一種基于模式識(shí)別的帶統(tǒng)一潮流控制器輸電線路的電流暫態(tài)量方向保護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于模式識(shí)別的帶統(tǒng)一潮流控制器輸電線路的電流暫態(tài)量方向保護(hù)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]統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)是一種功能最強(qiáng)大、特性最優(yōu)越的新一代柔性交流輸電裝置，也是迄今為止通用性最好的FACTS裝置，能夠根據(jù)需要靈活地控制輸電線路的功率，還能改變一條輸電線路上的電壓、電流等參數(shù)，具有非常顯著的控制效果。由于現(xiàn)有繼電保護(hù)依賴于工頻電壓、工頻電流及計(jì)算所得相應(yīng)阻抗值進(jìn)行區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障判斷，故UPFC的接入會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)繼電保護(hù)出現(xiàn)誤判情況。
[0003]針對(duì)帶統(tǒng)一潮流控制器設(shè)備的線路故障識(shí)別難的問題，我們提出了基于含故障相電流暫態(tài)量主成分聚類分析方向保護(hù)。當(dāng)帶統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)的輸電線路發(fā)生故障時(shí)，量測(cè)端獲得的故障暫態(tài)電流時(shí)域波形變化方向在正向、反向故障情況時(shí)恰好相反，使得獲得的歷史故障電流樣本數(shù)據(jù)具有較大的差異，經(jīng)主成分聚類分析分解后可得到較好的聚類結(jié)果，由此提出的判據(jù)對(duì)于正、反向故障性質(zhì)的識(shí)別將具有很高的精度。而且對(duì)于正向故障位于UPFC左側(cè)還是右側(cè)也能準(zhǔn)確判斷。線路兩側(cè)的方向繼電器對(duì)故障性質(zhì)的準(zhǔn)確判斷，可靠地閉鎖區(qū)外故障，動(dòng)作區(qū)內(nèi)故障，對(duì)進(jìn)一步提高電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行能力具有著重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于模式識(shí)別的帶統(tǒng)一潮流控制器輸電線路的電流暫態(tài)量方向保護(hù)方法，用以解決帶統(tǒng)一潮流控制器設(shè)備的線路故障識(shí)別難的問題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0006]一種基于模式識(shí)別的帶統(tǒng)一潮流控制器輸電線路的電流暫態(tài)量方向保護(hù)方法，具體步驟為:
[0007]第一步、統(tǒng)一潮流控制器安裝在輸電線路中點(diǎn)，利用仿真數(shù)據(jù)形成歷史樣本:故障初始相角分別設(shè)為90°和-90°的情況下，沿輸電線路全長(zhǎng)設(shè)置多個(gè)反向位置的單相金屬性接地故障和多個(gè)正向位置的單相金屬性接地故障，其中于量測(cè)端M和統(tǒng)一潮流控制器安裝點(diǎn)之間設(shè)置幾個(gè)故障，于統(tǒng)一潮流控制器安裝點(diǎn)之后設(shè)置相同個(gè)數(shù)故障；
[0008]第二步、將量測(cè)端M獲得的初始故障角分別為90和-90°的多條含故障相的線模電流仿真樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，截取每條樣本故障前0.2ms時(shí)窗的數(shù)據(jù)和故障后Ims時(shí)窗的數(shù)據(jù)；
[0009]第三步、對(duì)第二步得到的預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，構(gòu)建由第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)為軸形成的主成分聚類空間；
[0010]第四步、當(dāng)含統(tǒng)一潮流控制器的輸電線路發(fā)生故障時(shí)，得量測(cè)端M獲得對(duì)應(yīng)的含故障相的線模電流樣本，根據(jù)量測(cè)端M獲得的故障電壓相位得到故障初始相角，根據(jù)初始相角范圍，將該故障樣本投入相對(duì)應(yīng)的主成分聚類空間中，得到其在第一主成分(PC1)軸上的投影值Q1;
[0011]第五步、根據(jù)權(quán)利要求書中步驟四所得的投影值Q1的正負(fù)判斷故障方向，具體的判據(jù)如式⑴?⑷所示:
[0012]當(dāng)故障初相角為90°時(shí)，
[0013]若Sign(Q1)X),則判為正向故障 (I)
[0014]若signQ1XO,則判為反向故障 (2)
[0015]當(dāng)故障初相角為-90°時(shí)，
[0016]若signQ1XO,則判為正向故障 (3)
[0017]若Sign(Q1)X),則判為反向故障 (4)。
[0018]所述采樣率為20kHz，數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)，時(shí)窗為故障前0.2ms和故障后1ms。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:
[0020](I)正向故障和反向故障情況下，量測(cè)端獲得的Ims短時(shí)窗內(nèi)故障暫態(tài)電流時(shí)域波形變化方向相反，由此組成的樣本數(shù)據(jù)經(jīng)PCA分解后可得到較好的聚類結(jié)果，能很好的表現(xiàn)不同故障下的差異。由此提出的判據(jù)對(duì)于正、反向故障性質(zhì)的識(shí)別將具有很高的可靠性。
[0021](2)本發(fā)明所涉及的含故障相的線模電流主成分聚類分析方向保護(hù)不僅能可靠地區(qū)別正向、反向故障，而且也能區(qū)分正向故障位于UPFC元件的左側(cè)，還是右側(cè)，可以可靠識(shí)別故障區(qū)段。
【附圖說明】
[0022]圖1為含UPFC輸電線路模型；
[0023]圖2為實(shí)施例中初始故障角為90°時(shí)量測(cè)端M獲得的線模電流波形曲線束；
[0024]圖3為實(shí)施例中初始故障角為-90°時(shí)量測(cè)端M獲得的線模電流波形曲線束；
[0025]圖4為實(shí)施例中初始故障角為90°，線路PM上F2 (距M端13km處)故障時(shí)M端獲得故障電流樣本數(shù)據(jù)聚類形成的主成分聚類分析空間；
[0026]圖5為實(shí)施例中初始故障角為-90°，線路PM上F2 (距M端13km處)故障時(shí)M端獲得故障電流樣本數(shù)據(jù)聚類形成的主成分聚類分析空間。
【具體實(shí)施方式】
[0027]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。
[0028]實(shí)施例1:含UPFC豎線線路系統(tǒng)仿真模型如圖1所示，UPFC安裝在線路中點(diǎn)(距M75km)，線路麗全長(zhǎng)為150km。故障初始角為90。，采樣率為20kHz，時(shí)窗為故障前0.2ms和故障后1ms。令在線路麗上M側(cè)與UPFC投入點(diǎn)之間距M側(cè)60km處發(fā)生AG故障F11。
[0029]第一步、統(tǒng)一潮流控制器安裝在輸電線路中點(diǎn)，利用仿真數(shù)據(jù)形成歷史樣本:故障初始相角分別設(shè)為90°和-90°的情況下，沿輸電線路全長(zhǎng)設(shè)置19個(gè)反向位置的單相金屬性接地故障，28個(gè)正向位置的單相金屬性接地故障，其中于量測(cè)端M和統(tǒng)一潮流控制器安裝點(diǎn)之間設(shè)置14個(gè)故障，于統(tǒng)一潮流控制器安裝點(diǎn)之后設(shè)置14個(gè)故障；
[0030]第二步、將量測(cè)端M獲得的初始故障角分別為90和-90°的47條含故障相的線模電流仿真樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，截取每條樣本故障前0.2ms時(shí)窗的數(shù)據(jù)和故障后Ims時(shí)窗的數(shù)據(jù)，如圖2、圖3所示；
[0031]第三步、對(duì)第二步得到的預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，構(gòu)建不同初始故障角主成分聚類分析空間，M端獲得初始故障相角分別為90°、-90°的故障電流樣本數(shù)據(jù)聚類形成的主成分聚類分析空間如圖4、圖5所示；
[0032]第四步、將該故障樣本投入相對(duì)應(yīng)的主成分聚類空間中，得到其在第一主成分(PC1)軸上的投影值q1;
[0033]第五步、對(duì)故障樣本在PC1軸上的投影值的進(jìn)行符號(hào)判斷，圖4顯示的故障樣本(故障點(diǎn)匕)對(duì)于繼電器R1而言為反方向故障。
[0034]以上結(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。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于模式識(shí)別的帶統(tǒng)一潮流控制器輸電線路的電流暫態(tài)量方向保護(hù)方法，其特征在于具體步驟為: 第一步、統(tǒng)一潮流控制器安裝在輸電線路中點(diǎn)，利用仿真數(shù)據(jù)形成歷史樣本:故障初始相角分別設(shè)為90°和-90°的情況下，沿輸電線路全長(zhǎng)設(shè)置多個(gè)反向位置的單相金屬性接地故障和多個(gè)個(gè)正向位置的單相金屬性接地故障，其中于量測(cè)端M和統(tǒng)一潮流控制器安裝點(diǎn)之間設(shè)置多個(gè)故障，于統(tǒng)一潮流控制器安裝點(diǎn)之后設(shè)置相同個(gè)數(shù)故障； 第二步、將量測(cè)端M獲得的初始故障角分別為90和-90°的多條含故障相的線模電流仿真樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，截取每條樣本故障前0.2ms時(shí)窗的數(shù)據(jù)和故障后Ims時(shí)窗的數(shù)據(jù)； 第三步、對(duì)第二步得到的預(yù)處理數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，構(gòu)建由第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)為軸形成的主成分聚類空間； 第四步、當(dāng)含統(tǒng)一潮流控制器的輸電線路發(fā)生故障時(shí)，得量測(cè)端M獲得對(duì)應(yīng)的含故障相的線模電流樣本，根據(jù)量測(cè)端M獲得的故障電壓相位得到故障初始相角，根據(jù)初始相角范圍，將該故障樣本投入相對(duì)應(yīng)的主成分聚類空間中，得到其在第一主成分(PC1)軸上的投影值Q1 ； 第五步、根據(jù)權(quán)利要求書中步驟四所得的投影值Q1的正負(fù)判斷故障方向，具體的判據(jù)如式⑴?⑷所示: 當(dāng)故障初相角為90°時(shí)， 若SignQ1) >0，則判為正向故障(I) 若signQ1XO,則判為反向故障(2) 當(dāng)故障初相角為-90°時(shí)， 若signQ1XO,則判為正向故障(3) 若SignQ1) >0，則判為反向故障(4)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模式識(shí)別的帶統(tǒng)一潮流控制器輸電線路的電流暫態(tài)量方向保護(hù)方法，其特征在于:所述采樣率為20kHz，數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)，時(shí)窗為故障前0.2ms和故障后Ims ο
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于模式識(shí)別的帶統(tǒng)一潮流控制器輸電線路的電流暫態(tài)量方向保護(hù)方法，屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。當(dāng)含有統(tǒng)一潮流控制器的輸電線路發(fā)生故障時(shí)，對(duì)線路量測(cè)端所得含故障相的線模電流數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，根據(jù)樣本數(shù)據(jù)在第一主成分軸上的投影的正負(fù)來區(qū)別正向故障與反向故障。本發(fā)明所涉及的含故障相的線模電流主成分聚類分析方向保護(hù)不僅能可靠地區(qū)別正向、反向故障，而且也能區(qū)分正向故障位于統(tǒng)一潮流控制器元件的左側(cè)，還是右側(cè)，可以可靠識(shí)別故障區(qū)段。由此提出的判據(jù)對(duì)于正、反向故障性質(zhì)的識(shí)別將具有很高的可靠性。
【IPC分類】G01R31/08, G01R19/14, H02H7/26
【公開號(hào)】CN104993462
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510371762
【發(fā)明人】束洪春, 韓倩倩, 呂蕾, 曹璞璘, 蘇玉格
【申請(qǐng)人】昆明理工大學(xué)
【公開日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年6月30日