CN110927525A - 一种基于电压变化sod曲线簇的线路故障识别pca聚类方法 - Google Patents

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陶辛杰
王璇
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Abstract

本发明涉及一种基于电压变化SOD曲线簇的线路故障识别PCA聚类方法，属于输电线路故障识别技术领域。首先经过SOD变化得到滤去低频分量的电压行波，其次将经SOD变换后的电压行波映射到PCA空间，最后通过欧式距离判断故障类型，若最小值为线路故障电压曲线簇在PCA空间聚类中心与样本数据的投影的欧式距离，则判断为线路故障，若最小值为区外故障电压曲线簇在PCA空间聚类中心与样本数据的投影的欧式距离，则判断为区外故障。本发明利用经SOD变换后的电压行波对故障识别具有灵敏性的特点，结合主成分分析法和欧氏距离构成的线路故障识别判据，可以规避如何整定保护定值。

Description

一种基于电压变化SOD曲线簇的线路故障识别PCA聚类方法
技术领域
本发明涉及一种基于电压变化SOD曲线簇的线路故障识别PCA聚类方法，属于输电线路故障识别技术领域。
背景技术
直流输电线路保护的关键在于线路故障的准确可靠识别。直流线路两侧由平波电抗器和直流滤波器构成的物理实体边界对于故障引起暂态电气量具有高频阻塞作用，使得在线路内、外部故障下线路观测终端暂态电气量高频成分差别迥异，此为直流线路保护判据设置的核心依据，基于此可构建各种基于HVDC线路内、外部故障波形高频含量差异性刻画和表征算法的线路内部故障识别元件。现有SIEMENS直流线路行波主保护是基于单端电压变化率du/dt来识别线路故障的，但当长距离线路中远端发生高阻接地故障时，保护性能往往会受到影响；同时，此种基于定值的保护，其整定值的确定是很难解决的问题，若定值太高，线路发生远端高阻故障，保护可能会据动；若定值太低，则直流***发生区外故障时，保护有误动的风险。因此提出一种基于电压变化SOD曲线簇的线路故障识别的PCA聚类方法解决长距离输电线路远端高阻故障的识别及保护定值设定的问题。
经过SOD(交叉顺序差分变换，Sequential Overlapping Derivative)变化得到的电压行波滤去了低频分量，可以更加灵敏的反应故障特征。然而无论是通过仿真还是试验来得到识别判据，都不易实现保护定值的确定。为了解决这个问题，提出采用主成分分析(PCA)和欧氏距离确定故障识别判据的方法，该方法采用主成分分析刻画经电压行波经SOD变换在线路故障、外部故障时呈现出的波形差异，将其映射到PCA空间中，形成“线路故障”和“区外故障”明显的两个聚类簇；当直流***发生故障，将电压行波经SOD变换后映射到PCA空间，若其距离“线路”较近，则判断为线路故障，若其距离“区外故障”较近，则判断为区外故障，据此实现线路故障的识别。该方法利用经SOD变换后的电压行波对故障识别具有灵敏性的特点，结合主成分分析法和欧氏距离构成的线路故障识别判据，可以规避如何整定保护定值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种基于电压变化SOD曲线簇的线路故障识别PCA聚类方法，用以解决上述问题。
本发明的技术方案是：一种基于电压变化SOD曲线簇的线路故障识别PCA聚类方法，首先经过SOD变化得到滤去低频分量的电压行波，其次将经SOD变换后的电压行波映射到PCA空间，最后通过欧式距离判断故障类型，若最小值为线路故障电压曲线簇在PCA空间聚类中心与样本数据的投影的欧式距离，则判断为线路故障，若最小值为区外故障电压曲线簇在PCA空间聚类中心与样本数据的投影的欧式距离，则判断为区外故障。
具体步骤为：
Step1：***仿真模型分别模拟区内故障和区外故障，分别获得经SOD变化的正极故障电压曲线簇和外部故障曲线簇；
Step2：将样本曲线簇进行主成分分析，在由PC1和PC2坐标轴构成的PCA聚类空间中形成聚类点簇；
Step3：将线路故障电压曲线簇在PCA的聚类中心设置为5个中心，并将故障电压测试样本数据的投影值与这些聚类中心的距离设为d1、d2、d3、d4、d5；
同时，将故障电压测试样本数据的投影与线路保护区外故障电压曲线簇在PCA空间聚类中心之间的欧氏距离设为d6；
计算出d1、d2、d3、d4、d5、d6，故障识别的判据为：
当dmin∈{d1,d2,d3,d4,d5}时，则判断为线路故障当；
当dmin＝d6时，则判断为外部故障。
本发明的原理是：经过SOD变化得到的电压行波滤去了低频分量，可以更加灵敏的反应故障特征。基于电压变化SOD变换判据是以全线长范围内遍历故障位置得到的，然而无论是通过仿真还是试验来得到识别判据，都不易实现保护定值的确定。为了解决这个问题，提出一种采用主成分分析(PCA)和欧氏距离确定故障识别判据的方法，该方法采用主成分分析刻画经电压行波经SOD变换在线路故障、外部故障时呈现出的波形差异，将其映射到PCA空间中，形成“线路故障”和“区外故障”明显的两个聚类簇；当直流***发生故障，将电压行波经SOD变换后映射到PCA空间，若最小值为线路故障电压曲线簇在PCA空间聚类中心与样本数据的投影的欧式距离，则判断为线路故障，若最小值为区外故障电压曲线簇在PCA空间聚类中心与样本数据的投影的欧式距离，则判断为区外故障，据此实现线路故障的识别。
本发明的有益效果是：利用经SOD变换后的电压行波对故障识别具有灵敏性的特点，结合主成分分析法和欧氏距离构成的线路故障识别判据，可以规避如何整定保护定值。
附图说明
图1是本发明实例1中准东-华东±1100kV特高压直流输电线路仿真模型图；
图2是本发明实例1中仿真获得经SOD变化的正极故障电压曲线簇图；
图3是本发明实例2中模拟区外故障仿真获得经SOD变化的区外故障电压曲线簇图；
图4是本发明实例1和实例2中由PC1和PC2坐标轴构成的PCA聚类空间中形成聚类点簇图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：准东-华东±1100kV特高压直流输电线路仿真模型图如图1所示，其线路参数如下：直流输电线路全长为3300km。采样频率为10kHz。
Step1：利用准东-华东±1100kV特高压直流输电***仿真模型分别模拟，其中：在全线长范围内每隔100km由近至远设置金属性接地故障，采样率为10KHZ，仿真获得经SOD变化的正极故障电压曲线簇。
Step2：确定主成分个数，再由PC1和PC2坐标轴构成的PCA聚类空间中形成聚类点簇，如图所示。
Step3：利用欧式距离进行判断
Figure BDA0002300617930000031
实施例2：准东-华东±1100kV特高压直流输电线路仿真模型图如图1所示，其线路参数如下：直流输电线路全长为3300km。采样频率为10kHz。
Step1：利用准东-华东±1100kV特高压直流输电***仿真模型分别模拟区外故障，设置整流测出口故障、整流侧交流***故障(包括A相接地故障，AB两相接地故障，ABC三相接地故障)、逆变侧出口故障、逆变侧交流***故障(包括A相接地故障，AB两相接地故障，ABC三相接地故障)获得外部故障曲线簇，
Step2：确定主成分个数，再由PC1和PC2坐标轴构成的PCA聚类空间中形成聚类点簇。
Step3：利用欧式距离进行判断
Figure BDA0002300617930000041
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种基于电压变化SOD曲线簇的线路故障识别PCA聚类方法，其特征在于：首先经过SOD变化得到滤去低频分量的电压行波，其次将经SOD变换后的电压行波映射到PCA空间，最后通过欧式距离判断故障类型，若最小值为线路故障电压曲线簇在PCA空间聚类中心与样本数据的投影的欧式距离，则判断为线路故障，若最小值为区外故障电压曲线簇在PCA空间聚类中心与样本数据的投影的欧式距离，则判断为区外故障。
2.根据权利要求1所述的基于电压变化SOD曲线簇的线路故障识别PCA聚类方法，其特征在于具体步骤为：
Step1：***仿真模型分别模拟区内故障和区外故障，分别获得经SOD变化的正极故障电压曲线簇和外部故障曲线簇；
Step2：将样本曲线簇进行主成分分析，在由PC1和PC2坐标轴构成的PCA聚类空间中形成聚类点簇；
Step3：将线路故障电压曲线簇在PCA的聚类中心设置为5个中心，并将故障电压测试样本数据的投影值与这些聚类中心的距离设为d1、d2、d3、d4、d5；
同时，将故障电压测试样本数据的投影与线路保护区外故障电压曲线簇在PCA空间聚类中心之间的欧氏距离设为d6；
计算出d1、d2、d3、d4、d5、d6，故障识别的判据为：
当dmin∈{d1,d2,d3,d4,d5}时，则判断为线路故障当；
当dmin＝d6时，则判断为外部故障。
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