一種基于零序電壓暫態量svd的故障判別方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于零序電壓暫態量SVD的故障判別方法，屬于配電網技術領 域。
【背景技術】
[0002] 目前，公知的直流輸電線路的主保護啟動判別是根據零序電壓工頻量變化作為依 據。但工頻變化量距離繼電器在TV斷線或不斷線時背后故障都有可能動作。我們在實際 應用中要充分考慮到這一點。
[0003] 系統震蕩時，分兩種情況：1.區外發生故障時引起震蕩，我們知道系統震蕩時電 壓是緩慢變化的，水漲船高，所以零序電壓工頻變化量距離繼電器可能因系統震蕩而誤動 的。2.系統震蕩后發生區外或區內故障時，通過以上分析可以知道這個繼電器已將故障前 的負荷分量減去了，只是短路附加狀態里的電流和電壓量，S (兩端電勢夾角）較小時是能 夠可靠區分區內還是區外故障，如果兩端電勢擺開接近180度時，故障前工作電壓很低時， 那么工頻變化量距離繼電器的動作門檻應相應取一個固定門檻，此時判斷具有滯后性。
[0004] 目前工程應用中已提出了 一種基于零序電壓暫態小波變換的故障線路判別裝置， 電壓下降和閃變、瞬時中斷、諧波等信號也是非平穩信號。傳統的方法大多是基于傅里葉變 換的數字濾波實現，由于傅里葉變換不具有頻率局部化特性，因而該方法在處理非平穩故 障信號時有著局限性。九十年代以來，小波理論及其工程應用逐漸得到各國數學家和工程 技術人員的高度重視。小波分析被認為是對傅里葉分析的重大突破，與短時傅里葉變換相 比，小波變換提供了一個可調的時間一頻率窗，當觀察高頻信號時它的時窗自動變窄，當研 宄低頻信號時時窗自動變寬，即具有"變焦距"的特點。小波變換的另一特征就是它能表征 信號的奇異性，用信號在不同尺度上小波變換的模極大值或Lipschitz指數表示信號的突 變特征，是小波變換的另一個實用領域。
[0005] 暫態量往往具有奇異性，與穩定信號相比，奇異性信號往往攜帶了更多的重要信 息。例如在故障診斷領域，信號的奇異點往往反映了由故障引起的撞擊、振蕩、轉速的突變 或結構的變形和斷裂。因此對奇異性信號的檢測具有特別重要的意義。
[0006] 研宄發現，當利用信號構造出合適的矩陣A時，則通過SVD同樣也可以檢測出信號 中的奇異性，并且與小波變換相比，SVD的奇異性檢測還有自己特殊的優點。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的是為了解決上述問題，提出一種基于零序電壓暫態量SVD的故障判 別方法。
[0008] 本發明的技術方案是：一種基于零序電壓暫態量SVD的故障判別方法，輸電線路 發生接地故障時，檢測裝置立即啟動，提取各線路故障后4ms時窗內的零序電壓數據以進 行暫態量奇異值分解，提取分解后的第一分量Pi，對其進行數值積分；積分結果R P1與設定 閾值Th進行比較，通過判斷值RP1與閾值Th的大小關系，對是否啟動故障線路保護裝置進 行判別；若RP1〈Th，則不啟動該線路保護裝置，若RP1> Th，則啟動該線路保護裝置。
[0009] 具體步驟為：
[0010] (1)當輸電線路發生接地故障時，檢測裝置立即啟動，通過測量單元檢測并記錄各 線路的零序電壓；
[0011] (2)提取線路故障發生后4ms時窗內的零序電壓暫態數據u。；
[0012] (3)利用下式對提取的零序電壓暫態量進行奇異值分解，奇異值分解公式如下：
[0013] 假設采集到的零序電壓暫態離散信號為X= [x(l)，x(2)，…，x(N)]利用此信號 可以構造Hankel矩陣如下：
[0014]
[0015] 將A的第一個行向量Pi,i和一個列向量Hi, n的轉置首尾相接，就可以構成一個分 量信號？1寫成向量形式為：
[0016]
[0017] (4)對第一個分量信號Pi，對其進行數值積分，數值積分公式如下
[0018]
[0019] 上式中m為總采樣點個數；
[0020] (5)通過仿真，設置閾值Th = 13,根據下面的判據對是否啟動故障線路保護裝置 進行判別：
[0021] 若RP1〈Th，則不啟動該線路保護裝置，
[0022] 若RP1> Th，則啟動該線路保護裝置。
[0023] 本發明的原理是：
[0024] -、零序電壓暫態量的奇異值分解分解
[0025] 提取線路故障發生后4ms時窗內的零序電壓暫態數據uQ1;
[0026] 利用下式對提取的零序電壓暫態量進行奇異值分解，奇異值分解公式如下：
[0027] 假設采集到的零序電壓離散信號為X= [x(l)，x(2)，…，x(N)]利用此信號可以 構造Hankel矩陣如下：
[0028]
[0029] 將A的第一個行向量Pi,i和如圖2所示的一個列向量Hi, n的轉置首尾相接，就可 以構成一個分量信號？1寫成向量形式為：
[0030]
[0031] 二、對第一個分量信號Pi，對其進行數值積分，數值積分公式如下
[0032]
[0033] 上式中m為總采樣點個數；
[0034] 三、通過大量仿真，設置閾值Th = 13,根據下面的判據對是否啟動故障線路保護 裝置進行判別：
[0035] 若RP1〈Th，則不啟動該線路保護裝置，
[0036] 若RP1多Th，則啟動該線路保護裝置。
[0037] 本發明的有益效果是：
[0038] 1、采用4ms短時窗進行判定分析，所需時窗較短。
[0039] 2、SVD的奇異性檢測效果優于小波變換。
【附圖說明】
[0040] 圖1是模擬基于零序電壓暫態量SVD的故障判別裝置的電路系統結構圖；
[0041] 圖2為線路接故障時線路1中的零序電壓暫態波形圖；
[0042] 圖3為線路接故障時線路1中的零序電壓波形圖暫態的P1分量圖；
[0043] 圖4為線路接故障時線路1中的零序電壓暫態波形圖；
[0044] 圖5為線路接故障時線路1中的零序電壓波形圖暫態的P1分量圖；
[0045] 圖6為本發明的步驟流程圖。
【具體實施方式】
[0046] 下面結合附圖和【具體實施方式】，對本發明作進一步說明。
[0047] 實施例1 :建立如附圖1所示的單母線三出線單相接地故障系統模型，其中變壓器 為三臺臺單相三繞組變壓器，采用Ydll接法，把它的高壓繞組接入115kV系統為變壓器原 邊，低壓繞組接入35KV系統為變壓器副邊，線路參數如下：線路1長度為19KM，線路2長度 為17KM，線路3長度為18KM，變壓器額定變比為115kV/35kV，過渡電阻為0. 2 D，。線路阻 抗矩陣與導納矩陣如表1、2所示。
[0048] 表 1
[0049]
[0052] 現假設線路1中7KM處發生接地故障，采樣頻率為1MHz，在該模型下，該線路零序 電壓波形如圖2所示，過SVD分解后的pi波形如圖3所示。對其求判斷值Rpl= 85,設置 閾值Th= 13。因為RP1多Th，判斷線路1為故障線路，則該線路保護裝置保護裝置啟動。
[0053] 實施例2:現假設線路1中7KM處發生接地故障，且持續時間為0.5ms，采樣頻率為 1MHz，在該模型下，該線路零序電壓波形如圖4所示，經過SVD分解后的pi波形如圖5所示。 對其求判斷值R pl= 8. 85,設置閾值Th = 13。因為R P1〈Th，判斷線路1為擾動，則該線路保 護裝置不啟動。
[0054] 上面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作了詳細說明，但是本發明并不限于上述 實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前 提下作出各種變化。
【主權項】
1. 一種基于零序電壓暫態量SVD的故障判別方法，其特征在于：輸電線路發生接地故 障時，檢測裝置立即啟動，提取各線路故障后4ms時窗內的零序電壓數據以進行暫態量奇 異值分解，提取分解后的第一分量Pi，對其進行數值積分；積分結果RP1與設定閾值Th進 行比較，通過判斷值RP1與閾值Th的大小關系，對是否啟動故障線路保護裝置進行判別；若 RP1〈Th，則不啟動該線路保護裝置，若RP1>Th，則啟動該線路保護裝置。2. 根據權利要求1所述的基于零序電壓暫態量SVD的故障判別方法，其特征在于具體 步驟為： ⑴當輸電線路發生接地故障時，檢測裝置立即啟動，通過測量單元檢測并記錄各線路 的零序電壓； (2) 提取線路故障發生后4ms時窗內的零序電壓暫態數據U(l; (3) 利用下式對提取的零序電壓暫態量進行奇異值分解，奇異值分解公式如下： 假設采集到的零序電壓暫態離散信號為X= [x(l)，x(2)，…，x(N)]利用此信號可以 構造Hankel矩陣如下：將A的第一個行向量Pu和一個列向量Hi,n的轉置首尾相接，就可以構成一個分量信 號Pi寫成向量形式為：(4) 對第一個分量信號Pi，對其進行數值積分，數值積分公式如下上式中m為總采樣點個數； (5) 通過仿真，設置閾值Th= 13,根據下面的判據對是否啟動故障線路保護裝置進行 判別： 若RP1〈Th，則不啟動該線路保護裝置， 若RP1>Th，則啟動該線路保護裝置。
【專利摘要】本發明涉及一種基于零序電壓暫態量SVD的故障判別方法，屬于配電網技術領域。本發明為當輸電線路發生單相接地故障產生零序電壓時，提取各線路故障后4ms時窗內的零序電壓數據以進行暫態量奇異值分解，提取分解后的第一分量P1，對其進行數值積分；積分結果RP1與設定閾值Th進行比較，通過判斷值RP1與閾值Th的大小關系，對是否啟動故障線路保護裝置進行判別。理論分析和大量仿真表明本發明正確有效。
【IPC分類】G01R31/08
【公開號】CN104991165
【申請號】CN201510371623
【發明人】束洪春, 李起榮, 朱凈松, 方夏
【申請人】昆明理工大學
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年6月30日