一種利用零序電流進行pca聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識別方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用零序電流進行PCA聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識別方法，屬電力系統(tǒng)測距【技術領域】。當線纜混合線路發(fā)生故障時，提取量測端故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)，取其絕對值進行PCA聚類分析，得到其在PC1坐標軸上的投影值q1值，根據(jù)投影值位于PC1坐標軸的正負半軸判定故障發(fā)生在電纜區(qū)段還是架空線區(qū)段。本發(fā)明利用故障零序初始電流行波對線纜混合線路發(fā)生單相接地故障進行故障區(qū)段定位，為后續(xù)行波定位提供依據(jù)，仿真表明該方法可以準確、可靠地判斷出線纜混合線路的故障區(qū)段。
【專利說明】—種利用零序電流進行PCA聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識別方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用零序電流進行PCA聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識別方法，屬于電力系統(tǒng)繼電保護【技術領域】。

【背景技術】
[0002]配電網(wǎng)直接面對用戶并為其提供用電服務，因此覆蓋面最廣。配電網(wǎng)的故障類型形式多樣，但據(jù)統(tǒng)計單相接地故障約占配網(wǎng)故障的80%。故本發(fā)明主要針對單相接地故障進行仿真。
[0003]隨著城市配電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電纜饋線以及線纜混合線路在配電網(wǎng)中所占的比重越來越大，配電網(wǎng)電纜線路故障大多具有隱蔽性的特點，電纜故障的查找較架空饋線更為困難。一旦發(fā)生故障，無疑會對供電可靠性產(chǎn)生影響。電纜與架空線相比其特殊性表現(xiàn)在:一是電纜結構相對復雜，一般由電纜芯、屏蔽層、護套等組成的多導體系統(tǒng)組成；二是電纜多埋設于地下，與大地關系更為緊密，導致電纜中的電磁暫態(tài)過程與架空線相比差異較大，行波在電纜中傳播的波速與架空線相比有著很大的區(qū)別。
[0004]在電力系統(tǒng)中，PCA —般作為一種預測模型的方法，可以消除冗余信息，減少樣本空間的維數(shù)。本發(fā)明首次提出將PCA聚類分析用于對量測端位于電纜線路起端的線纜混合線路進行故障區(qū)段識別，仿真分析表明，配網(wǎng)發(fā)生故障時利用該方法可以準確、可靠地判斷出線纜混合線路的故障區(qū)段。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是針對線纜混合線路配網(wǎng)發(fā)生單相接地故障的情況，提出一種利用零序電流進行PCA聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識別方法。
[0006]本發(fā)明的技術方案是:一種利用零序電流進行PCA聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識別方法，當線纜混合線路發(fā)生故障時，提取量測端故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)，取其絕對值進行PCA聚類分析，得到其在PC1坐標軸上的投影值qi值，根據(jù)投影值位于PC1坐標軸的正負半軸判定故障發(fā)生在電纜區(qū)段還是架空線區(qū)段。
[0007]具體步驟為:
[0008](I)當線纜混合線路發(fā)生故障時，提取量測端故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)，將故障零序初始電流行波取絕對值后構成的樣本集記為P，樣本集是由線路在不同區(qū)段上發(fā)生故障時的故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)構成；
[0009](2)根據(jù)樣本集，進行PCA聚類分析，選取兩個含有最大的特征值所對應的特征向量作為PC1和PC2 ；
[0010](3)將量測端檢測的故障零序初始電流行波取絕對值得到I i I ;
[0011](4)假設qi和q2是PC1和PC2坐標軸上的投影值，為了求取Q1和q2，利用檢測到的故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)I i IT (k)和PC1和PC2坐標軸構造超定方程:[PC1, PC2] X [q1；q2]T = I i IT (k),利用最小二乘法求取Q1和；
[0012](5)檢測到的故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)取絕對值后進行PCA聚類分析，得到其在PC1上的投影值Q1 ；
[0013](6)根據(jù)PC1上的投影值Q1，判別故障位于線纜混合線路的區(qū)段；qi，set具有通用性，Ql, set = O,因此判別故障位于線纜混合線路的區(qū)段為:
[0014]當qi>qi，set時即位于PC1坐標軸的正半軸，判定為故障位于電纜區(qū)段；
[0015]當qi〈qi，set時即位于PC1坐標軸的負半軸，判定為故障位于架空線區(qū)段。
[0016]本發(fā)明的原理是:對于線纜混合線路，由于電纜線路的波阻抗遠小于架空線波阻抗，架空線故障行波從大波阻抗一側向小波阻抗一側傳播需經(jīng)接頭折射進入電纜傳播，經(jīng)電纜量測端發(fā)生折反射后，即為量測電流行波。同時，架空線故障時故障行波在線纜混合連接點處發(fā)生折射使得能量損失，而行波在沿線路傳播過程中，由于饋線在不同頻率下呈現(xiàn)不同的傳播特性，因此不同頻率分量的暫態(tài)行波傳播速度和衰減速度不一樣，即行波傳播過程中暫態(tài)行波的波頭和其頻率成分都會發(fā)生變化，電纜故障與架空線故障其零序初始電流行波差異性較大。由于行波由架空線路傳至電纜線路時在連接點處的反射系數(shù)遠大于折射系數(shù)，因此大部分行波被反射，僅有小部分行波傳至量測端，且架空線路故障的行波幅值相對很小，故利用該特性可判定故障發(fā)生在電纜區(qū)段還是架空線區(qū)段。
[0017]對量測端位于電纜線路起端的線纜混合線路提取故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)進行PCA聚類分析。當發(fā)生故障時，對量測端檢測的故障零序初始電流行波曲線進行PCA聚類分析得到其在PC1坐標軸上的投影值Q1值，根據(jù)投影值位于PC1坐標軸的正負半軸判定故障發(fā)生在電纜區(qū)段還是架空線區(qū)段。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:本方法利用故障零序初始電流行波對線纜混合線路發(fā)生單相接地故障進行故障區(qū)段定位，為后續(xù)行波定位提供依據(jù)，仿真表明該方法可以準確、可靠地判斷出線纜混合線路的故障區(qū)段。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實施例1的量測端位于電纜線路起端的纜線混合直配線路系統(tǒng)圖；
[0020]圖2為本發(fā)明實施例1零序電流初始行波曲線簇圖；
[0021]圖3為本發(fā)明實施例1零序電流曲線簇在PCl坐標軸上的投影圖。

【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和【具體實施方式】，對本發(fā)明作進一步說明。
[0023]實施例1:如圖1所示為量測端位于電纜線路起端的纜線混合直配線路系統(tǒng)，其中，纜線混合線路中電纜饋線長10km，架空饋線長10km，其他兩條為電纜饋線，分別長度為8和15km。設置饋線L1即饋線MN為故障線路，間隔Ikm設置一次單相金屬性接地故障，故障初始相角為90°，采樣率為1MHz。
[0024]一種利用零序電流進行PCA聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識別方法，具體步驟如下:
[0025](I)將故障零序初始電流行波取絕對值后構成的樣本集記為P。樣本集是由線路在不同區(qū)段上發(fā)生故障時的故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)構成；
[0026](2)根據(jù)樣本集，進行PCA聚類分析，選取兩個含有最大的特征值所對應的特征向量作為PC1和PC2 ；
[0027](3)當線纜混合線路發(fā)生故障時，提取故障零序初始電流行波，如圖2所示；
[0028](4)將量測端檢測的故障零序初始電流行波取絕對值得到I i I ;
[0029](5)現(xiàn)假設q:和q2是PC1和PC2坐標軸上的投影值,為了求取q:和q2,利用檢測到的故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)I i IT (k)和PC1和PC2坐標軸構造超定方程:[PC1, PC2] X [q1；q2]T = I i IT (k),利用最小二乘法求取Q1和；
[0030](6)檢測到的故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)取絕對值后進行PCA聚類分析，得到其在PC1上的投影值qi，如圖3所示；
[0031](7)根據(jù)PC1上的投影值qi，判別故障位于線纜混合線路的區(qū)段。因故障位于電纜區(qū)段和架空線區(qū)段時，其投影值Q1在PC1坐標軸上分布不同，故由此特征為依據(jù)，構造故障位于線纜混合線路區(qū)段的判據(jù)。qliSrt具有通用性，這里qliSrt = 0，因此判別故障位于線纜混合線路的區(qū)段為:
[0032]當qi>qi，srt時即位于PC1坐標軸的正半軸，判定為故障位于電纜區(qū)段；
[0033]當qi〈qi，srt時即位于PC1坐標軸的負半軸，判定為故障位于架空線區(qū)段。
[0034]上面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
【權利要求】
1.一種利用零序電流進行PCA聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識別方法，其特征在于:當線纜混合線路發(fā)生故障時，提取量測端故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)，取其絕對值進行PCA聚類分析，得到其在PC1坐標軸上的投影值qi值，根據(jù)投影值位于PC1坐標軸的正負半軸判定故障發(fā)生在電纜區(qū)段還是架空線區(qū)段。
2.根據(jù)權利要求1所述的利用零序電流進行PCA聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識別方法，其特征在于具體步驟為: (1)當線纜混合線路發(fā)生故障時，提取量測端故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)，將故障零序初始電流行波取絕對值后構成的樣本集記為P，樣本集是由線路在不同區(qū)段上發(fā)生故障時的故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)構成； (2)根據(jù)樣本集，進行PCA聚類分析，選取兩個含有最大的特征值所對應的特征向量作為 PC1 和 PC2 ； (3)將量測端檢測的故障零序初始電流行波取絕對值得到|i|； (4)假設Q1和q2是PC1和PC2坐標軸上的投影值，為了求取Q1和q2，利用檢測到的故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)I i IT (k)和PC1和PC2坐標軸構造超定方程:[PC1, PC2] X [q1； q2]T =I i IT (k),利用最小二乘法求取Q1和q2 ； (5)檢測到的故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)取絕對值后進行PCA聚類分析，得到其在PC1上的投影值Q1 ; (6)根據(jù)PC1上的投影值q1;判別故障位于線纜混合線路的區(qū)段；qi，srt具有通用性，Qliset = O，因此判別故障位于線纜混合線路的區(qū)段為: 當qi>qi，srt時即位于PC1坐標軸的正半軸，判定為故障位于電纜區(qū)段； 當qi〈qi，srt時即位于PC1坐標軸的負半軸，判定為故障位于架空線區(qū)段。
【文檔編號】G01R31/08GK104133159SQ201410379498
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月4日 優(yōu)先權日:2014年8月4日
【發(fā)明者】束洪春, 林丹丹, 韓倩倩 申請人:昆明理工大學