電力系統(tǒng)實(shí)測過電壓特征提取及分類識別方法研究.pdf

1、過電壓是造成電網(wǎng)電氣設(shè)備絕緣損壞的主要原因，也是輸配電線路、電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度設(shè)計(jì)的決定性因素。電力系統(tǒng)中發(fā)生的過電壓種類繁多，產(chǎn)生機(jī)理各不相同。過電壓的幅值、頻率及持續(xù)時間差異很大，對電力系統(tǒng)的危害表現(xiàn)也不同。因此，電力系統(tǒng)過電壓類型的自動分類和識別，是采取相應(yīng)過電壓抑制措施的前提條件，對實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時獲取和自動識別，提高電網(wǎng)的自愈能力具有重要意義。本文以某110 kV變電站的實(shí)測過電壓數(shù)據(jù)為對象，對過電壓信號的時頻域特征、非線

2、性動力學(xué)行為、特征量提取和識別系統(tǒng)構(gòu)建進(jìn)行了深入研究，主要研究內(nèi)容如下：
　?、籴槍Σ僮鬟^電壓特征量難以提取的問題，在深入分析合閘空載變壓器、合閘電容器組、合閘空載線路、弧光接地4類操作過電壓的時頻域特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合它們的產(chǎn)生機(jī)理和影響因素，確定了其具有區(qū)別性、穩(wěn)定性和明確物理意義的特征，并融合均方根值法、Fourier變換、小波變換等信號處理方法提取了它們的特征量。研究表明：針對這4類操作過電壓提取的特征量具有穩(wěn)健性和區(qū)別性。

3、
　　②為降低分類器的復(fù)雜度和使識別系統(tǒng)具有一定的智能性，構(gòu)建了一個模塊化樹形過電壓識別系統(tǒng)。在每一個樹節(jié)點(diǎn)構(gòu)建一個識別模塊，只識別一類過電壓信號，根據(jù)識別模塊的輸出將樹節(jié)點(diǎn)劃分為一個葉子結(jié)點(diǎn)和一個分支節(jié)點(diǎn)。過電壓信號的預(yù)處理、特征量提取及分類決策功能在識別模塊中完成。4類操作過電壓的特征向量維數(shù)分別為5、8、8、3，比它們的組合向量維數(shù)16低得多，降低了各模塊分類器的復(fù)雜度。所構(gòu)建系統(tǒng)對4類操作過電壓和未知類別實(shí)測樣本的總識別率

4、達(dá)94.3％，驗(yàn)證了它的有效性。
　?、坩槍Ψ蔷€性鐵磁諧振行為難以采用常規(guī)線性數(shù)學(xué)方法進(jìn)行分析的問題，在僅有單一實(shí)測電壓時間序列的情況下，為準(zhǔn)確識別其所屬的鐵磁諧振類型，采用坐標(biāo)延遲方法重構(gòu)系統(tǒng)相空間，進(jìn)而運(yùn)用相平面、龐加萊截面和關(guān)聯(lián)維數(shù)D23種非線性動力學(xué)分析方法表達(dá)其動力學(xué)特征。對比分析了3例典型時間序列在4個數(shù)據(jù)長度下的動力學(xué)特征，對其所屬的鐵磁諧振類型作出了準(zhǔn)確判斷。對運(yùn)用以上3種分析方法所需的合適數(shù)據(jù)長度和Cao氏法確定

5、最小嵌入維的適用性進(jìn)行了研究。研究表明：因?qū)崪y電壓時間序列數(shù)據(jù)是含噪聲的有限長時間序列，綜合這3種分析方法表達(dá)的特征作出的判斷更為準(zhǔn)確；不同的運(yùn)動模式和不同的分析方法所需的合適數(shù)據(jù)長度都不同；在Cao氏法確定的最小嵌入維下進(jìn)行D2估計(jì)可能導(dǎo)致錯誤的判斷。
　?、転榻鉀Q不同類型過電壓混合時可能存在的特征干擾問題，提出多時間區(qū)域劃分的特征提取和多標(biāo)簽組合的混合過電壓分類方法。提出以小波能量譜為特征的多個暫態(tài)快速衰減振蕩(TFDO)起止

6、時刻的檢測方法，依據(jù)TFDO起止時刻將信號劃分為多個時間區(qū)域。提取TFDO的時域特征識別出暫態(tài)類型，根據(jù)不同的暫態(tài)類型可能引發(fā)或共存的過電壓類型，進(jìn)而提取其它時間區(qū)域的特定特征量并構(gòu)造識別判據(jù)。各時間區(qū)域的類別標(biāo)簽組合即為混合過電壓類型。充分挖掘一條數(shù)據(jù)中多個弧光接地暫態(tài)的時域特征的共性和聯(lián)系，構(gòu)建了單個弧光接地暫態(tài)的識別推理規(guī)則，提高了弧光接地暫態(tài)的識別率。對含有弧光接地或感應(yīng)雷暫態(tài)的4類混合過電壓信號進(jìn)行了多時間區(qū)域劃分、特征量提取

7、及識別研究。所構(gòu)建的混合過電壓分類決策樹的總識別率達(dá)94.6%，驗(yàn)證了所提出識別方法的有效性。
　　⑤為構(gòu)建一個相對完整的過電壓識別系統(tǒng)，提出過電壓子集分層識別系統(tǒng)構(gòu)建方法。依據(jù)過電壓信號與正常信號的三相電壓均方根值的差異，將過電壓類別集合分為2個子集：子集I和子集I'。進(jìn)一步提取小波加窗能量將子集Ⅰ劃分為不含暫態(tài)過程的子集Ⅱ和含暫態(tài)過程的子集Ⅲ。最后將子集Ⅰ、子集Ⅱ和子集Ⅲ的過電壓類別采用模塊化識別方法逐級識別。所構(gòu)建的識別系統(tǒng)