一种基于模式识别的两段线缆混合直流输电线路故障区段识别方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于模式识别的两段线缆混合直流输电线路故障区段识别方法，属于电力系统故障测距技术领域。
【背景技术】
[0002]近年来，随着电力事业的发展，输电线路电压等级和输送容量逐步提高，线缆混合输电线路在高压输配电工程中应用越来越广泛。当缆线混合输电线路发生故障时，快速准确地确定故障点以及排除故障点，对于提高供电可靠性，减少停电时间具有非常重要意义。
[0003]对于线缆混合直流输电线路而言，由于电缆段与架空线路段的特征阻抗和传播常数不同，导致行波在不同区段的传播规律不同；尤其对于电缆段与架空线路段连接处，由于波阻抗不连续，使得行波在该连接处发生折、反射，波形的相互叠加进一步加大了故障行波波头识别的难度。因此，对于两段线缆混合直流输电线路的故障测距，故障区段的识别将变得十分重要。
[0004]针对两段线缆混合直流输电线路故障区段识别难得问题，我们提出了基于主成分聚类分析的两段线缆混合直流输电线路故障区段识别方法。当两端线缆混合直流输电线路发生故障时，电缆段母线侧继电器获得的故障极电压行波幅值在故障位于电缆段、架空线路段时差异很大，而利用主成分聚类分析可以得到较好的聚类结果，由此提出的判据对于不同故障区段的识别将具有很高的精度。而且利用对故障极电压数据求取绝对值，可以有效的规避正、负极对判据的影响。故障区段的快速准确识别对两段线缆混合直流输电线路的行波测距有着十分重要的意义。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是提出一种基于模式识别的两段线缆混合直流输电线路故障区段识别方法，用以解决上述问题。
[0006]本发明的技术方案是:一种基于模式识别的两段线缆混合直流输电线路故障区段识别方法当两段线缆混合直流输电线路发生故障时，求取电缆量测端获得的故障极电压行波数据的绝对值，并进行归一化处理，再选取故障时刻前3 μ S，故障后27 μ s短视窗数据进行主成分聚类分析判别两段线缆混合直流输电线路的故障区段；根据电压初始故障行波在第一主成分(PC1)轴上的投影Q1值正、负来判别故障区段:若投影值q1的符号为正，则判为架空线路故障，反之，则判为电缆线路。
[0007]具体步骤为:
[0008]第一步、设置故障点:将继电器安装在电缆段的母线侧，沿线缆混合直流输电线路随机设置接地故障点，故障覆盖正、负极线缆混合线路全长，通过电磁暂态仿真软件PSCAD将所有的故障点进行遍历，继电器得到正、负极电压行波数据；
[0009]第二步、故障电压行波数据的处理:将步骤一中得到的故障电压行波数据求取绝对值，并对故障电压曲线簇经过均值为零、方差为I的归一化处理，截取故障时刻前3 μ S，故障时刻后27 μ S短时窗数据；
[0010]第三步、构建主成分聚类分析样本空间:对步骤二中得到的短时窗数据进行主成分聚类分析，并构建由第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)为轴形成的主成分聚类分析样本空间；
[0011]第四步、故障区段识别判据:经过分析步骤三形成的主成分聚类分析样本空间，形成线缆混合直流输电线路故障区段识别的判据如式(I)?(2)所示:
[0012]若Sign(Cil) = 1，则为架空线路故障 (I)
[0013]若Sign(qi) = -1，则为电缆段故障 ⑵
[0014]第五步:故障数据的分析:当线缆混合直流输电线路发生故障时，得量测端继电器获得的电压故障行波数据，对数据进行绝对值、归一化、短时窗选取处理，然后将处理过的故障数据投影在第三步形成的主成分聚类分析样本空间中，得到故障数据在第一主成分(PC1)轴上的投影值Q1，按照步骤四中判据进行故障区段的判别。
[0015]3、根据权利要求2所述的基于模式识别的两段线缆混合直流输电线路故障区段识别方法，其特征在于:采样率为1MHz，数据预处理时，时窗为故障前3 μ s和故障后27 μ S0
[0016]本发明的原理是:当两端线缆混合直流输电线路发生故障时，与电缆段母线侧观测，若故障位于架空线路段，故障初始行波在电缆与架空线路的连接点发生折、反射，折射系数位0.276，经由电缆段传播之量测端，幅值衰减较为严重，若故障位于电缆段，故障初始行波不经过线缆混合线路的连接点，不存在折、反射，因此量测端检测到的故障初始行波的幅值和陡度较大。利用主成分聚类分析可以凸显这一差异，进而实现两段线缆混合直流输电线路故障区段的识别。主成分聚类分析表明:当故障发生在架空线路段，其故障极电压的绝对值经主成分聚类分析在第一主成分轴上的投影值为正，当故障发生在电缆段，其故障极电压的绝对值经主成分聚类分析在第一主成分轴上的投影值为负。
[0017]本发明的有益效果是:
[0018](I)本发明中获取数据的量测端选在电缆段母线侧，主要在于架空线路段故障产生的初始行波在经过线-缆连接处时，较小的折射系数使得行波的幅值和陡度都有明显的降低。这与故障位于电缆段产生的初始行波形成鲜明的对比，经主成分聚类分析可以得到较好的聚类结果，能很好的区分不同区段下的故障。
[0019](2)本发明中进行主成分聚类分析选取的数据之所以是故障极电压的绝对值，主要在于绝对值的运算可以有效的规避线路极性对判据的影响，不仅原理简单，而且准确性尚O
【附图说明】
[0020]图1为本发明两段线缆混合直流输电线路示意图。
[0021]图2为本发明量测端继电器R1获得的极电压绝对值波形曲线束。
[0022]图3为本发明量测端继电器&获得样本数据的主成分聚类分析样本空间。
[0023]图4为本发明实施例1中MJ段(电缆段)正极线路距M端5.6km处发生接地故障时R1获得极电压绝对值的主成分聚类分析结果图。
[0024]图5为本发明实施例2中JN段(架空线路段)正极线路距M端61.5km处发生接地故障时R1获得极电压绝对值的主成分聚类分析结果图。
[0025]图6为本发明实施例3中JN段(架空线路段)负极线路距M端148.6km处发生接地故障时R1获得极电压绝对值的主成分聚类分析结果图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明作进一步说明。
[0027]实施例1:450kV两段线缆混合直流输电线路如图1所示。其线路参数如下:线路全长MJ段50km，JN段100km，平波电抗器Lm= Ln= 0.4H，继电器R 1安装在电缆段母线侧。故障位置:MJ段(电缆段)正极距M端5.6km处发生接地故障。过渡电阻50Ω，采样率为IMHz0
[0028]第一步、设置故障点:分别沿线缆混合直流输电线路正、负极每隔5km等距离设置故障点，为了更好地反映特殊位置的故障，在1km、49km、5lkm、149km也设置故障点，故障类型为接地故障，通过电磁暂态仿真软件PSCAD进行故障遍历，继电器R1获得正、负极电压行波数据。
[0029]第二步、故障电压行波数据的处理:将步骤一中得到的故障电压行波数据求取绝对值，并对故障电压曲线簇经过均值为零、方差为I的归一化处理。截取故障时刻前