基于pso改进的原子分解法的雷击干扰与故障识别方法
【专利摘要】本发明涉及一种雷击干扰与雷击故障识别方法，尤其是涉及一种基于PSO改进的原子分解法的雷击干扰与故障识别方法。本发明利用原子分解法对故障线路保护安装处的电压电流信号进行频率成分分析，提出基于零序电流稳态工频分量有无的雷击干扰识别方法；提出基于电流线模分量原子分解能量比值与基于故障相电流电磁暂态特征的双重故障类型识别判据，提高了故障识别的准确率。本发明在过完备冗余原子库的基础上自适应地寻找信号的最佳匹配原子及其参数，从而使信号的自适应表达简洁，分解结果稀疏，极大地提高了信息密度和使用的灵活性、降低了处理成本。
【专利说明】基于PSO改进的原子分解法的雷击干扰与故障识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种雷击干扰与雷击故障识别方法，尤其是涉及一种利用基于PS0改 进的原子分解法进行雷击干扰与雷击故障识别方法。
【背景技术】
[0002] 输电线路防雷对于电力系统的安全稳定运行具有重要意义。根据理论分析和实际 运行经验，人们总结出各种综合防雷措施，如提高线路绝缘水平、减小杆塔接地电阻、架设 避雷线、采用负保护角等。虽然通过这些措施线路的防雷特性获得了整体性的提升，但由于 人们不能准确的判定雷击事故的原因，采取防雷措施时盲目、被动，电力系统防雷形势依然 严峻。
[0003] 在继电保护方面，依靠高频暂态量的暂态保护快速发展。电力系统暂态信号的检 测与识别是暂态保护的前提，而不相关的高频信号的侵入会对保护产生干扰。当雷击线路 未发生故障时，雷击线路产生的暂态行波含有大量的高频成分，而且在线路波阻抗不连续 点发生折反射后还会叠加更多的高频分量，此高频分量会对高频暂态保护产生干扰。因此 正确的识别雷击干扰与故障是暂态保护正确动作的基本前提。
[0004] 随着在线监测技术和暂态信号分析方法的不断发展，输电线路雷击干扰与故障的 识别问题得到越来越多的学者关注，研究成果丰富。综合来看，学者们利用傅里叶变换、频 谱分析、小波变换、多尺度形态分解法等暂态信号分析方法，提取暂态信号频谱、波形、能量 等特征信息来区分雷击干扰与故障性雷击以及普通短路故障。
【发明内容】
[0005] 本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种的在过完备冗余原子 库中寻找最佳匹配原子参数，从而使信号自适应表达变得简洁并使分解结果变得稀疏，具 备高信息密度、高使用灵活性和低处理成本特点的一种基于PS0改进的原子分解法的雷击 干扰与故障识别方法。
[0006] 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
[0007] -种基于PS0改进的原子分解法的雷击干扰与故障识别方法，其特征在于，包括：
[0008] -个采集信号并建库的步骤：即当系统零序电压大于整定电压Usrt时，采集故障 前后的系统三相电流和电压信号，并建立数据库存储这些信号；
[0009] -个判断故障类型的步骤：根据数据库中存储的故障前后的系统三相电流和电压 信号，分析故障信号进行雷击干扰识别，以判断是雷击干扰还是接地短路故障，具体包括以 下子步骤：
[0010] 步骤A1、对零序电流进行预处理，将线路故障零序电流减去在故障或干扰发生前 1个工频周期的波形，即i at(t) = iJO-iJt-T)，其中，T为工频周期，L为线路故障后零 序电流，iat为经预处理的零序电流，即零序电流暂态分量；
[0011] 步骤A2、用基于PS0改进的原子分解法处理经预处理的故障零序电流，进行迭代 直到达到设定的迭代次数后停止；残余信号初值为iat，分解迭代次数大于等于10次；
[0012] 步骤A3、对经原子分解而来的重构信号进行频率分析，如果预处理后的零序电流 不存在50± λ iHz区间内的频率成分（其中λ i为阈值），则判定为雷击干扰，否则判定为 接地故障；
[0013] 一个根据故障类型进行处理的步骤：若判定为雷击干扰，则将继电保护闭锁；若 判定为接地短路故障，则进行故障选相，为雷击故障识别第二重判据的实现提供依据，具体 包括以下子步骤：
[0014] 步骤B1、取故障后一个工频周期的三相电流，计算相间电流差值，运用基于PS0改 进的原子分解法对其进行频率成分分析；
[0015] 步骤B2、分别提取表征稳态工频分量即50± λ2Ηζ(其中λ2为阈值）区间内的频 率成分的最佳匹配原子的频率、匹配度等特征量信息，并将这些特征量信息存储到数据库 中；
[0016] 步骤Β3、根据构造的选相判据进行故障选相；选相方案为：如果三个匹配度因子 gAB、gBC、gCA中某一个明显小于另外两个，则该匹配度因子对应的两相为健全相，另一相为故 障相；其中，
【权利要求】
1. 一种基于PSO改进的原子分解法的雷击干扰与故障识别方法，其特征在于，包括： 一个采集信号并建库的步骤：即当系统零序电压大于整定电压Usrt时，采集故障前后 的系统三相电流和电压信号，并建立数据库存储这些信号； 一个判断故障类型的步骤：根据数据库中存储的故障前后的系统三相电流和电压信 号，分析故障信号进行雷击干扰识别，以判断是雷击干扰还是接地短路故障，具体包括以下 子步骤： 步骤A1、对零序电流进行预处理，将线路故障零序电流减去在故障或干扰发生前1个 工频周期的波形，即iat(t) zicXO-iJt-T)，其中，T为工频周期，L为线路故障后零序电 流，iat为经预处理的零序电流，即零序电流暂态分量； 步骤A2、用基于PS0改进的原子分解法处理经预处理的故障零序电流，进行迭代直到 达到设定的迭代次数后停止；残余信号初值为iat，分解迭代次数大于等于10次； 步骤A3、对经原子分解而来的重构信号进行频率分析，如果预处理后的零序电流不存 在50± λ iHz区间内的频率成分（其中λ i为阈值），则判定为雷击干扰，否则判定为接地 故障； 一个根据故障类型进行处理的步骤：若判定为雷击干扰，则将继电保护闭锁；若判定 为接地短路故障，则进行故障选相，为雷击故障识别第二重判据的实现提供依据，具体包括 以下子步骤： 步骤B1、取故障后一个工频周期的三相电流，计算相间电流差值，运用基于PS0改进的 原子分解法对其进行频率成分分析； 步骤B2、分别提取表征稳态工频分量即50±λ2Ηζ(其中λ2为阈值）区间内的频率成 分的最佳匹配原子的频率、匹配度等特征量信息，并将这些特征量信息存储到数据库中； 步骤Β3、根据构造的选相判据进行故障选相；选相方案为：如果三个匹配度因子g AB、 gBC、gCA中某一个明显小于另外两个，则该匹配度因子对应的两相为健全相，另一相为故障 相；其中，
式中，G^3、Gf、Gg分别为经原子分解的相间电流差值的最佳匹配原子匹配度； 一个针对判断出的雷击故障进行第二重判断类型的步骤：分析故障信号进行雷击故障 识别，以判断故障是一般短路故障、绕击故障还是反击故障，具体是通过原子分解能量比值 与故障相电流行波电磁暂态特征双重平行判据进行判断，即两个判断结果一致，则判断结 果成立，若不一致，则判断结果不成立，其中， 判断步骤1、所述运用原子分解能量比值判据进行雷击故障识别具体操作步骤如下： 步骤C1、运用K变换三相电流进行相模变换：
选取模分量ii = ia+2ib_3i。作为基本信号并基于原子分解法进行分析，以消除线路间 的耦合作用； 步骤C2、对线模电流进行滤波处理，在信号分析中加入冲激响应滤波器（FIR)，滤除频 率低于300Hz的成分后再进行基于PSO改进的原子分解； 步骤C3、计算相对高频分量的能量^和电流总能量E，从而求出相对高频分量的能量 所占电流总能量的比值；
步骤C4、将求出的能量比值与设定阀值比较进行故障识别，若b < &，则判定为一般短 路故障，若b > k2，判定为反击短路故障，否则判定为绕击短路故障； 判断步骤2、所述的运用故障相电流行波电磁暂态特征判据进行雷击故障识别具体操 作步骤如下： 步骤D1、对根据故障类型进行处理的步骤中判定而来的故障相电流进行基于PSO改进 的子分解，提取表征电流行波暂态特征的最佳匹配原子的频率、匹配度等特征量信息，并将 这些特征量信息存储到数据库中； 步骤D2、故障识别，计算以下参数：
式中，为除频率低于1000Hz的原子后匹配度最大原子的频率，为其开始时间，t12 为其终止时间，fmax为其余最佳匹配原子中频率最大的原子频率，txl为其开始时间，t x2为其 终止时间； 步骤D3、进行判定：若= t12-tn > tsrtl，则判定为一般短路故障，否则判定为雷击故 障；判定为雷击故障后，若在用原子分解法分解得到的最佳匹配原子中存在原子X，满足τ2 =tx2-tn < tset2，且nmax > nset，则判断发生了反击故障，否则判断为绕击故障。
【文档编号】G01R31/02GK104101817SQ201410369385
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】龚庆武, 占劲松, 纪磊 申请人:武汉大学