本发明专利技术提供一种利用瞬时功率曲线进行PCA聚类分析的同塔双回线故障选相方法，属于电力系统继电保护技术领域。利用数字电磁暂态仿真获得的各类故障下、各相瞬时功率曲线建立对应的PCA聚类空间，在同塔双回输电线路每一相线路上均安装PCA聚类分析元件，即PCAIA、PCAIB、PCAIC、PCAIIA、PCAIIB和PCAIIC。当同塔双回输电线路发生故障时，对各相继电器获得的瞬时功率进行主成分分析，根据各相PCA聚类分析元件的判断结果选出故障相。本发明专利技术无论是对单回线故障还是跨线故障均可以准确判断出故障相。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用瞬时功率曲线进行PCA聚类分析的同塔双回线故障选相方 法，属于电力系统继电保护
技术介绍
近年来，随着全球经济的快速发展，电能的需求也在进一步增加，然而由于土地资 源紧张，导致输电线路走廊的建设成本越来越高。因此在满足可靠性要求的前提下，我国提 出了同塔双回甚至多回的架设方式，其中以同塔双回最为普遍，这种架设方式不仅提高了 单位输电走廊宽度下的输电能力，而且节约土地资源，降低电力建设投资成本。 虽然同塔双回输电线路的架设大大缓解了电力系统输电走廊日益紧张的局势，但 也进一步增加输电线路故障的复杂性。在传统故障的基础上又新增了回间等多种故障，使 得输电线路中继电保护和行波测距的难度增大。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提出一种利用瞬时功率曲线进行PCA聚类分析的同 塔双回线故障选相方法，使其不仅适用于单回线故障，对于跨线故障同样适用，以达到选出 故障相的目的。 本专利技术的技术方案是：一种利用瞬时功率曲线进行PCA聚类分析的同塔双回线故 障选相方法，利用数字电磁暂态仿真获得的各类型故障下各相瞬时功率曲线数据，建立对 应的PCA聚类空间，在同塔双回输电线路每一相线路上均安装PCA聚类分析元件，即PCAia、 PCAib、PCArc、PCAiia、PCAiib和PCAIK;当双回输电线路发生故障时，对各相瞬时功率进行主成 分分析，根据各相PCA聚类分析元件的判断结果选出故障相。 具体步骤为： (1)样本数据的获取：继电器安装在输电线路的始端，利用仿真数据形成历史样 本：沿I回线路等间距分别设置6种含A相故障：A相接地故障、AB相间故障、ABG两相接地 故障、AC相间故障、ACG两相接地故障以及ABCG三相接地故障；设置四种不含A相的故障： B相接地故障、C相接地故障、BC相间故障、BCG两相间接地故障；沿II回线路等间距设置6 种含A相故障：A相接地故障、AB相间故障、ABG两相接地故障、AC相间故障、ACG两相接地 故障以及ABCG三相接地故障；设置四种不含A相的故障：B相接地故障、C相接地故障、BC 相间故障、BCG两相间接地故障； (2)样本主成分聚类分析空间的构建：将上述20种故障类型下量测端获得的瞬时 功率曲线簇进行预处理：截取每条样本故障前5ys时窗的数据和故障后35ys时窗的数据 进行主成分聚类分析，构建由第一主成分（PQ)和第二主成分（PC2)为轴形成的主成分聚类 空间； (3)主成分聚类空间中故障类型的划分和最小包围圆的确定：根据样本数据在主 成分聚类空间的分布可划分为三类：一类为含IA相故障，二是既不包含IA相故障又不包含IIA相故障，三是含IIA相故障；依次命名为Circle(i= 1，2, 3)，求取各类故障在主成分 聚类空间上分布点集的最小包围圆圆心〇i(i= 1，2,3)和半径Rji= 1，2,3); (4)实际故障数据的主成分聚类分析和整定距离的计算：当双回输电线路发生故 障时，将量测端获得的瞬时功率投影到第二步构建的主成分聚类空间，并分别计算故障数 据分布点与〇i(i= 1，2,3)之间的欧氏距离Dji= 1，2,3)，考虑裕度，各个欧氏距离对应 的整定距离屯（i= 1，2, 3)计算如式（1)~（3);式中，Vk2、k3为可靠系数，这里取1^= 1. 25,k2= 2. 75,k3= 2. 25; (5)根据欧氏距离的大小即可判断I回A相是否为故障相，具体的判据如式⑷~ (5)所示：若dmin=d^ 则IA相故障 （4)若dmin=d2或dmin=d3,则IA相未故障 （5) 式中，cU表示di、4和d3中的最小值； (6)同理，按照第一、二、三步分别构造PCAIB、PCAIC、PCAiia、PCAIIB和PCAIIC聚类分 析元件；按照第四、五步分别判断IB、IC、IIA、IIB、IIC相是否发生故障，综合各相的判定 结果选出双回线的故障相。 本专利技术中采样率为1MHz，数据预处理时，时窗为故障前5yS和故障后35yS。 本专利技术的原理是： 1.各相PCA聚类分析元件的形成 仿真系统如图1所示，以PCAia为例进行说明，采样率为1MHz，沿I回线路每隔5km 分别设置6种含A相金属型接地故障：A相接地故障、AB相间故障、ABG两相接地故障、AC 相间故障、ACG两相接地故障以及ABCG三相接地故障；设置4种不含A相的故障：B相接地 故障、C相接地故障、BC相间故障、BCG两相接地故障；沿II回线路每隔5km设置6种含A 相故障：A相金属性接地故障、AB相间故障、ABG两相接地故障、AC相间故障、ACG两相接地 故障以及ABCG三相接地故障；设置4种不含A相的故障：B相接地故障、C相接地故障、BC 相间故障、BCG两相接地故障。在上述故障情况下，获取量测端IA相Ap曲线簇，如图2所 示，截取故障前5个采样值及故障后35个采样值进行PCA聚类分析，结果如图3所示。 由图2和图3可以看出，上述20种故障可以分为三类：一是含有IA相故障，二 是含有IIA相故障，三是既不包含IA相也不包含IIA相故障，这三类故障在PCA聚类空间 上的分布不同。求取含有IA相故障数据在PCA聚类空间上分布点集的最小包围圆，记为 Circlei，圆心坐标〇i= (-2143. 73, 17. 29)，半径R1384. 97 ;求取既不包含IA相也不包 含IIA相的故障数据在PCA聚类空间上分布点集的最小包围圆，记为Circle2，圆心坐标02 =(-13. 79,4. 55)，半径R2= 17. 50 ;求取有IIA相故障数据在PCA聚类空间上分布点集的 最小包围圆，记为Circle3，圆心坐标03= (590 . 92,4. 77)，半径R3= 258. 31。 2.各相线路故障与否的判断 仍以PCAia为例进行说明，利用欧氏距离，分别计算IA相故障Ap测试数据在PCA 聚类空间上分布点与Op〇2和0 3之间的距离，分别记为Di、02和D3，令 式中，ki、k2、k3为可靠系数，这里取1^= 1. 25,k2= 2. 75,k3= 2. 25。 根据c^ddPd3的大小即可判断出IA相是否故障： 若dmin=d^ 则IA相故障 （4) 若dmin=d2或dmin=d3,则IA相未故障 （5) 式中，cU表示d^ (12和d3中的最小值。 3.按照同样的方法，为四、1(：、1从、118和11(：相线路分别配置？0、、？0'、？0八 114、 PCAIIB和PCAIrc，藉此，根据各相线路的判别结果应用简单组合逻辑进行故障选相。 本专利技术的有益效果是： (1)本专利技术无论是对单回线故障还是跨线故障均可以准确判断出故障相。 (2)本专利技术所需数据时短，故障发生后可迅速做出判断。【附图说明】 图1为双回输电线路系统图，图中，GpG2为两侧系统的发电机，I\、T2为两侧的变 压器，P、M、N、Q为系统的母线，CE为母线对地的杂散电容，R#PRn分别为I回和II回线路 的继电器，PM段长200km，MN段长140km，NQ段长260km; 图2为IA相量测端获得的短时窗内瞬时功率曲线图； 图3为IA相量测端获得的短时窗内瞬时功率样本数据在PCA聚类空间上的分布本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用瞬时功率曲线进行PCA聚类分析的同塔双回线故障选相方法，其特征在于：利用数字电磁暂态仿真获得的各类型故障下各相瞬时功率曲线数据，建立对应的PCA聚类空间，在同塔双回输电线路每一相线路上均安装PCA聚类分析元件，即PCAIA、PCAIB、PCAIC、PCAIIA、PCAIIB和PCAIIC；当双回输电线路发生故障时，对各相瞬时功率进行主成分分析，根据各相PCA聚类分析元件的判断结果选出故障相。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：束洪春，田开庆，高利，苏玉格，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53
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