一種三端直流輸電線路離散小波變換和支持向量機的故障支路識別方法與流程
2023-05-01 07:56:31 1
本發明涉及一種三端直流輸電線路離散小波變換和支持向量機的故障支路識別方法，屬於電力系統故障測距技術領域。
背景技術：
多端柔性直流輸電是由三個或三個以上換流站及其連接換流站之間的直流線路組成。經濟性上，較多個兩端直流輸電系統能節省輸電走廊、減少造價較高的換流站個數，有效減少投資成本和運行費用；靈活性上，可根據需求使某個或某些換流站既可作為整流運行，也可作為逆變運行，通過功率反轉，調節潮流分布。研究適用於三端直流輸電線路故障支路識別的故障測距技術，能夠有效的提高輸電線路的可靠性和經濟性，對電力系統的安全運行具有重要意義。
目前的測距方法從原理上分為阻抗法、故障分析法、行波法等,常用的比較精確的高壓輸電線路故障測距方法，根據數據來源的不同分為行波測距、常規量測距等。常規測距受運行方式、線路參數的精確度等影響較大，行波測距精度高,但依賴於線路兩端精確的對時，受通訊幹擾較大,線路首末端還會出現死區。當故障發生在線路首末端時，由於行波傳輸速度快,行波測距裝置中的行波檢測採集模塊無法採集到高速行波，這時就出現了測距的盲區；當GPS不能正確對時或線路兩端通訊發生故障時，行波測距裝置也不能正常測距；當行波測距裝置本身出現故障時，行波測距也將失去作用。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種三端直流輸電線路離散小波變換和支持向量機的故障支路識別方法，用以解決上述問題。
本發明的技術方案是：一種三端直流輸電線路離散小波變換和支持向量機的故障支路識別方法，首先在三端直流MT支路、NT支路和QT支路設置故障位置，並且步長設為1km，過渡電阻分別設為0Ω、10Ω和100Ω；其次，時窗長取為1ms，對量測端電流行波進行db4小波分解並選取第二尺度下的小波變換係數作為支持向量機SVM的輸入屬性，建立起SVM故障支路判別模型，並對該模型進行訓練，且約定SVM輸出1為QT支路故障，輸出0為MT支路故障，輸出-1為NT支路故障；最後，當三端直流線路發生時，將電流行波進行db4小波分解並輸入SVM，並根據SVM的輸出結果實現故障支路的判斷。
具體步驟為：
第一步、在三端直流輸電線路中，利用仿真數據形成歷史樣本，分別在MT支路、NT支路和QT支路設置故障位置，步長為1km，過渡電阻分別設為0Ω、10Ω和100Ω，時窗長為1ms，獲取故障電流數據；
第二步、對量測端電流行波進行db4小波分解並選取第二尺度下的小波變換係數作為SVM1的輸入屬性，建立起SVM故障支路判別模型，並對該模型進行訓練，且約定SVM輸出1為QT支路故障，輸出0為MT支路故障，輸出-1為NT支路故障；
第三步、據SVM的輸出結果實現故障支路的判斷，當三端直流線路發生時，將電流行波進行db4小波分解，並作為SVM的輸入屬性；
若SVM輸出為1，則判斷為QT支路故障；
若SVM輸出為0，則判斷為MT支路；
若SVM輸出為-1，則判斷為NT支路故障。
本發明的原理是：對於三端直流輸電線路，當故障位於MT支路半線長之內，第2個行波為故障點反射波，與故障初始行波同極性；當故障位於MT支路半線長之外，第2個行波為T節點反射波，與故障初始行波反極性。M端觀測到的Q端和N端反射波與故障初始行波均為反極性。當故障位於NT支路，M端檢測到的故障點反射波與故障初始行波同極性，N端反射波與故障初始行波反極性。當故障位於QT支路，M端檢測到的故障點反射波與故障初始行波同極性，Q端反射波與故障初始行波反極性。所以無論故障位於某支路，故障點反射波與故障初始行波同極性，對端」電氣邊界」反射波與故障初始行波反極性。定義2τlmax為故障行波在線路MN，線路MQ中最長線路中往返一次的時間，於M端觀測，若在2τlmax內能檢測到N端和Q端反射波，則可以實現故障支路的識別。
離散小波變換(Discrete Wavelet Transform)既能考察局部時域過程的頻域特徵，又能考察局部頻域過程的時域特徵。支持向量機(SVM)是建立在統計學習理論基礎上的一種小樣本機器學習方法，用於解決二分類問題，SVM的主要思想可以概括為兩點：(1)它是針對線性可分情況進行分析，對於線性不可分的情況，通過使用非線性映射算法將低維輸入空間線性不可分的樣本轉化為高維特徵空間使其線性可分，從而使得高維特徵空間採用線性算法對樣本的非線性特徵進行線性分析成為可能；(2)它基於結構風險最小化理論之上在特徵空間中建構最優分割超平面，使得學習器得到全局最優化，並且在整個樣本空間的期望風險以某個概率滿足一定上界。將三端直流輸電線路故障支路量測端電流行波進行db4小波分解並選取第二尺度下的小波變換係數作為SVM的輸入屬性，利用離散小波變換和支持向量機實現故障支路的識別。
本發明的有益效果是：利用DWT-SVM故障支路判別機制對三端直流輸電線路的故障支路的識別，通過大量仿真實驗證明，該方法可以準確、可靠的識別三段線纜混合直流輸電線路故障支路。
附圖說明
圖1是本發明三端直流輸電系統示意圖；
圖2是本發明基於離散小波變換和支持向量機的故障支路判別機制和模型圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式，對本發明作進一步說明。
一種三端直流輸電線路離散小波變換和支持向量機的故障支路識別方法，首先在三端直流MT支路、NT支路和QT支路設置故障位置，並且步長設為1km，過渡電阻分別設為0Ω、10Ω和100Ω；其次，時窗長取為1ms，對量測端電流行波進行db4小波分解並選取第二尺度下的小波變換係數作為支持向量機SVM的輸入屬性，建立起SVM故障支路判別模型，並對該模型進行訓練，且約定SVM輸出1為QT支路故障，輸出0為MT支路故障，輸出-1為NT支路故障；最後，當三端直流線路發生時，將電流行波進行db4小波分解並輸入SVM，並根據SVM的輸出結果實現故障支路的判斷。
具體步驟為：
第一步、在三端直流輸電線路中，利用仿真數據形成歷史樣本，分別在MT支路、NT支路和QT支路設置故障位置，步長為1km，過渡電阻分別設為0Ω、10Ω和100Ω，時窗長為1ms，獲取故障電流數據；
第二步、對量測端電流行波進行db4小波分解並選取第二尺度下的小波變換係數作為SVM1的輸入屬性，建立起SVM故障支路判別模型，並對該模型進行訓練，且約定SVM輸出1為QT支路故障，輸出0為MT支路故障，輸出-1為NT支路故障；
第三步、據SVM的輸出結果實現故障支路的判斷，當三端直流線路發生時，將電流行波進行db4小波分解，並作為SVM的輸入屬性；
若SVM輸出為1，則判斷為QT支路故障；
若SVM輸出為0，則判斷為MT支路；
若SVM輸出為-1，則判斷為NT支路故障。
實施例1：三端直流輸電線路如圖1所示。其線路參數如下：三段架空直流線路的長度l1、l2和l3依次為100km、30km和50km。現假設MT支路距離M端45km發生正線路故障，過渡電阻為50Ω。
根據第一步、在三端直流輸電線路中，利用仿真數據形成歷史樣本：分別在MT支路、NT支路和QT支路設置故障位置，步長為1km，過渡電阻分別設為0Ω、10Ω和100Ω，時窗長為1ms，獲取故障電流數據；根據第二步、對量測端電流行波進行db4小波分解並選取第二尺度下的小波變換係數作為SVM1的輸入屬性，並約定SVM輸出1為QT支路故障，輸出0為MT支路故障，輸出-1為NT支路故障；根據SVM輸出為0，可知故障位於MT支路。
實施例2：三端直流輸電線路如圖1所示。其線路參數如下：三段架空直流線路的長度l1、l2和l3依次為100km、30km和50km。現假設NT支路距離M端126km發生正線路故障，過渡電阻為10Ω。
根據第一步、在三端直流輸電線路中，利用仿真數據形成歷史樣本：分別在MT支路、NT支路和QT支路設置故障位置，步長為1km，過渡電阻分別設為0Ω、10Ω和100Ω，時窗長為1ms，獲取故障電流數據；根據第二步、對量測端電流行波進行db4小波分解並選取第二尺度下的小波變換係數作為SVM1的輸入屬性，並約定SVM輸出1為QT支路故障，輸出0為MT支路故障，輸出-1為NT支路故障；根據SVM輸出為1，可知故障位於NT支路。
實施例3：三端直流輸電線路如圖1所示。其線路參數如下：三段架空直流線路的長度l1、l2和l3依次為100km、30km和50km。現假設QT支路距離M端134km發生正線路故障，過渡電阻為50Ω。
根據第一步、在三端直流輸電線路中，利用仿真數據形成歷史樣本：分別在MT支路、NT支路和QT支路設置故障位置，步長為1km，過渡電阻分別設為0Ω、10Ω和100Ω，時窗長為1ms，獲取故障電流數據；根據第二步、對量測端電流行波進行db4小波分解並選取第二尺度下的小波變換係數作為SVM1的輸入屬性，並約定SVM輸出1為QT支路故障，輸出0為MT支路故障，輸出-1為NT支路故障；根據SVM輸出為-1，可知故障位於QT支路。
以上結合附圖對本發明的具體實施方式作了詳細說明，但是本發明並不限於上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下作出各種變化。