[发明专利]基于支持向量机的配电网早期故障检测方法及装置有效

专利信息
申请号: 201811533888.X 申请日: 2018-12-14
公开(公告)号: CN109406949B 公开(公告)日: 2020-12-25
发明(设计)人: 文艳;李立生;刘明林;邵志敏;刘云良;王峰;刘合金;苏国强;张林利;孟海磊;房牧;张世栋;樊迪;左新斌 申请(专利权)人: 国网山东省电力公司电力科学研究院;国家电网有限公司
主分类号: G01R31/08 分类号: G01R31/08
代理公司: 北京智绘未来专利代理事务所(普通合伙) 11689 代理人: 张红莲
地址: 250002 山东*** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 基于 支持 向量 配电网 早期 故障 检测 方法 装置
【说明书】:

一种基于支持向量机的配电网早期故障检测方法及其装置。将小波分解和支持向量机的相关理论和方法引入到配电网早期故障检测中,并验证方法的合理性。小波分解可以检测出波形中的畸变,这些畸变与早期故障息息相关。通过提取出这些畸变的特征,如畸变次数、畸变幅值、同时刻出现的畸变个数,作为支持向量机的输入。支持向量机通过学习这些特征,即可进行早期故障的诊断。该方法在需求数据量和准确性上大大优于传统检测。对配电网早期故障的检测及处理具有重要意义。

技术领域

发明涉及配电网架空线路电弧接地等早期故障检测技术领域,更具体地,涉及一种基于小波分解和支持向量机的配电网早期故障检测方法及其装置。

背景技术

配电系统作为电力系统的最后一个环节,直接担负着用户在电能稳定、安全、优质、经济等方面所提出的要求的责任。随着我国经济水平的日益发展,我国人民生活水平的提高和大量精密家电的应用使用户对供电的供电质量和可靠性提出了更高的要求。

配电网在长期运行的过程中,不可避免的会受到内部或者外部的干扰而产生早期故障,从而影响配网安全、优质运行。早期故障往往表现为幅值小、持续时间短、重复发生,且往往伴随电弧,对绝缘和导体造成损坏。不同设备中引起早期故障的原因往往不同。在电缆中,绝缘老化是早期故障的主要原因。在架空线中,各种非电力因素如刮风、动物触线、树枝触线等往往会引起早期故障。在其他电力设备中,绝缘缺陷和接触不良也会引起早期故障。早期故障检测作为电力设备状态检测的一种方案,为配网运维提供了新的思路,使得缺陷设备能够被提前更换,提高供电可靠性。同时降低运维工作量,节约了成本。

传统早期故障检测方法往往根据特定场景提出一些判据,这并不适用于复杂多变的实际情况。且传统方法所需样本多,判断准确率差。

小波变换作为一种时频域信号分析手段,能够在多分辨率下解析信号,并且能够表征时域以及频域下的局部特征。低频部分下,小波变换具有低时间分辨率和高频率分辨率;高频部分下,小波变换具有高时间分辨率和低频率分辨率。这些特征使得其可以用于探测波形中的瞬态变化。

配网中的早期故障,往往对应电压、电流波形中出现明显的瞬时变化,使用小波变换可以检测出这一变化进而识别故障。目前使用小波变换检测早期故障往往是先对电流波形进行小波变换,然后针对电流波形中的暂态数量进行一个大致的判断,最后根据一系列基于暂态均方根值的判定规则对故障类型进行最终判定。这种方法往往受干扰影响较大,且规则中阈值的确定需要大量的数据,而实际配网运行中很难得到大量的早期故障数据。

支持向量机通过对低维线性不可分数据进行非线性变换,将数据映射到高维线性可分空间,然后寻找最优决策超平面,使得不同种类样本距离该超平面的平均垂直距离最大。支持向量机往往解决二分类问题,对于多分类问题,需要将多分类拆解为多个二分类问题进行求解。由于支持向量机处理的是低维数据,所以往往在使用前需要对原始数据进行特征提取。目前使用支持向量机进行早期故障识别的思路如下:先对原始电压、电流波形进行傅立叶变换,计算出原始波形的一次到高次(如10次)谐波含有率,将各次谐波含有率作为特征进行输入,进而检测是否为早期故障。这种方法对于噪声有严格的要求,大量的噪声会使得检测失效。并且这种方法往往只能区分早期故障和电容器投切扰动,对于其他扰动,该方法识别准确率较低。实际配网中,由于电磁干扰、传感器测量往往会引入大量的噪声,并且实际扰动种类繁多,电容器投切扰动占的比例不高,所以这种方法往往无法使用。

发明内容

本发明将小波变换以及支持向量机结合进行早期故障检测,进而弥补两者的不足。对原始电压、电流波形进行小波变换,提取变换得到的细节部分中的暂态特征,将这部分特征作为支持向量机的输入,进而检测出早期故障。

具体地,本发明提出一种基于支持向量机的的配电网早期故障检测方法,利用小波变换对配电网三相电压、三相电流、中性点电流波形进行分解,根据分解结果提取出部分特征,之后利用支持向量机学习这些特征,进而判断配电网中是否存在早期故障。

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