路的故障區(qū)段識(shí)別方法，屬于電力系統(tǒng)故障測(cè)距【技術(shù)領(lǐng)域】。當(dāng)線-纜混合的輸電線路發(fā)生故障時(shí)，求取電纜量測(cè)端獲得的故障相電流行波數(shù)據(jù)分量的絕對(duì)值，再利用主成分聚類分析方法進(jìn)行纜-線混合輸電線路故障區(qū)段的判別；根據(jù)故障位于電纜段、架空輸電線路段故障相電流分量絕對(duì)值在第一成分（PC1）軸上的投影值q-1的正、負(fù)來區(qū)分故障區(qū)段：若投影值q-1的符號(hào)為正，則判定故障位于架空線路段，若投影值q-1的符號(hào)為負(fù)，則判定故障位于電纜段。本發(fā)明利用故障相電流分量的絕對(duì)值來進(jìn)行聚類分析，有效的規(guī)避了故障初始角的對(duì)主成分聚類分析故障區(qū)段判別的影響，不僅原理簡(jiǎn)單，而且精度較高。
【專利說明】一種基于電流暫態(tài)量主成分聚類分析的纜-線混合輸電線路的故障區(qū)段識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于電流暫態(tài)量主成分聚類分析的纜-線混合輸電線路的故障區(qū)段識(shí)別方法，屬于電力系統(tǒng)故障測(cè)距【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來 ，隨著電力事業(yè)的發(fā)展，輸電線路電壓等級(jí)和輸送容量逐步提高，架空和電纜混合輸電線路在高壓輸配電工程中應(yīng)用越來越廣泛。當(dāng)輸電線路發(fā)生故障時(shí)，快速準(zhǔn)確地確定故障點(diǎn)和排除故障，對(duì)于提高供電可靠性，減少停電時(shí)間具有重要意義。對(duì)于架空和電纜混合輸電線路的故障定位來說，兩段線路不同的特性阻抗和傳播常數(shù)是影響其準(zhǔn)確性的兩個(gè)主要因素。
[0003]由于在架空和電纜混合輸電線路的接頭，波阻抗不連續(xù)，當(dāng)行波傳播至接頭處會(huì)發(fā)生折、反射，使得量測(cè)端的行波波形變得復(fù)雜，正確識(shí)別行波波頭的難度增大。此外，不同區(qū)段發(fā)生故障，故障行波的傳播規(guī)律也不同，因此，對(duì)于纜線混合線路的行波測(cè)距，故障區(qū)段的識(shí)別就變得十分重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于電流暫態(tài)量主成分聚類分析的纜-線混合輸電線路的故障區(qū)段識(shí)別方法，用以解決不同區(qū)段輸電線路故障區(qū)段的識(shí)別，以便更精確的故障定位；同時(shí)利用對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行絕對(duì)值運(yùn)算，可以有效的規(guī)避故障初始角對(duì)故障區(qū)段的判別。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于電流暫態(tài)量主成分聚類分析的纜-線混合輸電線路的故障區(qū)段識(shí)別方法，當(dāng)線-纜混合的輸電線路發(fā)生故障時(shí)，求取電纜量測(cè)端獲得的故障相電流行波數(shù)據(jù)分量的絕對(duì)值，再利用主成分聚類分析方法進(jìn)行纜-線混合輸電線路故障區(qū)段的判別；根據(jù)故障位于電纜段、架空輸電線路段故障相電流分量絕對(duì)值在第一成分(/^i)軸上的投影值％的正、負(fù)來區(qū)分故障區(qū)段:若投影值％的符號(hào)為正，則判定故障位于架空線路段，若投影值^的符號(hào)為負(fù)，則判定故障位于電纜段。
[0006]所述方法的具體步驟如下:
(1)設(shè)置故障點(diǎn):將繼電器R1安裝在電纜段的母線側(cè)，沿纜-線混合輸電線路模型等距離設(shè)置故障點(diǎn)，通過電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD將所有的故障點(diǎn)進(jìn)行遍歷，繼電器R1得到故障相電流行波數(shù)據(jù)分量；
(2)故障樣本數(shù)據(jù)的預(yù)處理:將繼電器R1獲得的故障相電流行波數(shù)據(jù)分量進(jìn)行預(yù)處理(尋找故障時(shí)刻、并取絕對(duì)值和歸一化)，并截取故障點(diǎn)處的短視窗數(shù)據(jù)用以顯示和主成分聚類分析；
(3)構(gòu)建主成分聚類空間:對(duì)得到的預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，構(gòu)建由第一主成分(.PC,)和第二主成分(/^2)為軸的主成分聚類空間；(4)故障樣本數(shù)據(jù)的投影:當(dāng)纜線混合輸電線路發(fā)生故障時(shí)，將量測(cè)端獲得的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，然后投影在主成分聚類空間內(nèi)，得到其在第一主成分iPC\)軸上的投影值Qi ；
(5)主成分聚類分析:根據(jù)投影值&的正負(fù)識(shí)別判斷故障區(qū)段:
若sign(辦)> 0 ,則為架空線區(qū)段故障；
若signf^) <0 ,則為電纜區(qū)段故障。
[0007]所述故障點(diǎn)的初始角取90°和-90°，故障類型為單相接地故障。
[0008]所述故障點(diǎn)處短時(shí)窗為故障前2us和故障后8us。
[0009]本發(fā)明的原理是:當(dāng)電纜和架空混合輸電線路發(fā)生故障時(shí)，于電纜端觀測(cè)，若故障位于架空線路段，故障初始行波在電纜和架空線路的連接點(diǎn)發(fā)生折射，折射系數(shù)小于1，經(jīng)由電纜段傳播至量測(cè)端，衰減較為嚴(yán)重，若故障位于電纜段，故障初始行波不經(jīng)過纜-線混合的接頭，不存在折、反射，因此量測(cè)端檢測(cè)到的故障初始行波的幅值和陡度較大。利用主成分聚類分析可以凸顯這一差異，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電纜和架空混合輸電線路故障區(qū)段的判別。主成分聚類分析表明:當(dāng)故障發(fā)生在架空線路段，其故障相電流分量的絕對(duì)值經(jīng)主成分分析在軸上的投影值為正，當(dāng)故障發(fā)生在電纜段，其故障相電流分量的絕對(duì)值經(jīng)主成分聚類分析在軸上的投影為負(fù)。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
(1)在纜-線混合輸電線路中，由于不同區(qū)段的波阻抗不同，故障初始行波在纜-線混合接頭處發(fā)生折射，導(dǎo)致電纜量測(cè)端檢測(cè)到電纜、架空線段故障初始行波的幅值和陡度差異大，由此組成的樣本數(shù)據(jù)經(jīng)PCA分解后可得到較好的聚類結(jié)果，能很好的表現(xiàn)不同故障區(qū)段下的差異。由此提出的判據(jù)對(duì)于纜-線混合輸電線路故障區(qū)段的識(shí)別將具有很高的精度。
[0011](2)本發(fā)明利用故障相電流分量的絕對(duì)值來進(jìn)行聚類分析，有效的規(guī)避了故障初始角的對(duì)主成分聚類分析故障區(qū)段判別的影響，不僅原理簡(jiǎn)單，而且精度較高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明纜-線混合輸電線路:MJ為電纜段，JN為架空線路段，&為繼電器；圖2是本發(fā)明初始故障角為90°和-90°時(shí)量測(cè)端Μ獲得的故障相電流分量的絕對(duì)值
波形曲線束；
圖3是本發(fā)明初始故障角為90°和-90°時(shí)量測(cè)端Μ端獲得的由66條故障相電流分量的絕對(duì)值樣本數(shù)據(jù)聚類形成的主成分聚類分析空間，其中表示故障初始角為-90°的電纜故障樣本，“ + ”表示故障初始角為-90°的架空線故障樣本，“〇”表示故障初始角為90°的電纜故障樣本，“Λ”表示故障初始角為90°的架空線故障樣本；
圖4是本發(fā)明實(shí)施例1中電纜段MJ上故障(故障初始角為-90°，過渡電阻為20 Ω)時(shí)Μ端獲得故障相電流的絕對(duì)值聚類形成的主成分聚類分析空間；
圖5是本發(fā)明實(shí)施例2中電纜段MJ上故障(故障初始角為90°，過渡電阻為50Ω)時(shí)Μ端獲得故障相電流的絕對(duì)值聚類形成的主成分聚類分析空間；
圖6是本發(fā)明實(shí)施例3中電纜段JN上故障(故障初始角為30°，過渡電阻為50Ω )時(shí)Μ端獲得故障相電流的絕對(duì)值聚類形成的主成分聚類分析空間。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0014]實(shí)施例1:220kV含靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器的線路如圖1所示。其線路參數(shù)如下:電纜段MJ長(zhǎng)10km，架空線段JN長(zhǎng)25km。故障位置:在電纜段每隔1km進(jìn)行遍歷，初始故障角-90°，過渡電阻為20Ω，采樣率為1MHz。 [0015]( 1)根據(jù)說明書中的步驟一至步驟三構(gòu)建主成分聚類分析空間，Μ端獲得初始故障角分別為90°、-90°的故障電流樣本數(shù)據(jù)聚類形成的主成分聚類分析空間如3所示；
(2)根據(jù)說明書中的步驟四將故障樣本投入響應(yīng)初始故障角的主成分聚類空間中，得到其在第一主成分(/^)軸上的投影值&，其圖形表示見圖4 ；
(3)根據(jù)說明書中的步驟五對(duì)故障樣本在軸上的投影&值的進(jìn)行符號(hào)判斷，由圖4中sign (仏)<0可知該例的故障為電纜段故障。
[0016]實(shí)施例2:220kV含靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器的線路如圖1所示。其線路參數(shù)如下:電纜段MJ長(zhǎng)10km，架空線段JN長(zhǎng)25km。故障位置:在電纜段每隔1km進(jìn)行遍歷，初始故障角90°，過渡電阻為50Ω，采樣率為1MHz。
[0017](1)根據(jù)說明書中的步驟一至步驟三構(gòu)建主成分聚類分析空間，Μ端獲得初始故障角分別為90°、-90°的故障電流樣本數(shù)據(jù)聚類形成的主成分聚類分析空間如3所示；
(2)根據(jù)說明書中的步驟四將故障樣本投入響應(yīng)初始故障角的主成分聚類空間中，得到其在第一主成分(/^)軸上的投影值&，其圖形表示見圖5 ；
(3)根據(jù)說明書中的步驟五對(duì)故障樣本在軸上的投影&值的進(jìn)行符號(hào)判斷，由圖5中sign (仏)<0可知該例的故障為電纜段故障。
[0018]實(shí)施例3:220kV含靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器的線路如圖1所示。其線路參數(shù)如下:電纜段MJ長(zhǎng)10km，架空線段JN長(zhǎng)25km。故障位置:在架空線段每隔1km進(jìn)行遍歷，初始故障角30°，過渡電阻為50Ω，采樣率為1MHz。
[0019]( 1)根據(jù)說明書中的步驟一至步驟三構(gòu)建主成分聚類分析空間，Μ端獲得初始故障角分別為90°、-90°的故障電流樣本數(shù)據(jù)聚類形成的主成分聚類分析空間如3所示；
(2)根據(jù)說明書中的步驟四將故障樣本投入響應(yīng)初始故障角的主成分聚類空間中，得到其在第一主成分(/^)軸上的投影值&，其圖形表示見圖5 ；
(3)根據(jù)說明書中的步驟五對(duì)故障樣本在軸上的投影&值的進(jìn)行符號(hào)判斷，由圖5中sign (^) >0可知該例的故障為架空線段故障。
[0020]實(shí)施例4:一種基于電流暫態(tài)量主成分聚類分析的纜-線混合輸電線路的故障區(qū)段識(shí)別方法，當(dāng)線-纜混合的輸電線路發(fā)生故障時(shí)，求取電纜量測(cè)端獲得的故障相電流行波數(shù)據(jù)分量的絕對(duì)值，再利用主成分聚類分析方法進(jìn)行纜-線混合輸電線路故障區(qū)段的判別；根據(jù)故障位于電纜段、架空輸電線路段故障相電流分量絕對(duì)值在第一成分(/^;)軸上的投影值A(chǔ)的正、負(fù)來區(qū)分故障區(qū)段:若投影值A(chǔ)的符號(hào)為正，則判定故障位于架空線路段，若投影值A(chǔ)的符號(hào)為負(fù)，則判定故障位于電纜段。
[0021]所述方法的具體步驟如下:
(1)設(shè)置故障點(diǎn):將繼電器R1安裝在電纜段的母線側(cè)，沿纜-線混合輸電線路模型等距離設(shè)置故障點(diǎn)，通過電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD將所有的故障點(diǎn)進(jìn)行遍歷，繼電器R1得到故障相電流行波數(shù)據(jù)分量；
(2)故障樣本數(shù)據(jù)的預(yù)處理:將繼電器R1獲得的故障相電流行波數(shù)據(jù)分量進(jìn)行預(yù)處理，并截取故障點(diǎn)處的短視窗數(shù)據(jù)用以顯示和主成分聚類分析；
(3)構(gòu)建主成分聚類空間:對(duì)得到的預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，通過matlab軟件構(gòu)建由第一主成分(/^;)和第二主成分(/^2)為軸的主成分聚類空間；
(4)故障樣本數(shù)據(jù)的投影:當(dāng)纜線混合輸電線路發(fā)生故障時(shí)，將量測(cè)端獲得的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，然后投影在主成分聚類空間內(nèi)，得到其在第一主成分iPC\)軸上的投影值Qi ；
(5)主成分聚類分析:根據(jù)投影值&的正負(fù)識(shí)別判斷故障區(qū)段:
若agnk) >0 ,則為架空線區(qū)段故障；
<0 ,則為電纜區(qū)段故障。
[0022]所述故障點(diǎn)的初始角取90°和-90°，故障類型為單相接地故障。
[0023]所述故障點(diǎn)處短時(shí)窗為故障前2us和故障后8us。
[0024]實(shí)施例5:—種基于電流暫態(tài)量主成分聚類分析的纜-線混合輸電線路的故障區(qū)段識(shí)別方法，當(dāng)線-纜混合的輸電線路發(fā)生故障時(shí)，求取電纜量測(cè)端獲得的故障相電流行波數(shù)據(jù)分量的絕對(duì)值，再利用主成分聚類分析方法進(jìn)行纜-線混合輸電線路故障區(qū)段的判另IJ。根據(jù)故障位于電纜段、架空輸電線路段故障相電流分量絕對(duì)值在第一成分(/^i)軸上的投影值A(chǔ)的正、負(fù)來區(qū)分故障區(qū)段:若投影值A(chǔ)的符號(hào)為正，則判定故障位于架空線路段，若投影值A(chǔ)的符號(hào)為負(fù) ，則判定故障位于電纜段?；诖耍瑢?shí)現(xiàn)基于電流暫態(tài)量主成分聚類分析的纜-線混合輸電線路的故障區(qū)段識(shí)別方法。
[0025]所述具體步驟如下:
第一步、設(shè)置故障點(diǎn):繼電器&安裝在電纜段Μ端處(如圖1)，利用仿真數(shù)據(jù)形成歷史樣本:故障初始角分別為90°和-90°情況下，沿電纜段MJ每隔lkm，共設(shè)置9個(gè)故障點(diǎn)，沿架空線段JN每隔1km，共設(shè)置24個(gè)故障點(diǎn)。故障類型為單相金屬性接地；
第二步、故障樣本數(shù)據(jù)的預(yù)處理:將量測(cè)端Μ處繼電器&獲得66條含故障相電流仿真樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理(尋找故障時(shí)刻、并取絕對(duì)值和歸一化)，截取每條樣本故障前2μ8時(shí)窗數(shù)據(jù)和故障后8μ8窗數(shù)據(jù)；
第三步、構(gòu)建主成分聚類空間:對(duì)權(quán)利要求書中第二步得到的預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，構(gòu)建由第一主成分(PC)和第二主成分(PQ為軸的主成分聚類空間；
第四步、故障樣本數(shù)據(jù)的投影:當(dāng)纜線混合輸電線路發(fā)生故障，將量測(cè)端Μ獲得故障數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，然后投影在第三步中建立的主成分聚類空間，得其在第一主成分(PC)軸上的投影值A(chǔ);
第五步、主成分聚類分析:根據(jù)權(quán)利要求書中第四步得到投影值％的正負(fù)識(shí)別故障區(qū)段，具體的判據(jù)如式(1廣⑵所示:
| signfgj) > 0則為架空線區(qū)段故障⑴[sign(fl) <0則為電纜區(qū)段故障(2)
本發(fā)明中采樣率為1MHz，數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)，時(shí)窗為故障前2us和故障后8us。[0026]上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種基于電流暫態(tài)量主成分聚類分析的纜-線混合輸電線路的故障區(qū)段識(shí)別方法，其特征在于:當(dāng)線-纜混合的輸電線路發(fā)生故障時(shí)，求取電纜量測(cè)端獲得的故障相電流行波數(shù)據(jù)分量的絕對(duì)值，再利用主成分聚類分析方法進(jìn)行纜-線混合輸電線路故障區(qū)段的判別；根據(jù)故障位于電纜段、架空輸電線路段故障相電流分量絕對(duì)值在第一成分(/^i)軸上的投影值A(chǔ)的正、負(fù)來區(qū)分故障區(qū)段:若投影值A(chǔ)的符號(hào)為正，則判定故障位于架空線路段，若投影值A(chǔ)的符號(hào)為負(fù)，則判定故障位于電纜段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電流暫態(tài)量主成分聚類分析的纜-線混合輸電線路的故障區(qū)段識(shí)別方法，其特征在于所述方法的具體步驟如下:(1)設(shè)置故障點(diǎn):將繼電器R1安裝在電纜段的母線側(cè)，沿纜-線混合輸電線路模型等距離設(shè)置故障點(diǎn)，通過電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD將所有的故障點(diǎn)進(jìn)行遍歷，繼電器R1得到故障相電流行波數(shù)據(jù)分量；(2)故障樣本數(shù)據(jù)的預(yù)處理:將繼電器R1獲得的故障相電流行波數(shù)據(jù)分量進(jìn)行預(yù)處理，并截取故障點(diǎn)處的短視窗數(shù)據(jù)用以顯示和主成分聚類分析；(3)構(gòu)建主成分聚類空間:對(duì)得到的預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，構(gòu)建由第一主成分(.PC,)和第二主成分(/^2)為軸的主成分聚類空間；(4)故障樣本數(shù)據(jù)的投影:當(dāng)纜線混合輸電線路發(fā)生故障時(shí)，將量測(cè)端獲得的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，然后投影在主成分聚類空間內(nèi)，得到其在第一主成分iPC\)軸上的投影值Qi ；(5)主成分聚類分析:根據(jù)投影值&的正負(fù)識(shí)別判斷故障區(qū)段:若sign(ft) >0 ,則為架空線區(qū)段故障；若sign^) <0 ,則為 電纜區(qū)段故障。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于電流暫態(tài)量主成分聚類分析的纜-線混合輸電線路的故障區(qū)段識(shí)別方法，其特征在于:所述故障點(diǎn)的初始角取90°和-90°，故障類型為單相接地故障。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于電流暫態(tài)量主成分聚類分析的纜-線混合輸電線路的故障區(qū)段識(shí)別方法，其特征在于:所述故障點(diǎn)處短時(shí)窗為故障前2us和故障后8us。
【文檔編號(hào)】G01R31/08GK103744002SQ201410021417
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】束洪春, 蘇玉格, 黃沈峰 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)