基于多元故障电流时域特征的海底直流供电系统故障定位方法技术方案

本发明专利技术提供的基于多元故障电流时域特征的海底直流供电系统故障定位方法，先由保护装置实时采集电流信号，判断分支单元处是否过流，当存在过流，则标记当前为故障时刻，各保护装置获取故障后5ms内的电流数据；接着获取各分支单元处的故障电流斜率初始值、曲率初始值、初峰值时刻、初峰值大小；然后将故障电流斜率初始值、曲率初始值、初峰值时刻、初峰值大小输入预先训练好的支持向量机回归算法中，分别得到故障点到各分支单元处的距离y

【技术实现步骤摘要】
基于多元故障电流时域特征的海底直流供电系统故障定位方法


[0001]本专利技术涉及电力系统继电保护
，尤其指一种基于多元故障电流时域特征的海底直流供电系统故障定位方法。

技术介绍

[0002]海底观测网供电系统是海底观测网的运行基础，是观测设备的电能来源。海底观测网供电系统主要由海底光电复合缆连接而成的网格形、环形供电网络，多采用单极恒压直流供电方式。海底观测网供电系统的正常运行与否，直接关系到海底观测网设备的运转、信息的采集与传输。然而，由于海底观测网独特的地理位置，海缆的运行环境十分恶劣，并且还会地壳运动、海洋微生物等腐蚀以及船舶抛锚、资源开发等人类活动的影响，因此海缆的故障率居高不下。除此之外，海底观测网直流供电系统故障电流上升速度快，且故障冲击电流巨大，对用电设备的安全产生重大威胁。因此准确定位故障并配合相应的保护是海底观测网供电系统的安全可靠运行的保障。
[0003]整个海底观测网的电能和信息的传输都依靠海底光电复合缆，然而故障时海底光电复合缆的通信可能会受到一定影响，为了提高故障定位准确率，需要一种传输信息量少且对传输信息的同步性要求不高的故障定位方法。目前陆地上的柔性直流输电系统故障测距主要分为行波式测距和参数识别式测距。其中行波式测距高度依赖波头识别和波速估计，对通信的同步性要求很高，不适用于海底观测网的故障测距。对于参数识别方法，由于海底观测网直流供电系统在故障拓扑上与陆地直流输电系统有较大差别，并且海底观测网的分支单元大小有限，陆地上常用的RL模型定位法也并不适用，因此需要提出适用于海底观测网供电系统的测距方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于多元故障电流时域特征的海底直流供电系统故障定位方法，在该方法下，海底观测网直流供电接地发生单极接地故障时，被保护线路单侧保护装置能快速准确地判别故障线路和故障距离，该方法不仅传输信息量少，且对传输信息的同步性要求不高。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方法：一种基于多元故障电流时域特征的海底直流供电系统故障定位方法，包括：
[0006]步骤S1，海底观测网直流供电系统各分支单元处的保护装置实时采集电流信号，判断当前位置是否过流，当存在过流，则标记当前时刻为故障时刻，各保护装置获取故障后5ms内的电流数据，进入步骤S2；
[0007]步骤S2，从各保护装置获取的故障后5ms内的电流数据中分别提取各分支单元处的故障电流斜率初始值、曲率初始值、初峰值时刻、初峰值大小；
[0008]步骤S3，将得到的故障电流斜率初始值、曲率初始值、初峰值时刻、初峰值大小输
入预先训练好的支持向量机回归算法中，分别得到故障点到各分支单元处的距离y
n
，n为分支单元的序号，确定故障位置，将故障位置发送给岸基站，完成此次单极接地故障定位；
[0009]步骤S4，将本次工况下的故障电流数据和故障位置记录下来，加入支持向量机回归算法的训练集。
[0010]进一步地，步骤S1中，判断各分支单元处是否过流的判据为：
[0011]Δi
dc
＞0.3I
N
(1)
[0012]式中，Δi
dc
为电流突变量，由采样的电流数据与稳态直流电流的差值而得，I
N
为额定电流。
[0013]更进一步地，步骤S3中，所述支持向量机回归算法的训练过程如下：
[0014]S31，给定电流数据的训练集为{(X1,y1)、(X2,y2)
…
(Xt,y
t
)}，其中t为样本数量；X∈RN为输入值，即故障电流特征，N＝4为输入值维数；y∈R为对应的输出值，即故障点到各分支单元处的故障距离；通过非线性函数Φ(X)将训练集数据映射到高位线性空间，得到样本回归函数，如下式(2)：
[0015]{f(X)＝w
T
Φ(X)+b|w∈R
N
}(2)
[0016]式中，w为权值向量，b为常数；
[0017]S32，引入不灵敏损失函数，如下式(3)：
[0018][0019]S33，回归问题等价于约束最优化问题，如下式(4)：
[0020][0021]式中，ζ
i
,ζ
i*
为使最优化问题存在解的松弛因子，i为训练集中样本的序号，i＝1,2,
…
t，ε为不敏感损失函数，C为惩罚系数；
[0022]S34，利用拉格朗日函数和对偶原理将式(4)转化为对偶形式，如下式(5)：
[0023][0024]式中，α
i
、α
i*
为拉格朗日系数，i为训练集中样本的序号；X
i
、X
j
分别为训练集中第i、j个样本的输入值，i＝1,2,
…
t，j＝1,2,
…
t，且i≠j；l为拉格朗日乘子；C为惩罚系数；
[0025]S35，由式(5)求拉格朗日系数α的值，并利用KKT条件求偏差b的值，训练得到回归函数的表达式为：
[0026][0027]其中核函数K(X
i
,X
j
)＝Φ
T
(X)Φ(X
I
)的选择满足Merce条件，从如下核函数中选择：
[0028][0029]再进一步地，步骤S3中，将步骤S2得到的故障电流斜率初始值、曲率初始值、初峰值时刻、初峰值大小代入通过训练集训练好的回归函数(6)中，分别得到故障点到各分支单元处的距离y
n
；如果n号分支单元处的保护装置采集的故障电流是从该分支单元处流向系统末端，则故障点在该分支单元下游，此时若y
n
小于该分支单元下游线路的长度，则确定故障发生在距离该下游线路首端y
n
远的位置上，否则为故障未发生在该下游线路上；如果n号分支单元处的保护装置采集的故障电流是从该分支单元处流向系统首端，则故障点在该分支单元上游，此时若y
n
小于该分支单元上游线路的长度，则确定故障发生在距离该上游线路首端y
n
远的位置上，否则为故障未发生在该上游线路上；将确定好的故障位置发送给岸基站，完成此次单极接地故障定位。
[0030]本专利技术提供的基于多元故障电流时域特征的海底直流供电系统故障定位方法，可确保海底观测网直流供电接地发生单极接地故障时，被保护线路单侧保护装置能够快速准确地实现故障线路和故障距离的判别。具体而言，海底观测网直流供电接地发生单极接地故障后，MMC子模块电容和LLC输入侧电容迅速放电产生故障电流馈入故障点，而故障电流波形的初始斜率、曲率和故障电流首峰值大小和峰值时刻受到故障距离和故障电阻的共同影响，本专利技术通过分析故障距离和故障电阻对故障特征的不同影响，并使用支持向量机回归算法构建了多元故障电流时域特征与故障位置之间的映射，消除故障本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于多元故障电流时域特征的海底直流供电系统故障定位方法，其特征在于，包括：步骤S1，海底观测网直流供电系统各分支单元处的保护装置实时采集电流信号，判断当前位置是否过流，当存在过流，则标记当前时刻为故障时刻，各保护装置获取故障后5ms内的电流数据，进入步骤S2；步骤S2，从各保护装置获取的故障后5ms内的电流数据中分别提取各分支单元处的故障电流斜率初始值、曲率初始值、初峰值时刻、初峰值大小；步骤S3，将得到的故障电流斜率初始值、曲率初始值、初峰值时刻、初峰值大小输入预先训练好的支持向量机回归算法中，分别得到故障点到各分支单元处的距离y
n
，n为分支单元的序号，确定故障位置，将故障位置发送给岸基站，完成此次单极接地故障定位。2.根据权利要求1所述的基于多元故障电流时域特征的海底直流供电系统故障定位方法，其特征在于：步骤S1中，判断各分支单元处是否过流的判据为：Δi
dc
＞0.3I
N
(1)式中，Δi
dc
为电流突变量，由采样的电流数据与稳态直流电流的差值而得，I
N
为额定电流。3.根据权利要求2所述的基于多元故障电流时域特征的海底直流供电系统故障定位方法，其特征在于：步骤S3中，所述支持向量机回归算法的训练过程如下：S31，给定电流数据的训练集为{(X1,y1)、(X2,y2)
…
(Xt,y
t
)}，其中t为样本数量；X∈R
N
为输入值，即故障电流特征，N＝4为输入值维数；y∈R为对应的输出值，即故障点到各分支单元处的故障距离；通过非线性函数Φ(X)将训练集数据映射到高位线性空间，得到样本回归函数，如下式(2)：式中，w为权值向量，b为常数；S32，引入不灵敏损失函数，如下式(3)：S33，回归问题等价于约束最优化问题，如下式(4)：式中，ζ
i
,ζ
i*
为使最优化问题存在解的松弛因子，i为训练集中样本的序号，i＝1,2,
…
t，ε为不敏感损失函...

【专利技术属性】
技术研发人员：帅智康，吴礼娉，何梨梨，王伟，周韬，李杨，陈浩杰，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：