CN115616349B - 一种基于多元数据融合的多重雷击识别方法及系统 - Google Patents

一种基于多元数据融合的多重雷击识别方法及系统 Download PDF

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CN115616349B CN202211519882.3A CN202211519882A CN115616349B CN 115616349 B CN115616349 B CN 115616349B CN 202211519882 A CN202211519882 A CN 202211519882A CN 115616349 B CN115616349 B CN 115616349B
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Abstract

本发明涉及一种基于多元数据融合的多重雷击识别方法及系统，属于新型电力系统智能制造和继电保护技术领域。本发明当输电线路遭受雷击时，采集雷击后线路站端的行波数据以及雷电定位系统给出的雷击点位置信息。基于雷击点位置，根据母线的出线类型不同、雷击位置是否处于半线长内以及雷击后线路是否故障三个问题的讨论，结果得出不同的计算式，并按照各自的计算式来计算行波的波到时刻，以结果与站端的行波数据进行比对；若匹配成功，则为单次雷击；若匹配失败，则为多重雷击。

Description

一种基于多元数据融合的多重雷击识别方法及系统
技术领域
本发明涉及一种基于多元数据融合的多重雷击识别方法及系统，属于新型电力系统智能制造和继电保护技术领域。
背景技术
雷电是一种瞬间释放巨大能量而且破坏力极强的大气放电现象，由于输电线路在电力系统中占有重要地位，且具有范围广、有效体积大、路程长等特点，所以输电线路整体遭受雷击的概率要远高于其他电气元件。据国际大电网委员会公布，美国、日本等12国所发生的线路故障中，雷击事故占40%～60%。据2016年南方电网110kV及以上线路跳闸原因统计，雷击引起的跳闸数量占线路跳闸总数的66.81%。单次雷击和多重雷击对线路防雷设备的影响差别很大，在进行防雷设备的防雷效果研究或者断路器故障分析时，如果不能准确区分雷击的类型，可能导致实验数据差距过大，当防雷设备正式投入使用时可能会与实验结果相悖。
目前研究多是使用雷电定位系统给出的数据或国外数据分辨多重雷击并加以分析，但是雷电定位系统是利用地闪的电磁磁辐射场的特征量来对雷击的位置、幅值、回击次数等进行观测的系统，他受限于实际探测站所在地形、区域等因素的影响，山地、河流、湖泊甚至建筑物都会使雷电流波形发生畸变或者影响雷电流的传播从而影响雷电定位系统识别多重雷击的精确性。雷电定位系统虽然较以往的人工观测精确度大大提高，但是地区的局限性依然很大。
发明内容
本发明提供了一种基于多元数据融合的多重雷击识别方法及系统，以用于规避地闪传输到探测站时因雷电波形发生畸变导致的无法识别多重雷击问题，利用雷击后站端量测设备中电气量的行波数据来识别多重雷击，解决了雷击识别可靠性差、泛用性低、速度慢的问题。
本发明采集输电线路站端行波数据，结合雷电定位系统定位结果分析选择波到时刻计算式并计算波到时刻，再将计算得到的行波各波到时刻与站端的行波数据各波到时刻对比，以对比结果判断雷击重数。
本发明的技术方案是：第一方面，一种基于多元数据融合的多重雷击识别方法，所述方法包括如下步骤：
Step1、当输电线路遭受雷击时，采集雷击后一定时窗内的站端电流和电压行波数据与正常稳态电流和电压行波数据，分别计算电流故障分量和电压故障分量及对应的故障功率；
Step2、当输电线路遭受雷击时，基于行波折反射原理，即行波在波阻抗不连续处会发生折射和反射，整理分析雷电定位系统给出的雷击位置信息确定每种情况下计算波到时刻的计算式；
整理分析雷电定位系统给出的雷击位置信息包括雷击后线路是否故障的分析、对母线的出线类型不同的分析、对雷击位置是否处于半线长内的分析；母线出线方式不同、雷击点位置不同以及雷击后是否故障所造成的行波折反射位置的不同分析，在不同情况下，计算行波波到时刻的计算式也不同；
在雷击后，如果线路未故障，则故障前后的波阻抗是连续的，所以雷电行波数据在雷击故障点处不会发生折射和反射；相反，如果雷击导致线路故障，则故障前后的波阻抗是不连续的，所以雷电行波数据在雷击故障点处会发生折射和反射。
Ⅰ类母线为3条及以上出线的接线形式，母线等效阻抗小于入射线路的波阻抗，行波到达每条母线时都会发生折反射。Ⅱ类母线为除了故障线外还有一条出线，母线等效阻抗等于入射线路的波阻抗，行波到达该条母线时不发生折反射，但当到达出线侧的母线时波阻抗仍不连续，行波依然会发生折反射。Ⅲ类母线只有故障线路而无其他出线，此时若不考虑母线分布电容，则母线的等效阻抗为无穷大，行波到达该母线时，电流行波会发生负的全反射，电压行波会发生正的全反射。
线路长为L，半线长定义为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，在线路半线长内时，从故障点向左侧传播的雷电行波数据到达左侧母线的时间相较于故障点向右侧传播的雷电行波数据到达右侧母线的时间短；同理，在线路半线长外时，前者相较于后者的时间长，最终导致行波网格图不同，各行波波到时刻也不同。
将上述三种情况进行组合后，共有12种不同的行波折反射位置，分析整理得出的雷击位置信息如下：
(1)雷击后故障时，对于母线出线类型为Ⅰ类母线，雷击点位于半线长内；
(2)雷击后未故障时，对于母线出线类型为Ⅰ类母线，雷击点位于半线长内；
(3)雷击后故障时，对于母线出线类型为Ⅰ类母线，雷击点位于半线长外；
(4)雷击后未故障时，对于母线出线类型为Ⅰ类母线，雷击点位于半线长外；
(5)雷击后故障时，对于母线出线类型为Ⅱ类母线，雷击点位于半线长内；
(6)雷击后未故障时，对于母线出线类型为Ⅱ类母线，雷击点位于半线长内；
(7)雷击后故障时，对于母线出线类型为Ⅱ类母线，雷击点位于半线长外；
(8)雷击后未故障时，对于母线出线类型为Ⅱ类母线，雷击点位于半线长外；
(9)雷击后故障时，对于母线出线类型为Ⅲ类母线，雷击点位于半线长内；
(10)雷击后未故障时，对于母线出线类型为Ⅲ类母线，雷击点位于半线长内；
(11)雷击后故障时，对于母线出线类型为Ⅲ类母线，雷击点位于半线长外；
(12)雷击后未故障时，对于母线出线类型为Ⅲ类母线，雷击点位于半线长外。
根据分类不同的行波网格图如图1-12所示。
基于雷击点位置，根据母线的出线类型不同、雷击位置是否处于半线长内以及雷击后线路是否故障三个问题的讨论，结果得出不同的波到时刻的计算式；
Step3、初步确定故障功率的波头到达量测端的时差顺序，根据计算波到时刻的计算式计算得到量测端的波到时刻；
Step4、将计算的行波波到时刻与实际测到的站端行波数据的波到时刻进行比对；若匹配成功，则为单次雷击；若匹配失败，则为多重雷击。
作为本发明的进一步方案，所述Step1中，计算电流故障分量和电压故障分量的计算式如下所示：
U FL =U LJ -U ZC （1）
I FL =I LJ -I ZC （2）
式（1）中，U FL 为电压故障分量，U LJ 为雷击后电压行波数据，U ZC 为正常稳态时电压行波数据；
式（2）中，I FL 为电流故障分量，I LJ 为雷击后电流行波数据，I ZC 为正常稳态时电流型行波数据；
根据上述所得的电气量故障分量计算出对应的故障功率；
P GZ =U FL ×I FL （3）
式（3）中，P GZ 为电压和电流所对应的瞬时故障功率，U FL 为电压故障分量，I FL 为电流故障分量。
作为本发明的进一步方案，所述Step3中，在理想状态下，已知电磁波能量在导体中在传播的速度V约为300000km/s，且线路参数固定，波阻抗固定，行波在波阻抗不连续处会发生折反射，雷击导致的电流电压突变的行波波形同样会在线路中传递，并被量测端的装置所记录。假设M、N分别为输电线路两端母线，N’为母线N的出线中距离母线N最近的母线，f为雷电流注入点，即故障点，站端行波数据量测点定为母线M处，波到时刻的计算式如下所示：
（1）雷击后故障、雷击点位于半线长内、母线出线类型为Ⅰ类母线时选用第1计算式：
Figure 920566DEST_PATH_IMAGE002
（2）雷击后未故障、雷击点位于半线长内、母线出现类型为Ⅰ类母线时选用第2计算式：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
（3）雷击后故障、雷击点位于半线长外、母线出现类型为Ⅰ类母线时选用第3计算式：
Figure 514359DEST_PATH_IMAGE004
（4）雷击后未故障、雷击点位于半线长外、母线出现类型为Ⅰ类母线时选用第4计算式：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
（5）雷击后故障、雷击点位于半线长内、母线出现类型为Ⅱ类母线时选用第5计算式：
Figure 670665DEST_PATH_IMAGE006
（6）雷击后未故障、雷击点位于半线长内、母线出现类型为Ⅱ类母线时选用第6计算式：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
（7）雷击后故障、雷击点位于半线长外、母线出现类型为Ⅱ类母线时选用第7计算式：
Figure 640895DEST_PATH_IMAGE008
（8）雷击后未故障、雷击点位于半线长外、母线出现类型为Ⅱ类母线时选用第8计算式：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
（9）雷击后故障、雷击点位于半线长内、母线出现类型为Ⅲ类母线时选用第9计算式：
Figure 461696DEST_PATH_IMAGE010
（10）雷击后未故障、雷击点位于半线长内、母线出现类型为Ⅲ类母线时选用第10计算式：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
（11）雷击后故障、雷击点位于半线长外、母线出现类型为Ⅲ类母线时选用第11计算式：
Figure 226390DEST_PATH_IMAGE012
（12）雷击后未故障、雷击点位于半线长外、母线出现类型为Ⅲ类母线时选用第12计算式：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
其中，
Figure 135571DEST_PATH_IMAGE014
；
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为雷击时间，
Figure 175071DEST_PATH_IMAGE016
为行波数据从故障点反射的时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
为行波数据直接从N母线反射的时间，
Figure 587729DEST_PATH_IMAGE018
为行波数据经M母线后从N母线反射的时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为行波数据直接从N’母线反射的时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为行波数据经M母线后从N’母线反射的时间，
Figure 54482DEST_PATH_IMAGE022
为M母线与故障点f之间的距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
为故障点f与N母线之间的距离，
Figure 450960DEST_PATH_IMAGE024
为N母线与N’母线之间的距离，V为电磁波能量在导体中在传播的速度。
作为本发明的进一步方案，所述Step4中，在计算预测一定时窗内处于量测点的功率行波波到时刻时，预先假设输电线路所受雷击为单次雷击，所以所预测的波到时刻对应的也是单次雷击，若在短时窗内计算所得的波到时刻之外没有出现非折反射波头，则匹配成功，判断为单次雷击；若在短时窗内计算所得的波到时刻之外有出现非折反射波头，则匹配失败，判断为多重雷击。实际应用时，理论计算行波的波到时刻与实际测量的波到时刻存在误差，一般情况下，规定两者之差的绝对值
Figure DEST_PATH_IMAGE025
则记为两者相同，反之则两者不同，
Figure 497413DEST_PATH_IMAGE026
为认为设定阈值；
第二方面，提供一种基于多元数据融合的多重雷击识别系统，包括如下模块：
数据采集模块，用于采集雷击后线路站端的行波数据以及雷电定位系统给出的雷击点位置信息；
数据处理模块，把所采集的电气信号整理、分类，确定计算式；
数据计算模块，根据整理的信息，按照各自的计算式来计算波到时刻；
对比匹配模块，将上述计算出的波到时刻与站端行波数据进行对比，并判据识别多重雷击。
作为本发明的进一步方案，所述数据采集模块，采集的是站端测量仪器所记录的电流和电压行波数据；采样频率设置为100kHz及以上，除此之外，还需要利用雷电定位系统来采集雷击点在输电线路中的位置。
作为本发明的进一步方案，所述数据处理模块具体包括：
行波计算式选择单元，用于对雷电定位系统给出的雷击点位置判断母线的出线类型、雷击位置是否处于半线长内以及雷击后线路是否故障组合成的12种情况，根据具体情况来选择波到时刻的计算式；
故障分量计算单元，基于站端测量仪器所记录的雷击时的电流和电压行波数据与正常稳态电流和电压行波数据，分别计算电流故障分量和电压故障分量；
U FL =U LJ -U ZC （1）
I FL =I LJ -I ZC （2）
式（1）中，U FL 为电压故障分量，U LJ 为雷击后电压行波数据，U ZC 为正常稳态时电压行波数据；
式（2）中，I FL 为电流故障分量，I LJ 为雷击后电流行波数据，I ZC 为正常稳态时电流型行波数据；
根据上述所得的电气量故障分量计算出对应的故障功率；
P GZ =U FL ×I FL （3）
式（3）中，P GZ 为电压和电流所对应的瞬时故障功率，U FL 为电压故障分量，I FL 为电流故障分量。
本发明的有益效果是：本发明规避了地闪传输到探测站时因雷电波形发生畸变导致的无法识别多重雷击问题，转而使用雷击后站端量测设备中电气量的行波数据来识别多重雷击，提高了可靠性和泛用性，能够在提取数据以后快速区分单次雷击和多重雷击，为后续防雷设备提供更多持续可靠的实测数据支撑。
附图说明
图1是第一种行波网格图；
图2是第二种行波网格图；
图3是第三种行波网格图；
图4是第四种行波网格图；
图5是第五种行波网格图；
图6是第六种行波网格图；
图7是第七种行波网格图；
图8是第八种行波网格图；
图9是第九种行波网格图；
图10是第十种行波网格图；
图11是第十一种行波网格图；
图12是第十二种行波网格图；
图13是实施例1搭建线路；
图14是实施例1电压故障分量行波数据；
图15是实施例1电流故障分量行波数据；
图16是实施例1故障功率曲线；
图17是实施例2搭建线路；
图18是实施例2电压故障分量行波数据；
图19是实施例2电流故障分量行波数据；
图20是实施例2故障功率曲线；
图21是实施例3搭建线路；
图22是实施例3电压故障分量行波数据；
图23是实施例3电流故障分量行波数据；
图24是实施例3故障功率曲线；
图25为本发明中的流程图。
具体实施方式
下面基于上述的多种行波折反射网格图，选取其中雷击后故障、雷击点位于半线长内、Ⅰ类母线，雷击后未故障、雷击点位于半线长外、Ⅱ类母线以及雷击后故障、雷击点位于半线长内、Ⅲ类母线三种具代表性的情况进行基于测后模拟的参数匹配仿真，具体实施过程通过结合附图对本发明的做出详细说明；
实施例1：搭建模型如图13所示，输电线路全长600km，N’母线距N母线200km，母线N的出线类型为Ⅰ类母线，此时，输电线路遭受雷击后，绝缘子未被击穿，雷击点位于半线长外，距M母线400km处，且仿真模拟的雷击为单次雷击；第一方面，提供一种基于多元数据融合的多重雷击识别方法，所述方法包括如下步骤：
Step1、当输电线路遭受雷击时，以C相为例，在M母线处测得的站端行波数据，站端行波数据为雷击后一定时窗内的站端电流和电压行波数据，再采集正常稳态电流和电压行波数据，分别计算电流故障分量和电压故障分量及对应的故障功率；
U FL =U LJ -U ZC （1）
I FL =I LJ -I ZC （2）
式（1）中，U FL 为电压故障分量，U LJ 为雷击后电压行波数据，U ZC 为正常稳态时电压行波数据；
式（2）中，I FL 为电流故障分量，I LJ 为雷击后电流行波数据，I ZC 为正常稳态时电流型行波数据；
根据上述所得的电气量故障分量计算出对应的故障功率；
P GZ =U FL ×I FL （3）
式（3）中，P GZ 为电压和电流所对应的瞬时故障功率，U FL 为电压故障分量，I FL 为电流故障分量。
根据上述公式，雷击时电流和电压的故障分量为雷击后电流和电压的实测行波数据减正常时电流和电压的实测行波数据，计算得到对应故障分量曲线，如图14、图15所示。
计算雷击后电流电压所对应的瞬时功率，绘制故障功率曲线，如图16所示。
Step2、当输电线路遭受雷击时，基于行波折反射原理，即行波在波阻抗不连续处会发生折射和反射，整理分析雷电定位系统给出的雷击位置信息，确定使用第4计算式来进行计算波到时刻。
Step3、基于第4计算式得到短时窗内的所有波到时刻，并在图16中表示出来；
所述Step3中，在理想状态下，已知电磁波能量在导体中在传播的速度V约为300000km/s，且线路参数固定，波阻抗固定，行波在波阻抗不连续处会发生折反射，雷击导致的电流电压突变的行波波形同样会在线路中传递，并被量测端的装置所记录。假设M、N分别为输电线路两端母线，N’为母线N的出线中距离母线N最近的母线，f为雷电流注入点，即故障点，站端行波数据量测点定为母线M处；
雷击后未故障、雷击点位于半线长外、母线出现类型为Ⅰ类母线时选用第4计算式计算波到时刻：
Figure DEST_PATH_IMAGE027
其中，
Figure 310384DEST_PATH_IMAGE014
；
Figure 885722DEST_PATH_IMAGE028
为雷击时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE029
为行波数据从故障点反射的时间，
Figure 18763DEST_PATH_IMAGE030
为行波数据直接从N母线反射的时间，
Figure 337749DEST_PATH_IMAGE031
为行波数据经M母线后从N母线反射的时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
为行波数据直接从N’母线反射的时间，
Figure 990579DEST_PATH_IMAGE020
为行波数据经M母线后从N’母线反射的时间，
Figure 2397DEST_PATH_IMAGE033
为M母线与故障点f之间的距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
为故障点f与N母线之间的距离，
Figure 91576DEST_PATH_IMAGE035
为N母线与N’母线之间的距离，V为电磁波能量在导体中在传播的速度。
Step4、由图16可知，将计算的行波波到时刻与实际测到的站端行波数据的波到时刻进行比对；在短时窗内计算所得的波到时刻之外没有出现非折反射波头，匹配成功，判断为单次雷击。
第二方面，提供一种基于多元数据融合的多重雷击识别系统，包括如下模块：
数据采集模块，用于采集雷击后线路站端的行波数据以及雷电定位系统给出的雷击点位置信息；
数据处理模块，把所采集的电气信号整理、分类，确定计算式；
数据计算模块，根据整理的信息，按照各自的计算式来计算波到时刻；
对比匹配模块，将上述计算出的波到时刻与站端行波数据进行对比，并判据识别多重雷击。
作为本发明的进一步方案，所述数据采集模块，采集的是站端测量仪器所记录的电流和电压行波数据；采样频率设置为100kHz及以上，除此之外，还需要利用雷电定位系统来采集雷击点在输电线路中的位置。
作为本发明的进一步方案，所述数据处理模块具体包括：
行波计算式选择单元，用于对雷电定位系统给出的雷击点位置判断母线的出线类型、雷击位置是否处于半线长内以及雷击后线路是否故障组合成的12种情况，根据具体情况来选择波到时刻的计算式；
故障分量计算单元，基于站端测量仪器所记录的雷击时的电流和电压行波数据与正常稳态电流和电压行波数据，分别计算电流故障分量和电压故障分量；
U FL =U LJ -U ZC （1）
I FL =I LJ -I ZC （2）
式（1）中，U FL 为电压故障分量，U LJ 为雷击后电压行波数据，U ZC 为正常稳态时电压行波数据；
式（2）中，I FL 为电流故障分量，I LJ 为雷击后电流行波数据，I ZC 为正常稳态时电流型行波数据；
根据上述所得的电气量故障分量计算出对应的故障功率；
P GZ =U FL ×I FL （3）
式（3）中，P GZ 为电压和电流所对应的瞬时故障功率，U FL 为电压故障分量，I FL 为电流故障分量。
实施例2、搭建模型如图17所示，输电线路全长600km，N’母线距N母线200km，母线N的出线类型为Ⅱ类母线，此时，输电线路遭受雷击后，绝缘子未被击穿，雷击点位于半线长外，距M母线400km处，且仿真模拟的雷击为单次雷击；第一方面，提供一种基于多元数据融合的多重雷击识别方法，第二方面提供的系统和实施例1相同，第一方面所述方法包括如下步骤：
Step1、当输电线路遭受雷击时，以C相为例，在M母线处测得的站端行波数据，站端行波数据为雷击后一定时窗内的站端电流和电压行波数据，再采集正常稳态电流和电压行波数据；
根据雷击时电流和电压的故障分量为雷击后电流和电压的实测行波数据减正常时电流和电压的实测行波数据，计算得到对应故障分量曲线，如图18、图19所示。
计算雷击后电流电压所对应的瞬时功率，绘制故障功率曲线，如图20所示。
Step2：整理分析雷电定位系统给出的雷击位置信息，确定使用第8计算式来进行计算。
Step3：基于第8计算式得到短时窗内的所有波到时刻，并在图20中表示出来。
假设M、N分别为输电线路两端母线，N’为母线N的出线中距离母线N最近的母线，f为雷电流注入点，即故障点，站端行波数据量测点定为母线M处；
雷击后未故障、雷击点位于半线长外、母线出现类型为Ⅱ类母线时选用第8计算式计算波到时刻：
Figure 496143DEST_PATH_IMAGE036
其中，
Figure 721588DEST_PATH_IMAGE014
；
Figure 904308DEST_PATH_IMAGE037
为雷击时间，
Figure 215204DEST_PATH_IMAGE038
为行波数据从故障点反射的时间，
Figure 892304DEST_PATH_IMAGE039
为行波数据直接从N’母线反射的时间，
Figure 706676DEST_PATH_IMAGE020
为行波数据经M母线后从N’母线反射的时间，
Figure 325876DEST_PATH_IMAGE040
为M母线与故障点f之间的距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE041
为故障点f与N母线之间的距离，
Figure 262084DEST_PATH_IMAGE042
为N母线与N’母线之间的距离，V为电磁波能量在导体中在传播的速度。
Step4：由图20可知，将计算的行波波到时刻与实际测到的站端行波数据的波到时刻进行比对，在短时窗内计算所得的波到时刻之外没有出现非折反射波头，匹配成功，判断为单次雷击。
实施例3、搭建模型如图21所示，输电线路全长600km，母线N的出线类型为Ⅰ类母线，此时，输电线路遭受雷击后，绝缘子未被击穿，雷击点位于半线长外，距M母线400km处，且仿真模拟的雷击为多重雷击；第一方面，提供一种基于多元数据融合的多重雷击识别方法，第二方面提供的系统和实施例1相同，第一方面所述方法包括如下步骤：
Step1、当输电线路遭受雷击时，以C相为例，在M母线处测得的站端行波数据，站端行波数据为雷击后一定时窗内的站端电流和电压行波数据，再采集正常稳态电流和电压行波数据；
根据雷击时电流和电压的故障分量为雷击后电流和电压的实测行波数据减正常时电流和电压的实测行波数据，计算得到对应故障分量曲线，如图22、图23所示。
计算雷击后电流电压所对应的瞬时功率，绘制故障功率曲线，如图24所示。
Step2：整理分析雷电定位系统给出的雷击位置信息，确定使用第12计算式来进行计算。
Step3：基于第12计算式得到短时窗内的所有波到时刻，并在图24中表示出来。
假设M、N分别为输电线路两端母线，N’为母线N的出线中距离母线N最近的母线，f为雷电流注入点，即故障点，站端行波数据量测点定为母线M处；
雷击后未故障、雷击点位于半线长外、母线出现类型为Ⅲ类母线时选用第12计算式计算波到时刻：
Figure DEST_PATH_IMAGE043
其中，
Figure 8454DEST_PATH_IMAGE044
；
Figure 755961DEST_PATH_IMAGE045
为雷击时间，
Figure 546063DEST_PATH_IMAGE046
为行波数据从故障点反射的时间，
Figure 831550DEST_PATH_IMAGE047
为行波数据直接从N母线反射的时间，
Figure 99721DEST_PATH_IMAGE048
为行波数据经M母线后从N母线反射的时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE049
为M母线与故障点f之间的距离，
Figure 170576DEST_PATH_IMAGE050
为故障点f与N母线之间的距离，
Figure DEST_PATH_IMAGE051
为N母线与N’母线之间的距离，V为电磁波能量在导体中在传播的速度。
Step4：由图24可知，将计算的行波波到时刻与实际测到的站端行波数据的波到时刻进行比对，在短时窗内计算所得的波到时刻之外出现了非折反射波头，匹配失败，判断为多重雷击。
上面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 (5)

1.一种基于多元数据融合的多重雷击识别方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
Step1、当输电线路遭受雷击时，采集雷击后一定时窗内的站端电流和电压行波数据与正常稳态电流和电压行波数据，分别计算电流故障分量和电压故障分量及对应的故障功率；
Step2、当输电线路遭受雷击时，基于行波折反射原理，即行波在波阻抗不连续处会发生折射和反射，整理分析雷电定位系统给出的雷击位置信息确定每种情况下计算波到时刻的计算式；
Step3、初步确定故障功率的波头到达量测端的时差顺序，根据计算波到时刻的计算式计算得到量测端的波到时刻；
Step4、将计算的行波波到时刻与实际测到的站端行波数据的波到时刻进行比对；若匹配成功，则为单次雷击；若匹配失败，则为多重雷击；
所述Step2中，分析整理得出的雷击位置信息如下：
(1)雷击后故障时，对于母线出线类型为Ⅰ类母线，雷击点位于半线长内；
(2)雷击后未故障时，对于母线出线类型为Ⅰ类母线，雷击点位于半线长内；
(3)雷击后故障时，对于母线出线类型为Ⅰ类母线，雷击点位于半线长外；
(4)雷击后未故障时，对于母线出线类型为Ⅰ类母线，雷击点位于半线长外；
(5)雷击后故障时，对于母线出线类型为Ⅱ类母线，雷击点位于半线长内；
(6)雷击后未故障时，对于母线出线类型为Ⅱ类母线，雷击点位于半线长内；
(7)雷击后故障时，对于母线出线类型为Ⅱ类母线，雷击点位于半线长外；
(8)雷击后未故障时，对于母线出线类型为Ⅱ类母线，雷击点位于半线长外；
(9)雷击后故障时，对于母线出线类型为Ⅲ类母线，雷击点位于半线长内；
(10)雷击后未故障时，对于母线出线类型为Ⅲ类母线，雷击点位于半线长内；
(11)雷击后故障时，对于母线出线类型为Ⅲ类母线，雷击点位于半线长外；
(12)雷击后未故障时，对于母线出线类型为Ⅲ类母线，雷击点位于半线长外；
所述Step3中，假设M、N分别为输电线路两端母线，N’为母线N的出线中距离母线N最近的母线，f为雷电流注入点，即故障点，站端行波数据量测点定为母线M处，波到时刻的计算式如下所示：
（1）雷击后故障、雷击点位于半线长内、母线出线类型为Ⅰ类母线时选用第1计算式：
Figure QLYQS_1
；
（2）雷击后未故障、雷击点位于半线长内、母线出现类型为Ⅰ类母线时选用第2计算式：
Figure QLYQS_2
；
（3）雷击后故障、雷击点位于半线长外、母线出现类型为Ⅰ类母线时选用第3计算式：
Figure QLYQS_3
；
（4）雷击后未故障、雷击点位于半线长外、母线出现类型为Ⅰ类母线时选用第4计算式：
Figure QLYQS_4
；
（5）雷击后故障、雷击点位于半线长内、母线出现类型为Ⅱ类母线时选用第5计算式：
Figure QLYQS_5
；
（6）雷击后未故障、雷击点位于半线长内、母线出现类型为Ⅱ类母线时选用第6计算式：
Figure QLYQS_6
；
（7）雷击后故障、雷击点位于半线长外、母线出现类型为Ⅱ类母线时选用第7计算式：
Figure QLYQS_7
；
（8）雷击后未故障、雷击点位于半线长外、母线出现类型为Ⅱ类母线时选用第8计算式：
Figure QLYQS_8
；
（9）雷击后故障、雷击点位于半线长内、母线出现类型为Ⅲ类母线时选用第9计算式：
Figure QLYQS_9
；
（10）雷击后未故障、雷击点位于半线长内、母线出现类型为Ⅲ类母线时选用第10计算式：
Figure QLYQS_10
；
（11）雷击后故障、雷击点位于半线长外、母线出现类型为Ⅲ类母线时选用第11计算式：
Figure QLYQS_11
；
（12）雷击后未故障、雷击点位于半线长外、母线出现类型为Ⅲ类母线时选用第12计算式：
Figure QLYQS_12
；
其中，
Figure QLYQS_13
；
Figure QLYQS_15
为雷击时间，
Figure QLYQS_17
为行波数据从故障点反射的时间，
Figure QLYQS_20
为行波数据直接从N母线反射的时间，
Figure QLYQS_16
为行波数据经M母线后从N母线反射的时间，
Figure QLYQS_18
为行波数据直接从N’母线反射的时间，
Figure QLYQS_21
为行波数据经M母线后从N’母线反射的时间，
Figure QLYQS_22
为M母线与故障点f之间的距离，
Figure QLYQS_14
为故障点f与N母线之间的距离，
Figure QLYQS_19
为N母线与N’母线之间的距离，V为电磁波能量在导体中在传播的速度；
所述Step4中，在计算预测一定时窗内在量测点的功率行波波到时刻时，预先假设输电线路所受雷击为单次雷击，所以所预测的波到时刻对应的也是单次雷击，若在短时窗内计算所得的波到时刻之外没有出现非折反射波头，则匹配成功，判断为单次雷击；若在短时窗内计算所得的波到时刻之外有出现非折反射波头，则匹配失败，判断为多重雷击。
2.根据权利要求1所述的基于多元数据融合的多重雷击识别方法，其特征在于：所述Step1中，计算电流故障分量和电压故障分量的计算式如下所示：
Figure QLYQS_23
（1）
Figure QLYQS_24
（2）
式（1）中，
Figure QLYQS_25
为电压故障分量，
Figure QLYQS_26
为雷击后电压行波数据，
Figure QLYQS_27
为正常稳态时电压行波数据；
式（2）中，
Figure QLYQS_28
为电流故障分量，
Figure QLYQS_29
为雷击后电流行波数据，
Figure QLYQS_30
为正常稳态时电流型行波数据；
根据上述所得的电气量故障分量计算出对应的故障功率；
Figure QLYQS_31
（3）
式（3）中，
Figure QLYQS_32
为电压和电流所对应的瞬时故障功率，
Figure QLYQS_33
为电压故障分量，
Figure QLYQS_34
为电流故障分量。
3.用于实现权利要求1中所述方法的一种基于多元数据融合的多重雷击识别系统，其特征在于：包括如下模块：
数据采集模块，用于采集雷击后线路站端的行波数据以及雷电定位系统给出的雷击点位置信息；
数据处理模块，把所采集的电气信号整理、分类，确定计算式；
数据计算模块，根据整理的信息，按照各自的计算式来计算波到时刻；
对比匹配模块，将上述计算出的行波波到时刻与实际测到的站端行波数据的波到时刻进行比对，并判据识别多重雷击。
4.根据权利要求3所述的基于多元数据融合的多重雷击识别系统，其特征在于：所述数据采集模块，采集的是站端测量仪器所记录的电流和电压行波数据；采样频率设置为100kHz及以上，除此之外，还需要利用雷电定位系统来采集雷击点在输电线路中的位置。
5.根据权利要求3所述的基于多元数据融合的多重雷击识别系统，其特征在于：所述数据处理模块具体包括：
行波计算式选择单元，用于对雷电定位系统给出的雷击点位置判断母线的出线类型、雷击位置是否处于半线长内以及雷击后线路是否故障组合成的12种情况，根据具体情况来选择波到时刻的计算式；
故障分量计算单元，基于站端测量仪器所记录的雷击时的电流和电压行波数据与正常稳态电流和电压行波数据，分别计算电流故障分量和电压故障分量；
Figure QLYQS_35
（1）
Figure QLYQS_36
（2）
式（1）中，
Figure QLYQS_37
为电压故障分量，
Figure QLYQS_38
为雷击后电压行波数据，
Figure QLYQS_39
为正常稳态时电压行波数据；
式（2）中，
Figure QLYQS_40
为电流故障分量，
Figure QLYQS_41
为雷击后电流行波数据，
Figure QLYQS_42
为正常稳态时电流行波数据；
根据上述所得的电气量故障分量计算出对应的故障功率；
Figure QLYQS_43
（3）
式（3）中，
Figure QLYQS_44
为电压和电流所对应的瞬时故障功率，
Figure QLYQS_45
为电压故障分量，
Figure QLYQS_46
为电流故障分量。
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