过电压数据采集分层识别系统及类型分层模式识别方法

摘要

本发明公开了一种过电压数据采集分层识别系统，包括一次分压装置、二次分压模块、前置信号调理模块、信号触发模块、数据采集处理模块和上位分析主机，该系统针对现有电力系统监测设备不具备分析过电压类型的能力，根据弧光接地过电压发生机理，通过获取过电压波形，提取有效反映弧光接地过电压本质特征参量，从而实现对35kV弧光接地过电压有效识别，其判断速度快，应用效率高，另外，本发明还提供了一种过电压类型分层模式识别方法，本发明的类型判定方法基于对现有的过电压类型特征进行全面充分的分析，从各个类型中选取能够突出反映该种过电压特点的特征量参数，从而为类型辨识提供可靠的理论依据，其判断过程简洁高效。

主权项

1.过电压类型分层模式识别方法，其特征在于：包括以下步骤：1）获取并存储三相过电压波形数据；2）在固定的采样频率f_m下，将过电压采样数据以一个工频周波时间Ti为间隔，划分为i个时间区间，采用sym4小波，对三相过电压进行分解，分解层数为r层，各层标记为d₁～d_r，根据各层的对应频带，依照下式计算各个时间区间内的各层小波信号能量值E_r(i)：$E_1\left(i\right)=\sqrt{\underset{\mathrm{Ti}}{\Sigma }{d}_1\left(k\right)·d_1\left(k\right)}$$E_2\left(i\right)=\sqrt{\underset{\mathrm{Ti}}{\Sigma }{d}_2\left(k\right)·d_2\left(k\right)}$$E_3\left(i\right)=\sqrt{\underset{\mathrm{Ti}}{\Sigma }{d}_3\left(k\right)·d_3\left(k\right)}$$E_4\left(i\right)=\sqrt{\underset{\mathrm{Ti}}{\Sigma }{d}_4\left(k\right)·d_4\left(k\right)}$$E_5\left(i\right)=\sqrt{\underset{\mathrm{Ti}}{\Sigma }{d}_5\left(k\right)·d_5\left(k\right)}$……$E_r\left(i\right)=\sqrt{\underset{\mathrm{Ti}}{\Sigma }{d}_r\left(k\right)·d_r\left(k\right)}$根据上述的计算结果，从波形数据中提取以下特征值：a.三相过电压信号在工频周波内高频信号能量值序列E_HA（n）、E_HB（n）和E_HC（n）和低频信号能量值序列E_LA（n）、E_LB（n）和E_LC（n）；b.陡峭度特征量：包括三相过电压信号工频周波区间高频能量序列陡峭度KuHA、KuHB和KuHC；三相过电压信号工频周波区间低频能量序列陡峭度KuLA、KuLB和KuLC；两个工频周波区间内，三相过电压信号2kHz-0Hz频率各层小波信号能量值的陡峭度KuiA、KuiB和KuiC；c.峰值因子特征量：包括三相过电压信号工频周波区间高频能量序列峰值因子CHA、CHB和CHC；三相过电压信号工频周波区间低频能量序列陡峭度CLA、CLB和CLC；两个工频周波区间内，三相过电压信号2kHz-0Hz频率各层小波信号能量值的陡峭度CiA、CiB和CiC；d.脉冲因子特征量：包括三相过电压信号工频周波区间高频能量序列脉冲因子IHA、IHB和IHC；三相过电压信号工频周波区间低频能量序列脉冲因子ILA、ILB和ILC；两个工频周波区间内，三相过电压信号2kHz-0Hz频率各层小波信号能量值的脉冲因子IiA、IiB和IiC；e.裕度系数特征量：包括三相过电压信号工频周波区间高频能量序列裕度系数LHA、LHB和LHC；三相过电压信号工频周波区间低频能量序列裕度系数LLA、LLB和LLC；两个工频周波区间内，三相过电压信号2kHz-0Hz频率各层小波信号能量值的裕度系数LiA、LiB和LiC；3）分析以上特征量，特征量包括高频信号能量值序列、低频信号能量值序列、陡峭度特征量、峰值因子特征量、脉冲因子特征量和裕度系数特征量，当2kHz以下低频信号能量值较大时，判断为暂时过电压或弧光过电压类型，进入步骤4）；当2kHz以上的高频信号能量值较大时，判断为雷电及操作过电压类型，进入步骤5）；4）提取以下特征量：E₁(i)、E₂(i)、E₃(i)、E₄(i)、E₅(i)、……E_r(i)、G;中性点运行方式以开关量方式作为特征量代入：从上述特征量中判断，如果是谐振过电压，进入步骤4.1）；如果是工频过电压，进入步骤4.2）；如果是弧光接地过电压，进入步骤6）；4.1）提取以下特征量：E₁(i)、E₂(i)、E₃(i)、E₄(i)、E₅(i)、……E_r(i)；从上述特征量中判断是属于高次谐波还是基波；判断结束后进入步骤6）；4.2）提取提取以下特征量：E₁(i)、E₂(i)、E₃(i)、E₄(i)、E₅(i)、……E_r(i)、G；从上述特征量中判断是否属于工频过电压，判断结束后进入步骤6）；5）将过电压信号根据电压等级，进行归一化，采用零序电压作为过电压分析对象，对零序电压进行S变换，得到过电压发生时零序电压波形的时频模值矩阵，将S变换模值矩阵在频率和时间上平均划分为3段，得到9个子矩阵，将处于第一列、第二列、第三列的三个子矩阵所处频带设为频带f₁、f₂、f₃，分别计算9个子矩阵的奇异值，由于各个子矩阵的奇异值序列在数值上衰减较快，因此只计算各个子矩阵的最大奇异值λ_imax，根据各个子矩阵的最大奇异值λ_imax通过以下公式得到频带f₁与频带f₂奇异值之差P₁和频带f₂与频带f₃奇异值之差P₂：$P_1=\underset{i=1}{\overset{3}{\Sigma }}{\lambda }_{i\max }-\underset{i=4}{\overset{6}{\Sigma }}{\lambda }_{i\max }$$P_2=\underset{i=4}{\overset{6}{\Sigma }}{\lambda }_{i\max }-\underset{i=7}{\overset{9}{\Sigma }}{\lambda }_{i\max };$通过以下公式计算在固定采样频率下，在过电压信号前1000个采样点内，电压有效值U_fmax，以及在过电压信号后1000个采样点内的电压有效值U_tmax：其中U_n为过电压信号前1000个采样点构成的序列；其中U_m为过电压信号后1000个采样点构成的序列；提取以下特征量：P₁、P₂、U_fmax、U_tmax；从上述特征量中判断过电压类型是雷电过电压或操作过电压，如果是雷电过电压，进入步骤5.1）；如果是操作过电压，进入步骤5.2）；5.1）提取下列特征量：S_Thres、S_min、ρ；其中，S_Thres为感应雷过电压幅值判据门限值，S_min为三相电流行波的最小相似度，对于信号x(n)和y(n)，其相似度S计算公式为：$\left\{\begin{array}{c}\left|S\right|=\frac{<y\left(n\right),x\left(n\right)>}{\sqrt{<x\left(n\right),x\left(n\right)><y\left(n\right),y\left(n\right)>}}\\ <x\left(n\right),x\left(n\right)>=\underset{-\infty }{\overset{+\infty }{\Sigma }}|x\left(n\right){|}^2\\ <x\left(n\right),y\left(n\right)>=\underset{-\infty }{\overset{+\infty }{\Sigma }}x\left(n\right)y\left(n\right)\end{array}\right.$在实际计算中，为排除闪络后引起的干扰并降低计算量，取电流行波峰值前4μs作为相似度计算区间；以电流行波由5%I_max达到50%I_max所用时间T₁来表征雷电流的上升时间，以电流行波由2%I_max达到5%I_max所用时间T₂来表征空间电磁耦合行波的上升时间，并定义其比值ρ，其计算公式为：$\left\{\begin{array}{c}\rho =\frac{T_1}{T_2}\\ T_1=t_{50\%}-t_{5\%}\\ T_2=t_{5\%}-t_{2\%}\end{array}\right.$上述公式中，t_50%定义为电流行波达到50%I_max的时间点，t_5%为电流行波达到5%I_max的时间点，t_2%为电流行波达到2%I_max的时间点；判断过程如下：当S_min大于门限值时，判定为感应雷过电压，否则则认定为直击雷电过电压；在直击雷电过电压类型判断中，ρ大于1则认定为绕击雷电过电压，否则为反击雷电过电压；判断结束后进入步骤6）；5.2）将过电压信号最大奇异值之和λ，定义为$\lambda =\underset{i=1}{\overset{9}{\Sigma }}{\lambda }_{i\max }$提取以下特征量：λ、P₁；从上述特征量中判断是该操作过电压是属于切空变操作过电压、切空线操作过电压、投切电容操作过电压和合空线操作过电压中的哪一种，判断结束后进入步骤6）；6）根据需要显示、打印或传输判断结果，返回原始状态。