基于动态时间规整的输电线路单相短路接地故障识别.pdf

辽宁科技学院学报 第 卷文章编号:():./.基于动态时间规整的输电线路单相短路接地故障识别谢奕尘杨 斌李振璧陈夫进(.亳州学院 电子与信息工程系安徽 亳州.国网山东省电力公司微山县供电公司山东 微山)摘要:针对目前电力系统输电线路故障信息分析的计算繁琐、计算工作量大及耗时长等实际情况应用动态时间规整算法()实现输电线路单相短路接地故障的识别 该方法只需计算规整路径距离()就能精确识别出故障相首先随机选取一条输电线路设置单相短路接地故障然后提取故障线路两端节点的各相电流作为故障信号计算两端节点各相电流的 距离基于各相电流的 距离识别输电线路故障并与变分模态分解与排列熵算法()进行对比选取 节点标准测试系统验证 实验结果表明所用 方法比传统方法更能快速识别出输电线路的故障所在相具有很高的工程价值关键词:故障识别单相短路动态时间规整输电线路中图分类号:文献标识码:引言电力系统的运行过程中输电线路时常会发生各种故障其中多数是短路故障且单相短路接地故障发生的概率最大 据统计 以上的线路单相短路接地故障率超过 如 、电压等级输电线路的接地故障中单相短路接地的比例分别超过、和 单相短路接地故障的发生严重影响电网的输电能力给国家造成巨大损失 因此快速、准确地识别输电线路单相短路接地故障对提高供电可靠性缩短电网故障恢复时间具有重要意义输电线路的整个单相短路接地故障期间电压或电流时常隐含一些故障信息可通过适当的故障信号分析方法对电压或电流进行分析进而识别故障 现有的电力系统故障信号处理的方法中主要有傅里叶变换()、经验模态分解()、小波变换()、变换()等 傅里叶变换是稳定故障信号分析中最常用的方法之一但傅里叶变换在分析非平稳信号时有一定的局限性 依赖故障信号本身虽然它具备一定的分解能力但在分解的过程中可能会导致模态混叠现象 的优点在于对分析信号可进行随意地放大平移并对其特征进行收稿日期:基金项目:安徽省教育厅高校自然科学重点研究项目“基于机器视觉的不透明瓶装白酒内可见异物检测的研究”()亳州学院自然科学研究一般项目“基于 总线控制的原酒自动摘酒系统研究”().作者简介:谢奕尘()男安徽砀山人硕士讲师.研究方向:智能检测与故障诊断.提取但小波变换后的系数矩阵数据量大不适用于故障线路的识别 变换虽然拥有很好的时 频特性但计算量大 由于输电线路发生故障后其电压和电流中含有大量的非基频暂态分量而故障信号随时刻、故障点以及系统工况的不同而不同 因此在分析输电线路故障信号时上述 种传统故障信号分析方法存在着计算复杂、计算量大、计算时间长而且会遗失故障信号的部分故障信息等缺点不能保证最优的识别结果 是一种应用较为广泛的时间序列度量方法能对不等长时间序列进行相似性度量并且对数据异常点具有鲁棒性 已被应用于股市时间序列相似性度量、探地雷达数据可视化、语音识别等场景 能够根据输电线路发生故障后电流波形的特点进行相似性比对可解决传统方法在分析输电线路故障信号突变性、随机性不全面的问题 应用在输电线路单相短路接地故障识别的工作原理:首先随机选取一条输电线路设置单相短路接地故障然后提取故障线路两端节点的各相电流作为故障信号计算两端节点各相电流的 距离基于各相电流的 距离识别输电线路故障 利用 和 对 节点标准测试系统进行仿真实验并验证了 比传统方法可以获得更高的识别率且极大地提高了识别速度 单相短路接地故障识别原理 世纪 年代 和 提出的动态时间规整()距离被引入到时间序列数据挖掘领域用于序列间的模式识别 运用动态规划原理通过缩短、扩展或转换一些局部特征来计算 个序列的相似度得出弯曲距离最小的路径让这个路径下的对应距离之和第 卷 第 期 年 月辽宁科技学院学报 .最小该距离就是 距离假设有两个长度分别为 和的时间序列和 即 算法可以调节、中元素的对应关系通过计算、相近时刻数据点的最小总距离比较、的相似度 如果 可以直接计算但是若 则需要用动态时间规整的方法将 和 对齐通过 找到 和 两序列最佳弯曲路径最佳弯曲路径如图 所示弯曲路径从()一直持续延伸到终止点()将弯曲路径定义为 把 和 的距离设为()()()这些弯曲路径里有一条路径使总的 距离最小即:()()()式()中:为弯曲路径的总条数图 最佳弯曲路径根据以上理论我们只需要计算出累积代价矩阵即:()()()()()()式()中:()()()()即为 计算时间序列 和 的最小距离值即:()()()基于 的输电线路单相短路接地故障识别是通过提取线路两端节点的各相电流作为故障信号形成序列 和 利用 方法找到最佳路径根据两序列相似度越低 距离越大的原理进行故障线路两端节点电流相似度的度量进而由节点电流相似度识别出输电线路故障 单相短路接地故障识别模型的建立及仿真分析基于 的输电线路单相短路接地故障识别方法是通过计算故障线路两端节点各相电流的 距离基于各相电流的 距离判断两端节点故障电流波形的相似度从而识别输电线路故障利用电力系统仿真软件 如图 所示以应用于电力系统性能测试的 节点标准测试系统为例进行仿真实验 具体过程如图 所示主要步骤如下:()在线路中设置故障点()采集故障线路两端的电流信息()分别求出 相、相、相的 距离()分析各相的 距离确定故障相图 节点标准测试系统图 故障识别的具体流程依据实际输电线路在 节点标准测试系统中随机选取一条线路设置故障点如选取 节点与 节点之间的线路设置故障点在该线路中设置 相单相接地使用 和 进行实验仿真分别获取、三相在 节点和 节点的故障电流如图 和图 所示图 相接地时节点 故障电流信息图 相接地时节点 故障电流信息利用 处理获取的、节点的电流信 辽宁科技学院学报 第 卷息分别求出 距离结果如表 所示表 节点、各相的 距离三相电路、节点 距离故障所在相故障识别时间(单位:秒)相.相.相.相.为进一步说明 方法在识别输电线路故障的优越性分别又在不同线路设置了不同单相接地故障如在节点 和节点 之间的线路设置 相单相接地各相故障电流如图 和图 所示节点 和节点 之间的线路设置 相单相接地各相故障电流如图 和图 所示 通过 的仿真结果如表 所示 由表 和表 可知、节点中 相 距离明显大于 相和 相且、相的 距离非常小可以得出在故障线路两端节点处 相电流波形的相似度远低于、两相电流的相似度 同样可以从、三相的 距离分析中得出故障相应为 相、节点中 相的 距离明显大于图 相接地时节点 故障电流信息图 相接地时节点 故障电流信息图 相接地时节点 故障电流信息图 相接地时节点 故障电流信息表 其他故障点各相的 距离故障线路端点 相距离 相距离 相距离故障所在相故障识别时间(单位:秒)、节点.相.、节点.相.相和 相、节点中 相的 距离明显大于 相和 相从而可以得出、节点之间的线路 相发生了单相短路接地故障、节点之间的线路 相发生了单相短路接地故障 由以上分析可知提出的基于动态时间规整的输电线路单相短路接地故障识别具有很高的准确性和可靠性此外在 节点标准测试系统的接地故障识别方法上选择利用变分模态分解和排列熵()算法进行识别接地故障 在节点、之间的线路设立 相短路接地故障获取各相故障电流信号通过 分解得到若干个内涵模态分量()对各 分量做二次 分析结果如表 所示:表 分析后的熵值三相电路 分值 分值 分值 分值 分值 分值 总 熵值 相.相.相.由表 可知 在对各 分量做两次 分析后各分 值各不相同无任何明显特征难以根据各分 值识别出故障相必须求其总 熵值才能识别出故障相增加了数据处理的计算第 卷 第 期 年 月辽宁科技学院学报 .量 通过以上分析可以看出虽然两种方法都能识别出故障相但实验结果表明 方法比 方法识别故障相的识别率更高、识别速度更快、数据计算量更少因此 方法在输电线路单相短路接地故障识别中具有更高的优越性和有效性 结论输电线路发生单相短路接地故障时其电压和电流含有大量的非基频暂态分量故障情况十分复杂应用 算法计算故障线路两端节点各相故障电流的 距离并对各相电流进行相似度量可以精确地识别出故障相解决了传统分析方法在分析故障信号时容易遗失部分故障信息的问题另外 算法仅需要采样故障线路两端节点处各相故障电流信息省去大量的故障信息采样工作计算速度得到大幅提高具有很好的工程应用前景参考文献:郝艳咸日常冷学冰等.基于电压、电流不平衡度差值的干式变压器匝间短路故障识别方法.电力系统保护与控制():.王洪林董春林董俊等.基于支持向量机增量学习算法的高压电网短路故障位置自动识别.电气自动化():.唐伟罗晓伊滕予非等.基于动态时间规整的负荷主要生产时段特征提取方法.电测与仪表():.康家方王红星钟佩琳等.基于傅里叶变换的非正弦时域正交调制系统实现方法.上海交通大学学报(自然科学版)():.徐健吴磊磊.一种傅里叶变换与小波变换相结合的谐波检测方法.自动化技术与应用():.刘洋曹云东侯春光.基于经验模态分解及维格纳威尔分布的电缆双端故障定位算法.中国电机工程学报():.刘亚东盛戈皞孙岳等.基于故障电流信息综合分析的分布式单相接地故障测距方法.电网技术():.宋国兵索南加乐孙丹丹.输电线路永久性故障判别方法综述.电网技术():.():.覃芳苏娟何智龙.变换在电力系统间谐波检测中的应用.测控技术():.郭灿新勇明徐敏骅等.变换在电力电缆局部放电信号时频分析中的应用.电工技术学报():.李天云赵妍季小慧等.方法在电力系统故障信号分析中的应用.电工技术学报():.冯钧陈焕霖唐志贤等.一种基于 的新型股市时间序列相似性度量方法.数据采集与处理():.段丽丽原达能昌信.基于 距离的探地雷达数据可视化.图学学报():.王彤马延周易绵竹.基于 的俄语短指令语音识别.山东大学学报(理学版)():.李海林杨丽彬.基于增量动态弯曲时间规整的时间序列相似性度量方法.计算机科学():.姜媛媛刘朋王康等.基于变分模态分解和排列熵的输电线路故障诊断.电子测量与仪器学报():.(.):().().(下转第 页)第 卷 第 期 年 月辽宁科技学院学报 .钙硫系易切削齿轮钢连浇 炉以上且钢中的夹杂物水平能控制在 类(细系/粗系):./.类(细系/粗系):./.类(细系/粗系):/类(细系/粗系):./.满足高纯净度要求参考文献:崔崑.钢的成分、性能和组织第二版(第一册).北京:科学出版社.姚贵升.汽车金属材料应用手册(上册).北京:北京理工大学出版社.蔡淑卿滕梅李吉夫等.非金属夹杂物对钙系与钙硫系易切削钢切削性能的影响.钢铁研究学报():.姚贵升景立媛.汽车用钢应用技术.北京:机械工业出版社.胡永才石少博刘鹏等.含硫含铝钢种连铸絮流问题工艺探究和实践.连铸():.郭龙鑫庞洪轩王晓英等.含硫齿轮钢中()()和 的形成机理与控制.河北冶金():.申志强.处理对钢水浇铸性能的影响.河北冶金():.张惠峰.汽车用易切削钢 生产实践.河北冶金():.张立峰李菲方文.钢液钙处理过程中钙加入量精准计算的热力学研究.炼钢():.丁志军刘炜卫广运等.提高 胀断连杆钢钢水纯净度的工艺优化.河北冶金():.刘勇王翠亮.齿轮钢钢水洁净度控制关键技术.河北冶金():.靳刚强李亚厚王力新等.精炼脱硫工艺研究.南方金属():.陈天明姚永国陈亮等.转炉利用半钢试制易切削齿轮钢.炼钢():.苑鹏李海波罗衍昭等.超低碳钢顶渣氧化性对钢液洁净度的影响.工程科学学报():.乔晓阳裴小芳崔冕等.易切削齿轮钢 的开发.特殊钢():.严国安秦哲田志红等.中碳钙硫易切削钢夹杂物形态控制.北京科技大学学报():.():().:(/):./.(/):./.(/):/(/):./.:(上接第 页).().: