CN105098740A - 一种基于正向电流行波主成分聚类分析的合闸到故障识别方法 - Google Patents
一种基于正向电流行波主成分聚类分析的合闸到故障识别方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于正向电流行波主成分聚类分析的合闸到故障识别方法,属于电力***继电保护技术领域。当输电线路发生单相接地故障后,采用单相重合闸,利用量测端获得的线模电流、线模电压行波构造正向电流行波,利用合闸后固定时窗内正向电流行波绝对值数据进行主成分聚类分析,根据该样本数据在主成分分析聚类空间的投影值来进行判别。若投影值q1大于门槛值q1,set,则判为合闸到故障;若投影值小于或者等于q1,set,则判为线路无故障。仿真验证表明,本方法能可靠识别合闸到故障线路的情况,避免线路遭受二次冲击。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于正向电流行波主成分聚类分析的合闸到故障识别方法,属于电力***继电保护技术领域。
背景技术
电力***中,输电线路断路器合闸的操作可以分为线路一端空载合闸和自动重合闸两种情况。但是不管是哪一种情况都需要继电保护能后正确、可靠的识别线路情况。当线路有故障时应该迅速动作切除故障线路,当无故障时保护不应动作。目前,利用行波保护原理来实现行波保护正确、可靠的识别线路情况仍然存在问题。前期采用行波极性比较式方向保护对合闸到故障线路进行识别,该方法类似于一种简单的行波测距,但是存在对线路末端附近故障难以识别、正反向行波在非对称故障情况下出现的极性相同和没有考虑断路器不同期合闸等问题。因此,还需要进一步研究合闸到故障的识别方法。
发明内容
本发明的目的是针对目前合闸到故障的行波识别方法还不够完善的现状,提高单相重合闸线路的供电可靠性和***并列运行的稳定性,提出了一种基于正向电流行波主成分聚类分析的合闸到故障识别方法,用以解决上述问题。
一种基于正向电流行波主成分聚类分析的合闸到故障识别方法,输电线路发生单相接地故障后,采用单相重合闸,利用量测端获得的线模电流、线模电压行波构造正向电流行波,利用合闸后固定时窗内正向电流行波绝对值数据进行主成分聚类分析,根据该样本数据在主成分分析聚类空间的投影值来进行判别。若投影值q1大于门槛值q1,set,则判为合闸到故障;若投影值小于或者等于q1,set,则判为线路无故障。
根据发明技术方案所述的一种基于正向电流行波主成分聚类分析的合闸到故障识别方法的具体步骤是:
(1)线路发生单相接地故障后,断开故障相。此时由线路M端故障相的断路器执行合闸操作,N端断路器处于断开状态。由量测端M获得三相电流行波与电压行波。将三相电压和三相电流行波分别利用式(1)、(2)进行相模变换,提取三个线模电压分量Δuα、Δuβ和Δuγ和电流分量Δiα、Δiβ和Δiγ
式(1)中,ΔuA、ΔuB和ΔuC分别为三相电压,式(2)中ΔiA、ΔiB和ΔiC分别为三相电流。
(2)从Δuα、Δuβ、Δuγ和Δiα、Δiβ、Δiγ中选取含故障相的线模电压Δum和线模电流Δim,利用(3)式构造正向电流行波
式(3)式中,n表示采样点,下标m=α或β或γ,表示选取的模量。Zc,m为线路阻抗。
(3)提取特征量:计算合闸后正向电流行波绝对值,得到
(4)提取合闸时2τmin~4τmin(τmin为行波在最短健全线路全长传播一次所用的时间,此处τmin=lmin/v=0.5ms)时窗内线路上无故障和有故障情况下量测端M得到的正向电流行波绝对值曲线簇。
(5)对正向行波曲线簇样本数据进行主成分聚类分析,构建主成分聚类空间,得到样本数据在聚类空间中第一主成分轴PC1上的投影值q1。
(6)按投影值q1与门槛值q1,set大小关系进行判别,若q1>q1,set则判为合闸到故障,若q1≤q1,set,则判为线路无故障。
(7)利用PSCAD电磁暂态仿真软件,沿被保护线路MN每隔1km设置一个故障点进行全线遍历,根据历史样本数据在聚类空间中第一主成分轴PC1上投影值q1的分布情况,如图2所示,设定门槛值q1,set=0。
本发明的有益效果是:
(1)本方法采用正向电流行波主成分聚类分析的合闸到故障识别方法能可靠识别合闸到故障线路的情况,避免线路遭受二次冲击,提高了元件识别的可靠性,速动性。
(2)本方法利用正向电流行波绝对值在2τmin~4τmin时窗内具有分布规律差异的特征,构建基于PCA聚类分析的合闸到故障元件,该方法适用于小角度故障、远端故障和高阻故障的识别,且不受故障位置、过渡电阻、故障初始相角的影响。
附图说明
图1为实施例1、2、3中的输电线路仿真***图;
图2为实施例1中,线路无故障情况下,量测端M得到的正向电流行波绝对值的曲线簇;
图3为实施例1中,全线每隔1km设置A相金属性接地故障,故障初相角为90°情况下,量测端M得到的正向电流行波绝对值的曲线簇;
图4为实施例1中,量测端M得到的正向电流行波绝对值的曲线簇在聚类空间中第一主成分轴PC1上投影值q1的分布情况。
具体实施方式
以下结合附图和实施例,对本发明作进一步阐述。
实施例1:如图1所示的500kV输电线路仿真***模型,被保护线路为MN,线路长度LPM=150km,LMN=150km,LNQ=220km,采样率为1MHz。设被保护线路N端的A相断路器处于断开状态,由被保护线路量测端M端的A相断路器执行合闸操作,分别假设线路MN无故障和距M端149km发生A相接地故障,过渡电阻为10Ω,初始相角60°。
采集线路合闸量测端M所产生三相电流行波与三相电压行波。将三相电压和三相电流行波利用式(1)、(2)进行相模变换,提取三个线模电压分量Δuα、Δuβ和Δuγ和电流分量Δiα、Δiβ和Δiγ。
选取含故障相的线模电压Δum和线模电流Δim,本例中故障相为A相,因此m=ɑ。
将线模电压Δuɑ、Δiɑ代入(3)、(4)式构造正向电流行波
计算合闸后正向电流行波绝对值,得到
提取合闸后2τmin~4τmin时窗(1ms)内线路上量测端M得到的正向电流行波绝对值曲线簇,如图2所示。
对正向行波曲线样本数据进行主成分聚类分析,构建主成分聚类空间,得到样本数据在聚类空间中第一主成分轴PC1上的投影值,如图3所示,投影值q1=23.59,由于q1大于0,故判断为合闸到故障。
实施例2:如图1所示的500kV输电线路仿真***模型,被保护线路为MN,线路长度LPM=150km,LMN=150km,LNQ=220km,采样率为1MHz。设被保护线路N端的B相断路器处于断开状态,由被保护线路量测端M端的B相断路器执行合闸操作,分别假设线路MN无故障和距M端60km发生B相接地故障,过渡电阻为50Ω,初始相角60°。
采集线路合闸量测端M所产生三相电流行波与三相电压行波。将三相电压和三相电流行波利用式(1)、(2)进行相模变换,提取三个线模电压分量Δuα、Δuβ和Δuγ和电流分量Δiα、Δiβ和Δiγ。
选取含故障相的线模电压Δum和线模电流Δim,本例中故障相为B相,因此m=β。
将线模电压Δuβ、Δiβ代入(3)、(4)式构造正向电流行波
提取特征量:计算合闸后正向电流行波绝对值,得到
提取合闸后2τmin~4τmin时窗(1ms)内线路上量测端M得到的正向电流行波绝对值曲线。
对正向行波曲线样本数据进行主成分聚类分析,构建主成分聚类空间,得到样本数据在聚类空间中第一主成分轴PC1上的投影值q1=12.56,由于q1大于0,故判断为合闸到故障。
实施例3:如图1所示的500kV输电线路仿真***模型,被保护线路为MN,线路长度LPM=150km,LMN=150km,LNQ=220km,采样率为1MHz。设被保护线路N端的A相断路器处于断开状态,由被保护线路量测端M端的A相断路器执行合闸操作,分别假设线路MN无故障和距M端90km发生C相接地故障,过渡电阻为10Ω,初始相角30°。
采集线路合闸量测端M所产生三相电流行波与三相电压行波。将三相电压和三相电流行波利用式(1)、(2)进行相模变换,提取三个线模电压分量Δuα、Δuβ和Δuγ和电流分量Δiα、Δiβ和Δiγ。
选取含故障相的线模电压Δum和线模电流Δim,本例中故障相为C相,因此m=γ。
将线模电压Δuγ、Δiγ代入(3)、(4)式构造正向电流行波
提取特征量:计算合闸后正向电流行波绝对值,得到
提取合闸后2τmin~4τmin时窗(1ms)内线路上量测端M得到的正向电流行波绝对值曲线。
对正向行波曲线簇样本数据进行主成分聚类分析,构建主成分聚类空间,得到样本数据在聚类空间中第一主成分轴PC1上的投影值q1=21.01,由于q1大于0,故判断为合闸到故障。
Claims (2)
1.一种基于正向电流行波主成分聚类分析的合闸到故障识别方法,其特征在于:输电线路发生单相接地故障后,采用单相重合闸,利用量测端获得的线模电流、线模电压行波构造正向电流行波,利用合闸后固定时窗内正向电流行波绝对值数据进行主成分聚类分析,根据该样本数据在主成分分析聚类空间的投影值来进行判别,若投影值q1大于门槛值q1,set,则判为合闸到故障;若投影值小于或者等于q1,set,则判为线路无故障。
2.根据权利要求1所述的基于正向电流行波主成分聚类分析的合闸到故障识别方法,其特征在于具体步骤如下:
(1)线路发生单相接地故障后,断开故障相,此时由线路M端故障相的断路器执行合闸操作,N端断路器处于断开状态,由量测端M获得三相电流行波与电压行波,将三相电压和三相电流行波分别利用式(1)、(2)进行相模变换,提取三个线模电压分量Δuα、Δuβ和Δuγ和电流分量Δiα、Δiβ和Δiγ
式(1)中,ΔuA、ΔuB和ΔuC分别为三相电压,式(2)中ΔiA、ΔiB和ΔiC分别为三相电流;
(2)从Δuα、Δuβ、Δuγ和Δiα、Δiβ、Δiγ中选取含故障相的线模电压Δum和线模电流Δim,利用(3)式构造正向电流行波
式(3)式中,n表示采样点,下标m=α或β或γ,表示选取的模量,Zc,m为线路阻抗;
(3)提取特征量:计算合闸后正向电流行波绝对值,得到
(4)提取合闸时2τmin~4τmin,τmin为行波在最短健全线路全长传播一次所用的时间,此处τmin=lmin/v=0.5ms,时窗内线路上无故障和有故障情况下量测端M得到的正向电流行波绝对值曲线簇;
(5)对正向行波曲线簇样本数据进行主成分聚类分析,构建主成分聚类空间,得到样本数据在聚类空间中第一主成分轴PC1上的投影值q1;
(6)按投影值q1与门槛值q1,set大小关系进行判别,若q1>q1,set则判为合闸到故障,若q1≤q1,set,则判为线路无故障。
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