基于暫態(tài)量的高壓輸電線路故障分類與定位方法研究.pdf

1、隨著綜合國(guó)力的不斷提升與電力工業(yè)的飛速發(fā)展，我國(guó)電力系統(tǒng)已經(jīng)步入了高電壓、大電網(wǎng)和大機(jī)組時(shí)代；但隨著輸電容量與電壓等級(jí)的不斷提高以及輸電距離的不斷增長(zhǎng)，高壓輸電線路的故障將對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行、國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)及人民日常生活帶來(lái)更為嚴(yán)重的危害與影響。因此，研究快速、準(zhǔn)確的輸電線路故障分類與故障定位方法，不僅可以縮短停電時(shí)間、減小電力運(yùn)行維護(hù)人員的工作強(qiáng)度，而且對(duì)保障電力系統(tǒng)的安全性與經(jīng)濟(jì)性具重要的意義。高壓輸電線路故障產(chǎn)生的暫態(tài)量雖然持續(xù)時(shí)

2、間短，卻蘊(yùn)含了豐富的故障信息，這為實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的故障分類與定位提供了可能性?；诖?，本文以構(gòu)筑高壓輸電線路的快速故障診斷系統(tǒng)為目標(biāo)，對(duì)基于暫態(tài)量的高壓輸電線路故障分類與故障定位方法進(jìn)行研究。
　　在故障分類方面，論文基于人工智能算法給出了三種高壓輸電線路故障分類方法。其一為基于粗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障分類方法，該方法提取故障暫態(tài)電流信號(hào)13種不同的時(shí)域特征和時(shí)頻域特征作為故障分類的特征量，以10個(gè)不同的粗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成故障分類器對(duì)十種常見

3、的短路故障進(jìn)行分類識(shí)別。其二為基于自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)的故障分類方法，該方法以暫態(tài)電流故障分量的時(shí)域標(biāo)準(zhǔn)差和四分位距作為故障分類的特征量，根據(jù)特征量的特點(diǎn)構(gòu)造兩個(gè)不同的自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)作為故障分類器，第一個(gè)用于分類識(shí)別單相故障、兩相故障和三相故障，當(dāng)其輸出結(jié)果為兩相故障時(shí)，利用第二個(gè)分類器來(lái)判斷故障是否為接地故障。其三是基于陰性選擇算法的故障分類方法，該方法以暫態(tài)電流信號(hào)的高頻暫態(tài)能量作為故障分類的特征量，并依據(jù)改進(jìn)的陰性選擇算

4、法設(shè)計(jì)故障分類的分類機(jī)制。利用PSCAD/EMTDC仿真數(shù)據(jù)對(duì)三種故障分類方法進(jìn)行了測(cè)試與驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明：論文給出的三種方法均能快速、準(zhǔn)確、可靠地分類識(shí)別出高壓輸電線路的故障類型，且其分類效果不受故障電阻、故障距離、故障初始角等因素的影響，對(duì)噪聲干擾具有較強(qiáng)地適應(yīng)性。
　　其次，論文在研究高壓輸電線路故障暫態(tài)信號(hào)時(shí)頻特征的基礎(chǔ)上，提出了一種基于暫態(tài)信號(hào)時(shí)頻特征的故障分類方法。該方法綜合考慮故障暫態(tài)電流信號(hào)的時(shí)頻相關(guān)系數(shù)和時(shí)頻能

5、量特征，定義了暫態(tài)信號(hào)的時(shí)頻特征相關(guān)系數(shù)，以此來(lái)刻畫不同的故障類型；并據(jù)此設(shè)計(jì)故障分類機(jī)制，避免了基于人工智能算法的故障分類方法中訓(xùn)練樣本難以構(gòu)造的問題。利用仿真數(shù)據(jù)對(duì)故障分類方法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明：該方法能快速、準(zhǔn)確、可靠地分類識(shí)別出高壓輸電線路的不同故障，且其分類效果不受故障電阻、故障距離和故障初始角等因素的影響。
　　在故障定位方面，為提高現(xiàn)有單端行波法和行波固有頻率法的定位準(zhǔn)確性，論文基于暫態(tài)行波的時(shí)頻特征，提出了兩

6、種單端故障定位方法。方法一為考慮暫態(tài)行波頻域特征的時(shí)域故障定位方法，該方法以傳統(tǒng)單端行波法為出發(fā)點(diǎn)，在考慮暫態(tài)電流行波頻率特征對(duì)行波傳播速度及波頭到達(dá)時(shí)刻影響的基礎(chǔ)上，利用暫態(tài)行波信號(hào)的Lipschitz指數(shù)將暫態(tài)行波波頭的時(shí)域特征和頻域特征聯(lián)系起來(lái)，得到更為準(zhǔn)確的故障定位結(jié)果。方法二為考慮暫態(tài)行波時(shí)域特征的頻域故障定位方法，該方法以單端行波固有頻率法為出發(fā)點(diǎn)，利用信號(hào)的時(shí)域周期特征來(lái)修正暫態(tài)行波信號(hào)的固有頻率值，進(jìn)而得到更為準(zhǔn)確的故障

7、定位結(jié)果。大量的PSCAD/EMTDC仿真試驗(yàn)結(jié)果證明：提出的兩種故障定位方法的定位準(zhǔn)確性比現(xiàn)有的行波法和固有頻率法都有明顯的提高，且其定位的可靠性、準(zhǔn)確性不受故障電阻、故障初始角以及故障類型的影響，同時(shí)具有較強(qiáng)抗噪能力。
　　論文最后將考慮暫態(tài)行波時(shí)域特征的頻域定位方法拓展至高壓輸電網(wǎng)的故障定位中，在推導(dǎo)了暫態(tài)行波信號(hào)的固有頻率與其在電網(wǎng)中的傳播路徑以及邊界條件的數(shù)學(xué)關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出了基于暫態(tài)行波傳播路徑的高壓輸電網(wǎng)故障定位方