多方法融合之电力体系过电压分层模型识别分析

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1、多方法融合之电力体系过电压分层模型识别分析1绪论1.1研究过电压分层识别的目的和意义目前的电力系统过电压在线监测装置，主要功能集中于对各种过电压的波形的实时采集，存储以及数据维护，不具备分析识别能力，不能及时对事故进行分析和防止。当出现过电压事故时，往往需要人工来提取过电压波形出数据，根据人工经验，判断出过电压类型作为分析事故原因的重要参考。由于监测到的过电压数据众多，靠人工来对过电压波形做出识别，是一项十分繁复而艰巨的任务。同时，由于人员判断受主观因素的影响，靠人工判断过电压波形，难以形成科学统一的判断标

2、准，容易导致误判。过电压信号携带着丰富的电力系统运行状态信息。利用目前监测到的过电压信号进行特征提取以及识别算法研究，实现过电压类型的自动识别和诊断，对保证电网安全运行具有十分重要的意义：①过电压类型自动识别的结果有助于及时发现现有系统绝缘薄弱点，进行合理的绝缘配合调整，提高系统安全运行水平，也可以为日后电力系统设计部门提供可靠的设计参考依据，保证供电的可靠性。②系统故障和误操作常常引起内部过电压，如果没有对过电压进行具体的分析和识别，很难查找出过电压在线监测装置记录的数据是误操作还是故障产生的。进行过电压

3、类型自动识别，有助于运行人员时候故障分析，查找引起过电压的原因。③根据监测到的过电压波形，对过电压类型实现自动分类，可以为过电压产生及发展的机理研究等提供重要的数据参考，为限制过电压大小，提高系统绝缘配合水平提供先决条件。1.2过电压特征提取研究现状雷击等物理现象或开关操作、线路故障等各种系统参数的突变，将导致电力系统中出现各种过电压。现有的过电压检测装置所监测、记录到的是变电站内某一设备或某一母线上电压在过电压发生时的波形变化时域图。因此，对电力系统过电压信号的特征量提取，主要是针对过电压波形的识别研究。

4、目前对电力系统电压信号分析的方法，主要有时域法，频域法，小波变换域法以及S变换域法。时域法：通过分析电压波形时域波形，通过计算出电压信号的几个时域参数，作为识别各种电压信号的特征量。时域法优点在于计算简单，思路直观，可以根据所需要识别的过电压类型，提取特征量。通常时域法所提取的特征量有如下几种：过电压持续时间、半峰时间、峰值时间、电压有效值、方差、陡峭度、三相波形相似度、峰值因子、脉冲因子、裕度系数等。各不同类型过电压具有其自身特征，采用时域算子作为过电压识别特征量时，需要根据所要识别的过电压类型，选择合适

5、的时域算子，而目前在这方面还缺乏统一的标准。同时，有些时域特征量难以准确计算。频域理论：传统的频域分析的理论基础是傅里叶变换，其基本思想是将满足一定条件的某个函数表示成三角函数（正弦和/或余弦函数）的积分线性组合。近年来，频域理论的研究热点是Prony算法，其基本思想是用一组指数项的线性组合来拟合等间隔采样数据，Prony算法与傅里叶变换等经典的频域分析算法的不同之处在于，Prony算法考虑了信号的非平稳性，将信号投影到一组以指数衰减的正弦波为基的空间内进行分析。Prony方法提取的特征量包括信号的幅值、相

6、位、阻尼比和频率等。由于Prony方法采用最小二乘法来拟合数据，有利于消除测量过程中噪声的影响。文献[10]采用Prony方法来处理稳定程序仿真的结果，得到了低频振荡的各个模态。文献[11]采用Prony方法来设计PSS控制器，求出控制器的特征根和留数，并设计PSS的时间常数。文献[12、13]将Prony算法用于辨识电力系统参数。文献[14]采用Prony算法对励磁系统阶跃响应信号和发电机三相短路电流进行分析。频域分析理不足之处在于缺乏时域分辨率。傅里叶变换将信号投影到由一组不同频率的正弦信号张成的空间中

7、。由于核函数是一组稳态正弦信号，在时域上是无限的，非局部化的，因此傅里叶变换对于突变信号是无能为力的。Prony算法考虑到了暂态突变信号，将信号投引到一组以指数衰减的正弦信号张成的空间。但是由于核函数是以指数衰减的正弦信号，因此对于非指数衰减的暂态信号则存在较大误差。另外，由于Prony算法所采用的基是非正交基，因此信号变换前后存在一定的信息丢失。2过电压分层模式识别框架2.1过电压的类型电力系统中的过电压发生机理多种多样，不尽相同。根据过电压能量的不同，一般分为雷电过电压及内部过电压。雷电过电压主要有两种

8、类型，一种是由于雷电直击输电线路杆塔或导线引起，称为直击。另一种是由于雷击输电线路附近地面，由于电磁感应所引起的，称为感应雷。而直击雷过电压根据雷击点的不同，又可分为绕击过电压和反击过电压。由于输电线路击中杆塔顶部或避雷线，引起杆塔电位升高，对输电线路放电所造成的过电压，称为反击，而雷电绕过避雷线的保护，直接击中输电线路所引起的过电压，称为绕击。内部过电压根据过电压持续时间，可以划分为操作过电压以及暂时过电压。暂