CN102735947B - 采用多参量比值代码的电网过电压识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用多参量比值代码的电网过电压识别方法，是将过电压波形划分为雷电过电压特征值取值区间，操作过电压特征值取值区间和暂时过电压特征值取值区间；在这三个时间区间上分别提取不同的特征量，根据判据规则对得到的特征量进行判断，并对该时间区间赋予按判据规则设计的编码，最后同一类型过电压在经过三个区间的特征值提取和判断后会得到惟一的一串编码，根据编码对应的不同过电压类型，据此可以区分出不同类别的过电压，实现对过电压的辨识。该方法能够根据监测设备获取的过电压波形等数据，经过数据处理提取能够有效反映过电压本质特征的参量，根据相应的判据规则，实现对电力系统多种过电压的有效识别。
Description
技术领域
本发明属于电力系统过电压类型识别技术领域，具体可适用于电力系统内部及外部过电压的研究，为实现电力系统不同类型过电压的识别提供参考和依据。
背景技术
现代社会对电力系统供电的可靠性要求越来越高。造成电力系统供电中断的原因众多，但绝缘的击穿是造成停电的主要原因，而在绝缘事故中由于过电压引起的事故又占主导地位。电网过电压特别是内部过电压的，对电气设备和线路绝缘造成了严重的威胁；雷电过电压对220kV等级以下的系统绝缘也造成了严重威胁，电气设备过电压事故的频繁发生，给电网和工农业生产带来了巨大的损失。随着电网的迅速建设与发展，输电线路输电电压等级、输送容量都在不断提高。因此，电力系统过电压是发展高压和超高压电网所必须研究的重要课题，它不仅关系到发电机、变压器、输电线路等电力设备绝缘强度的合理设计，而且直接影响到电力系统的安全运行。电力系统中的过电压发生类型多种多样，发生机理不尽相同，波形、幅值、持续时间也不相同。在实际运行中，各种过电压出现后，各种故障往往交织在一起，为后续的故障原因分析带来困难。
目前的电力系统过电压在线监测装置，主要功能集中于对各种过电压的波形的实时采集，存储以及数据维护，不具备分析识别能力，不能及时对事故进行分析和防止。当出现过电压事故时，往往需要人工来提取过电压波形输出数据，根据人工经验，判断出过电压类型作为分析事故原因的重要参考。由于监测到的过电压数据众多，靠人工来对过电压波形做出识别，是一项十分繁复而艰巨的任务。同时，由于人员判断是主观因素的影响，靠人工判断过电压波形，难以形成科学统一的判断标准，容易导致误判。
过电压信号携带着丰富的电力系统运行状态信息。利用监测到的过电压信号进行特征提取，实现过电压类型的自动识别和诊断，对保证电网安全运行具有十分重要的意义：
（1） 过电压类型自动识别的结果有助于及时发现现有系统绝缘薄弱点，进行合理的绝缘配合调整，提高系统安全运行水平，也可以为日后电力系统设计部门提供可靠的设计参考依据，保证供电的可靠性。
（2） 系统故障和误操作常常引起内部过电压，如果没有对过电压进行具体的分析和识别，很难查找出过电压在线监测装置记录的数据是误操作还是故障产生的。进行过电压类型自动识别，可以显示过电压类型，易于查找引起过电压的原因。
（3） 根据监测到的过电压波形，对过电压类型实现自动分类，可以为过电压产生及发展的机理研究等提供重要的样本参考，为限制过电压大小，提高系统绝缘配合水平提供先决条件。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种采用多参量比值代码的电网过电压识别方法。该方法能够根据监测设备获取的过电压波形等数据，经过数据处理提取能够有效反映过电压本质特征的参量，根据相应的判据规则，实现对电力系统多种过电压的有效识别。该方法思路清晰，能够准确辨识电力系统常见的多种过电压。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的采用多参量比值代码的电网过电压识别方法，是将过电压波形划分为三个特征值取值区间：
（1）雷电过电压特征值取值区间 ，该区间是指过电压发生0~5ms的时间段；
（2）操作过电压特征值取值区间，该区间是指过电压发生5~10ms的时间段；
（3）暂时过电压特征值取值区间，该区间是指过电压发生10~20ms的时间段；
在这三个时间区间上分别提取不同的特征量，根据判据规则对得到的特征量进行判断，并对该时间区间赋予按判据规则设计的编码，最后同一类型过电压在经过三个区间的特征值提取和判断后会得到惟一的一串编码，根据编码对应的不同过电压类型，据此可以区分出不同类别的过电压，实现对过电压的辨识。
进一步，其中，各区间提取的特征量以及设定的判据规则、编码规则如下：
A.在区间内提取过电压倍数和三相波形相似度这两个特征量：
根据直击雷过电压和感应雷过电压的过电压倍数，设计判据THL，THL为直击雷过电压和感应雷过电压过电压倍数的门限值，当在该区间提取得到的过电压倍数大于THL时，赋编码值“1”，否则赋编码值“0”；
根据三相波形相似度设计判据，如果提取的波形为高度相似赋编码值“2”，相似度差赋编码值“1”，如未能满足判据条件或波形相似度不在设计判据的判别范围内赋编码制“0”；
B.在区间内提取振荡分量特征和过电压倍数两个特征量：
操作过电压和谐振过电压中有振荡分量的存在，可以为过电压的辨识提供参量,设计判据规则：当提取的过电压中振荡分量为高、中、低频振荡时，分别赋编码值为“3”、“2”、“1”，若过电压中无明显振荡分量的特征，赋编码值“0”；
合闸空载线路时，系统中的电感和电容参数发生变化，引起电磁能量重新分配，会产生幅值较高的过电压，据此设计判据THC，当提取得到的过电压倍数大于THC时，赋编码值“1”，否则赋编码值“0”;
C.在（20ms）区间内提取三相波形畸变程度、主要频率分量类型和过电压倍数三个特征量：
提取过电压的波形，根据三相波形畸变程度设计编码规则：严重赋编码值“2”，近似正弦波赋编码值“1”，无明显该特征赋编码值“0”；
若过电压波形中高频分量为主则赋编码值“2”，低频分量为主则赋编码值“1”，若波形中频率分量类型的集中性差则赋编码值“0”；
若提取的电压为工频电压则赋编码制“1”，否则赋编码值“0”。
进一步，编码对应的过电压类型如下表所示：
本发明的有益效果是：
针对现有过电压识别存在的特征提取方法单一和实时性差、未考虑特征量的有效性和未体现特征量在不同时间区段所呈现的特点，根据各过电压的发生机理和特征，提出了一种对电力系统过电压进行分区编码识别的辨识方法。该方法能够根据监测设备获取的过电压波形等数据，经过数据处理提取能够有效反映过电压本质特征的参量，根据相应的判据规则，实现对电力系统多种过电压的有效识别。该方法思路清晰，能够准确辨识电力系统常见的多种过电压。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为过电压发生各阶段的区分示意图；
图2为本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
本发明的工作原理：
根据对过电压监测系统监测到的现场数据研究发现，雷电过电压持续时间一般在5ms之内，操作过电压高低频振荡的过渡过程一般在10ms之内（弧光接地过电压持续时间较长归入暂时过电压考虑），暂时过电压持续时间更长。因此，过电压的特征量在不同的时间区间内会呈现出不同的状态，据此可以简化过电压特征值的提取和处理。
如图1所示，本发明的采用多参量比值代码的电网过电压识别方法，是将过电压波形划分为三个特征值取值区间：
（1）雷电过电压特征值取值区间 ，该区间是指过电压发生0~5ms的时间段；
（2）操作过电压特征值取值区间，该区间是指过电压发生5~10ms的时间段；
（3）暂时过电压特征值取值区间，该区间是指过电压发生10~20ms的时间段；
如图2所示，在这三个时间区间上分别提取不同的特征量，根据判据规则对得到的特征量进行判断，并对该时间区间赋予按判据规则设计的编码，最后同一类型过电压在经过三个区间的特征值提取和判断后会得到惟一的一串编码，根据编码对应的不同过电压类型，据此可以区分出不同类别的过电压，实现对过电压的辨识。
其中，各区间提取的特征量以及设定的判据规则、编码规则如下：
A.在区间内提取过电压倍数和三相波形相似度这两个特征量：
1）根据直击雷过电压和感应雷过电压的过电压倍数，设计判据THL，THL为直击雷过电压和感应雷过电压倍数的门限值，当在该区间提取得到的过电压倍数大于THL时，赋编码值“1”，否则赋编码值“0”；
2）根据三相波形相似度设计判据，如果提取的波形为高度相似赋编码值“2”，相似度差赋编码值“1”，如未能满足判据条件或波形相似度不在设计判据的判别范围内赋编码制“0”；
B.在区间内提取振荡分量特征和过电压倍数两个特征量：
1）操作过电压和谐振过电压中有振荡分量的存在，可以为过电压的辨识提供参量。设计判据规则：当提取的过电压中振荡分量为高、中、低频振荡时，分别赋编码值为“3”、“2”、“1”，若过电压中无明显振荡分量的特征，赋编码值“0”；
2）合闸空载线路时，系统中的电感和电容参数发生变化，引起电磁能量重新分配，会产生幅值较高的过电压，据此设计判据THC，当提取得到的过电压倍数大于THC时，赋编码值“1”，否则赋编码值“0”。
C.在（20ms）区间内提取三相波形畸变程度、主要频率分量类型和过电压倍数三个特征量：
1）雷电过电压持续时间一般在5ms之内，操作过电压高低频振荡的过渡过程一般在10ms之内，与暂时过电压相比在（20ms）区间内前述两种过电压的特征已经不太明显。提取过电压的波形，根据三相波形畸变程度设计编码规则：严重赋编码值“2”，近似正弦波赋编码值“1”，无明显该特征赋编码值“0”。
2）过电压中有谐波的存在，对于某些过电压该特征十分明显。若过电压波形中高频分量为主则赋编码值“2”，低频分量为主则赋编码值“1”，若波形中频率分量类型的集中性差则赋编码值“0”。
3）在区间内，由于继保装置的动作或是限压措施的作用，过电压大多数已基本消失，多数系统电压已恢复为工频电压。据此，若提取的电压为工频电压则赋编码制“1”，否则赋编码值“0”。
在实际实施时，过电压信号经历了上述三阶段的编码赋值后得到了唯一的一串编码，根据该串编码在事先编制好的编码表中查询即可得到该过电压的类型。
编码对应的过电压类型如表1所示：
表1 过电压类型对照编码表
由上表可以轻松地得到待识别的过电压类型，本发明可以辨识的电力系统过电压类型为：
1.雷电过电压：直击雷过电压、感应雷过电压；
2.操作过电压：合空线过电压、切空变过电压、合空变过电压、投切电容器组过电压；
3.暂时过电压：分频谐振过电压、基频谐振过电压、高频谐振过电压、不对称短路过电压、弧光接地过电压。
表1的制定依据来源于表2，表2表征了不同过电压在上述三个时间区间内的特征。
表2 电力系统常见过电压分特征归纳表
应用实例
过电压监测装置监测到某变电站的电压波形，提取信号数据，并进行预处理，经过区间、区间和区间内对该过电压特征量判别和赋值，得到编码0030220，与编码表比对后，辨识为高频谐振过电压(铁磁谐振过电压)。
综上所述，根据对过电压特征量的分区编码，能够较好的反应过电压的本质特征，实现对电力系统过电压类型的辨识。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.采用多参量比值代码的电网过电压识别方法，其特征在于：所述方法是将过电压波形划分为三个特征值取值区间：
（1）雷电过电压特征值取值区间t1，该区间是指过电压发生0ms-5ms的时间段；
（2）操作过电压特征值取值区间t2，该区间是指过电压发生5ms-10ms的时间段；
（3）暂时过电压特征值取值区间t3,该区间是指过电压发生10ms-20ms的时间段；
在这三个时间区间上分别提取不同的特征量，根据判据规则对得到的特征量进行判断，并对该时间区间赋予按判据规则设计的编码，最后同一类型过电压在经过三个区间的特征值提取和判断后会得到惟一的一串编码，根据编码对应的不同过电压类型，据此可以区分出不同类别的过电压，实现对过电压的辨识。
2.根据权利要求1所述的采用多参量比值代码的电网过电压识别方法，其特征在于：各区间提取的特征量以及设定的判据规则、编码规则如下：
A.在t1区间内提取过电压倍数和三相波形相似度这两个特征量：
根据直击雷过电压和感应雷过电压的过电压倍数，设计判据THL，THL为直击雷过电压和感应雷过电压过电压倍数的门限值，当在该区间提取得到的过电压倍数大于THL时，赋编码值“1”，否则赋编码值“0”；
根据三相波形相似度设计判据，如果提取的波形为高度相似赋编码值“2”，相似度差赋编码值“1”，如未能满足判据条件或波形相似度不在设计判据的判别范围内赋编码值“0”；
B.在t2区间内提取振荡分量特征和过电压倍数两个特征量：
操作过电压和谐振过电压中有振荡分量的存在，可以为过电压的辨识提供参量,设计判据规则：当提取的过电压中振荡分量为高、中、低频振荡时，分别赋编码值为“3”、“2”、“1”，若过电压中无明显振荡分量的特征，赋编码值“0”；
合闸空载线路时，系统中的电感和电容参数发生变化，引起电磁能量重新分配，会产生幅值较高的过电压，据此设计判据THC，当提取得到的过电压倍数大于THC时，赋编码值“1”，否则赋编码值“0”;
C.在t3区间内提取三相波形畸变程度、主要频率分量类型和过电压倍数三个特征量：
提取过电压的波形，根据三相波形畸变程度设计编码规则：严重赋编码值“2”，近似正弦波赋编码值“1”，无明显该特征赋编码值“0”；
若过电压波形中高频分量为主则赋编码值“2”，低频分量为主则赋编码值“1”，若波形中频率分量类型的集中性差则赋编码值“0”；
若提取的电压为工频电压则赋编码值“1”，否则赋编码值“0”。
3.根据权利要求2所述的采用多参量比值代码的电网过电压识别方法，其特征在于：编码对应的过电压类型如下表所示：
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