过电压是造成电网电气设备绝缘损坏的主要原因,也是输配电线路、电气设备绝缘强度设计的决定性因素。电力系统中发生的过电压种类繁多,产生机理各不相同。过电压的幅值、频率及持续时间差异很大,对电力系统的危害表现也不同。因此,电力系统过电压类型的自动分类和识别,是采取相应过电压抑制措施的前提条件,对实现电网运行状态的实时获取和自动识别,提高电网的自愈能力具有重要意义。本文以某110 kV变电站的实测过电压数据为对象,对过电压信号的时频域特征、非线性动力学行为、特征量提取和识别系统构建进行了深入研究,主要研究内容如下:①针对操作过电压特征量难以提取的问题,在深入分析合闸空载变压器、合闸电容器组、合闸空载线路、弧光接地4类操作过电压的时频域特征的基础上,结合它们的产生机理和影响因素,确定了其具有区别性、稳定性和明确物理意义的特征,并融合均方根值法、Fourier变换、小波变换等信号处理方法提取了它们的特征量。研究表明:针对这4类操作过电压提取的特征量具有稳健性和区别性。②为降低分类器的复杂度和使识别系统具有一定的智能性,构建了一个模块化树形过电压识别系统。在每一个树节点构建一个识别模块,只识别一类过电压信号,根据识别模块的输出将树节点划分为一个叶子结点和一个分支节点。过电压信号的预处理、特征量提取及分类决策功能在识别模块中完成。4类操作过电压的特征向量维数分别为5、8、8、3,比它们的组合向量维数16低得多,降低了各模块分类器的复杂度。所构建系统对4类操作过电压和未知类别实测样本的总识别率达94.3%,验证了它的有效性。③针对非线性铁磁谐振行为难以采用常规线性数学方法进行分析的问题,在仅有单一实测电压时间序列的情况下,为准确识别其所属的铁磁谐振类型,采用坐标延迟方法重构系统相空间,进而运用相平面、庞加莱截面和关联维数D2 3种非线性动力学分析方法表达其动力学特征。对比分析了3例典型时间序列在4个数据长度下的动力学特征,对其所属的铁磁谐振类型作出了准确判断。对运用以上3种分析方法所需的合适数据长度和Cao氏法确定最小嵌入维的适用性进行了研究。研究表明:因实测电压时间序列数据是含噪声的有限长时间序列,综合这3种分析方法表达的特征作出的判断更为准确;不同的运动模式和不同的分析方法所需的合适数据长度都不同;在Cao氏法确定的最小嵌入维下进行D2估计可能导致错误的判断。④为解决不同类型过电压混合时可能存在的特征干扰问题,提出多时间区域划分的特征提取和多标签组合的混合过电压分类方法。提出以小波能量谱为特征的多个暂态快速衰减振荡(TFDO)起止时刻的检测方法,依据TFDO起止时刻将信号划分为多个时间区域。提取TFDO的时域特征识别出暂态类型,根据不同的暂态类型可能引发或共存的过电压类型,进而提取其它时间区域的特定特征量并构造识别判据。各时间区域的类别标签组合即为混合过电压类型。充分挖掘一条数据中多个弧光接地暂态的时域特征的共性和联系,构建了单个弧光接地暂态的识别推理规则,提高了弧光接地暂态的识别率。对含有弧光接地或感应雷暂态的4类混合过电压信号进行了多时间区域划分、特征量提取及识别研究。所构建的混合过电压分类决策树的总识别率达94.6%,验证了所提出识别方法的有效性。⑤为构建一个相对完整的过电压识别系统,提出过电压子集分层识别系统构建方法。依据过电压信号与正常信号的三相电压均方根值的差异,将过电压类别集合分为2个子集:子集I和子集I’。进一步提取小波加窗能量将子集I’划分为不含暂态过程的子集II和含暂态过程的子集III。最后将子集I、子集II和子集III的过电压类别采用模块化识别方法逐级识别。所构建的识别系统对8类单一过电压和4类混合过电压的总识别率达97.1%,验证了它的有效性,为迈向工程应用奠定了一定的基础。