本發(fā)明屬于配電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在強(qiáng)高斯噪聲背景下，服務(wù)于廣域自適應(yīng)后備保護(hù)系統(tǒng)的故障檢測方法。

背景技術(shù)：

大范圍互聯(lián)復(fù)雜電力網(wǎng)絡(luò)要求電力系統(tǒng)具備很高的穩(wěn)定性，為了確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)中的故障必須能夠被快速、準(zhǔn)確、可靠地切除，并且要時刻避免出現(xiàn)嚴(yán)重的系統(tǒng)擾動。作為基于廣域測量和廣域通信的新一代保護(hù)系統(tǒng)，主要依賴于計算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，廣域保護(hù)系統(tǒng)與大型互聯(lián)電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性問題密切相關(guān)。綜合考慮系統(tǒng)的安全和電氣設(shè)備的安全，在系統(tǒng)發(fā)生故障或異常情況時，廣域保護(hù)不但必須要保證電氣設(shè)備的安全，更要確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，從而同時實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)和自動控制的雙重功能。

電力系統(tǒng)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，快速切除故障，減少故障電流對系統(tǒng)的沖擊始終是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行最有效的手段。由于傳統(tǒng)后備保護(hù)的動作時間長，配合復(fù)雜，從而將廣域信息引入后備保護(hù)并構(gòu)成廣域后備保護(hù)系統(tǒng)能夠進(jìn)一步提高復(fù)雜電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性能。在廣域自適應(yīng)后備保護(hù)系統(tǒng)中，最核心的問題就是如何實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的故障元件定位，再進(jìn)一步地切除故障電流，從而減少對整個系統(tǒng)的沖擊。作為一套完整的保護(hù)方案，廣域保護(hù)不僅能夠提供相應(yīng)的元件保護(hù)，而且可以保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在廣域自適應(yīng)保護(hù)系統(tǒng)中，繼電保護(hù)和自動控制裝置能夠融為一體，并且相互配合以及協(xié)調(diào)動作。于是，為了確保大范圍互聯(lián)復(fù)雜電力網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，服務(wù)于廣域自適應(yīng)后備保護(hù)系統(tǒng)的故障檢測方法就成為了有關(guān)技術(shù)人員所面臨的亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種在強(qiáng)高斯隨機(jī)干擾下，服務(wù)于廣域自適應(yīng)后備保護(hù)系統(tǒng)的故障檢測方法，從而實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的故障元件定位，以確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：

一種廣域后備保護(hù)系統(tǒng)中的故障檢測方法，所述方法包括以下步驟：

a.利用電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中的廣域量測信息，采用電壓采集向量和/或電流采集向量作為原始的屬性變量，充分考慮了高斯隨機(jī)干擾的影響，所采集的原始屬性變量中，均附加強(qiáng)高斯隨機(jī)干擾，轉(zhuǎn)步驟b；

b.計算附加了強(qiáng)高斯隨機(jī)干擾下原始屬性變量的列聯(lián)表，轉(zhuǎn)步驟c；

c.將附加強(qiáng)高斯隨機(jī)干擾的原始屬性變量的列聯(lián)表規(guī)格化，并計算規(guī)格化矩陣，轉(zhuǎn)步驟d；

d.計算規(guī)格化原始屬性變量列聯(lián)表的行剖面和列剖面，轉(zhuǎn)步驟e；

e.分別基于規(guī)格化原始屬性變量列聯(lián)表的行和列剖面，計算數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換矩陣，轉(zhuǎn)步驟f；

f.如果表征電氣量采集信息的維數(shù)大于表征采集時間信息的維數(shù)，則轉(zhuǎn)步驟g，否則，轉(zhuǎn)步驟h；

g.主要基于電氣量采集信息，采用基于因子提取特征的方法，提取電氣量的因子特征，轉(zhuǎn)步驟i；在廣域后備保護(hù)系統(tǒng)中的故障檢測方法中，基于電氣量采集信息所提取的因子特征，要結(jié)合總慣量進(jìn)一步確定；

h.主要基于時間采集信息，采用基于因子提取特征的方法，提取時刻信息的因子特征，轉(zhuǎn)步驟j；在廣域后備保護(hù)系統(tǒng)中的故障檢測方法中，基于時刻信息所提取的因子特征，要結(jié)合總慣量進(jìn)一步確定；

i.計算總慣量，轉(zhuǎn)步驟k；

j.計算總慣量，轉(zhuǎn)步驟l；

k.計算并提取系統(tǒng)故障的公共因子特征，轉(zhuǎn)步驟m；在廣域后備保護(hù)系統(tǒng)中的故障檢測方法中，根據(jù)總慣量確定特征提取所需要的對應(yīng)維度，并在對應(yīng)的維度下，確定相關(guān)元件的最大對應(yīng)維度得分，并由此確定基于電氣量采集信息的公共因子特征；

l.計算并提取系統(tǒng)故障的公共因子特征，轉(zhuǎn)步驟m；在廣域后備保護(hù)系統(tǒng)中的故障檢測方法中，根據(jù)總慣量確定特征提取所需要的對應(yīng)維度，并在對應(yīng)的維度下，確定相關(guān)元件的最大對應(yīng)維度得分，并由此確定基于時刻信息的公共因子特征；

m.計算原始屬性變量的綜合故障特征，轉(zhuǎn)步驟n；

n.綜合前述的故障特征，最終完成復(fù)雜電力系統(tǒng)快速、準(zhǔn)確地故障檢測與隔離。

進(jìn)一步的，廣域后備保護(hù)系統(tǒng)中的故障檢測方法，步驟m中綜合兩類分別基于電氣量和采集時刻信息的故障特征，能夠統(tǒng)一在最終實(shí)現(xiàn)的故障檢測結(jié)果中，如果兩類特征結(jié)果不一致，則重新選擇原始屬性變量。

進(jìn)一步的，廣域后備保護(hù)系統(tǒng)中的故障檢測方法，為避免信息采集過程中不良數(shù)據(jù)的影響，對應(yīng)選擇的原始屬性變量，進(jìn)行缺失值分析；如果不存在缺失值，則繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的特征分析；否則，先補(bǔ)足缺失值，再進(jìn)行后續(xù)分析。

進(jìn)一步的，廣域后備保護(hù)系統(tǒng)中的故障檢測方法，所述原始屬性變量為不對稱短路故障中的相電壓、負(fù)序電壓、正序電壓、相電流、負(fù)序電流、正序電流、對稱短路故障中的正序電壓和正序電流。

本發(fā)明主要服務(wù)于廣域后備保護(hù)系統(tǒng)，通過充分考慮強(qiáng)高斯隨機(jī)干擾的影響，提出了一種基于廣域測量系統(tǒng)實(shí)時量測信息的故障檢測方案。本發(fā)明的所述方法具有很強(qiáng)的抗干擾能力，能夠滿足系統(tǒng)冗余性的要求。本發(fā)明的所述方法能夠滿足廣域后備保護(hù)系統(tǒng)對故障定位實(shí)時性和準(zhǔn)確性的要求。此外，本發(fā)明還具有思路清晰，操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為在強(qiáng)高斯隨機(jī)干擾下廣域后備保護(hù)系統(tǒng)中的故障檢測流程圖。

圖2是實(shí)施例中的IEEE標(biāo)準(zhǔn)檢測系統(tǒng)。

圖3是廣域后備保護(hù)系統(tǒng)中的故障檢測綜合分析結(jié)果。

附圖中，，電氣量采集信息的維數(shù)；，采集時間信息的維數(shù)；，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換矩陣。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖和具體實(shí)施方式，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提出了一種廣域后備保護(hù)系統(tǒng)中的故障檢測方法。關(guān)鍵技術(shù)在于充分考慮強(qiáng)高斯噪聲背景下的隨機(jī)干擾，分別基于電氣量采集信息和時間信息提取故障特征，再通過綜合處理，最終實(shí)現(xiàn)可靠、快速、準(zhǔn)確地故障檢測。

按照圖1的流程圖，表1是針對IEEE標(biāo)準(zhǔn)檢測系統(tǒng)（該IEEE標(biāo)準(zhǔn)檢測系統(tǒng)如圖2），在進(jìn)行原始電氣量信息采集過程中，附加在節(jié)點(diǎn)負(fù)序電壓上的強(qiáng)高斯隨機(jī)擾動。針對IEEE標(biāo)準(zhǔn)檢測系統(tǒng)，預(yù)先設(shè)置一處單相接地短路故障，并且節(jié)點(diǎn)18為實(shí)際的故障位置，通過BPA仿真，電氣量信息采集過程中每個周期對應(yīng)輸出一次相應(yīng)的變量值，再將實(shí)測的節(jié)點(diǎn)負(fù)序電壓信息進(jìn)一步附加強(qiáng)高斯隨機(jī)干擾，如表1所示，再分別基于電氣量采集信息和時間信息分別提取故障特征。

表1 IEEE標(biāo)準(zhǔn)檢測系統(tǒng)中附加在節(jié)點(diǎn)負(fù)序電壓上的強(qiáng)高斯隨機(jī)干擾

表2為慣量分析的匯總結(jié)果。本實(shí)施方案中，通過計算表征電氣量信息的行輪廓和表征時間信息的列輪廓，進(jìn)一步可以計算得出有關(guān)慣量分析的匯總結(jié)果，其中計算得到的總慣量為0.457，并且第一緯度變量占了總慣量的74.2%，第二緯度變量占了總慣量的25.3%，并且前兩個維度的變量已經(jīng)占了總慣量的99.5%，因此，我們在提取故障特征的過程中，主要針對這兩個維度的變量進(jìn)行。

表2 慣量分析匯總分析

通過故障因子的載荷矩陣，經(jīng)過適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)，我們可以得到一般化的第I類故障因子特征：因子系數(shù)。表3為不對稱短路故障下的因子載荷矩陣。

進(jìn)一步計算得到各個節(jié)點(diǎn)對應(yīng)第一緯度和第二緯度的得分結(jié)果。表3為基于節(jié)點(diǎn)負(fù)序電壓的行分析特征，并且基于第一維度，在所有的第一維度的得分當(dāng)中，BUS18節(jié)點(diǎn)的得分為3.184，是全部的節(jié)點(diǎn)在第一維度的得分中最大的，基于此，可以判定BUS18即為初步的故障位置。

表3 IEEE標(biāo)準(zhǔn)檢測系統(tǒng)中基于節(jié)點(diǎn)負(fù)序電壓的行分析

在綜合故障檢測分析過程中，對應(yīng)時間的第二緯度特征，也含有豐富的有關(guān)于系統(tǒng)故障的信息。表4為IEEE標(biāo)準(zhǔn)檢測系統(tǒng)中基于節(jié)點(diǎn)負(fù)序電壓的列分析結(jié)果。

這里的著眼點(diǎn)是表征時間的第二緯度，根據(jù)表征信息采集時刻有關(guān)列的計算結(jié)果，可以看出，TIME1時刻，基于第二維度的得分為1.302，同樣為對應(yīng)第二維度得分中最大的，于是，我們可以判定，故障的發(fā)生是在TIME1時刻結(jié)束或者說TIME2時刻開始的時間，該分析結(jié)果與實(shí)際情況完全吻合。

表4 IEEE標(biāo)準(zhǔn)檢測系統(tǒng)中基于節(jié)點(diǎn)負(fù)序電壓的行分析

一種廣域后備保護(hù)系統(tǒng)中的故障檢測方法，在本實(shí)施方案中，根據(jù)以上第一維度和第二緯度的計算結(jié)果，最終可以將分析結(jié)果整合在圖3的綜合分析結(jié)果中。圖3為廣域后備保護(hù)系統(tǒng)中的故障檢測綜合分析結(jié)果。分析圖3中的結(jié)果，可以得出結(jié)論，BUS18與其他節(jié)點(diǎn)存在顯著區(qū)別，為確切的故障位置；并且BUS18主要分布在了TIME2的范圍中，因此，可以判定，系統(tǒng)故障應(yīng)當(dāng)發(fā)生在TIME2時刻的BUS18節(jié)點(diǎn)，這一結(jié)論與實(shí)際情況完全一致。于是，我們實(shí)現(xiàn)了完全快速、準(zhǔn)確、可靠的故障故障。