CN104993462A - 一种基于模式识别的带统一潮流控制器输电线路的电流暂态量方向保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于模式识别的带统一潮流控制器输电线路的电流暂态量方向保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。当含有统一潮流控制器的输电线路发生故障时，对线路量测端所得含故障相的线模电流数据进行主成分分析，根据样本数据在第一主成分轴上的投影的正负来区别正向故障与反向故障。本发明所涉及的含故障相的线模电流主成分聚类分析方向保护不仅能可靠地区别正向、反向故障，而且也能区分正向故障位于统一潮流控制器元件的左侧，还是右侧，可以可靠识别故障区段。由此提出的判据对于正、反向故障性质的识别将具有很高的可靠性。

Description

一种基于模式识别的带统一潮流控制器输电线路的电流暂态量方向保护方法

技术领域

本发明涉及一种基于模式识别的带统一潮流控制器输电线路的电流暂态量方向保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

统一潮流控制器(UPFC)是一种功能最强大、特性最优越的新一代柔性交流输电装置，也是迄今为止通用性最好的FACTS装置，能够根据需要灵活地控制输电线路的功率，还能改变一条输电线路上的电压、电流等参数，具有非常显著的控制效果。由于现有继电保护依赖于工频电压、工频电流及计算所得相应阻抗值进行区内、区外故障判断，故UPFC的接入会导致传统继电保护出现误判情况。

针对带统一潮流控制器设备的线路故障识别难的问题，我们提出了基于含故障相电流暂态量主成分聚类分析方向保护。当带统一潮流控制器(UPFC)的输电线路发生故障时，量测端获得的故障暂态电流时域波形变化方向在正向、反向故障情况时恰好相反，使得获得的历史故障电流样本数据具有较大的差异，经主成分聚类分析分解后可得到较好的聚类结果，由此提出的判据对于正、反向故障性质的识别将具有很高的精度。而且对于正向故障位于UPFC左侧还是右侧也能准确判断。线路两侧的方向继电器对故障性质的准确判断，可靠地闭锁区外故障，动作区内故障，对进一步提高电网的稳定运行能力具有着重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于模式识别的带统一潮流控制器输电线路的电流暂态量方向保护方法，用以解决带统一潮流控制器设备的线路故障识别难的问题。

本发明的技术方案是：

一种基于模式识别的带统一潮流控制器输电线路的电流暂态量方向保护方法，具体步骤为：

第一步、统一潮流控制器安装在输电线路中点，利用仿真数据形成历史样本：故障初始相角分别设为90°和-90°的情况下，沿输电线路全长设置多个反向位置的单相金属性接地故障和多个正向位置的单相金属性接地故障，其中于量测端M和统一潮流控制器安装点之间设置几个故障，于统一潮流控制器安装点之后设置相同个数故障；

第二步、将量测端M获得的初始故障角分别为90和-90°的多条含故障相的线模电流仿真样本数据进行预处理，截取每条样本故障前0.2ms时窗的数据和故障后1ms时窗的数据；

第三步、对第二步得到的预处理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、当含统一潮流控制器的输电线路发生故障时，得量测端M获得对应的含故障相的线模电流样本，根据量测端M获得的故障电压相位得到故障初始相角，根据初始相角范围，将该故障样本投入相对应的主成分聚类空间中，得到其在第一主成分(PC₁)轴上的投影值q₁；

第五步、根据权利要求书中步骤四所得的投影值q₁的正负判断故障方向，具体的判据如式(1)～(4)所示：

当故障初相角为90°时，

若sign(q₁)>0，则判为正向故障    (1)

若sign(q₁)<0，则判为反向故障    (2)

当故障初相角为-90°时，

若sign(q₁)<0，则判为正向故障    (3)

若sign(q₁)>0，则判为反向故障    (4)。

所述采样率为20kHz，数据预处理时，时窗为故障前0.2ms和故障后1ms。

本发明的有益效果是：

(1)正向故障和反向故障情况下，量测端获得的1ms短时窗内故障暂态电流时域波形变化方向相反，由此组成的样本数据经PCA分解后可得到较好的聚类结果，能很好的表现不同故障下的差异。由此提出的判据对于正、反向故障性质的识别将具有很高的可靠性。

(2)本发明所涉及的含故障相的线模电流主成分聚类分析方向保护不仅能可靠地区别正向、反向故障，而且也能区分正向故障位于UPFC元件的左侧，还是右侧，可以可靠识别故障区段。

附图说明

图1为含UPFC输电线路模型；

图2为实施例中初始故障角为90°时量测端M获得的线模电流波形曲线束；

图3为实施例中初始故障角为-90°时量测端M获得的线模电流波形曲线束；

图4为实施例中初始故障角为90°，线路PM上F₂(距M端13km处)故障时M端获得故障电流样本数据聚类形成的主成分聚类分析空间；

图5为实施例中初始故障角为-90°，线路PM上F₂(距M端13km处)故障时M端获得故障电流样本数据聚类形成的主成分聚类分析空间。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

实施例1：含UPFC竖线线路系统仿真模型如图1所示，UPFC安装在线路中点(距M75km)，线路MN全长为150km。故障初始角为90°，采样率为20kHz，时窗为故障前0.2ms和故障后1ms。令在线路MN上M侧与UPFC投入点之间距M侧60km处发生AG故障F₁₁。

第一步、统一潮流控制器安装在输电线路中点，利用仿真数据形成历史样本：故障初始相角分别设为90°和-90°的情况下，沿输电线路全长设置19个反向位置的单相金属性接地故障，28个正向位置的单相金属性接地故障，其中于量测端M和统一潮流控制器安装点之间设置14个故障，于统一潮流控制器安装点之后设置14个故障；

第二步、将量测端M获得的初始故障角分别为90和-90°的47条含故障相的线模电流仿真样本数据进行预处理，截取每条样本故障前0.2ms时窗的数据和故障后1ms时窗的数据，如图2、图3所示；

第三步、对第二步得到的预处理数据进行主成分分析，构建不同初始故障角主成分聚类分析空间，M端获得初始故障相角分别为90°、-90°的故障电流样本数据聚类形成的主成分聚类分析空间如图4、图5所示；

第四步、将该故障样本投入相对应的主成分聚类空间中，得到其在第一主成分(PC₁)轴上的投影值q₁；

第五步、对故障样本在PC₁轴上的投影值的进行符号判断，图4显示的故障样本(故障点F₂)对于继电器R₁而言为反方向故障。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种基于模式识别的带统一潮流控制器输电线路的电流暂态量方向保护方法，其特征在于具体步骤为：

第一步、统一潮流控制器安装在输电线路中点，利用仿真数据形成历史样本：故障初始相角分别设为90°和-90°的情况下，沿输电线路全长设置多个反向位置的单相金属性接地故障和多个个正向位置的单相金属性接地故障，其中于量测端M和统一潮流控制器安装点之间设置多个故障，于统一潮流控制器安装点之后设置相同个数故障；

第二步、将量测端M获得的初始故障角分别为90和-90°的多条含故障相的线模电流仿真样本数据进行预处理，截取每条样本故障前0.2ms时窗的数据和故障后1ms时窗的数据；

第三步、对第二步得到的预处理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、当含统一潮流控制器的输电线路发生故障时，得量测端M获得对应的含故障相的线模电流样本，根据量测端M获得的故障电压相位得到故障初始相角，根据初始相角范围，将该故障样本投入相对应的主成分聚类空间中，得到其在第一主成分(PC₁)轴上的投影值q₁；

第五步、根据权利要求书中步骤四所得的投影值q₁的正负判断故障方向，具体的判据如式(1)～(4)所示：

当故障初相角为90°时，

若sign(q₁)>0，则判为正向故障         (1)

若sign(q₁)<0，则判为反向故障         (2)

当故障初相角为-90°时，

若sign(q₁)<0，则判为正向故障         (3)

若sign(q₁)>0，则判为反向故障         (4)。

2.根据权利要求1所述的基于模式识别的带统一潮流控制器输电线路的电流暂态量方向保护方法，其特征在于：所述采样率为20kHz，数据预处理时，时窗为故障前0.2ms和故障后1ms。