一種利用極線電壓行波自適應的雷擊干擾識別方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種利用極線電壓行波進行主成分分析的雷擊干擾識別方法，屬于電 力系統(tǒng)直流輸電線路繼電保護技術領域。
【背景技術】
[0002] 通常，雷電對高壓、超高壓輸電線路有危害的是雷電直接落雷在線路的情形，即直 擊雷。雷電直擊HVDC線路致使線路絕緣子閃絡則稱線路發(fā)生雷擊故障；如果雷擊線路未致 使線路絕緣子閃絡，即所謂雷擊線路未故障。線路雷擊未故障在線路落雷點注入的雷電流 浪涌，對線路繼電保護而言，就系雷擊干擾。一般而言，雷擊干擾對基于行波或短時窗暫態(tài) 量的保護影響很大，而對利用長時窗故障暫態(tài)量采樣值的保護影響較小，尤其對有硬件濾 波再由軟件做DFT提取工頻量的保護影響甚小。未致線路絕緣子閃絡的雷電浪涌，對線路 繼電保護而言，在雷擊之后短時窗內(nèi)線路上存在很大的瞬態(tài)能量擾動，對于無延時環(huán)節(jié)情 況下且采用短時窗故障數(shù)據(jù)的繼電保護，無論其采樣率如何高與低，都有影響。
[0003] 直流輸電線路現(xiàn)有行波保護采樣率為10kHz，且展寬5個采樣間隔判斷，系短時窗 暫態(tài)量保護，卻未考慮雷擊干擾，也未配置雷擊干擾識別元件，理論上存在雷擊干擾導致行 波保護誤啟誤判的風險，運行經(jīng)驗也表明，HVDC線路雷擊干擾有時會造成現(xiàn)有行波主保護 誤判誤響應的情形。因此我們提倡直流輸電線路應當配置雷擊干擾識別元件，且正極線路 和負極線路分設，獨立配置其雷擊干擾識別元件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術問題是提出一種利用極線電壓行波自適應的雷擊干擾識別 方法，用以解決上述問題。
[0005] 本發(fā)明的技術方案是：一種利用極線電壓行波自適應的雷擊干擾識別方法，搭建 直流線路的電磁暫態(tài)仿真模型，對線路每隔IOkm進行仿真遍歷，由電磁暫態(tài)仿真得到雷擊 導線和避雷線情況下雷擊干擾和雷擊故障的電壓波形曲線簇，并采用主成分分析提取特 征，映射到PCA空間，根據(jù)其分布不同構造 PCA的雷擊干擾識別元件。當線路受到雷擊時， 將測得的極線電壓曲線投影在PCA空間，并利用歐氏距離度量測試數(shù)據(jù)在PCA投影與仿真 獲得的樣本曲線簇在PCA空間聚類中心之間的距離d_，通過d_的取值來判別雷擊干擾和 雷擊故障。
[0006] 具體步驟如下：
[0007] (1)構建歷史樣本數(shù)據(jù)空間，得到樣本在PCA空間的投影分布圖。對線路每隔IOkm 進行仿真遍歷，分別設置雷擊導線干擾、雷擊導線故障、雷擊避雷線干擾和雷擊避雷線故障 四種情況，采樣率1MHz，得到極線電壓波形曲線簇并進行PCA聚類，得到四種情況下樣本在 PCA空間的投影分布圖，從結果可以看出雷擊故障和雷擊干擾分布在PCA空間左右兩側。
[0008] (2)分別計算雷擊導線干擾、雷擊導線故障、雷擊避雷線干擾和雷擊避雷線故障四 種情況下PCA空間上各類情況下的聚類中心坐標
[0009]
(I)
[0010] 式⑴中m,分別表示四種情況下量測端極線電壓在PCA空間中投影的點數(shù)。
[0011] (3)當線路受到雷擊時，將測試數(shù)據(jù)Ims時窗內(nèi)的極線電壓投影在PCA空間，得到 測試數(shù)據(jù)在PC1軸和PC 2的投影值（q' i，q' 2)。
[0012] (4)采用歐氏距離來度量當前測試數(shù)據(jù)投影與各點簇中心的距離。
[0013]
(2)
[0014] 式（2)中k表示所采用主成分投影值的個數(shù)，這里k = 2,即（q' i，q' 2)。％為 四種情況聚類點簇的中心。
[0015] (5)根據(jù)計算所得的所有距離d,中的最小值，得到基于PCA聚類分析和歐氏距離 的雷擊干擾判別式
[0016]
(3)
[0017] 上式中，山、d2、(13和d 4定義為測試數(shù)據(jù)在PCA投影與四種雷擊情況形成的電壓曲 線簇在PCA聚類中心之間的距離。Cl1定義為測試數(shù)據(jù)投影與雷擊避雷線故障電壓曲線簇在 PCA空間聚類中心之間的距離，（12定義為測試數(shù)據(jù)投影與雷擊導線故障電壓曲線簇在PCA 聚類中心之間的距離，d3定義為測試數(shù)據(jù)投影與雷擊避雷線干擾電壓曲線簇在PCA聚類中 心之間的距離，山定義為測試數(shù)據(jù)投影與雷擊導線干擾電壓曲線簇在PCA聚類中心之間的 距離；
[0018] (6)根據(jù)測試數(shù)據(jù)在PCA投影與仿真獲得的樣本曲線簇在PCA空間聚類中心之間 的距離d_的取值，來判別雷擊干擾、雷擊故障。根據(jù)雷擊干擾測量數(shù)據(jù)和雷擊故障測量數(shù) 據(jù)在PCA空間的分布是不同的構成雷擊干擾識別的判據(jù)如下式：
[0019] 若 ，則判斷為雷擊故障 （4)
[0020] 若 ，則判斷為雷擊干擾 （5)
[0021] 本發(fā)明的有益效果是：
[0022] (1)本方法是基于現(xiàn)有仿真數(shù)據(jù)實現(xiàn)雷擊干擾的判別，毋需整定值，判據(jù)具有自適 應的特點
[0023] (2)本測距方法利用量測的極線電壓實現(xiàn)雷擊干擾判別，易于提取，判別方法簡 單。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本發(fā)明直流輸電線路仿真系統(tǒng)示意圖。
[0025] 圖2為本發(fā)明雷擊干擾與雷擊故障下電壓行波曲線簇在PCA空間的聚類結果， PC2/kA為縱坐標投影值/千安，PCVkA為橫坐標投影值/千安。
[0026] 圖3為雷擊正極輸電線路閃絡情況下其量測端電壓曲線簇，u/kV為電壓/千伏， t/ms為時間/毫秒。
[0027] 圖4為雷擊正極輸電線路未閃絡情況下其量測端電壓曲線簇，u/kV為電壓/千伏， t/ms為時間/毫秒。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合附圖和【具體實施方式】，對本發(fā)明作進一步說明。
[0029] -種利用極線電壓行波自適應的雷擊干擾識別方法，對線路每隔IOkm進行仿真 遍歷，得到雷擊導線和避雷線情況下雷擊干擾和雷擊故障的電壓波形曲線并投影在PCA空 間，根據(jù)其分布不同構造 PCA的雷擊干擾識別元件。當線路受到雷擊時，將測得的極線電壓 曲線投影在PCA空間，并利用歐氏距離度量測試數(shù)據(jù)在PCA投影與仿真獲得的樣本曲線簇 在PCA空間聚類中心之間的距離d_，通過(1_的取值來判別雷擊干擾和雷擊故障。
[0030] 判別方法的具體步驟如下：
[0031] 搭建直流線路的電磁暫態(tài)仿真模型，線路全長1500km，整流側接地極線路全長 109km，逆變側接地極線路全長80km。對線路每隔IOkm進行仿真遍歷，由電磁暫態(tài)仿真得 到雷擊導線和避雷線情況下雷擊干擾和雷擊故障的電壓波形