输电线路雷击仿真与识别方法研究

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高压输电系统是电力系统中承担着电能传输任务的重要组成部分,雷击是造成输电线路绝缘事故的主要原因之一,对电力系统的危害极大。为了防止雷害故障的频繁发生,在现场要求采取的措施一定要有针对性,要针对不同的雷害故障,采取不同的措施。因此不论是进行故障处理还是电力系统的防雷改进,都必须首先分析清楚雷击的类型,否则必然是劳而无功,雷害事故依旧频繁发生。因此有必要对雷击类型的识别进行研究。本文对雷击220kV输电线路进行了仿真分析,获取不同类型雷击的过电压波形,提取特征量,结合智能分类方法实现对雷击的分类识别。采用PSCAD/EMTDC暂态仿真软件进行220kV输电线路雷击仿真。考虑了杆塔的分段波阻抗模型,对输电线路雷击进行了建模分析。得到普通短路故障、感应雷击、直击雷干扰、反击故障和绕击故障5种扰动下的仿真波形。对仿真得到的电压波形进行了初步的分析,并结合过电压产生机理,分析了不同类型雷击电压信号的时域波形差异。通过时域、频域、时频联合分析方法对过电压信号进行分析,得到了全面反映信号特点的特征量。基于时域波形提取了三相波形相似度W、电压积分特征值ω和波头波动性B三个特征量;基于希尔伯特-黄变换和Hilbert时频谱提取了反映频域和时频关联的特征量Q1、Q2、Q3、Q4;基于teager能量算子提取了反映波头变化特性和陡度的特征量Tg和Tm。考虑到不同扰动的特点和各个特征量的物理意义,为每类扰动的识别选择相应的特征量,以提高识别的准确率。雷击与普通短路故障的差异主要体现在波头波动性B和高低频能量比值Q2上,雷击的波头波动性大,高频分量含量高;感应雷击同一时刻出现在输电线路的三相导线中,所以三相波形相似度W和Hilbert能谱矩阵相似度Q3较高,可区分感应雷击和直击雷击。雷击干扰的电压信号附加分量具有周期正负交变性,故电压积分特征值ω可用于识别雷击干扰。绕击和反击的差异体现在波头特征和高频能量分布特征,通过计算反映波头陡度的Teager能量值,Teager能量值的最大值Tm及反映最大值是否出现在第一个极值点的特征量Tg,结合高频能量分布特征量Q4可有效的区分反击与绕击。本文研究了相关向量机的基本概念、算法及核函数的选择。利用多个二分类相关向量机建立了输电线路雷击类型的识别模型。将提取的特征量输入分类器,为每个RVM选择相应的特征向量。采用仿真得到的数据对识别模型进行训练和测试。最终实现对输电线路雷击类型的智能识别。大量的仿真分析验证了所建识别模型的有效性。
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