一种利用极线故障电压曲线簇进行主成分聚类分析的线路故障识别方法技术

本发明专利技术涉及一种利用极线故障电压曲线簇进行主成分聚类分析的线路故障识别方法，属于电力系统继电保护技术领域。由近至远沿线路设置单极接地故障；区外故障设置整流侧出口故障、整流侧交流系统故障、逆变侧出口故障和逆变侧交流系统故障。于10kHz采样率下，由仿真分别获得线路全线长范围内故障下和线路外部故障下极线电压曲线簇，选取其极线电压曲线簇1ms内的数据进行PCA聚类分析，取两个主成分PC1和PC2构成的2维PCA空间。这样，在此PCA空间上形成反映线路故障和外部故障的两类聚类点簇。当发生故障，将测试数据1ms时窗内极线故障电压数据映射到由此2维PCA空间，并采用欧氏距离来度量测试数据与两类点簇的距离，并构成故障识别判据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于电力系统继电保护

技术介绍
目前我国已投运的直流输电线路保护主要以变化率和变化量为基础的所谓行波保护、微分欠电压保护、纵联差动保护和低电压保护等。其中行波保护和微分欠电压保护为主保护，动作保护速度快，但易受谐波、雷击、采样值抖动等干扰影响且耐受过渡电阻的能力比较差。易受谐波、雷击、采样值抖动等干扰影响的原因是因为保护算法的鲁棒性差；以电压变化率du/dt为核心判据的行波保护往往不能检出UHVDC线路远端高阻故障，根本原因是随着过渡电阻的增大和故障距离的增加，使得du/dt减小，于展宽时间内无法有效区分出线路内部高阻接地故障与线路外部故障。而纵联差动保护和低电压保护作为后备保护，动作时限较长。作为高阻故障检测的纵联差动保护是依靠延时来躲过交流系统故障期间暂态响应以保障其不误动，同时，为避免功率调整期间不误动，SIMENS差动保护设计中又增加了闭锁逻辑，故此纵联差动保护出口延时太长，一方面，可能会致使纵联差动保护常常起不到后备保护作用，另一方面，可能会致使直流控制系统保护先动作，引起不必要的直流闭锁事故。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对直流输电线路线路发生外部故障和线路故障时，提出一种利用极线故障电压曲线簇进行主成分(PCA)聚类分析的线路故障识别方法。本专利技术的技术方案是:一种利用极线故障电压曲线簇进行主成分(PCA)聚类分析的线路故障识别方法，由近至远沿线路设置单极接地故障；区外故障设置整流侧出口故障、整流侧交流系统故障、逆变侧出口故障和逆变侧交流系统故障；于1kHz采样率下，由仿真分别获得线路全线长范围内故障下和线路外部故障下极线电压曲线簇，选取其极线电压曲线簇Ims内的数据进行PCA聚类分析，取两个主成分PCjP PC 2构成的2维PCA空间；这样，在此PCA空间上形成反映线路故障和外部故障的两类聚类点簇；当发生故障，将测试数据Ims时窗内极线故障电压数据映射到由此2维PCA空间，并采用欧氏距离来度量测试数据与两类点簇的距离，并构成故障识别判据。具体步骤为:(I)建立样本数据库及其PCA聚类空间:将沿UHVDC全线长范围内设置的故障和设置的区外整流侧故障和逆变侧故障，并由电磁暂态仿真获得的Ims时窗内极线故障电压曲线簇作为样本数据进行PCA聚类分析，建立PCA聚类空间，在由PCjP PC 2坐标轴构成的PCA聚类空间形成明显相区分的线路故障和区外故障两种模态的聚类点簇；(2)设计和计算样本数据的PCA聚类中心:根据步骤I获得的PCA聚类空间实际情况，对直流输电线路故障聚类设计并选取k个中心(k多I);对直流输电线路外部故障选取P个中心(一般取P = 1，也可将整流侧故障和逆变侧故障各设I个聚类中心)；(3)保护元件故障启动后，取Ims时窗内极线故障电压数据作为测试样本，计算测试样本数据在步骤I获得的PCA聚类空间PQ、PC2*标轴上的投影ο t (?, q2);(4)计算投影ot(q1、q2)与各聚类中心的欧氏距离:计算测试样本数据与线路故障聚类的k个中心的欧氏距离，并分别记为屯，d2，…，dk;同理，计算测试样本数据与线路外部故障聚类的P个中心的欧氏距离，并分别记为dk+1，…，dk+p;(5)线路故障的识别:比较dp d2，…，dk，…，dk+p大小，找到最小值dmin;若dmin= d i (或d2，…，dk)，则判断为直流输电线路故障模态；若dmin= d k+1 (或dk+2，…，dk+p)，则判断为直流输电线路外部故障模态。本专利技术的有益效果是:(I)采用PCA聚类分析可以有效提取电压曲线簇样本数据主要特征的信息并将其投影到主元空间，在PCjP PC 2坐标空间上形成线路故障和外部故障的不同聚类点簇，实现直流线路故障和外部故障的有效刻画、表征和识别。(2)基于测试样本于PCA的投影与PCA聚类点簇诸多中心之间欧氏距离判断，不需要整定保护定值，判据具有自适应性。【附图说明】图1为直流线路仿真系统。图2为正极线路量测端的故障电压曲线簇:图中，区外故障有:考虑整流侧出口故障，过渡电阻分别设为O Ω、10 Ω和100 Ω ;整流侧交流系统故障，包括A相接地故障，AB两相接地故障，ABC三相接地故障；逆变侧故障包括逆变侧出口故障和逆变侧交流系统故障；a表示线路故障电压曲线，b表示区外故障电压曲线。图3为正极线路量测端故障电压曲线簇及其在PCA空间上的聚类结果。【具体实施方式】下面结合附图和【具体实施方式】，对本专利技术作进一步说明。实施例1:采用图1所示的仿真系统，按照上述步骤(I)和(2)，得到线路故障和外部故障在PCA空间上的聚类结果如图3所示。选取4个聚类中心作为线路故障的聚类中心，即(-1.7261，-0.3977)，(-1.2570，-0.2770)，(-0.9649，-0.2062)，(-0.8875，-0.1960)和 I个外部故障聚类中心(-0.2556,-0.2761)。并将测试样本数据与线路故障聚类的4个中心的欧氏距离表示为屯?d4，测试样本数据与外部故障聚类I个中心的欧氏距离表为d5。(I)根据权利要求书中的步骤(3)和(4)计算得到Cl1 = 0.0345、d2 = 0.5063、d3 =0.8064、d4 = 0.8837 和 d5 = 1.4921 ；(2)根据权利要求书中的步骤(5)得dmin= d i，所以判断为线路故障。实施例2:故障距离M端位置为400km，过渡电阻100 Ω。(I)根据权利要求书中的步骤(3)?(4)计算得到Cl1 = 0.8024、d2 = 0.3182、d3 =0.0199、d4 = 0.0602 和 d5 = 0.6931 ；(2)根据权利要求书中的步骤(5)得dmin= d 3，所以判断为线路故障。实施例3:整流侧出口故障，过渡电阻10 Ω。(I)根据权利要求书中的步骤(3)?(4)计算得到Cl1 = 1.4920、d2 = 1.0082、d3 =0.7082、d4 = 0.6302 和 d5 = 0.1888 ；(2)根据权利要求书中的步骤(5)得dmin= d 5，所以判断为区外故障。以上结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作了详细说明，但是本专利技术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，还可以在不脱离本专利技术宗旨的前提下作出各种变化。【主权项】1.，其特征在于:由近至远沿线路设置单极接地故障；区外故障设置整流侧出口故障、整流侧交流系统故障、逆变侧出口故障和逆变侧交流系统故障；于1kHZ采样率下，由仿真分别获得线路全线长范围内故障下和线路外部故障下极线电压曲线簇，选取其极线电压曲线簇Ims内的数据进行PCA聚类分析，取两个主成分PCjP PC 2构成的2维PCA空间；这样，在此PCA空间上形成反映线路故障和外部故障的两类聚类点簇；当发生故障，将测试数据Ims时窗内极线故障电压数据映射到由此2维PCA空间，并采用欧氏距离来度量测试数据与两类点簇的距离，并构成故障识别判据。2.根据权利要求1所述的利用极线故障电压曲线簇进行主成分聚类分析的线路故障识别方法，其特征在于具体步骤为: (1)建立样本数据库及其PCA聚类空间:将沿UHVDC全线长范围内设置的故障和设置的区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用极线故障电压曲线簇进行主成分聚类分析的线路故障识别方法，其特征在于：由近至远沿线路设置单极接地故障；区外故障设置整流侧出口故障、整流侧交流系统故障、逆变侧出口故障和逆变侧交流系统故障；于10kHz采样率下，由仿真分别获得线路全线长范围内故障下和线路外部故障下极线电压曲线簇，选取其极线电压曲线簇1ms内的数据进行PCA聚类分析，取两个主成分PC1和PC2构成的2维PCA空间；这样，在此PCA空间上形成反映线路故障和外部故障的两类聚类点簇；当发生故障，将测试数据1ms时窗内极线故障电压数据映射到由此2维PCA空间，并采用欧氏距离来度量测试数据与两类点簇的距离，并构成故障识别判据。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：束洪春，田鑫萃，陈叶，杨晨曦，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53