一種利用零序電流進(jìn)行pca聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用零序電流進(jìn)行PCA聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識(shí)別方法，屬電力系統(tǒng)測(cè)距【技術(shù)領(lǐng)域】。當(dāng)線纜混合線路發(fā)生故障時(shí)，提取量測(cè)端故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)，取其絕對(duì)值進(jìn)行PCA聚類分析，得到其在PC1坐標(biāo)軸上的投影值q1值，根據(jù)投影值位于PC1坐標(biāo)軸的正負(fù)半軸判定故障發(fā)生在電纜區(qū)段還是架空線區(qū)段。本發(fā)明利用故障零序初始電流行波對(duì)線纜混合線路發(fā)生單相接地故障進(jìn)行故障區(qū)段定位，為后續(xù)行波定位提供依據(jù)，仿真表明該方法可以準(zhǔn)確、可靠地判斷出線纜混合線路的故障區(qū)段。
【專利說明】—種利用零序電流進(jìn)行PCA聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識(shí)別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用零序電流進(jìn)行PCA聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識(shí)別方法，屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]配電網(wǎng)直接面對(duì)用戶并為其提供用電服務(wù)，因此覆蓋面最廣。配電網(wǎng)的故障類型形式多樣，但據(jù)統(tǒng)計(jì)單相接地故障約占配網(wǎng)故障的80%。故本發(fā)明主要針對(duì)單相接地故障進(jìn)行仿真。
[0003]隨著城市配電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電纜饋線以及線纜混合線路在配電網(wǎng)中所占的比重越來越大，配電網(wǎng)電纜線路故障大多具有隱蔽性的特點(diǎn)，電纜故障的查找較架空饋線更為困難。一旦發(fā)生故障，無疑會(huì)對(duì)供電可靠性產(chǎn)生影響。電纜與架空線相比其特殊性表現(xiàn)在:一是電纜結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，一般由電纜芯、屏蔽層、護(hù)套等組成的多導(dǎo)體系統(tǒng)組成；二是電纜多埋設(shè)于地下，與大地關(guān)系更為緊密，導(dǎo)致電纜中的電磁暫態(tài)過程與架空線相比差異較大，行波在電纜中傳播的波速與架空線相比有著很大的區(qū)別。
[0004]在電力系統(tǒng)中，PCA —般作為一種預(yù)測(cè)模型的方法，可以消除冗余信息，減少樣本空間的維數(shù)。本發(fā)明首次提出將PCA聚類分析用于對(duì)量測(cè)端位于電纜線路起端的線纜混合線路進(jìn)行故障區(qū)段識(shí)別，仿真分析表明，配網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)利用該方法可以準(zhǔn)確、可靠地判斷出線纜混合線路的故障區(qū)段。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)線纜混合線路配網(wǎng)發(fā)生單相接地故障的情況，提出一種利用零序電流進(jìn)行PCA聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識(shí)別方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種利用零序電流進(jìn)行PCA聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識(shí)別方法，當(dāng)線纜混合線路發(fā)生故障時(shí)，提取量測(cè)端故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)，取其絕對(duì)值進(jìn)行PCA聚類分析，得到其在PC1坐標(biāo)軸上的投影值qi值，根據(jù)投影值位于PC1坐標(biāo)軸的正負(fù)半軸判定故障發(fā)生在電纜區(qū)段還是架空線區(qū)段。
[0007]具體步驟為:
[0008](I)當(dāng)線纜混合線路發(fā)生故障時(shí)，提取量測(cè)端故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)，將故障零序初始電流行波取絕對(duì)值后構(gòu)成的樣本集記為P，樣本集是由線路在不同區(qū)段上發(fā)生故障時(shí)的故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)構(gòu)成；
[0009](2)根據(jù)樣本集，進(jìn)行PCA聚類分析，選取兩個(gè)含有最大的特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量作為PC1和PC2 ；
[0010](3)將量測(cè)端檢測(cè)的故障零序初始電流行波取絕對(duì)值得到I i I ;
[0011](4)假設(shè)qi和q2是PC1和PC2坐標(biāo)軸上的投影值，為了求取Q1和q2，利用檢測(cè)到的故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)I i IT (k)和PC1和PC2坐標(biāo)軸構(gòu)造超定方程:[PC1, PC2] X [q1；q2]T = I i IT (k),利用最小二乘法求取Q1和；
[0012](5)檢測(cè)到的故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)取絕對(duì)值后進(jìn)行PCA聚類分析，得到其在PC1上的投影值Q1 ；
[0013](6)根據(jù)PC1上的投影值Q1，判別故障位于線纜混合線路的區(qū)段；qi，set具有通用性，Ql, set = O,因此判別故障位于線纜混合線路的區(qū)段為:
[0014]當(dāng)qi>qi，set時(shí)即位于PC1坐標(biāo)軸的正半軸，判定為故障位于電纜區(qū)段；
[0015]當(dāng)qi〈qi，set時(shí)即位于PC1坐標(biāo)軸的負(fù)半軸，判定為故障位于架空線區(qū)段。
[0016]本發(fā)明的原理是:對(duì)于線纜混合線路，由于電纜線路的波阻抗遠(yuǎn)小于架空線波阻抗，架空線故障行波從大波阻抗一側(cè)向小波阻抗一側(cè)傳播需經(jīng)接頭折射進(jìn)入電纜傳播，經(jīng)電纜量測(cè)端發(fā)生折反射后，即為量測(cè)電流行波。同時(shí)，架空線故障時(shí)故障行波在線纜混合連接點(diǎn)處發(fā)生折射使得能量損失，而行波在沿線路傳播過程中，由于饋線在不同頻率下呈現(xiàn)不同的傳播特性，因此不同頻率分量的暫態(tài)行波傳播速度和衰減速度不一樣，即行波傳播過程中暫態(tài)行波的波頭和其頻率成分都會(huì)發(fā)生變化，電纜故障與架空線故障其零序初始電流行波差異性較大。由于行波由架空線路傳至電纜線路時(shí)在連接點(diǎn)處的反射系數(shù)遠(yuǎn)大于折射系數(shù)，因此大部分行波被反射，僅有小部分行波傳至量測(cè)端，且架空線路故障的行波幅值相對(duì)很小，故利用該特性可判定故障發(fā)生在電纜區(qū)段還是架空線區(qū)段。
[0017]對(duì)量測(cè)端位于電纜線路起端的線纜混合線路提取故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA聚類分析。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，對(duì)量測(cè)端檢測(cè)的故障零序初始電流行波曲線進(jìn)行PCA聚類分析得到其在PC1坐標(biāo)軸上的投影值Q1值，根據(jù)投影值位于PC1坐標(biāo)軸的正負(fù)半軸判定故障發(fā)生在電纜區(qū)段還是架空線區(qū)段。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:本方法利用故障零序初始電流行波對(duì)線纜混合線路發(fā)生單相接地故障進(jìn)行故障區(qū)段定位，為后續(xù)行波定位提供依據(jù)，仿真表明該方法可以準(zhǔn)確、可靠地判斷出線纜混合線路的故障區(qū)段。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的量測(cè)端位于電纜線路起端的纜線混合直配線路系統(tǒng)圖；
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1零序電流初始行波曲線簇圖；
[0021]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1零序電流曲線簇在PCl坐標(biāo)軸上的投影圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0023]實(shí)施例1:如圖1所示為量測(cè)端位于電纜線路起端的纜線混合直配線路系統(tǒng)，其中，纜線混合線路中電纜饋線長(zhǎng)10km，架空饋線長(zhǎng)10km，其他兩條為電纜饋線，分別長(zhǎng)度為8和15km。設(shè)置饋線L1即饋線MN為故障線路，間隔Ikm設(shè)置一次單相金屬性接地故障，故障初始相角為90°，采樣率為1MHz。
[0024]一種利用零序電流進(jìn)行PCA聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識(shí)別方法，具體步驟如下:
[0025](I)將故障零序初始電流行波取絕對(duì)值后構(gòu)成的樣本集記為P。樣本集是由線路在不同區(qū)段上發(fā)生故障時(shí)的故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)構(gòu)成；
[0026](2)根據(jù)樣本集，進(jìn)行PCA聚類分析，選取兩個(gè)含有最大的特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量作為PC1和PC2 ；
[0027](3)當(dāng)線纜混合線路發(fā)生故障時(shí)，提取故障零序初始電流行波，如圖2所示；
[0028](4)將量測(cè)端檢測(cè)的故障零序初始電流行波取絕對(duì)值得到I i I ;
[0029](5)現(xiàn)假設(shè)q:和q2是PC1和PC2坐標(biāo)軸上的投影值,為了求取q:和q2,利用檢測(cè)到的故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)I i IT (k)和PC1和PC2坐標(biāo)軸構(gòu)造超定方程:[PC1, PC2] X [q1；q2]T = I i IT (k),利用最小二乘法求取Q1和；
[0030](6)檢測(cè)到的故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)取絕對(duì)值后進(jìn)行PCA聚類分析，得到其在PC1上的投影值qi，如圖3所示；
[0031](7)根據(jù)PC1上的投影值qi，判別故障位于線纜混合線路的區(qū)段。因故障位于電纜區(qū)段和架空線區(qū)段時(shí)，其投影值Q1在PC1坐標(biāo)軸上分布不同，故由此特征為依據(jù)，構(gòu)造故障位于線纜混合線路區(qū)段的判據(jù)。qliSrt具有通用性，這里qliSrt = 0，因此判別故障位于線纜混合線路的區(qū)段為:
[0032]當(dāng)qi>qi，srt時(shí)即位于PC1坐標(biāo)軸的正半軸，判定為故障位于電纜區(qū)段；
[0033]當(dāng)qi〈qi，srt時(shí)即位于PC1坐標(biāo)軸的負(fù)半軸，判定為故障位于架空線區(qū)段。
[0034]上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種利用零序電流進(jìn)行PCA聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識(shí)別方法，其特征在于:當(dāng)線纜混合線路發(fā)生故障時(shí)，提取量測(cè)端故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)，取其絕對(duì)值進(jìn)行PCA聚類分析，得到其在PC1坐標(biāo)軸上的投影值qi值，根據(jù)投影值位于PC1坐標(biāo)軸的正負(fù)半軸判定故障發(fā)生在電纜區(qū)段還是架空線區(qū)段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用零序電流進(jìn)行PCA聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識(shí)別方法，其特征在于具體步驟為: (1)當(dāng)線纜混合線路發(fā)生故障時(shí)，提取量測(cè)端故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)，將故障零序初始電流行波取絕對(duì)值后構(gòu)成的樣本集記為P，樣本集是由線路在不同區(qū)段上發(fā)生故障時(shí)的故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)構(gòu)成； (2)根據(jù)樣本集，進(jìn)行PCA聚類分析，選取兩個(gè)含有最大的特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量作為 PC1 和 PC2 ； (3)將量測(cè)端檢測(cè)的故障零序初始電流行波取絕對(duì)值得到|i|； (4)假設(shè)Q1和q2是PC1和PC2坐標(biāo)軸上的投影值，為了求取Q1和q2，利用檢測(cè)到的故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)I i IT (k)和PC1和PC2坐標(biāo)軸構(gòu)造超定方程:[PC1, PC2] X [q1； q2]T =I i IT (k),利用最小二乘法求取Q1和q2 ； (5)檢測(cè)到的故障零序初始電流行波數(shù)據(jù)取絕對(duì)值后進(jìn)行PCA聚類分析，得到其在PC1上的投影值Q1 ; (6)根據(jù)PC1上的投影值q1;判別故障位于線纜混合線路的區(qū)段；qi，srt具有通用性，Qliset = O，因此判別故障位于線纜混合線路的區(qū)段為: 當(dāng)qi>qi，srt時(shí)即位于PC1坐標(biāo)軸的正半軸，判定為故障位于電纜區(qū)段； 當(dāng)qi〈qi，srt時(shí)即位于PC1坐標(biāo)軸的負(fù)半軸，判定為故障位于架空線區(qū)段。
【文檔編號(hào)】G01R31/08GK104133159SQ201410379498
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年8月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月4日
【發(fā)明者】束洪春, 林丹丹, 韓倩倩 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)