[发明专利]一种利用极线故障电压曲线簇进行主成分聚类分析的线路故障识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用极线故障电压曲线簇进行主成分聚类分析的线路故障识别方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

目前我国已投运的直流输电线路保护主要以变化率和变化量为基础的所谓行波保护、微分欠电压保护、纵联差动保护和低电压保护等。其中行波保护和微分欠电压保护为主保护，动作保护速度快，但易受谐波、雷击、采样值抖动等干扰影响且耐受过渡电阻的能力比较差。易受谐波、雷击、采样值抖动等干扰影响的原因是因为保护算法的鲁棒性差；以电压变化率du/dt为核心判据的行波保护往往不能检出UHVDC线路远端高阻故障，根本原因是随着过渡电阻的增大和故障距离的增加，使得du/dt减小，于展宽时间内无法有效区分出线路内部高阻接地故障与线路外部故障。而纵联差动保护和低电压保护作为后备保护，动作时限较长[4-8]。作为高阻故障检测的纵联差动保护是依靠延时来躲过交流系统故障期间暂态响应以保障其不误动，同时，为避免功率调整期间不误动，SIMENS差动保护设计中又增加了闭锁逻辑，故此纵联差动保护出口延时太长，一方面，可能会致使纵联差动保护常常起不到后备保护作用，另一方面，可能会致使直流控制系统保护先动作，引起不必要的直流闭锁事故。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对直流输电线路线路发生外部故障和线路故障时，提出一种利用极线故障电压曲线簇进行主成分(PCA)聚类分析的线路故障识别方法。

本发明的技术方案是：

一种利用极线故障电压曲线簇进行主成分(PCA)聚类分析的线路故障识别方法，由近至远沿线路设置单极接地故障；区外故障设置整流侧出口故障、整流侧交流系统故障、逆变侧出口故障和逆变侧交流系统故障；于10kHz采样率下，由仿真分别获得线路全线长范围内故障下和线路外部故障下极线电压曲线簇，选取其极线电压曲线簇1ms内的数据进行PCA聚类分析，取两个主成分PC₁和PC₂构成的2维PCA空间；这样，在此PCA空间上形成反映线路故障和外部故障的两类聚类点簇；当发生故障，将测试数据1ms时窗内极线故障电压数据映射到由此2维PCA空间，并采用欧氏距离来度量测试数据与两类点簇的距离，并构成故障识别判据。

具体步骤为：

(1)建立样本数据库及其PCA聚类空间：将沿UHVDC全线长范围内设置的故障和设置的区外整流侧故障和逆变侧故障，并由电磁暂态仿真获得的1ms时窗内极线故障电压曲线簇作为样本数据进行PCA聚类分析，建立PCA聚类空间，在由PC₁和PC₂坐标轴构成的PCA聚类空间形成明显相区分的线路故障和区外故障两种模态的聚类点簇；

(2)设计和计算样本数据的PCA聚类中心：根据步骤1获得的PCA聚类空间实际情况，对直流输电线路故障聚类设计并选取k个中心(k≥1)；对直流输电线路外部故障选取p个中心(一般取p＝1，也可将整流侧故障和逆变侧故障各设1个聚类中心)；

(3)保护元件故障启动后，取1ms时窗内极线故障电压数据作为测试样本，计算测试样本数据在步骤1获得的PCA聚类空间PC₁、PC₂坐标轴上的投影o_t(q₁，q₂)；

(4)计算投影o_t(q₁、q₂)与各聚类中心的欧氏距离：计算测试样本数据与线路故障聚类的k个中心的欧氏距离，并分别记为d₁，d₂，…，d_k；同理，计算测试样本数据与线路外部故障聚类的p个中心的欧氏距离，并分别记为d_k+1，…，d_k+p；

(5)线路故障的识别：比较d₁，d₂，…，d_k，…，d_k+p大小，找到最小值d_min；

若d_min＝d₁(或d₂，…，d_k)，则判断为直流输电线路故障模态；

若d_min＝d_k+1(或d_k+2，…，d_k+p)，则判断为直流输电线路外部故障模态。

本发明的有益效果是：