CN114325092A - 一种识别数据缺失下的输电线路雷击类型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种识别数据缺失下的输电线路雷击类型的方法，首先采集具有数据缺失的三相故障电流序列，选取数据完整的一相故障电流序列进行相空间重构，对重构得到的三相故障电流序列进行零模分量提取，并通过Hilbert‑Huang变换得到零模分量的时频谱，最后根据时频谱中提取出的特征值判断雷击类型。本发明有效地解决了输电线路在缺少数据的情况下准确有效进行雷电波识别的问题，为后续输电线路的雷击故障分析和防雷设计提供了有力的支撑。

Description

一种识别数据缺失下的输电线路雷击类型的方法

技术领域

本发明涉及输电线路雷电识别技术领域，具体涉及一种识别数据缺失下的输电线路雷击类型的方法。

背景技术

随着电网规模的不断扩大与完善，大容量、远距离的输电格局已基本形成。输电线路作为电力系统的重要组成部分，对于特高压输电线路来说，送电距离较远，途径地理环境复杂多变，因此也更容易遭受雷击。雷击是造成输电线路跳闸事故的重要原因，严重威胁电力系统的安全稳定运行，每年因雷击造成的经济损失高达50-100亿元。由此可见对输电线路进行防雷改造，切实提高输电线路耐雷水平对降低输电线路雷击跳闸率的重要性。要想有针对性地进行防雷改造，就必须实现对雷击类型的精准识别。

目前对于雷击类型的识别，主要是建立在输电线路数据齐全的情况下，但在现实中，当输电线路发生雷击时，由于雷电流幅值巨大，很可能造成监测设备损坏无法正常工作从而导致输电线路数据缺失，因此，本发明提出了一种识别数据缺失下的输电线路雷击类型的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种识别数据缺失下的输电线路雷击类型的方法，采用相空间重构法构建完整的三相故障电流信息，然后采用Hilbert-Huang变换对故障电流进行特征提取，实现对输电线路雷电的准确识别。

一种识别数据缺失下的输电线路雷击类型的方法，包括以下步骤：

S1：基于在线监测设备获取雷击后具有缺失数据的输电线路三相故障电流；

S2：选择具有完整信息的一相故障电流进行相空间重构，得到信息完整的三相故障电流序列；

S3：将重构得到的三相故障电流序列进行相模变换，得到故障电流的零模分量；

S4：对故障电流的零模分量进行Hilbert-Huang变换，得到零模分量的时频谱；

S5：提取特征值，进行分析比对，实现对感应，反击，绕击三种雷击方式的识别。

进一步，所述步骤S1中具有缺失数据的输电线路三相故障电流获取于在线监测设备有部分监测数据丢失的情况下，数据包括缺失一相数据，缺失两相数据，一相数据不完整数据或者两相数据不完整数据。

进一步，所述步骤S2具体过程为：

S201：选取具有完整数据信息的一相故障电流序列x＝{x_i|i＝1,…,N}，采用坐标延迟法重构相空间X＝{X_i}：

式中，m为嵌入维数，τ为延迟时间，X_i为相空间中的相点，相点总数n＝N-(m-1)τ；

S202：由于输电线路有三相故障电流，所以嵌入维数m取为3；

S203：采用自相关系数法确定延迟时间τ的具体数值；对于故障电流序列X₁,X₂,…X_n，其自相关函数为：

由此得到自相关函数R(τ)随延迟时间τ变换的曲线，当R(τ)降低到初始值R(0)的1-e^-1时，对应的延迟时间τ用于进行相空间重构；

S204：将嵌入维数m与计算得到的延迟时间τ代入式(1)中，构建m维相空间向量X＝{X_i|i＝1,…,N-(m-1)τ}。

进一步，所述步骤S3中对重构得到的三相故障电流进行Karrenbauer变换：

式中，i_m1、i_m2和i_m3为零模分量，i_a、i_b、i_c为重构出的三相电流。

进一步，所述步骤S4具体过程为：

S401：通过Hilbert-Huang变换对零模分量i_m1进行特征提取，对i_m1进行EMD分解，将其分解为n个IMF分量，原信号被分解为：

S402：对n个IMF分量进行希尔伯特变换：

S403：分别以c(t)和

作为实部和虚部构建一解析信号z(t)：

式中，

S404：按式(7)计算瞬时频率：

S405：按照式(5)～(7)计算得出IMF各分量的瞬时幅值a_i(t)和瞬时频率ω_i(t)，然后计算出原零模分量的频谱：

进一步，所述步骤S5中对得出的Hilbert时频谱进行特征提取，定义雷击发生后，第一毫秒内的能量与前2ms的能量之比为Q₁：

式中，t₀表示雷击发生时刻，Δt₁表示1ms；

得出Q₁后根据表1，判断出雷击类型；

表1不同雷电过电压下的特征值Q₁

本发明具有以下优点：

本发明基于具有数据缺失的三相故障电流序列，选取数据完整的一相故障电流序列进行相空间重构，对重构得到的三相故障电流序列进行零模分量提取，并通过Hilbert-Huang变换得到零模分量的时频谱，最后根据时频谱中提取出的特征值判断雷击类型，本发明有效地解决了输电线路在缺少数据的情况下准确有效进行雷电波识别的问题，为后续输电线路的雷击故障分析和防雷设计提供了有力的支撑。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

为了更清楚地理解本发明技术内容，结合本发明实施例中的附图，对本发明做进一步说明。

参见图1，本发明一种识别数据缺失下的输电线路雷击类型的方法，具体包括以下步骤：

步骤S1，基于在线监测设备获取雷击后具有缺失数据的输电线路三相故障电流；

具有缺失数据的输电线路三相故障电流获取于在线监测设备有部分监测数据丢失的情况下，主要包括以下情况：缺失一相数据，缺失两相数据，一相数据不完整，两相数据不完整。

步骤S2，选择具有完整信息的一相故障电流进行相空间重构，得到信息完整的三相故障电流序列；

S201：选取具有完整数据信息的一相故障电流序列x＝{x_i|i＝1,…,N}，采用坐标延迟法重构相空间X＝{X_i}：

式中，m为嵌入维数，τ为延迟时间，X_i为相空间中的相点，相点总数n＝N-(m-1)τ。

S202：由于输电线路有三相故障电流，所以嵌入维数m取为3；

S203：采用自相关系数法确定延迟时间τ的具体数值；

对于故障电流序列X₁,X₂,…X_n，其自相关函数为：

由此可以得到自相关函数R(τ)随延迟时间τ变换的曲线，当R(τ)降低到初始值R(0)的1-e^-1时，对应的延迟时间τ用于进行相空间重构。

S204：将嵌入维数m与计算得到的延迟时间τ代入式(1)中，构建m维相空间向量X＝{X_i|i＝1,…,N-(m-1)τ}；

步骤S3中，将重构得到的三相故障电流进行Karrenbauer变换：

式中，i_m1、i_m2和i_m3为零模分量，i_a、i_b、i_c为重构出的三相电流。

步骤S4中，对零模电流进行Hilbert-Huang变换，得到电流零模分量的时频谱；

S401：通过Hilbert-Huang变换对零模分量i_m1进行特征提取，对i_m1进行EMD分解，将其分解为n个IMF分量，原信号被分解为：

S402：对n个IMF分量进行希尔伯特变换：

S403：分别以c(t)和

作为实部和虚部构建一解析信号z(t)：

式中，

S404：对于瞬时频率的计算公式为：

S405：按照式(5)～(7)可以计算得出IMF各分量的瞬时幅值a_i(t)和瞬时频率ω_i(t)，此时可以计算出原零模分量的时频谱：

S5：提取特征值，进行分析比对实现对感应，反击，绕击三种雷击方式的识别；

对得出的Hilbert时频谱进行特征提取，定义雷击发生后，第一毫秒内的能量与前2ms的能量之比为Q₁：

式中，t₀表示雷击发生时刻，Δt₁表示1ms；

得出Q₁后根据表1，可以判断出雷击类型；

表1不同雷电过电压下的特征值Q₁

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种识别数据缺失下的输电线路雷击类型的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：基于在线监测设备获取雷击后具有缺失数据的输电线路三相故障电流；

S2：选择具有完整信息的一相故障电流进行相空间重构，得到信息完整的三相故障电流序列；

S3：将重构得到的三相故障电流序列进行相模变换，得到故障电流的零模分量；

S4：对故障电流的零模分量进行Hilbert-Huang变换，得到零模分量的时频谱；

S5：提取特征值，进行分析比对，实现对感应，反击，绕击三种雷击方式的识别。

2.如权利要求1所述的一种识别数据缺失下的输电线路雷击类型的方法，其特征在于：所述步骤S1中具有缺失数据的输电线路三相故障电流获取于在线监测设备有部分监测数据丢失的情况下，数据包括缺失一相数据，缺失两相数据，一相数据不完整数据或者两相数据不完整数据。

3.如权利要求1所述的一种识别数据缺失下的输电线路雷击类型的方法，其特征在于：所述步骤S2具体过程为：

S201：选取具有完整数据信息的一相故障电流序列x＝{x_i|i＝1,…,N}，采用坐标延迟法重构相空间X＝{X_i}：

式中，m为嵌入维数，τ为延迟时间，X_i为相空间中的相点，相点总数n＝N-(m-1)τ；

S202：由于输电线路有三相故障电流，所以嵌入维数m取为3；

S203：采用自相关系数法确定延迟时间τ的具体数值；对于故障电流序列X₁,X₂,…X_n，其自相关函数为：

由此得到自相关函数R(τ)随延迟时间τ变换的曲线，当R(τ)降低到初始值R(0)的1-e^-1时，对应的延迟时间τ用于进行相空间重构；

S204：将嵌入维数m与计算得到的延迟时间τ代入式(1)中，构建m维相空间向量X＝{X_i|i＝1,…,N-(m-1)τ}。

4.如权利要求1所述的一种识别数据缺失下的输电线路雷击类型的方法，其特征在于：所述步骤S3中对重构得到的三相故障电流进行Karrenbauer变换：

式中，i_m1、i_m2和i_m3为零模分量，i_a、i_b、i_c为重构出的三相电流。

5.如权利要求1所述的一种识别数据缺失下的输电线路雷击类型的方法，其特征在于：所述步骤S4具体过程为：

S401：通过Hilbert-Huang变换对零模分量i_m1进行特征提取，对i_m1进行EMD分解，将其分解为n个IMF分量，原信号被分解为：

S402：对n个IMF分量进行希尔伯特变换：

S403：分别以c(t)和

作为实部和虚部构建一解析信号z(t)：

式中，

S404：按式(7)计算瞬时频率：

S405：按照式(5)～(7)计算得出IMF各分量的瞬时幅值a_i(t)和瞬时频率ω_i(t)，然后计算出原零模分量的频谱：

6.如权利要求1所述的一种识别数据缺失下的输电线路雷击类型的方法，其特征在于：所述步骤S5中对得出的Hilbert时频谱进行特征提取，定义雷击发生后，第一毫秒内的能量与前2ms的能量之比为Q₁：

式中，t₀表示雷击发生时刻，Δt₁表示1ms；

得出Q₁后根据表1，判断出雷击类型；

表1不同雷电过电压下的特征值Q₁

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