輸電線路雷電過(guò)電壓的識(shí)別分類(lèi)方法研究.pdf

1、國(guó)內(nèi)外運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，雷擊是造成輸電線路故障的主要原因，因此防雷保護(hù)一直是維護(hù)線路運(yùn)行安全的重要措施。常用的防雷保護(hù)措施有架設(shè)避雷線、避雷針，降低桿塔接地電阻，加強(qiáng)線路絕緣，裝設(shè)避雷器等。但是即使采取了以上的措施，線路雷擊跳閘率仍然居高不下，其原因是由于雷電過(guò)程的復(fù)雜性以及造成雷擊事故的原因多種多樣，為了能掌握雷電特性準(zhǔn)確分析雷電發(fā)展過(guò)程，目前大量采用雷電定位系統(tǒng)和雷電流和雷電過(guò)電壓的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)記錄故障波形，但由于過(guò)電壓數(shù)據(jù)龐大，而且需要

2、專家作專門(mén)分析，要對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的人工處理、分析是困難的，這就大大限制了雷電的在線監(jiān)測(cè)裝置在故障分析中的實(shí)用性。因此，如果能夠?qū)纂娺^(guò)電壓波形進(jìn)行在線特征提取并分類(lèi)，既可以快速查找故障點(diǎn)，縮短檢修時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)供電，又能夠有針對(duì)地采取防雷措施，提高供電可靠性。因此，對(duì)雷電過(guò)電壓進(jìn)行分類(lèi)識(shí)別對(duì)保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行具有十分重要的意義。本文建立110kV輸電線路電磁暫態(tài)仿真模型，在研究分析國(guó)內(nèi)外暫態(tài)特征提取和分類(lèi)識(shí)別研究狀況的基礎(chǔ)上，對(duì)雷電

3、過(guò)電壓信號(hào)進(jìn)行了建模，利用小波變換和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)提取電壓特征量，并使用支持向量機(jī)（SVM）對(duì)過(guò)電壓類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　 ⑴采用ATP-EMTP建立了考慮沖擊電暈的110kV 輸電線路雷電過(guò)電壓仿真模型，對(duì)雷擊未故障、感應(yīng)雷、反擊和繞擊過(guò)電壓進(jìn)行了仿真計(jì)算，得出了不同系統(tǒng)參數(shù)、初始條件下的過(guò)電壓的仿真波形，并結(jié)合過(guò)電壓產(chǎn)生的機(jī)理和影響因素，從電壓幅值、波頭極性以及避雷器動(dòng)作時(shí)間方面重點(diǎn)分析了反擊和繞擊的波形差別，為

4、特征提取打下了基礎(chǔ)。
　　 ⑵利用小波變換和熵能度量信息花費(fèi)成本的特點(diǎn)，提出了基于小波熵的最優(yōu)基算法，用此方法選擇出最適合分析雷電過(guò)電壓的最優(yōu)基；根據(jù)小波的時(shí)頻分析能力建立小波能量譜矩陣，并構(gòu)造了反應(yīng)信號(hào)能量分布的特征量；根據(jù)感應(yīng)雷過(guò)電壓的波形特點(diǎn)，引入數(shù)字圖像中相似度的概念，構(gòu)造三相電壓能譜矩陣的相似度S，有效地區(qū)分了感應(yīng)雷與直擊雷過(guò)電壓；根據(jù)反擊和繞擊過(guò)電壓的波頭差異，利用小波模極大值構(gòu)造了能夠確定電壓波頭的極性特征量F1和

5、避雷器的持續(xù)動(dòng)作時(shí)間T1，有效地區(qū)分反擊和繞擊過(guò)電壓。
　　 ⑶根據(jù)數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的基本理論和雷電過(guò)電壓的特點(diǎn)，確定了應(yīng)用于過(guò)電壓分析時(shí)結(jié)構(gòu)元素的形狀、長(zhǎng)度和幅值；構(gòu)造了級(jí)聯(lián)的多分辨率形態(tài)梯度算子MMG，將MMG、MG和小波變換分別應(yīng)用于過(guò)電壓波頭特征提取時(shí)的效果和計(jì)算速度進(jìn)行了比較，得出了MMG 變換在滿足計(jì)算精度的同時(shí)更符合電力系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造了電壓的形態(tài)梯度特征量F2和T2；提取了雷電過(guò)電壓的形態(tài)譜，確定了

6、形態(tài)譜運(yùn)算時(shí)結(jié)構(gòu)元素的最優(yōu)尺度變化范圍以及形態(tài)譜與過(guò)電壓信號(hào)時(shí)間長(zhǎng)度的關(guān)系；比較了形態(tài)譜和小波變換的頻率分析特性，確定了形態(tài)譜的各尺度所對(duì)應(yīng)的小波分解層數(shù)和頻帶范圍，得出利用形態(tài)譜提取過(guò)電壓信號(hào)特征的實(shí)際意義，在此基礎(chǔ)上構(gòu)造了電壓信號(hào)的形態(tài)譜特征量P6、P7、P8。
　　 ⑷研究了支持向量機(jī)的理論基礎(chǔ)和分類(lèi)機(jī)理，建立了SVM雷電過(guò)電壓分類(lèi)器，將小波變換和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)提取的特征量輸入分類(lèi)系統(tǒng)，取得了很好的識(shí)別效果，最后將實(shí)測(cè)波形用于