一種利用線模電流進(jìn)行pca聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用線模電流進(jìn)行PCA聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識(shí)別方法，屬于電力系統(tǒng)測距【技術(shù)領(lǐng)域】。對(duì)量測端位于架空線起端的線纜混合線路提取故障初始線模電流行波數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA聚類分析；當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，對(duì)量測端檢測的故障初始線模電流行波數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA聚類分析得到其在PC1坐標(biāo)軸上的投影值q1值，根據(jù)投影值位于PC1坐標(biāo)軸的正負(fù)半軸判定故障發(fā)生在電纜區(qū)段還是架空線區(qū)段；若q1＜0，判斷架空線路故障；若q1＞0，判斷電纜線路故障。本發(fā)明利用故障初始線模電流行波對(duì)線纜混合線路發(fā)生單相接地故障進(jìn)行故障區(qū)段定位，為后續(xù)行波定位提供依據(jù)，仿真表明該方法可以準(zhǔn)確、可靠地判斷出線纜混合線路的故障區(qū)段。
【專利說明】一種利用線模電流進(jìn)行PCA聚類分析的線纜混合線路故障 區(qū)段識(shí)別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種利用線模電流進(jìn)行PCA聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識(shí)別 方法，屬于電力系統(tǒng)測距【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 配電網(wǎng)直接面對(duì)用戶并為其提供用電服務(wù)，因此覆蓋面最廣。配電網(wǎng)的故障類型 形式多樣，但據(jù)統(tǒng)計(jì)單相接地故障約占配網(wǎng)故障的80%。故本發(fā)明主要針對(duì)單相接地故障 進(jìn)行仿真。
[0003] 隨著城市配電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電纜饋線以及線纜混合線路在配電網(wǎng)中所占的比重 越來越大，配電網(wǎng)電纜線路故障大多具有隱蔽性的特點(diǎn)，電纜故障的查找較架空饋線更為 困難。一旦發(fā)生故障，無疑會(huì)對(duì)供電可靠性產(chǎn)生影響。電纜與架空線相比其特殊性表現(xiàn)在： 一是電纜結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，一般由電纜芯、屏蔽層、護(hù)套等組成的多導(dǎo)體系統(tǒng)組成；二是電纜 多埋設(shè)于地下，與大地關(guān)系更為緊密，導(dǎo)致電纜中的電磁暫態(tài)過程與架空線相比差異較大， 行波在電纜中傳播的波速與架空線相比有著很大的區(qū)別。
[0004] 在電力系統(tǒng)中，PCA -般作為一種預(yù)測模型的方法，可以消除冗余信息，減少樣本 空間的維數(shù)。本發(fā)明首次提出將PCA聚類分析用于對(duì)量測端位于架空線起端的線纜混合線 路進(jìn)行故障區(qū)段識(shí)別，仿真分析表明，配網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)利用該方法可以準(zhǔn)確、可靠地判斷出 線纜混合線路的故障區(qū)段。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)線纜混合線路配網(wǎng)發(fā)生單相接地故障的情況，提 出一種利用線模電流進(jìn)行PCA聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識(shí)別方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種利用線模電流進(jìn)行PCA聚類分析的線纜混合線路故障 區(qū)段識(shí)別方法，對(duì)量測端位于架空線起端的線纜混合線路提取故障初始線模電流行波數(shù)據(jù) 進(jìn)行PCA聚類分析；當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，對(duì)量測端檢測的故障初始線模電流行波數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA聚 類分析得到其在pq坐標(biāo)軸上的投影值 qi值，根據(jù)投影值位于pq坐標(biāo)軸的正負(fù)半軸判定 故障發(fā)生在電纜區(qū)段還是架空線區(qū)段；若< 〇,判斷架空線路故障；若> 〇,判斷電纜 線路故障。
[0007] 具體步驟為：
[0008] (1)將故障初始線模電流行波取絕對(duì)值后構(gòu)成的樣本集記為P，樣本集是由線路 在不同區(qū)段上發(fā)生故障時(shí)的故障初始線模電流行波數(shù)據(jù)構(gòu)成；
[0009] (2)根據(jù)樣本集，進(jìn)行PCA聚類分析，選取兩個(gè)含有最大的特征值所對(duì)應(yīng)的特征向 量作為PQ和PC 2 ;
[0010] (3)當(dāng)線纜混合線路發(fā)生故障時(shí)，提取故障初始線模電流行波；
[0011] (4)將量測端檢測的故障初始線模電流行波取絕對(duì)值得到| i | ;
[0012] (5)現(xiàn)假設(shè)qi和q2是？(^和PC2坐標(biāo)軸上的投影值，為了求取 qi和q2，利用檢測到 的故障初始線模電流行波數(shù)據(jù)I i Γ (k)和PQ和PC2坐標(biāo)軸構(gòu)造超定方程：[PCi，PC2] X [qi， %]T = I i IT(k)，利用最小二乘法求取qi和q2 ;
[0013] (6)檢測到的故障初始線模電流行波數(shù)據(jù)取絕對(duì)值后進(jìn)行PCA聚類分析，得到其 在PCi上的投影值 qi ;
[0014] (7)根據(jù)PCi上的投影值qi，判別故障位于線纜混合線路的區(qū)段；因故障位于電纜 區(qū)段和架空線區(qū)段時(shí)，其投影值 qi在PCi坐標(biāo)軸上分布不同，故由此特征為依據(jù)，構(gòu)造故障 位于線纜混合線路區(qū)段的判據(jù)；qliSrt具有通用性，q liSrt = 0,因此判別故障位于線纜混合線 路的區(qū)段為：
[0015] 當(dāng)qi>qliSet時(shí)即位于PQ坐標(biāo)軸的正半軸，判定為故障位于電纜區(qū)段；
[0016] 當(dāng)qi〈qliSet時(shí)即位于PQ坐標(biāo)軸的負(fù)半軸，判定為故障位于架空線區(qū)段。
[0017] 本發(fā)明的原理是：對(duì)于線纜混合線路，電纜線路的波阻抗遠(yuǎn)小于架空線波阻抗。行 波在沿線路傳播過程中，由于饋線在不同頻率下呈現(xiàn)不同的傳播特性，因此不同頻率分量 的暫態(tài)行波傳播速度和衰減速度不一樣，即行波傳播過程中暫態(tài)行波的波頭和其頻率成分 都會(huì)發(fā)生變化，電纜故障與架空線故障其零序初始電流行波差異性較大。架空線路始端可 測時(shí)，由于架空線路三相耦合的影響，對(duì)于架空線路末端接近與電纜連接點(diǎn)處故障，其零模 分量受連接點(diǎn)影響衰減大，無法準(zhǔn)確分段。因此，選用線模電流或線模電壓進(jìn)行PCA聚類分 析的故障區(qū)段識(shí)別，效果良好，具體電氣量的選用應(yīng)需結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際互感器配置情況。
[0018] 對(duì)量測端位于架空線起端的線纜混合線路提取故障初始線模電流行波數(shù)據(jù)進(jìn)行 PCA聚類分析。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，對(duì)量測端檢測的故障初始線模電流行波數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA聚類分 析得到其在PC1坐標(biāo)軸上的投影值ql值，根據(jù)投影值位于PC1坐標(biāo)軸的正負(fù)半軸判定故障 發(fā)生在電纜區(qū)段還是架空線區(qū)段。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是：本方法利用故障初始線模電流行波對(duì)線纜混合線路發(fā)生單 相接地故障進(jìn)行故障區(qū)段定位，為后續(xù)行波定位提供依據(jù)，仿真表明該方法可以準(zhǔn)確、可靠 地判斷出線纜混合線路的故障區(qū)段。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的量測端位于架空線起端的纜線混合直配線路系統(tǒng)圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1線模電流初始行波曲線簇圖；
[0022] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1線模電流曲線簇在Pq坐標(biāo)軸上的投影圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0024] 實(shí)施例1 :如圖1所示為量測端位于架空線起端的纜線混合直配線路系統(tǒng)，其中， 纜線混合線路中電纜饋線長l〇km，架空饋線長10km，健全線路為2km長電纜及25km長架空 饋線。設(shè)置饋線U即饋線MN為故障線路，間隔lkm設(shè)置一次單相金屬性接地故障，故障初 始相角為90°，采樣率為1MHz。
[0025] -種利用線模電流進(jìn)行PCA聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識(shí)別方法，具體步 驟如下：
[0026] (1)將故障初始線模電流行波取絕對(duì)值后構(gòu)成的樣本集記為P。樣本集是由線路 在不同區(qū)段上發(fā)生故障時(shí)的故障初始線模電流行波數(shù)據(jù)構(gòu)成；
[0027] (2)根據(jù)樣本集，進(jìn)行PCA聚類分析，選取兩個(gè)含有最大的特征值所對(duì)應(yīng)的特征向 量作為PQ和PC 2 ;
[0028] (3)當(dāng)線纜混合線路發(fā)生故障時(shí)，提取故障初始線模電流行波，如圖2所示；
[0029] (4)將量測端檢測的故障初始線模電流行波取絕對(duì)值得到| i | ;
[0030] (5)現(xiàn)假設(shè)qi和q2是PQ和PC2坐標(biāo)軸上的投影值，為了求取qi和q 2，利用檢測到 的故障初始線模電流行波數(shù)據(jù)I i Γ (k)和PQ和PC2坐標(biāo)軸構(gòu)造超定方程：[PQ，PC2] X [qi， %]T = I i IT(k)，利用最小二乘法求取qi和q2 ;
[0031] (6)檢測到的故障初始線模電流行波數(shù)據(jù)取絕對(duì)值后進(jìn)行PCA聚類分析，得到其 在PCi上的投影值 qi，如圖3所示；
[0032] (7)根據(jù)PQ上的投影值qi，判別故障位于線纜混合線路的區(qū)段。因故障位于電纜 區(qū)段和架空線區(qū)段時(shí)，其投影值 qi在pq坐標(biāo)軸上分布不同，故由此特征為依據(jù)，構(gòu)造故障 位于線纜混合線路區(qū)段的判據(jù)。qliSrt具有通用性，這里q liSrt = 〇,因此判別故障位于線纜 混合線路的區(qū)段為：
[0033] 當(dāng)qi>qi，srt時(shí)即位于PQ坐標(biāo)軸的正半軸，判定為故障位于電纜區(qū)段；
[0034] 當(dāng)qi〈qi^t時(shí)即位于PQ坐標(biāo)軸的負(fù)半軸，判定為故障位于架空線區(qū)段。
[0035] 上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述 實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前 提下作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1. 一種利用線模電流進(jìn)行PCA聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識(shí)別方法，其特征在 于：對(duì)量測端位于架空線起端的線纜混合線路提取故障初始線模電流行波數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA聚 類分析；當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，對(duì)量測端檢測的故障初始線模電流行波數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA聚類分析得 到其在pq坐標(biāo)軸上的投影值 qi值，根據(jù)投影值位于pq坐標(biāo)軸的正負(fù)半軸判定故障發(fā)生 在電纜區(qū)段還是架空線區(qū)段；若1 < 〇,判斷架空線路故障；若1 > 〇,判斷電纜線路故障。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用線模電流進(jìn)行PCA聚類分析的線纜混合線路故障區(qū)段識(shí) 別方法，其特征在于具體步驟為： (1) 將故障初始線模電流行波取絕對(duì)值后構(gòu)成的樣本集記為P，樣本集是由線路在不 同區(qū)段上發(fā)生故障時(shí)的故障初始線模電流行波數(shù)據(jù)構(gòu)成； (2) 根據(jù)樣本集，進(jìn)行PCA聚類分析，選取兩個(gè)含有最大的特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量作 為PQ和PC2 ; (3) 當(dāng)線纜混合線路發(fā)生故障時(shí)，提取故障初始線模電流行波； (4) 將量測端檢測的故障初始線模電流行波取絕對(duì)值得到|i| ; (5) 現(xiàn)假設(shè)qi和q2是PQ和PC2坐標(biāo)軸上的投影值，為了求取qi和q 2，利用檢測到的故 障初始線模電流行波數(shù)據(jù)I i ΓΟΟ和PQ和PC2坐標(biāo)軸構(gòu)造超定方程：[PQ，PC2] X [qi，q2]T =I i IT (k)，利用最小二乘法求取qi和q2 ; (6) 檢測到的故障初始線模電流行波數(shù)據(jù)取絕對(duì)值后進(jìn)行PCA聚類分析，得到其在Pq 上的投影值q1; (7) 根據(jù)Pq上的投影值qi，判別故障位于線纜混合線路的區(qū)段；因故障位于電纜區(qū)段 和架空線區(qū)段時(shí)，其投影值 qi在pq坐標(biāo)軸上分布不同，故由此特征為依據(jù)，構(gòu)造故障位于 線纜混合線路區(qū)段的判據(jù)；qliSrt具有通用性，q liSrt = 〇,因此判別故障位于線纜混合線路的 區(qū)段為： 當(dāng)qi>qliSrt時(shí)即位于PQ坐標(biāo)軸的正半軸，判定為故障位于電纜區(qū)段； 當(dāng)qi〈qliSrt時(shí)即位于Pq坐標(biāo)軸的負(fù)半軸，判定為故障位于架空線區(qū)段。
【文檔編號(hào)】G01R31/08GK104155575SQ201410379409
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月4日
【發(fā)明者】束洪春, 林丹丹, 戴海琪 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)