本發(fā)明涉及一種三端直流輸電線路離散小波變換和支持向量機(jī)的故障支路識(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)：

多端柔性直流輸電是由三個(gè)或三個(gè)以上換流站及其連接換流站之間的直流線路組成。經(jīng)濟(jì)性上，較多個(gè)兩端直流輸電系統(tǒng)能節(jié)省輸電走廊、減少造價(jià)較高的換流站個(gè)數(shù)，有效減少投資成本和運(yùn)行費(fèi)用；靈活性上，可根據(jù)需求使某個(gè)或某些換流站既可作為整流運(yùn)行，也可作為逆變運(yùn)行，通過功率反轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)潮流分布。研究適用于三端直流輸電線路故障支路識(shí)別的故障測(cè)距技術(shù)，能夠有效的提高輸電線路的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有重要意義。

目前的測(cè)距方法從原理上分為阻抗法、故障分析法、行波法等,常用的比較精確的高壓輸電線路故障測(cè)距方法，根據(jù)數(shù)據(jù)來源的不同分為行波測(cè)距、常規(guī)量測(cè)距等。常規(guī)測(cè)距受運(yùn)行方式、線路參數(shù)的精確度等影響較大，行波測(cè)距精度高,但依賴于線路兩端精確的對(duì)時(shí)，受通訊干擾較大,線路首末端還會(huì)出現(xiàn)死區(qū)。當(dāng)故障發(fā)生在線路首末端時(shí)，由于行波傳輸速度快,行波測(cè)距裝置中的行波檢測(cè)采集模塊無法采集到高速行波，這時(shí)就出現(xiàn)了測(cè)距的盲區(qū)；當(dāng)GPS不能正確對(duì)時(shí)或線路兩端通訊發(fā)生故障時(shí)，行波測(cè)距裝置也不能正常測(cè)距；當(dāng)行波測(cè)距裝置本身出現(xiàn)故障時(shí)，行波測(cè)距也將失去作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種三端直流輸電線路離散小波變換和支持向量機(jī)的故障支路識(shí)別方法，用以解決上述問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種三端直流輸電線路離散小波變換和支持向量機(jī)的故障支路識(shí)別方法，首先在三端直流MT支路、NT支路和QT支路設(shè)置故障位置，并且步長(zhǎng)設(shè)為1km，過渡電阻分別設(shè)為0Ω、10Ω和100Ω；其次，時(shí)窗長(zhǎng)取為1ms，對(duì)量測(cè)端電流行波進(jìn)行db4小波分解并選取第二尺度下的小波變換系數(shù)作為支持向量機(jī)SVM的輸入屬性，建立起SVM故障支路判別模型，并對(duì)該模型進(jìn)行訓(xùn)練，且約定SVM輸出1為QT支路故障，輸出0為MT支路故障，輸出-1為NT支路故障；最后，當(dāng)三端直流線路發(fā)生時(shí)，將電流行波進(jìn)行db4小波分解并輸入SVM，并根據(jù)SVM的輸出結(jié)果實(shí)現(xiàn)故障支路的判斷。

具體步驟為：

第一步、在三端直流輸電線路中，利用仿真數(shù)據(jù)形成歷史樣本，分別在MT支路、NT支路和QT支路設(shè)置故障位置，步長(zhǎng)為1km，過渡電阻分別設(shè)為0Ω、10Ω和100Ω，時(shí)窗長(zhǎng)為1ms，獲取故障電流數(shù)據(jù)；

第二步、對(duì)量測(cè)端電流行波進(jìn)行db4小波分解并選取第二尺度下的小波變換系數(shù)作為SVM1的輸入屬性，建立起SVM故障支路判別模型，并對(duì)該模型進(jìn)行訓(xùn)練，且約定SVM輸出1為QT支路故障，輸出0為MT支路故障，輸出-1為NT支路故障；

第三步、據(jù)SVM的輸出結(jié)果實(shí)現(xiàn)故障支路的判斷，當(dāng)三端直流線路發(fā)生時(shí)，將電流行波進(jìn)行db4小波分解，并作為SVM的輸入屬性；

若SVM輸出為1，則判斷為QT支路故障；

若SVM輸出為0，則判斷為MT支路；

若SVM輸出為-1，則判斷為NT支路故障。

本發(fā)明的原理是：對(duì)于三端直流輸電線路，當(dāng)故障位于MT支路半線長(zhǎng)之內(nèi)，第2個(gè)行波為故障點(diǎn)反射波，與故障初始行波同極性；當(dāng)故障位于MT支路半線長(zhǎng)之外，第2個(gè)行波為T節(jié)點(diǎn)反射波，與故障初始行波反極性。M端觀測(cè)到的Q端和N端反射波與故障初始行波均為反極性。當(dāng)故障位于NT支路，M端檢測(cè)到的故障點(diǎn)反射波與故障初始行波同極性，N端反射波與故障初始行波反極性。當(dāng)故障位于QT支路，M端檢測(cè)到的故障點(diǎn)反射波與故障初始行波同極性，Q端反射波與故障初始行波反極性。所以無論故障位于某支路，故障點(diǎn)反射波與故障初始行波同極性，對(duì)端”電氣邊界”反射波與故障初始行波反極性。定義2τl_max為故障行波在線路MN，線路MQ中最長(zhǎng)線路中往返一次的時(shí)間，于M端觀測(cè)，若在2τl_max內(nèi)能檢測(cè)到N端和Q端反射波，則可以實(shí)現(xiàn)故障支路的識(shí)別。

離散小波變換(Discrete Wavelet Transform)既能考察局部時(shí)域過程的頻域特征，又能考察局部頻域過程的時(shí)域特征。支持向量機(jī)(SVM)是建立在統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)上的一種小樣本機(jī)器學(xué)習(xí)方法，用于解決二分類問題，SVM的主要思想可以概括為兩點(diǎn)：(1)它是針對(duì)線性可分情況進(jìn)行分析，對(duì)于線性不可分的情況，通過使用非線性映射算法將低維輸入空間線性不可分的樣本轉(zhuǎn)化為高維特征空間使其線性可分，從而使得高維特征空間采用線性算法對(duì)樣本的非線性特征進(jìn)行線性分析成為可能；(2)它基于結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小化理論之上在特征空間中建構(gòu)最優(yōu)分割超平面，使得學(xué)習(xí)器得到全局最優(yōu)化，并且在整個(gè)樣本空間的期望風(fēng)險(xiǎn)以某個(gè)概率滿足一定上界。將三端直流輸電線路故障支路量測(cè)端電流行波進(jìn)行db4小波分解并選取第二尺度下的小波變換系數(shù)作為SVM的輸入屬性，利用離散小波變換和支持向量機(jī)實(shí)現(xiàn)故障支路的識(shí)別。

本發(fā)明的有益效果是：利用DWT-SVM故障支路判別機(jī)制對(duì)三端直流輸電線路的故障支路的識(shí)別，通過大量仿真實(shí)驗(yàn)證明，該方法可以準(zhǔn)確、可靠的識(shí)別三段線纜混合直流輸電線路故障支路。

附圖說明

圖1是本發(fā)明三端直流輸電系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明基于離散小波變換和支持向量機(jī)的故障支路判別機(jī)制和模型圖。

具體實(shí)施方式

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。

一種三端直流輸電線路離散小波變換和支持向量機(jī)的故障支路識(shí)別方法，首先在三端直流MT支路、NT支路和QT支路設(shè)置故障位置，并且步長(zhǎng)設(shè)為1km，過渡電阻分別設(shè)為0Ω、10Ω和100Ω；其次，時(shí)窗長(zhǎng)取為1ms，對(duì)量測(cè)端電流行波進(jìn)行db4小波分解并選取第二尺度下的小波變換系數(shù)作為支持向量機(jī)SVM的輸入屬性，建立起SVM故障支路判別模型，并對(duì)該模型進(jìn)行訓(xùn)練，且約定SVM輸出1為QT支路故障，輸出0為MT支路故障，輸出-1為NT支路故障；最后，當(dāng)三端直流線路發(fā)生時(shí)，將電流行波進(jìn)行db4小波分解并輸入SVM，并根據(jù)SVM的輸出結(jié)果實(shí)現(xiàn)故障支路的判斷。

具體步驟為：

第一步、在三端直流輸電線路中，利用仿真數(shù)據(jù)形成歷史樣本，分別在MT支路、NT支路和QT支路設(shè)置故障位置，步長(zhǎng)為1km，過渡電阻分別設(shè)為0Ω、10Ω和100Ω，時(shí)窗長(zhǎng)為1ms，獲取故障電流數(shù)據(jù)；

第二步、對(duì)量測(cè)端電流行波進(jìn)行db4小波分解并選取第二尺度下的小波變換系數(shù)作為SVM1的輸入屬性，建立起SVM故障支路判別模型，并對(duì)該模型進(jìn)行訓(xùn)練，且約定SVM輸出1為QT支路故障，輸出0為MT支路故障，輸出-1為NT支路故障；

第三步、據(jù)SVM的輸出結(jié)果實(shí)現(xiàn)故障支路的判斷，當(dāng)三端直流線路發(fā)生時(shí)，將電流行波進(jìn)行db4小波分解，并作為SVM的輸入屬性；

若SVM輸出為1，則判斷為QT支路故障；

若SVM輸出為0，則判斷為MT支路；

若SVM輸出為-1，則判斷為NT支路故障。

實(shí)施例1：三端直流輸電線路如圖1所示。其線路參數(shù)如下：三段架空直流線路的長(zhǎng)度l₁、l₂和l₃依次為100km、30km和50km?，F(xiàn)假設(shè)MT支路距離M端45km發(fā)生正線路故障，過渡電阻為50Ω。

根據(jù)第一步、在三端直流輸電線路中，利用仿真數(shù)據(jù)形成歷史樣本：分別在MT支路、NT支路和QT支路設(shè)置故障位置，步長(zhǎng)為1km，過渡電阻分別設(shè)為0Ω、10Ω和100Ω，時(shí)窗長(zhǎng)為1ms，獲取故障電流數(shù)據(jù)；根據(jù)第二步、對(duì)量測(cè)端電流行波進(jìn)行db4小波分解并選取第二尺度下的小波變換系數(shù)作為SVM1的輸入屬性，并約定SVM輸出1為QT支路故障，輸出0為MT支路故障，輸出-1為NT支路故障；根據(jù)SVM輸出為0，可知故障位于MT支路。

實(shí)施例2：三端直流輸電線路如圖1所示。其線路參數(shù)如下：三段架空直流線路的長(zhǎng)度l₁、l₂和l₃依次為100km、30km和50km?，F(xiàn)假設(shè)NT支路距離M端126km發(fā)生正線路故障，過渡電阻為10Ω。

根據(jù)第一步、在三端直流輸電線路中，利用仿真數(shù)據(jù)形成歷史樣本：分別在MT支路、NT支路和QT支路設(shè)置故障位置，步長(zhǎng)為1km，過渡電阻分別設(shè)為0Ω、10Ω和100Ω，時(shí)窗長(zhǎng)為1ms，獲取故障電流數(shù)據(jù)；根據(jù)第二步、對(duì)量測(cè)端電流行波進(jìn)行db4小波分解并選取第二尺度下的小波變換系數(shù)作為SVM1的輸入屬性，并約定SVM輸出1為QT支路故障，輸出0為MT支路故障，輸出-1為NT支路故障；根據(jù)SVM輸出為1，可知故障位于NT支路。

實(shí)施例3：三端直流輸電線路如圖1所示。其線路參數(shù)如下：三段架空直流線路的長(zhǎng)度l₁、l₂和l₃依次為100km、30km和50km?，F(xiàn)假設(shè)QT支路距離M端134km發(fā)生正線路故障，過渡電阻為50Ω。

根據(jù)第一步、在三端直流輸電線路中，利用仿真數(shù)據(jù)形成歷史樣本：分別在MT支路、NT支路和QT支路設(shè)置故障位置，步長(zhǎng)為1km，過渡電阻分別設(shè)為0Ω、10Ω和100Ω，時(shí)窗長(zhǎng)為1ms，獲取故障電流數(shù)據(jù)；根據(jù)第二步、對(duì)量測(cè)端電流行波進(jìn)行db4小波分解并選取第二尺度下的小波變換系數(shù)作為SVM1的輸入屬性，并約定SVM輸出1為QT支路故障，輸出0為MT支路故障，輸出-1為NT支路故障；根據(jù)SVM輸出為-1，可知故障位于QT支路。

以上結(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。