基于pso改進(jìn)的原子分解法的雷擊干擾與故障識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雷擊干擾與雷擊故障識(shí)別方法，尤其是涉及一種基于PSO改進(jìn)的原子分解法的雷擊干擾與故障識(shí)別方法。本發(fā)明利用原子分解法對(duì)故障線路保護(hù)安裝處的電壓電流信號(hào)進(jìn)行頻率成分分析，提出基于零序電流穩(wěn)態(tài)工頻分量有無的雷擊干擾識(shí)別方法；提出基于電流線模分量原子分解能量比值與基于故障相電流電磁暫態(tài)特征的雙重故障類型識(shí)別判據(jù)，提高了故障識(shí)別的準(zhǔn)確率。本發(fā)明在過完備冗余原子庫的基礎(chǔ)上自適應(yīng)地尋找信號(hào)的最佳匹配原子及其參數(shù)，從而使信號(hào)的自適應(yīng)表達(dá)簡(jiǎn)潔，分解結(jié)果稀疏，極大地提高了信息密度和使用的靈活性、降低了處理成本。
【專利說明】基于PSO改進(jìn)的原子分解法的雷擊干擾與故障識(shí)別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種雷擊干擾與雷擊故障識(shí)別方法，尤其是涉及一種利用基于PS0改 進(jìn)的原子分解法進(jìn)行雷擊干擾與雷擊故障識(shí)別方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 輸電線路防雷對(duì)于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。根據(jù)理論分析和實(shí)際 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，人們總結(jié)出各種綜合防雷措施，如提高線路絕緣水平、減小桿塔接地電阻、架設(shè) 避雷線、采用負(fù)保護(hù)角等。雖然通過這些措施線路的防雷特性獲得了整體性的提升，但由于 人們不能準(zhǔn)確的判定雷擊事故的原因，采取防雷措施時(shí)盲目、被動(dòng)，電力系統(tǒng)防雷形勢(shì)依然 嚴(yán)峻。
[0003] 在繼電保護(hù)方面，依靠高頻暫態(tài)量的暫態(tài)保護(hù)快速發(fā)展。電力系統(tǒng)暫態(tài)信號(hào)的檢 測(cè)與識(shí)別是暫態(tài)保護(hù)的前提，而不相關(guān)的高頻信號(hào)的侵入會(huì)對(duì)保護(hù)產(chǎn)生干擾。當(dāng)雷擊線路 未發(fā)生故障時(shí)，雷擊線路產(chǎn)生的暫態(tài)行波含有大量的高頻成分，而且在線路波阻抗不連續(xù) 點(diǎn)發(fā)生折反射后還會(huì)疊加更多的高頻分量，此高頻分量會(huì)對(duì)高頻暫態(tài)保護(hù)產(chǎn)生干擾。因此 正確的識(shí)別雷擊干擾與故障是暫態(tài)保護(hù)正確動(dòng)作的基本前提。
[0004] 隨著在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和暫態(tài)信號(hào)分析方法的不斷發(fā)展，輸電線路雷擊干擾與故障的 識(shí)別問題得到越來越多的學(xué)者關(guān)注，研究成果豐富。綜合來看，學(xué)者們利用傅里葉變換、頻 譜分析、小波變換、多尺度形態(tài)分解法等暫態(tài)信號(hào)分析方法，提取暫態(tài)信號(hào)頻譜、波形、能量 等特征信息來區(qū)分雷擊干擾與故障性雷擊以及普通短路故障。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問題；提供了一種的在過完備冗余原子 庫中尋找最佳匹配原子參數(shù)，從而使信號(hào)自適應(yīng)表達(dá)變得簡(jiǎn)潔并使分解結(jié)果變得稀疏，具 備高信息密度、高使用靈活性和低處理成本特點(diǎn)的一種基于PS0改進(jìn)的原子分解法的雷擊 干擾與故障識(shí)別方法。
[0006] 本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：
[0007] -種基于PS0改進(jìn)的原子分解法的雷擊干擾與故障識(shí)別方法，其特征在于，包括：
[0008] -個(gè)采集信號(hào)并建庫的步驟：即當(dāng)系統(tǒng)零序電壓大于整定電壓Usrt時(shí)，采集故障 前后的系統(tǒng)三相電流和電壓信號(hào)，并建立數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)這些信號(hào)；
[0009] -個(gè)判斷故障類型的步驟：根據(jù)數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的故障前后的系統(tǒng)三相電流和電壓 信號(hào)，分析故障信號(hào)進(jìn)行雷擊干擾識(shí)別，以判斷是雷擊干擾還是接地短路故障，具體包括以 下子步驟：
[0010] 步驟A1、對(duì)零序電流進(jìn)行預(yù)處理，將線路故障零序電流減去在故障或干擾發(fā)生前 1個(gè)工頻周期的波形，即i at(t) = iJO-iJt-T)，其中，T為工頻周期，L為線路故障后零 序電流，iat為經(jīng)預(yù)處理的零序電流，即零序電流暫態(tài)分量；
[0011] 步驟A2、用基于PS0改進(jìn)的原子分解法處理經(jīng)預(yù)處理的故障零序電流，進(jìn)行迭代 直到達(dá)到設(shè)定的迭代次數(shù)后停止；殘余信號(hào)初值為iat，分解迭代次數(shù)大于等于10次；
[0012] 步驟A3、對(duì)經(jīng)原子分解而來的重構(gòu)信號(hào)進(jìn)行頻率分析，如果預(yù)處理后的零序電流 不存在50± λ iHz區(qū)間內(nèi)的頻率成分（其中λ i為閾值），則判定為雷擊干擾，否則判定為 接地故障；
[0013] 一個(gè)根據(jù)故障類型進(jìn)行處理的步驟：若判定為雷擊干擾，則將繼電保護(hù)閉鎖；若 判定為接地短路故障，則進(jìn)行故障選相，為雷擊故障識(shí)別第二重判據(jù)的實(shí)現(xiàn)提供依據(jù)，具體 包括以下子步驟：
[0014] 步驟B1、取故障后一個(gè)工頻周期的三相電流，計(jì)算相間電流差值，運(yùn)用基于PS0改 進(jìn)的原子分解法對(duì)其進(jìn)行頻率成分分析；
[0015] 步驟B2、分別提取表征穩(wěn)態(tài)工頻分量即50± λ2Ηζ(其中λ2為閾值）區(qū)間內(nèi)的頻 率成分的最佳匹配原子的頻率、匹配度等特征量信息，并將這些特征量信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫 中；
[0016] 步驟Β3、根據(jù)構(gòu)造的選相判據(jù)進(jìn)行故障選相；選相方案為：如果三個(gè)匹配度因子 gAB、gBC、gCA中某一個(gè)明顯小于另外兩個(gè)，則該匹配度因子對(duì)應(yīng)的兩相為健全相，另一相為故 障相；其中，

【權(quán)利要求】
1. 一種基于PSO改進(jìn)的原子分解法的雷擊干擾與故障識(shí)別方法，其特征在于，包括： 一個(gè)采集信號(hào)并建庫的步驟：即當(dāng)系統(tǒng)零序電壓大于整定電壓Usrt時(shí)，采集故障前后 的系統(tǒng)三相電流和電壓信號(hào)，并建立數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)這些信號(hào)； 一個(gè)判斷故障類型的步驟：根據(jù)數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的故障前后的系統(tǒng)三相電流和電壓信 號(hào)，分析故障信號(hào)進(jìn)行雷擊干擾識(shí)別，以判斷是雷擊干擾還是接地短路故障，具體包括以下 子步驟： 步驟A1、對(duì)零序電流進(jìn)行預(yù)處理，將線路故障零序電流減去在故障或干擾發(fā)生前1個(gè) 工頻周期的波形，即iat(t) zicXO-iJt-T)，其中，T為工頻周期，L為線路故障后零序電 流，iat為經(jīng)預(yù)處理的零序電流，即零序電流暫態(tài)分量； 步驟A2、用基于PS0改進(jìn)的原子分解法處理經(jīng)預(yù)處理的故障零序電流，進(jìn)行迭代直到 達(dá)到設(shè)定的迭代次數(shù)后停止；殘余信號(hào)初值為iat，分解迭代次數(shù)大于等于10次； 步驟A3、對(duì)經(jīng)原子分解而來的重構(gòu)信號(hào)進(jìn)行頻率分析，如果預(yù)處理后的零序電流不存 在50± λ iHz區(qū)間內(nèi)的頻率成分（其中λ i為閾值），則判定為雷擊干擾，否則判定為接地 故障； 一個(gè)根據(jù)故障類型進(jìn)行處理的步驟：若判定為雷擊干擾，則將繼電保護(hù)閉鎖；若判定 為接地短路故障，則進(jìn)行故障選相，為雷擊故障識(shí)別第二重判據(jù)的實(shí)現(xiàn)提供依據(jù)，具體包括 以下子步驟： 步驟B1、取故障后一個(gè)工頻周期的三相電流，計(jì)算相間電流差值，運(yùn)用基于PS0改進(jìn)的 原子分解法對(duì)其進(jìn)行頻率成分分析； 步驟B2、分別提取表征穩(wěn)態(tài)工頻分量即50±λ2Ηζ(其中λ2為閾值）區(qū)間內(nèi)的頻率成 分的最佳匹配原子的頻率、匹配度等特征量信息，并將這些特征量信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中； 步驟Β3、根據(jù)構(gòu)造的選相判據(jù)進(jìn)行故障選相；選相方案為：如果三個(gè)匹配度因子g AB、 gBC、gCA中某一個(gè)明顯小于另外兩個(gè)，則該匹配度因子對(duì)應(yīng)的兩相為健全相，另一相為故障 相；其中，
式中，G^3、Gf、Gg分別為經(jīng)原子分解的相間電流差值的最佳匹配原子匹配度； 一個(gè)針對(duì)判斷出的雷擊故障進(jìn)行第二重判斷類型的步驟：分析故障信號(hào)進(jìn)行雷擊故障 識(shí)別，以判斷故障是一般短路故障、繞擊故障還是反擊故障，具體是通過原子分解能量比值 與故障相電流行波電磁暫態(tài)特征雙重平行判據(jù)進(jìn)行判斷，即兩個(gè)判斷結(jié)果一致，則判斷結(jié) 果成立，若不一致，則判斷結(jié)果不成立，其中， 判斷步驟1、所述運(yùn)用原子分解能量比值判據(jù)進(jìn)行雷擊故障識(shí)別具體操作步驟如下： 步驟C1、運(yùn)用K變換三相電流進(jìn)行相模變換：
選取模分量ii = ia+2ib_3i。作為基本信號(hào)并基于原子分解法進(jìn)行分析，以消除線路間 的耦合作用； 步驟C2、對(duì)線模電流進(jìn)行濾波處理，在信號(hào)分析中加入沖激響應(yīng)濾波器（FIR)，濾除頻 率低于300Hz的成分后再進(jìn)行基于PSO改進(jìn)的原子分解； 步驟C3、計(jì)算相對(duì)高頻分量的能量^和電流總能量E，從而求出相對(duì)高頻分量的能量 所占電流總能量的比值；
步驟C4、將求出的能量比值與設(shè)定閥值比較進(jìn)行故障識(shí)別，若b < &，則判定為一般短 路故障，若b > k2，判定為反擊短路故障，否則判定為繞擊短路故障； 判斷步驟2、所述的運(yùn)用故障相電流行波電磁暫態(tài)特征判據(jù)進(jìn)行雷擊故障識(shí)別具體操 作步驟如下： 步驟D1、對(duì)根據(jù)故障類型進(jìn)行處理的步驟中判定而來的故障相電流進(jìn)行基于PSO改進(jìn) 的子分解，提取表征電流行波暫態(tài)特征的最佳匹配原子的頻率、匹配度等特征量信息，并將 這些特征量信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中； 步驟D2、故障識(shí)別，計(jì)算以下參數(shù)：
式中，為除頻率低于1000Hz的原子后匹配度最大原子的頻率，為其開始時(shí)間，t12 為其終止時(shí)間，fmax為其余最佳匹配原子中頻率最大的原子頻率，txl為其開始時(shí)間，t x2為其 終止時(shí)間； 步驟D3、進(jìn)行判定：若= t12-tn > tsrtl，則判定為一般短路故障，否則判定為雷擊故 障；判定為雷擊故障后，若在用原子分解法分解得到的最佳匹配原子中存在原子X，滿足τ2 =tx2-tn < tset2，且nmax > nset，則判斷發(fā)生了反擊故障，否則判斷為繞擊故障。
【文檔編號(hào)】G01R31/02GK104101817SQ201410369385
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】龔慶武, 占勁松, 紀(jì)磊 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)