[發(fā)明專利]一種基于主成分分析?支持向量機(jī)的單永故障識(shí)別方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710523138.3
• 申請(qǐng)日: 2017-06-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107390086A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 束洪春;王洪帥;陳諾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R31/08
• 分類號(hào): G01R31/08
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于主成分分析-支持向量機(jī)的單永故障識(shí)別方法，屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著輸電線路自適應(yīng)重合閘技術(shù)的不斷發(fā)展，其關(guān)鍵問(wèn)題——如何快速地、可靠地識(shí)別永久性故障的研究得到了眾多科學(xué)工作者的密切關(guān)注。永久性故障性質(zhì)的判別方法的準(zhǔn)確性和可行性直接決定著自適應(yīng)重合閘技術(shù)的應(yīng)用前景。而自適應(yīng)重合閘技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，對(duì)提高輸電線路傳輸效率，以至于整個(gè)電力系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行有著不可忽視的意義。

現(xiàn)有的永久性故障判別原理主要基于瞬時(shí)故障電弧特性和線路斷開(kāi)相恢復(fù)電壓特性。由于故障電弧是一個(gè)十分復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，造成電弧的許多因素又是非線性的，要建立準(zhǔn)確的電弧模型很困難，且不同類型的電弧特性亦存在差異，因此基于瞬時(shí)性電弧特性的判別方法難以實(shí)用化；現(xiàn)有基于瞬時(shí)性故障恢復(fù)電壓的方法在電容電壓小于線路耦合電壓時(shí)會(huì)造成誤判，存在死區(qū)。根據(jù)單永故障(SLG)時(shí),其斷開(kāi)相殘余電壓表現(xiàn)為很小的穩(wěn)定幅值的工頻正弦，而瞬時(shí)性故障則不然，其斷開(kāi)相恢復(fù)電壓工頻幅值存在顯著差異的兩個(gè)階段，依此可構(gòu)建基于恢復(fù)電壓的單永故障自適應(yīng)判據(jù)。

電力科研工作者針對(duì)于現(xiàn)有的帶并聯(lián)電抗器或是不帶并聯(lián)電抗器的輸電線路均提出了若干永久性故障性質(zhì)判別方法，根據(jù)輸電線路上發(fā)生不同性質(zhì)的故障情況下，斷路器斷開(kāi)之后的電壓、電流量不同階段的行波特征，提出了基于二次電弧電壓特性、瞬時(shí)性故障恢復(fù)電壓特性、頻率特性等多種判別方法。但這些方法中仍存在測(cè)量誤差大、判別時(shí)間長(zhǎng)、缺乏實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證、缺乏普適性等欠缺，亟待進(jìn)一步研究與驗(yàn)證。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于主成分分析-支持向量機(jī)的單永故障識(shí)別方法，用以解決上述問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于主成分分析-支持向量機(jī)的單永故障識(shí)別方法，當(dāng)輸電線路上發(fā)生故障時(shí)，斷路器斷開(kāi)后，對(duì)量測(cè)端獲得的斷開(kāi)相電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，并建立主成分分析-支持向量機(jī)模型，根據(jù)樣本數(shù)據(jù)在第一主成分(PC₁)軸上的投影q₁和第二主成分(PC₂)軸上的投影q₂的坐標(biāo)(q₁,q₂)的分布，對(duì)應(yīng)支持向量機(jī)輸出值的不同來(lái)判別故障性質(zhì)，若輸出值為0，則判為瞬時(shí)性故障，若輸出值為1，則判為永久性故障。

具體步驟為：

第一步、利用仿真數(shù)據(jù)形成歷史樣本：在故障初始相角為90°，過(guò)渡電阻分別為0Ω和50Ω的情況下，沿輸電線路每隔5km設(shè)置一個(gè)故障位置，分別設(shè)置118條瞬時(shí)性單相故障，118條永久性單相故障；

第二步、對(duì)量測(cè)端M獲得的236條故障電壓樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行截取，取斷路器斷開(kāi)時(shí)刻后100ms到600ms時(shí)窗的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理；

第三步、對(duì)第二步獲得的歸一化后數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，構(gòu)建由第一主成分(PC₁)和第二主成分(PC₂)為軸形成的主成分聚類空間，樣本數(shù)據(jù)在該空間中以點(diǎn)(q_1k，q_2k)的形式分布(k＝1,2，…，236)；

第四步、對(duì)第三步中的主成分聚類空間中的樣本點(diǎn)簇構(gòu)建支持向量機(jī)模型，支持向量機(jī)中的徑向基函數(shù)為核函數(shù)實(shí)現(xiàn)PCA-SVM學(xué)習(xí)判別機(jī)制；

第五步、根據(jù)第三步中所得的投影值(q_1k，q_2k)對(duì)應(yīng)的支持向量機(jī)輸出值進(jìn)行單永故障識(shí)別，判別式如下：

若SVM輸出值為0，則判為瞬時(shí)性故障(1)

若SVM輸出值為1，則判為永久性故障。(2)

本發(fā)明的原來(lái)是：當(dāng)輸電線路上發(fā)生故障時(shí)，斷路器斷開(kāi)后，對(duì)量測(cè)端獲得的斷開(kāi)相電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，并建立主成分分析-支持向量機(jī)模型，根據(jù)樣本數(shù)據(jù)在第一主成分(PC₁)軸上的投影q₁和第二主成分(PC₂)軸上的投影q₂的坐標(biāo)(q₁,q₂)的分布，對(duì)應(yīng)支持向量機(jī)輸出值的不同來(lái)判別故障性質(zhì)。若輸出值為0，則判為瞬時(shí)性故障，若輸出值為1，則判為永久性故障。