一種變電站電纜受雷擊干擾檢測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明一種變電站電纜受雷擊干擾檢測裝置及方法，屬于電力系統(tǒng)變電站電磁兼容領域，本發(fā)明針對雷電沖擊對變電站電纜干擾及其它干擾源造成干擾的識別，提出了一種利用H-S變換技術提取干擾電壓信號的各頻段能量和最值及其對應的特征頻率，相對于以往用小波包提取特征值，H-S變換能有效濾除噪聲等干擾；通過支持向量機實現(xiàn)對干擾源類型及干擾方式自動識別，與神經(jīng)網(wǎng)絡相比，所需訓練樣本少，訓練時間短，不存在全局最優(yōu)解問題，收斂性較好，因而識別率較高；為及時采取有效措施控制和消除二次電纜中的干擾信號提供依據(jù)，避免造成與電纜連接的二次設備誤操作或設備損壞。
【專利說明】一種變電站電纜受雷擊干擾檢測裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)變電站電磁兼容領域，具體涉及一種變電站電纜受雷擊干擾檢測裝置及方法。
【背景技術】
[0002]當前我國電力系統(tǒng)正朝著高電壓、大容量、智能化方向發(fā)展。而變電站作為電力系統(tǒng)輸配電的集結點，在有限的空間內(nèi)匯集了眾多如斷路器、互感器、避雷器等一次設備及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)等二次設備，電磁環(huán)境復雜，電力系統(tǒng)中變電站的電磁兼容問題成為確保電力系統(tǒng)安全可靠運行的一個重要因素。隨著變電站綜合自動化技術日益提高，二次設備的微型化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化，也增加了二次設備對電磁干擾的敏感性。尤其是變電站采用分層分布式的保護和控制系統(tǒng)后，一些二次設備被直接下放到變電站高壓開關場內(nèi)，由于一次系統(tǒng)趨向于高壓大容量運行，反過來會對二次回路產(chǎn)生更加強烈的電磁干擾，造成二次設備誤操作或設備損壞，進而影響到電力系統(tǒng)的安全運行，對電網(wǎng)安全構成嚴重的威脅。在國家電力調(diào)度通信中心，主編的《電力系統(tǒng)繼電保護典型故障分析》中有215個事故案例，其中因二次系統(tǒng)問題引起的保護不正確動作有92次，占42%，二次電纜實際上構成了變電站安全運行的主要隱患。雷擊、開關操作、系統(tǒng)短路故障等產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁場會通過二次電纜在下放的二次設備端口產(chǎn)生干擾電壓和電流，嚴重時影響二次設備的正常工作，甚至威脅整個系統(tǒng)的安全運行。而雷擊作為唯一的自然干擾源，其特點是沖擊電流大，放電瞬間電流峰值可達幾十?幾百千安，雷電流變化梯度大，且整個放電過程不會超過60 u S0只有快速、準確識別二次電纜雷電干擾，才能采取有效措施控制和消除二次設備中的干擾信號，以提高二次設備的抗干擾能力，滿足人們對系統(tǒng)運行安全、電能質(zhì)量及供電可靠性的要求；因此，最優(yōu)化方式為故障時過剩功率提供路徑并同時穩(wěn)定直流母線電壓的研究工作顯得極其重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明一種變電站電纜受雷擊干擾檢測裝置及方法，以達到快速、準確檢測干擾信類型的目的。
[0004]一種變電站電纜受雷擊干擾檢測裝置，包括分壓電路、電壓比較器、電壓保持器、A/D轉(zhuǎn)換電路、上位機和計算機，其中，分壓電路輸出端連接電壓比較器的輸入端和A/D轉(zhuǎn)換電路的一路輸入端，電壓比較器的輸出端連接電壓保持器的輸入端，電壓保持器的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換電路的另一路輸入端，A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接上位機的輸入端，上位機的輸出端連接計算機的輸入端。
[0005]所述的分壓電路包括第一電阻、第二電阻和穩(wěn)壓二極管，所述的第一電阻的一端作為變電站電纜受雷擊干擾檢測裝置的輸入端，第一電阻的另一端同時連接第二電阻的一端、穩(wěn)壓二極管的陰極和電壓比較器的輸入端，第二電阻的另一端連接二極管的陽極，并接地。[0006]采用變電站電纜受雷擊干擾檢測裝置進行檢測的方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1、采集大量歷史數(shù)據(jù)，包括變電站電纜的雷擊干擾電壓信號、短路故障干擾電壓信號和開關操作干擾電壓信號；
[0008]步驟2、對采集的歷史數(shù)據(jù)進行H-S轉(zhuǎn)換，建立模時頻矩陣，具體如下:
[0009]步驟2-1、對采集的歷史數(shù)據(jù)進行特征提取，即根據(jù)采集信號的采樣頻率和采樣時間段，確定每個米樣時間段內(nèi)的電壓信號；
[0010]步驟2-2、根據(jù)采樣時間段中每個采樣點所對應的電壓值，通過比較確定電壓峰值所在采樣時間段，并確定當前信號頻率；
[0011]步驟2-3、反復執(zhí)行步驟2-1至步驟2-2進行多次特征提??；
[0012]步驟2-4、根據(jù)電壓峰值所在采樣時間段內(nèi)采集點的個數(shù)和特征提取的次數(shù)建立模時頻矩陣，該矩陣的行數(shù)為特征提取的次數(shù)，矩陣的列數(shù)為采樣時間段內(nèi)采集點的個數(shù)，矩陣中的元素為該采樣點所對應的電壓值；
[0013]步驟3、計算模時頻矩陣每行數(shù)據(jù)的能量值，通過比較確定能量值最大值并確定該行數(shù)據(jù)所對應的信號頻率值；
[0014]步驟4、反復執(zhí)行步驟2至步驟3直至獲得全部歷史數(shù)據(jù)的能量值最大值及對應信號頻率值；
[0015]步驟5、根據(jù)所有歷史數(shù)據(jù)的最大能量值構建樣本集，并對樣本集進行分類，構建分類器，具體如下:
[0016]步驟5-1、隨機建立一個三維坐標系，并在該坐標系中建立分類超平面，根據(jù)該分類超平面的法向量和坐標系原點到該分類超平面的距離構建目標函數(shù)，并結合約束條件，即分類超平面的法向量取最小值和目標函數(shù)關于樣本值所獲結果最小為1，獲得最優(yōu)分類超平面的法向量和坐標系原點到該分類超平面的距離，進而獲取最優(yōu)分類超平面函數(shù)；
[0017]步驟5-2、構建一級分類器，即將所有樣本的最大能量值代入所獲得的最優(yōu)超平面函數(shù)中，判斷其所獲函數(shù)值是否在設定范圍內(nèi)，即當所獲函數(shù)值大于等于1，則該樣本為雷擊干擾電壓信號，并執(zhí)行步驟5-3 ;當所獲函數(shù)值小于等于-1，則該樣本為短路故障干擾電壓信號或開關操作干擾電壓信號；
[0018]步驟5-3、構建二級分類器，即將屬于雷擊干擾電壓信號的樣本的最大能量值代入所獲得的最優(yōu)超平面函數(shù)中，判斷其所獲函數(shù)值是否在設定范圍內(nèi)，即當所獲函數(shù)值大于等于1，則該樣本為直擊雷擊干擾電壓信號，并執(zhí)行步驟5-4 ;當所獲函數(shù)值小于等于-1，則該樣本為感應雷擊干擾電壓信號；
[0019]步驟5-4、構建三級分類器，即將屬于直擊雷擊干擾電壓信號的樣本的最大能量值代入所獲得的最優(yōu)超平面函數(shù)中，判斷其所獲函數(shù)值是否在設定范圍內(nèi)，即當所獲函數(shù)值大于等于1，則該樣本為雷擊地網(wǎng)干擾電壓信號；當所獲函數(shù)值小于等于-1，則該樣本為雷擊電壓互感器干擾電壓信號；
[0020]步驟5-5、完成分類器的構建；
[0021]步驟6、當被測變電站二次電纜電壓信號超過設定電壓值時，采集被測變電站電纜多個周期內(nèi)的干擾電壓信號；
[0022]步驟7、重復步驟2至步驟3，獲得采集干擾電壓信號的能量值最大值和對應的信號頻率值，并將上述值送入構建的分類器中進行分類；[0023]步驟8、若被測變電站電纜的干擾電壓信號為短路故障干擾電壓信號或開關操作干擾電壓信號，則計算機顯示結果；若被測變電站電纜的干擾電壓信號為感應雷擊干擾電壓信號，則計算機顯示結果，并建議檢測是否導致設備故障并更換電纜；若被測變電站電纜的干擾電壓信號為雷擊地網(wǎng)干擾電壓信號，則計算機顯示結果，并建議更改電纜布線及接地方式；若被測變電站電纜的干擾電壓信號為雷擊電壓互感器干擾電壓信號，則計算機顯示結果，并建議檢測是否導致設備故障及檢測電壓互感器是否損壞。
[0024]步驟6所述的設定電壓值為0.15倍的穩(wěn)定運行電壓值。
[0025]步驟5-1所述的根據(jù)該分類超平面的法向量和坐標系原點到該分類超平面的距離構建目標函數(shù)，并結合約束條件，具體公式如下:
【權利要求】
1.一種變電站電纜受雷擊干擾檢測裝置，其特征在于，包括分壓電路、電壓比較器、電壓保持器、A/D轉(zhuǎn)換電路、上位機和計算機，其中，分壓電路輸出端連接電壓比較器的輸入端和A/D轉(zhuǎn)換電路的一路輸入端，電壓比較器的輸出端連接電壓保持器的輸入端，電壓保持器的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換電路的另一路輸入端，A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接上位機的輸入端，上位機的輸出端連接計算機的輸入端。
2.根據(jù)權利要求1所述的變電站電纜受雷擊干擾檢測裝置，其特征在于，所述的分壓電路包括第一電阻、第二電阻和穩(wěn)壓二極管，所述的第一電阻的一端作為變電站電纜受雷擊干擾檢測裝置的輸入端，第一電阻的另一端同時連接第二電阻的一端、穩(wěn)壓二極管的陰極和電壓比較器的輸入端，第二電阻的另一端連接二極管的陽極，并接地。
3.采用權利要求1所述的變電站電纜受雷擊干擾檢測裝置進行檢測的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、采集歷史數(shù)據(jù)，包括變電站電纜的雷擊干擾電壓信號、短路故障干擾電壓信號和開關操作干擾電壓信號； 步驟2、對采集的歷史數(shù)據(jù)進行H-S轉(zhuǎn)換，建立模時頻矩陣，具體如下: 步驟2-1、對采集的歷史數(shù)據(jù)進行特征提取，即根據(jù)采集信號的采樣頻率和采樣時間段，確定每個米樣時間段內(nèi)的電壓信號； 步驟2-2、根據(jù)采樣時間段中每個采樣點所對應的電壓值，通過比較確定電壓峰值所在采樣時間段，并確定當前信號頻率； 步驟2-3、反復執(zhí)行步驟2-1至步驟2-2進行多次特征提?。? 步驟2-4、根據(jù)電壓峰值所在采樣時間段內(nèi)采集點的個數(shù)和特征提取的次數(shù)建立模時頻矩陣，該矩陣的行數(shù)為特征提取的次數(shù)，矩陣的列數(shù)為采樣時間段內(nèi)采集點的個數(shù)，矩陣中的元素為該采樣點所對應的電壓值； 步驟3、計算模時頻矩陣每行數(shù)據(jù)的能量值，通過比較確定能量值最大值并確定該行數(shù)據(jù)所對應的信號頻率值； 步驟4、反復執(zhí)行步驟2至步驟3直至獲得全部歷史數(shù)據(jù)的能量值最大值及對應信號頻率值； 步驟5、根據(jù)所有歷史數(shù)據(jù)的最大能量值構建樣本集，并對樣本集進行分類，構建分類器，具體如下: 步驟5-1、隨機建立一個三維坐標系，并在該坐標系中建立分類超平面，根據(jù)該分類超平面的法向量和坐標系原點到該分類超平面的距離構建目標函數(shù)，并結合約束條件，即分類超平面的法向量取最小值和目標函數(shù)關于樣本值所獲結果最小為1，獲得最優(yōu)分類超平面的法向量和坐標系原點到該分類超平面的距離，進而獲取最優(yōu)分類超平面函數(shù)； 步驟5-2、構建一級分類器，即將所有樣本的最大能量值代入所獲得的最優(yōu)超平面函數(shù)中，判斷其所獲函數(shù)值是否在設定范圍內(nèi)，即當所獲函數(shù)值大于等于I，則該樣本為雷擊干擾電壓信號，并執(zhí)行步驟5-3;當所獲函數(shù)值小于等于-1，則該樣本為短路故障干擾電壓信號或開關操作干擾電壓信號； 步驟5-3、構建二級分類器，即將屬于雷擊干擾電壓信號的樣本的最大能量值代入所獲得的最優(yōu)超平面函數(shù)中，判斷 其所獲函數(shù)值是否在設定范圍內(nèi)，即當所獲函數(shù)值大于等于.1，則該樣本為直擊雷擊干擾電壓信號，并執(zhí)行步驟5-4 ;當所獲函數(shù)值小于等于-1，則該樣本為感應雷擊干擾電壓信號； 步驟5-4、構建三級分類器，即將屬于直擊雷擊干擾電壓信號的樣本的最大能量值代入所獲得的最優(yōu)超平面函數(shù)中，判斷其所獲函數(shù)值是否在設定范圍內(nèi)，即當所獲函數(shù)值大于等于1，則該樣本為雷擊地網(wǎng)干擾電壓信號；當所獲函數(shù)值小于等于-1，則該樣本為雷擊電壓互感器干擾電壓信號； 步驟5-5、完成分類器的構建； 步驟6、當被測變電站二次電纜電壓信號超過設定電壓值時，采集被測變電站電纜多個周期內(nèi)的干擾電壓信號； 步驟7、重復步驟2至步驟3，獲得采集干擾電壓信號的能量值最大值和對應的信號頻率值，并將上述值送入構建的分類器中進行分類； 步驟8、若被測變電站電纜的干擾電壓信號為短路故障干擾電壓信號或開關操作干擾電壓信號，則計算機顯示結果；若被測變電站電纜的干擾電壓信號為感應雷擊干擾電壓信號，則計算機顯示結果，并建議檢測是否導致設備故障并更換電纜；若被測變電站電纜的干擾電壓信號為雷擊地網(wǎng)干擾電壓信號，則計算機顯示結果，并建議更改電纜布線及接地方式；若被測變電站電纜的干擾電壓信號為雷擊電壓互感器干擾電壓信號，則計算機顯示結果，并建議檢測是否導致設備故障及檢測電壓互感器是否損壞。
4.根據(jù)權利要求3所述的變電站電纜受雷擊干擾檢測方法，其特征在于，步驟6所述的設定電壓值為0.15倍的穩(wěn)定運行電壓值。
5.根據(jù)權利要求3所述的變電站電纜受雷擊干擾檢測方法，其特征在于，步驟5-1所述的根據(jù)該分類超平面的法向量和坐標系原點到該分類超平面的距離構建目標函數(shù)，并結合約束條件，具體公式如下:
m-x + b = Q
s.t.' '? I Ii 丨丨2(I) 腿llHI
min j(w ?.V,) + A] = I 其中，《為分類超平面的法向量；b為坐標系原點到該分類超平面的距離^為函數(shù)變量；Xi為第i個樣本值。
【文檔編號】G01R31/00GK103558484SQ201310578186
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月16日 優(yōu)先權日:2013年11月16日
【發(fā)明者】林莘, 李冰, 曹辰, 吳冠男, 王飛鳴 申請人:沈陽工業(yè)大學