[发明专利]一种利用极线故障电流曲线簇主成分分析的特高压直流线路的纵联保护方法

摘要

本发明提供一种利用极线故障电流曲线簇主成分分析的特高压直流线路的纵联保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。由电磁暂态仿真分别获得线路全长内的故障、正向区外故障和反向故障下量测端极线电流曲线簇，选取故障前2个采样点、故障后8个采样点作样本数据进行PCA聚类分析。分别形成“线路故障”、“逆变侧故障”和“整流侧故障”聚类中心，利用极线故障数据在PC1和PC2坐标的投影值(q’1,q’2)与三类故障电流曲线簇聚类中心之间的距离d1、d2、d3来判别故障方向。对于正极线路，当dmin＝d1或d2，则判为正向故障；当dmin＝d3，则判为反向故障。本发明保护判据采用求取欧式距离最小值的方法构建，准确可靠，简单易实现。 1

主权项

1.一种利用极线故障电流曲线簇主成分分析的特高压直流线路的纵联保护方法，其特征在于：由电磁暂态仿真分别获得线路全长内的故障、正向区外故障和反向故障下量测端极线电流曲线簇，正向区外故障包括逆变侧出口故障以及逆变侧交流母线故障，反向故障包括整流侧出口故障以及整流侧交流母线故障，选取故障前2个采样点、故障后8个采样点作样本数据进行PCA聚类分析，分别形成“线路故障”、“逆变侧故障”和“整流侧故障”聚类中心，当直流线路发生故障时，利用极线故障数据在PC₁和PC₂坐标的投影值(q’₁,q’₂)与三类故障电流曲线簇聚类中心之间的距离d₁、d₂、d₃来判别故障方向，PC₁表示第一主成分形成的PC₁坐标轴，PC₂表示第二主成分形成的PC₂坐标轴；对于正极线路，当d_min＝d₁或d₂，则判为正向故障；当d_min＝d₃，则判为反向故障；

具体步骤如下：

第一步、在直流输电线路中，根据仿真数据形成历史样本：在正向线路故障情况下，沿输电线路MN设置300个正向线路金属性接地故障，6个正向区外故障，以及6个反向故障；

第二步、将仿真获得的312条故障电流仿真样本数据进行归一化处理，即选取每条样本数据中故障行波到达量测端前2个采样点和故障行波到达量测端后8个采样点的数据进行归一化处理；

第三步、对上述归一化处理后的数据进行主成分分析，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；

第四步、当直流线路发生故障时，得量测端所获得的故障行波到达前2个采样点和后8个采样点的极线电流数据，经过数据归一化处理，将该故障样本投入相对应的主成分聚类空间中，得到其在PC₁坐标和PC₂坐标轴上的投影值(q’₁,q’₂)；

第五步、利用欧氏距离，求取投影值极线故障数据在PC₁和PC₂坐标的投影值(q^’₁,q’₂)与故障电流曲线簇聚类中心之间的距离d₁、d₂、d₃，其中d₁、d₂、d₃分别表示测试数据在PCA投影值(q’₁,q’₂)与线路故障、反向故障和正向区外故障下故障电流曲线簇聚类中心之间的距离，欧式距离计算式为：

式(1)中，n表示所采用主成分投影值的个数，这里n＝2，即q₁和q₂，N_j为故障情况聚类点簇的中心；

第六步、利用计算所得距离中的最小值，构造方向元件判别式并进行故障方向判别，判别式为：

d_min＝(d₁，d₂，d₃)  (2)

即在正极线路下，

若d_min＝d₁或d₂，则判为正向故障  (3)

若d_min＝d₃，则判为反向故障  (4)。

2.根据权利要求1所述的利用极线故障电流曲线簇主成分分析的特高压直流线路的纵联保护方法，其特征在于：所述采样率为10kHz，数据预处理时，时窗为故障前0.3ms和故障后0.7ms。