一種基于零序電壓暫態(tài)量svd的故障判別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于零序電壓暫態(tài)量SVD的故障判別方法，屬于配電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，公知的直流輸電線路的主保護(hù)啟動(dòng)判別是根據(jù)零序電壓工頻量變化作為依 據(jù)。但工頻變化量距離繼電器在TV斷線或不斷線時(shí)背后故障都有可能動(dòng)作。我們在實(shí)際 應(yīng)用中要充分考慮到這一點(diǎn)。
[0003] 系統(tǒng)震蕩時(shí)，分兩種情況：1.區(qū)外發(fā)生故障時(shí)引起震蕩，我們知道系統(tǒng)震蕩時(shí)電 壓是緩慢變化的，水漲船高，所以零序電壓工頻變化量距離繼電器可能因系統(tǒng)震蕩而誤動(dòng) 的。2.系統(tǒng)震蕩后發(fā)生區(qū)外或區(qū)內(nèi)故障時(shí)，通過以上分析可以知道這個(gè)繼電器已將故障前 的負(fù)荷分量減去了，只是短路附加狀態(tài)里的電流和電壓量，S (兩端電勢夾角）較小時(shí)是能 夠可靠區(qū)分區(qū)內(nèi)還是區(qū)外故障，如果兩端電勢擺開接近180度時(shí)，故障前工作電壓很低時(shí)， 那么工頻變化量距離繼電器的動(dòng)作門檻應(yīng)相應(yīng)取一個(gè)固定門檻，此時(shí)判斷具有滯后性。
[0004] 目前工程應(yīng)用中已提出了 一種基于零序電壓暫態(tài)小波變換的故障線路判別裝置， 電壓下降和閃變、瞬時(shí)中斷、諧波等信號(hào)也是非平穩(wěn)信號(hào)。傳統(tǒng)的方法大多是基于傅里葉變 換的數(shù)字濾波實(shí)現(xiàn)，由于傅里葉變換不具有頻率局部化特性，因而該方法在處理非平穩(wěn)故 障信號(hào)時(shí)有著局限性。九十年代以來，小波理論及其工程應(yīng)用逐漸得到各國數(shù)學(xué)家和工程 技術(shù)人員的高度重視。小波分析被認(rèn)為是對傅里葉分析的重大突破，與短時(shí)傅里葉變換相 比，小波變換提供了一個(gè)可調(diào)的時(shí)間一頻率窗，當(dāng)觀察高頻信號(hào)時(shí)它的時(shí)窗自動(dòng)變窄，當(dāng)研 宄低頻信號(hào)時(shí)時(shí)窗自動(dòng)變寬，即具有"變焦距"的特點(diǎn)。小波變換的另一特征就是它能表征 信號(hào)的奇異性，用信號(hào)在不同尺度上小波變換的模極大值或Lipschitz指數(shù)表示信號(hào)的突 變特征，是小波變換的另一個(gè)實(shí)用領(lǐng)域。
[0005] 暫態(tài)量往往具有奇異性，與穩(wěn)定信號(hào)相比，奇異性信號(hào)往往攜帶了更多的重要信 息。例如在故障診斷領(lǐng)域，信號(hào)的奇異點(diǎn)往往反映了由故障引起的撞擊、振蕩、轉(zhuǎn)速的突變 或結(jié)構(gòu)的變形和斷裂。因此對奇異性信號(hào)的檢測具有特別重要的意義。
[0006] 研宄發(fā)現(xiàn)，當(dāng)利用信號(hào)構(gòu)造出合適的矩陣A時(shí)，則通過SVD同樣也可以檢測出信號(hào) 中的奇異性，并且與小波變換相比，SVD的奇異性檢測還有自己特殊的優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種基于零序電壓暫態(tài)量SVD的故障判 別方法。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于零序電壓暫態(tài)量SVD的故障判別方法，輸電線路 發(fā)生接地故障時(shí)，檢測裝置立即啟動(dòng)，提取各線路故障后4ms時(shí)窗內(nèi)的零序電壓數(shù)據(jù)以進(jìn) 行暫態(tài)量奇異值分解，提取分解后的第一分量Pi，對其進(jìn)行數(shù)值積分；積分結(jié)果R P1與設(shè)定 閾值Th進(jìn)行比較，通過判斷值RP1與閾值Th的大小關(guān)系，對是否啟動(dòng)故障線路保護(hù)裝置進(jìn) 行判別；若RP1〈Th，則不啟動(dòng)該線路保護(hù)裝置，若RP1> Th，則啟動(dòng)該線路保護(hù)裝置。
[0009] 具體步驟為：
[0010] (1)當(dāng)輸電線路發(fā)生接地故障時(shí)，檢測裝置立即啟動(dòng)，通過測量單元檢測并記錄各 線路的零序電壓；
[0011] (2)提取線路故障發(fā)生后4ms時(shí)窗內(nèi)的零序電壓暫態(tài)數(shù)據(jù)u。；
[0012] (3)利用下式對提取的零序電壓暫態(tài)量進(jìn)行奇異值分解，奇異值分解公式如下：
[0013] 假設(shè)采集到的零序電壓暫態(tài)離散信號(hào)為X= [x(l)，x(2)，…，x(N)]利用此信號(hào) 可以構(gòu)造Hankel矩陣如下：
[0014]
[0015] 將A的第一個(gè)行向量Pi,i和一個(gè)列向量Hi, n的轉(zhuǎn)置首尾相接，就可以構(gòu)成一個(gè)分 量信號(hào)？1寫成向量形式為：
[0016]
[0017] (4)對第一個(gè)分量信號(hào)Pi，對其進(jìn)行數(shù)值積分，數(shù)值積分公式如下
[0018]
[0019] 上式中m為總采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)；
[0020] (5)通過仿真，設(shè)置閾值Th = 13,根據(jù)下面的判據(jù)對是否啟動(dòng)故障線路保護(hù)裝置 進(jìn)行判別：
[0021] 若RP1〈Th，則不啟動(dòng)該線路保護(hù)裝置，
[0022] 若RP1> Th，則啟動(dòng)該線路保護(hù)裝置。
[0023] 本發(fā)明的原理是：
[0024] -、零序電壓暫態(tài)量的奇異值分解分解
[0025] 提取線路故障發(fā)生后4ms時(shí)窗內(nèi)的零序電壓暫態(tài)數(shù)據(jù)uQ1;
[0026] 利用下式對提取的零序電壓暫態(tài)量進(jìn)行奇異值分解，奇異值分解公式如下：
[0027] 假設(shè)采集到的零序電壓離散信號(hào)為X= [x(l)，x(2)，…，x(N)]利用此信號(hào)可以 構(gòu)造Hankel矩陣如下：
[0028]
[0029] 將A的第一個(gè)行向量Pi,i和如圖2所示的一個(gè)列向量Hi, n的轉(zhuǎn)置首尾相接，就可 以構(gòu)成一個(gè)分量信號(hào)？1寫成向量形式為：
[0030]
[0031] 二、對第一個(gè)分量信號(hào)Pi，對其進(jìn)行數(shù)值積分，數(shù)值積分公式如下
[0032]
[0033] 上式中m為總采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)；
[0034] 三、通過大量仿真，設(shè)置閾值Th = 13,根據(jù)下面的判據(jù)對是否啟動(dòng)故障線路保護(hù) 裝置進(jìn)行判別：
[0035] 若RP1〈Th，則不啟動(dòng)該線路保護(hù)裝置，
[0036] 若RP1多Th，則啟動(dòng)該線路保護(hù)裝置。
[0037] 本發(fā)明的有益效果是：
[0038] 1、采用4ms短時(shí)窗進(jìn)行判定分析，所需時(shí)窗較短。
[0039] 2、SVD的奇異性檢測效果優(yōu)于小波變換。
【附圖說明】
[0040] 圖1是模擬基于零序電壓暫態(tài)量SVD的故障判別裝置的電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0041] 圖2為線路接故障時(shí)線路1中的零序電壓暫態(tài)波形圖；
[0042] 圖3為線路接故障時(shí)線路1中的零序電壓波形圖暫態(tài)的P1分量圖；
[0043] 圖4為線路接故障時(shí)線路1中的零序電壓暫態(tài)波形圖；
[0044] 圖5為線路接故障時(shí)線路1中的零序電壓波形圖暫態(tài)的P1分量圖；
[0045] 圖6為本發(fā)明的步驟流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0047] 實(shí)施例1 :建立如附圖1所示的單母線三出線單相接地故障系統(tǒng)模型，其中變壓器 為三臺(tái)臺(tái)單相三繞組變壓器，采用Ydll接法，把它的高壓繞組接入115kV系統(tǒng)為變壓器原 邊，低壓繞組接入35KV系統(tǒng)為變壓器副邊，線路參數(shù)如下：線路1長度為19KM，線路2長度 為17KM，線路3長度為18KM，變壓器額定變比為115kV/35kV，過渡電阻為0. 2 D，。線路阻 抗矩陣與導(dǎo)納矩陣如表1、2所示。
[0048] 表 1
[0049]
[0052] 現(xiàn)假設(shè)線路1中7KM處發(fā)生接地故障，采樣頻率為1MHz，在該模型下，該線路零序 電壓波形如圖2所示，過SVD分解后的pi波形如圖3所示。對其求判斷值Rpl= 85,設(shè)置 閾值Th= 13。因?yàn)镽P1多Th，判斷線路1為故障線路，則該線路保護(hù)裝置保護(hù)裝置啟動(dòng)。
[0053] 實(shí)施例2:現(xiàn)假設(shè)線路1中7KM處發(fā)生接地故障，且持續(xù)時(shí)間為0.5ms，采樣頻率為 1MHz，在該模型下，該線路零序電壓波形如圖4所示，經(jīng)過SVD分解后的pi波形如圖5所示。 對其求判斷值R pl= 8. 85,設(shè)置閾值Th = 13。因?yàn)镽 P1〈Th，判斷線路1為擾動(dòng)，則該線路保 護(hù)裝置不啟動(dòng)。
[0054] 上面結(jié)合附圖對本發(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。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于零序電壓暫態(tài)量SVD的故障判別方法，其特征在于：輸電線路發(fā)生接地故 障時(shí)，檢測裝置立即啟動(dòng)，提取各線路故障后4ms時(shí)窗內(nèi)的零序電壓數(shù)據(jù)以進(jìn)行暫態(tài)量奇 異值分解，提取分解后的第一分量Pi，對其進(jìn)行數(shù)值積分；積分結(jié)果RP1與設(shè)定閾值Th進(jìn) 行比較，通過判斷值RP1與閾值Th的大小關(guān)系，對是否啟動(dòng)故障線路保護(hù)裝置進(jìn)行判別；若 RP1〈Th，則不啟動(dòng)該線路保護(hù)裝置，若RP1>Th，則啟動(dòng)該線路保護(hù)裝置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于零序電壓暫態(tài)量SVD的故障判別方法，其特征在于具體 步驟為： ⑴當(dāng)輸電線路發(fā)生接地故障時(shí)，檢測裝置立即啟動(dòng)，通過測量單元檢測并記錄各線路 的零序電壓； (2) 提取線路故障發(fā)生后4ms時(shí)窗內(nèi)的零序電壓暫態(tài)數(shù)據(jù)U(l; (3) 利用下式對提取的零序電壓暫態(tài)量進(jìn)行奇異值分解，奇異值分解公式如下： 假設(shè)采集到的零序電壓暫態(tài)離散信號(hào)為X= [x(l)，x(2)，…，x(N)]利用此信號(hào)可以 構(gòu)造Hankel矩陣如下：將A的第一個(gè)行向量Pu和一個(gè)列向量Hi,n的轉(zhuǎn)置首尾相接，就可以構(gòu)成一個(gè)分量信 號(hào)Pi寫成向量形式為：(4) 對第一個(gè)分量信號(hào)Pi，對其進(jìn)行數(shù)值積分，數(shù)值積分公式如下上式中m為總采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)； (5) 通過仿真，設(shè)置閾值Th= 13,根據(jù)下面的判據(jù)對是否啟動(dòng)故障線路保護(hù)裝置進(jìn)行 判別： 若RP1〈Th，則不啟動(dòng)該線路保護(hù)裝置， 若RP1>Th，則啟動(dòng)該線路保護(hù)裝置。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于零序電壓暫態(tài)量SVD的故障判別方法，屬于配電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明為當(dāng)輸電線路發(fā)生單相接地故障產(chǎn)生零序電壓時(shí)，提取各線路故障后4ms時(shí)窗內(nèi)的零序電壓數(shù)據(jù)以進(jìn)行暫態(tài)量奇異值分解，提取分解后的第一分量P1，對其進(jìn)行數(shù)值積分；積分結(jié)果RP1與設(shè)定閾值Th進(jìn)行比較，通過判斷值RP1與閾值Th的大小關(guān)系，對是否啟動(dòng)故障線路保護(hù)裝置進(jìn)行判別。理論分析和大量仿真表明本發(fā)明正確有效。
【IPC分類】G01R31/08
【公開號(hào)】CN104991165
【申請?zhí)枴緾N201510371623
【發(fā)明人】束洪春, 李起榮, 朱凈松, 方夏
【申請人】昆明理工大學(xué)
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年6月30日