[发明专利]一种利用瞬时功率曲线进行PCA聚类分析的同塔双回线故障选相方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用瞬时功率曲线进行PCA聚类分析的同塔双回线故障选相方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

近年来，随着全球经济的快速发展，电能的需求也在进一步增加，然而由于土地资源紧张，导致输电线路走廊的建设成本越来越高。因此在满足可靠性要求的前提下，我国提出了同塔双回甚至多回的架设方式，其中以同塔双回最为普遍，这种架设方式不仅提高了单位输电走廊宽度下的输电能力，而且节约土地资源，降低电力建设投资成本。

虽然同塔双回输电线路的架设大大缓解了电力系统输电走廊日益紧张的局势，但也进一步增加输电线路故障的复杂性。在传统故障的基础上又新增了回间等多种故障，使得输电线路中继电保护和行波测距的难度增大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种利用瞬时功率曲线进行PCA聚类分析的同塔双回线故障选相方法，使其不仅适用于单回线故障，对于跨线故障同样适用，以达到选出故障相的目的。

本发明的技术方案是：一种利用瞬时功率曲线进行PCA聚类分析的同塔双回线故障选相方法，利用数字电磁暂态仿真获得的各类型故障下各相瞬时功率曲线数据，建立对应的PCA 聚类空间，在同塔双回输电线路每一相线路上均安装PCA聚类分析元件，即PCA_IA、PCA_IB、 PCA_IC、PCA_IIA、PCA_IIB和PCA_IIC；PCA_IA、PCA_IB、PCA_IC分别为I回线的A、B和C相PCA 聚类分析元件；PCA_IIA、PCA_IIB和PCA_IIC分别为II回线的A、B和C相PCA聚类分析元件；当双回输电线路发生故障时，对各相瞬时功率进行主成分分析，根据各相PCA聚类分析元件的判断结果选出故障相。

具体步骤为：

(1)样本数据的获取：继电器安装在输电线路的始端，利用仿真数据形成历史样本：沿Ⅰ回线路等间距分别设置6种含A相故障：A相接地故障、AB相间故障、ABG两相接地故障、AC相间故障、ACG两相接地故障以及ABCG三相接地故障；设置四种不含A相的故障： B相接地故障、C相接地故障、BC相间故障、BCG两相间接地故障；沿Ⅱ回线路等间距设置6种含A相故障：A相接地故障、AB相间故障、ABG两相接地故障、AC相间故障、ACG 两相接地故障以及ABCG三相接地故障；设置四种不含A相的故障：B相接地故障、C相接地故障、BC相间故障、BCG两相间接地故障；

(2)样本主成分聚类分析空间的构建：将上述20种故障类型下量测端获得的瞬时功率曲线簇进行预处理：截取每条样本故障前5μs时窗的数据和故障后35μs时窗的数据进行主成分聚类分析，构建由第一主成分(PC₁)和第二主成分(PC₂)为轴形成的主成分聚类空间；

(3)主成分聚类空间中故障类型的划分和最小包围圆的确定：根据样本数据在主成分聚类空间的分布可划分为三类：一类为含IA相故障，二是既不包含IA相故障又不包含ⅡA相故障，三是含ⅡA相故障；依次命名为Circle_i(i＝1,2,3)，求取各类故障在主成分聚类空间上分布点集的最小包围圆圆心O_i(i＝1,2,3)和半径R_i(i＝1,2,3)；

(4)实际故障数据的主成分聚类分析和整定距离的计算：当双回输电线路发生故障时，将量测端获得的瞬时功率投影到第二步构建的主成分聚类空间，并分别计算故障数据分布点与O_i(i＝1,2,3)之间的欧氏距离D_i(i＝1,2,3)，考虑裕度，各个欧氏距离对应的整定距离d_i (i＝1,2,3)计算如式(1)～(3)；

式中，k₁、k₂、k₃为可靠系数，这里取k₁＝1.25，k₂＝2.75，k₃＝2.25；

(5)根据欧氏距离的大小即可判断Ⅰ回A相是否为故障相，具体的判据如式(4)～(5) 所示：

若d_min＝d₁，则IA相故障 (4)