輸電線路雷電過電壓的識別分類方法研究.pdf

1、國內(nèi)外運行經(jīng)驗表明，雷擊是造成輸電線路故障的主要原因，因此防雷保護一直是維護線路運行安全的重要措施。常用的防雷保護措施有架設(shè)避雷線、避雷針，降低桿塔接地電阻，加強線路絕緣，裝設(shè)避雷器等。但是即使采取了以上的措施，線路雷擊跳閘率仍然居高不下，其原因是由于雷電過程的復(fù)雜性以及造成雷擊事故的原因多種多樣，為了能掌握雷電特性準(zhǔn)確分析雷電發(fā)展過程，目前大量采用雷電定位系統(tǒng)和雷電流和雷電過電壓的監(jiān)測系統(tǒng)來記錄故障波形，但由于過電壓數(shù)據(jù)龐大，而且需要

2、專家作專門分析，要對其進行現(xiàn)場的人工處理、分析是困難的，這就大大限制了雷電的在線監(jiān)測裝置在故障分析中的實用性。因此，如果能夠?qū)纂娺^電壓波形進行在線特征提取并分類，既可以快速查找故障點，縮短檢修時間，實現(xiàn)快速恢復(fù)供電，又能夠有針對地采取防雷措施，提高供電可靠性。因此，對雷電過電壓進行分類識別對保證電力系統(tǒng)安全運行具有十分重要的意義。本文建立110kV輸電線路電磁暫態(tài)仿真模型，在研究分析國內(nèi)外暫態(tài)特征提取和分類識別研究狀況的基礎(chǔ)上，對雷電

3、過電壓信號進行了建模，利用小波變換和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)提取電壓特征量，并使用支持向量機（SVM）對過電壓類型進行分類。主要研究內(nèi)容包括：
　　 ⑴采用ATP-EMTP建立了考慮沖擊電暈的110kV 輸電線路雷電過電壓仿真模型，對雷擊未故障、感應(yīng)雷、反擊和繞擊過電壓進行了仿真計算，得出了不同系統(tǒng)參數(shù)、初始條件下的過電壓的仿真波形，并結(jié)合過電壓產(chǎn)生的機理和影響因素，從電壓幅值、波頭極性以及避雷器動作時間方面重點分析了反擊和繞擊的波形差別，為

4、特征提取打下了基礎(chǔ)。
　　 ⑵利用小波變換和熵能度量信息花費成本的特點，提出了基于小波熵的最優(yōu)基算法，用此方法選擇出最適合分析雷電過電壓的最優(yōu)基；根據(jù)小波的時頻分析能力建立小波能量譜矩陣，并構(gòu)造了反應(yīng)信號能量分布的特征量；根據(jù)感應(yīng)雷過電壓的波形特點，引入數(shù)字圖像中相似度的概念，構(gòu)造三相電壓能譜矩陣的相似度S，有效地區(qū)分了感應(yīng)雷與直擊雷過電壓；根據(jù)反擊和繞擊過電壓的波頭差異，利用小波模極大值構(gòu)造了能夠確定電壓波頭的極性特征量F1和

5、避雷器的持續(xù)動作時間T1，有效地區(qū)分反擊和繞擊過電壓。
　　 ⑶根據(jù)數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的基本理論和雷電過電壓的特點，確定了應(yīng)用于過電壓分析時結(jié)構(gòu)元素的形狀、長度和幅值；構(gòu)造了級聯(lián)的多分辨率形態(tài)梯度算子MMG，將MMG、MG和小波變換分別應(yīng)用于過電壓波頭特征提取時的效果和計算速度進行了比較，得出了MMG 變換在滿足計算精度的同時更符合電力系統(tǒng)對實時性的要求，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造了電壓的形態(tài)梯度特征量F2和T2；提取了雷電過電壓的形態(tài)譜，確定了

6、形態(tài)譜運算時結(jié)構(gòu)元素的最優(yōu)尺度變化范圍以及形態(tài)譜與過電壓信號時間長度的關(guān)系；比較了形態(tài)譜和小波變換的頻率分析特性，確定了形態(tài)譜的各尺度所對應(yīng)的小波分解層數(shù)和頻帶范圍，得出利用形態(tài)譜提取過電壓信號特征的實際意義，在此基礎(chǔ)上構(gòu)造了電壓信號的形態(tài)譜特征量P6、P7、P8。
　　 ⑷研究了支持向量機的理論基礎(chǔ)和分類機理，建立了SVM雷電過電壓分類器，將小波變換和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)提取的特征量輸入分類系統(tǒng)，取得了很好的識別效果，最后將實測波形用于