CN117970037B - 一种基于sod变化的输电线路多重雷识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于SOD变化的输电线路多重雷识别方法，属于新型电力***智能制造与继电保护领域。当被保护输电线路遭受雷击产生故障时，对雷击故障相电流波形进行SOD变化，得到录波时窗内故障相电流波形的SOD变化结果；再对S1中录波时窗上一个未故障周期的电流波形采用SOD变化，得到同周期未故障相电流波形的SOD变化结果；然后通过对比与的结果，确定录波时窗内电流波形的异常点；最后以上述的异常点确定对应的异常段，从而判断被保护输电线路遭受雷击次数。本发明仅处理和比较雷击后线路的故障相电流信息，无需考虑电流的其余信息以及其余电气量的信息，判据简单，结果可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于SOD变化的输电线路多重雷识别方法，属于新型电力***智能制造与继电保护领域。
背景技术
110kV架空输电线路作为国内电力***中的重要部分，确保电能稳定安全的输送具有重大意义。雷电流是一种超强的电磁脉冲电流，雷云放电时会在输电线路上形成暂态过电压。国内外的诸多学者主要的研究方向是基于首次雷击而引起的故障分量，对其进行计算分析，却忽略了后续雷击的影响。据统计数据分析，110kV电压等级以上的线路雷击跳闸等故障数占总故障数的60%以上，而根据雷电监测***的数据显示，70%以上的地面落雷均为多重雷击。
但是由于缺少对应的监测装置，目前对后续雷电流的识别与分析的难度较大，实际操作相对困难，难以确定架空输电线路是由单重雷击还是多重雷击造成的，亟需一种简单可靠的方法，能够在雷击故障后精确地判别出是单重雷击还是多重雷击，为输电线路的雷击防护针对性分析起到可靠的基础性作用。
因此针对上述问题提出一种基于SOD变化的输电线路多重雷识别方法。
发明内容
本发明的目的在于从新型电力***智能制造与继电保护的角度出发，解决缺少对应的监测装置，目前对后续雷电流的识别与分析的难度较大，实际操作相对困难，难以确定架空输电线路是由单重雷击还是多重雷击造成的等不足之处。本发明基于保护装置对雷击故障识别的基础之上，提出通过比较各个时窗电流波形相似度的方法，识别单重雷击和多重雷击。
基于上述考虑，提出了一种基于SOD变化的输电线路多重雷识别方法。
一种基于SOD变化的输电线路多重雷识别方法，其特征在于：采集故障后输电线路三相电流信号，按以下步骤进行识别：
S1：当被保护输电线路遭受雷击产生故障时，对雷击故障相电流波形进行SOD变化，得到录波时窗内故障相电流波形的SOD变化结果；
S2：对S1中录波时窗上一个未故障周期的电流波形采用SOD变化，得到同周期未故障相电流波形的SOD变化结果；
S3：通过对比与/>的结果，确定录波时窗内电流波形的异常点；
S4：以上述的异常点确定对应的异常段，从而判断被保护输电线路遭受雷击次数。
优选的，所述S1具体包括：
取短时窗内故障相电流波形进行四阶的SOD 变化，获取，其公式为：
；
其中为原始故障信号。
优选的，所述S2具体包括：
选取S1中录波时窗上一个未故障周期，对上述录波时窗的裕度提前20ms，得到同周期未故障相电流波形，对该波形进行SOD变化，得到。
优选的，所述S3具体包括：
Ⅰ、采用原则；
由于数据需要服从正态分布，在原则下，/>的概率是99.7%，那么距离平均值之外的值出现的概率为/>，属于极个别的小概率事件数据，所以如果超过3倍的标准差，那么可将其视为异常值；
a1、计算的平均值，公式为：/>
b1、计算的标准差，公式为：/>
Ⅱ、通过比较与/>两个数组之间每项数据的差值与/>的大小，来确定录波时窗内电流波形的异常点；
a2、若
则判断该点为正常点；
b2、若
则判断该点为异常点。
优选的，所述S4具体包括：
a3、将各个异常点所对应的时刻连接起来，确定为异常时间段；
b3、若两个异常时间段之间的时间间隔不足1ms，则将两个异常时间段合并为一个异常时间段；
c3、统计录波时窗内异常时间段的个数，记为n，则判断在该录波时窗内，发生了n次雷击。
本发明还公开了一种基于SOD变化的输电线路多重雷识别***，其特征在于，包括：
信号采集与处理模块，用于采集线路的电流信号并进行处理与存储；
故障启动模块，用于比较电流变化率与整定值的大小，控制装置的启动；
故障判别模块，用于判断故障是否为雷击故障；
雷击识别模块，用于以原则为基准，确定录波时窗内电流波形的异常段，识别单重雷击与多重雷击。
优选的，所述信号采集与处理模块具体包括：
电流变送单元、A/D转换单元和存储器。
优选的，所述故障启动模块具体包括：
电流变化率监测单元、采样装置启动单元。
优选的，所述故障判别模块具体包括：
雷击故障判别单元，用于判断线路故障是否为雷击故障而非短路或断线等其他故障。
优选的，所述雷击识别模块具体包括：
数据计算单元，用于对雷击故障相电流以及同周期未故障相电流波形进行SOD变化，得到与/>；
计算的平均值/>以及/>的标准差/>；
雷击类型识别单元，用于以原则为基准，通过对比/>与/>的结果，确定录波时窗内电流波形的异常段，识别单重雷击与多重雷击；
判别结果输出单元，用于输出雷击类型判别结果。
本发明的原理是：利用线路上安装的监测装置所采集的故障电流波形，对录波时窗内的故障相电流波形采用SOD变化，以原则为基准，确定录波时窗内电流波形的异常段，统计录波时窗内异常段的个数，来判别出是单重雷击还是多重雷击。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的基于SOD变化的输电线路多重雷识别方法及***，原理直观简单，物理概念清晰，易于实现，适合于实际工程应用；
2、本发明的基于SOD变化的输电线路多重雷识别方法及***，仅处理和比较雷击后线路的故障相电流信息，无需考虑电流的其余信息以及其余电气量的信息，判据简单，结果可靠；
3、本发明的基于SOD变化的输电线路多重雷识别方法及***，信号处理简单，无需使用复杂算法，只需对录波时窗内故障相电流波形进行SOD变化即可，因此出错概率极低。
附图说明
图1为交流***模型；
图2为杆塔模型；
图3为距首端20km处单重雷击幅值为30kA的雷击故障电流微分形式；
图4为距首端20km处多重雷击幅值分别为30kA、8kA、5kA的雷击故障的电流微分形式；
图5为距首端100km处单重雷击幅值为30kA的雷击故障电流微分形式；
图6为距首端100km处多重雷击幅值分别为30kA、8kA、5kA的雷击故障的电流微分形式；
图7为输电线路多重雷识别流程图；
图8为输电线路多重雷识别***图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
当输电线路发生雷击故障时，利用本发明所述方法和***可以准确识别是单重雷击与多重雷击，输电线路单重雷击与多重雷击识别流程如图7所示，所述***如图8所示。具体步骤如下：
Step1、当电流变化率大于整定值时，高频数据采集与录波的装置启动，并记录故障前后的电流波形；
Step2、利用输电线路行波保护的雷击故障识别方法判断是否为雷击故障，所述输电线路行波保护的雷击故障识别方法为现有方法。
Step3、当判断为雷击故障时，对雷击故障相电流波形进行SOD变化，得到录波时窗内故障相电流波形的SOD变化结果；
Step4、对上述录波时窗上一个未故障周期的电流波形采用SOD变化，得到同周期未故障相电流波形的SOD变化结果；
Step5、通过对比与/>的结果，确定录波时窗内电流波形的异常点；
Step6、以上述的异常点确定对应的异常段；
Step7、通过异常段从而判断被保护输电线路遭受雷击次数。
实例说明如下：按照图1所示交流***模型，通过仿真软件，以两组实施例验证本发明的可靠性：
实例一：
110kV线路，300km，在距首端20km处发生单重雷击幅值为30kA和多重雷击，其雷击幅值分别为30kA、8kA、5kA的雷击故障，于站端的保护安装处测量所需电流极值时刻并判断雷击重数；
为保证实验的可靠性，这里只搭建一条母线，确保不存在非保护线路的母线反射、折射波所带来的影响，采样率为100kHz。
Ⅰ、对于单重雷击
通过对录波时窗内故障相电流波形进行SOD变化，这里选用四阶SOD变化，其表达式为：
得到录波时窗内故障相电流波形的SOD变化结果，获取。
对上述录波时窗的裕度提前20ms，得到同周期未故障相电流波形，对该波形进行SOD变化，得到。
的平均值为：
的标准差为：
则
计算，将其中/>的值记为正常点；的值记为异常点。
将所选取的异常点所对应的时刻连接起来，确定出异常时间段为[1.00002,1.00016]，如图3所示。
在该录波时窗内，一共只有1个异常时间段，故在该录波时窗内发生单次雷击，判断准确。
Ⅱ、对于多重雷击
通过对录波时窗内故障相电流波形进行SOD变化，这里选用四阶SOD变化，其表达式为：
；
得到录波时窗内故障相电流波形的SOD变化结果，获取。
对上述录波时窗的裕度提前20ms，得到同周期未故障相电流波形，对该波形进行SOD变化，得到。
的平均值为：
的标准差为：
则
计算，将其中/>的值记为正常点；的值记为异常点。
将所选取的异常点所对应的时刻连接起来，确定出异常时间段为[1.00002,1.00016]、[1.00202,1.00209]、[1.00272,1.00276]，如图4所示。
在该录波时窗内，一共有3个异常时间段，故在该录波时窗内发生多次雷击，雷击次数为3次，判断准确。
实例二：
110kV线路，300km，在距首端100km处分别发生单重雷击幅值为30kA和多重雷击，其雷击幅值分别为30kA、8kA、5 kA的雷击故障，于站端的保护安装处测量所需电流极值时刻并判断雷击重数。
为保证实验的可靠性，这里搭建一条母线，确保不存在非保护线路的母线反射、折射波所带来的影响，采样率为100kHz。
Ⅰ、对于单重雷击
按照上述步骤可以计算出：
的平均值为：
的标准差为：
则
计算，将其中/>的值记为正常点；的值记为异常点。
将所选取的异常点所对应的时刻连接起来，确定出异常时间段为[1.00029,1.00045]，如图5所示。
在该录波时窗内，一共只有1个异常时间段，故在该录波时窗内发生单次雷击，判断准确。
Ⅱ、对于多重雷击
按照上述步骤可以计算出：
的平均值为：
的标准差为：
则
计算，将其中/>的值记为正常点；的值记为异常点。
将所选取的异常点所对应的时刻连接起来，确定出异常时间段为[1.00029,1.00045]、[1.00229,1.00235]、[1.00299,1.00303]，如图6所示。
在该录波时窗内，一共有3个异常时间段，故在该录波时窗内发生多次雷击，雷击次数为3次，判断准确。
本领域技术人员将会理解，上述实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。
由表中结果以及其余大量仿真实验表明，本发明不仅适用于对现有的各种电压等级输电线路雷击类型的判断，而且对于未来具有巨大发展潜能的远距离大容量半波长输电线路雷击类型的判断也能适用。因此本发明可较好的应用于工程实际中。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种基于SOD变化的输电线路多重雷识别方法，其特征在于：采集故障后输电线路三相电流信号，按以下步骤进行识别：
S1：当被保护输电线路遭受雷击产生故障时，对雷击故障相电流波形进行SOD变化，得到录波时窗内故障相电流波形的SOD变化结果；
S2：对S1中录波时窗上一个未故障周期的电流波形采用SOD变化，得到同周期未故障相电流波形的SOD变化结果；
S3：通过对比与/>的结果，确定录波时窗内电流波形的异常点；
S4：以上述的异常点确定对应的异常段，从而判断被保护输电线路遭受雷击次数
所述S1具体包括：
取短时窗内故障相电流波形进行四阶的SOD 变化，获取，其公式为：
；
其中为原始故障信号；
所述S3具体包括：
Ⅰ、采用原则；
a1、计算的平均值，公式为：/>；
b1、计算的标准差，公式为：/>；
Ⅱ、通过比较与/>两个数组之间每项数据的差值与/>的大小，来确定录波时窗内电流波形的异常点；
a2、若；
则判断该点为正常点；
b2、若；
则判断该点为异常点。
2.根据权利要求1所述的一种基于SOD变化的输电线路多重雷识别方法，其特征在于：所述S2具体包括：
选取S1中录波时窗上一个未故障周期，对上述录波时窗的裕度提前20ms，得到同周期未故障相电流波形，对该波形进行SOD变化，得到。
3.根据权利要求1所述的一种基于SOD变化的输电线路多重雷识别方法，
其特征在于：所述S4具体包括：
a3、将各个异常点所对应的时刻连接起来，确定为异常时间段；
b3、若两个异常时间段之间的时间间隔不足1ms，则将两个异常时间段合并为一个异常时间段；
c3、统计录波时窗内异常时间段的个数，记为n，则判断在该录波时窗内，发生了n次雷击。
4.一种用于实施如权利要求1所述的基于SOD变化的输电线路多重雷识别方法的***，其特征在于，包括：
信号采集与处理模块（1），用于采集线路的电流信号并进行处理与存储；
故障启动模块（2），用于比较电流变化率与整定值的大小，控制装置的启动；
故障判别模块（3），用于判断故障是否为雷击故障；
雷击识别模块（4），用于以原则为基准，确定录波时窗内电流波形的异常段，识别单重雷击与多重雷击。
5.根据权利要求4中所述的***，其特征在于：所述信号采集与处理模块（1）具体包括：
电流变送单元（101）、A/D转换单元（102）和存储器（103）。
6.根据权利要求4中所述的***，其特征在于：所述故障启动模块（2）具体包括：
电流变化率监测单元（201）、采样装置启动单元（202）。
7.根据权利要求4中所述的***，其特征在于：所述故障判别模块（3）具体包括：
雷击故障判别单元（301），用于判断线路故障是否为雷击故障而非短路或断线等其他故障。
8.根据权利要求4中所述的***，其特征在于：所述雷击识别模块（4）具体包括：
数据计算单元（401），用于对雷击故障相电流以及同周期未故障相电流波形进行SOD变化，得到与/>；
计算的平均值/>以及/>的标准差/>；
雷击类型识别单元（402），用于以原则为基准，通过对比/>与/>的结果，确定录波时窗内电流波形的异常段，识别单重雷击与多重雷击；
判别结果输出单元（403），用于输出雷击类型判别结果。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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