多重時(shí)間判據(jù)電能質(zhì)量擾動(dòng)事件關(guān)聯(lián)類型分析方法

彭和平， 王紅斌， 欒 樂(lè)， 許 中， 王 勇

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局，廣東 廣州 510620)

0 引 言

隨著能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，電能質(zhì)量問(wèn)題越來(lái)越復(fù)雜[1]。由于電網(wǎng)拓?fù)溥B接特性，電能質(zhì)量擾動(dòng)事件之間并非完全相互獨(dú)立。從事件發(fā)生的本質(zhì)上看，擾動(dòng)事件之間可能直接或間接地存在某種關(guān)聯(lián)關(guān)系，如何描述這些擾動(dòng)事件的關(guān)聯(lián)關(guān)系，對(duì)于理解復(fù)雜電能質(zhì)量擾動(dòng)事件的發(fā)展演變過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)擾動(dòng)的追根溯源、責(zé)任劃分、復(fù)雜擾動(dòng)模式的挖掘以及擾動(dòng)治理等具有重要作用[2-4]。

目前對(duì)電能質(zhì)量擾動(dòng)事件關(guān)聯(lián)分析的研究還比較欠缺。文獻(xiàn)[5]通過(guò)分析電能質(zhì)量數(shù)據(jù)與電網(wǎng)動(dòng)作數(shù)據(jù)之間關(guān)聯(lián)特性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)清洗，并采用實(shí)體匹配方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)電能質(zhì)量擾動(dòng)事件的關(guān)聯(lián)分析。文獻(xiàn)[6]提出一種基于數(shù)據(jù)融合的電能質(zhì)量擾動(dòng)關(guān)聯(lián)分析方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電能質(zhì)量擾動(dòng)事件的成因分析。這些方法可以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量擾動(dòng)事件的成因分析，但是無(wú)法明確其在電網(wǎng)中的后續(xù)發(fā)展演變過(guò)程。文獻(xiàn)[7]克服了以上研究的不足，首次給出電能質(zhì)量擾動(dòng)事件關(guān)聯(lián)類型的完整定義，并應(yīng)用可拓學(xué)理論實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜電能質(zhì)量擾動(dòng)事件擾動(dòng)模式的挖掘。但是文中對(duì)于關(guān)聯(lián)類型的識(shí)別沒(méi)有一套系統(tǒng)、科學(xué)的識(shí)別方法。研究電能質(zhì)量擾動(dòng)事件間的關(guān)聯(lián)關(guān)系及表示方法，可以清晰刻畫電能質(zhì)量事件的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程，有利于復(fù)雜擾動(dòng)模式挖掘、電能質(zhì)量綜合診斷等分析。

電能質(zhì)量擾動(dòng)事件的檢測(cè)與識(shí)別是擾動(dòng)事件關(guān)聯(lián)類型分析識(shí)別的基礎(chǔ)。從本質(zhì)上看，電能質(zhì)量擾動(dòng)事件關(guān)聯(lián)類型的分類識(shí)別過(guò)程，就是挖掘電能質(zhì)量擾動(dòng)事件之間關(guān)聯(lián)特征的過(guò)程。在電能質(zhì)量擾動(dòng)檢測(cè)中，常用的方法有傅里葉變換[8-9]、小波變換[10-12]、S變換[13]、希爾伯特-黃變換[14]、變分模態(tài)分解[15]、擾動(dòng)分類識(shí)別方法主要有模糊邏輯[16]等。這些檢測(cè)和識(shí)別算法為電能質(zhì)量擾動(dòng)事件關(guān)聯(lián)類型的分類識(shí)別創(chuàng)造了有益條件。

針對(duì)目前關(guān)聯(lián)類型分類識(shí)別的需求，文中首次提出一種基于多重時(shí)間判據(jù)的電能質(zhì)量擾動(dòng)事件關(guān)聯(lián)類型分析方法。首先，以典型擾動(dòng)事件為例介紹了關(guān)聯(lián)類型的基本概念，并提出一套可用于直觀表示擾動(dòng)事件發(fā)展演變過(guò)程的關(guān)聯(lián)類型鏈?zhǔn)酵蒲荼硎痉椒?，?shí)現(xiàn)了對(duì)擾動(dòng)事件發(fā)生及其演變過(guò)程的直觀刻畫。然后，根據(jù)事件起止時(shí)刻和過(guò)渡段檢測(cè)結(jié)果，定義了兩個(gè)可以準(zhǔn)確刻畫關(guān)聯(lián)類型關(guān)聯(lián)特征的時(shí)間性特征，并提出一種多重時(shí)間判據(jù)的電能質(zhì)量擾動(dòng)事件關(guān)聯(lián)類型識(shí)別方法，可以準(zhǔn)確識(shí)別出連鎖型、發(fā)展型、并發(fā)型關(guān)聯(lián)類型。最后，采用PSCAD/ EMTDC對(duì)不同關(guān)聯(lián)類型的典型擾動(dòng)進(jìn)行仿真建模，以對(duì)文中方法進(jìn)行仿真與驗(yàn)證。

1 擾動(dòng)事件關(guān)聯(lián)類型的基本概念

1.1 關(guān)聯(lián)類型的定義

根據(jù)擾動(dòng)事件發(fā)展演變機(jī)理可以用傳導(dǎo)型、連鎖型、發(fā)展型和并發(fā)型四種關(guān)聯(lián)類型描述擾動(dòng)事件之間可能存在的關(guān)聯(lián)關(guān)系，電網(wǎng)中任何一個(gè)復(fù)雜電能質(zhì)量擾動(dòng)事件都是由具有這四類關(guān)聯(lián)類型（至少包含傳導(dǎo)型）的多個(gè)電能質(zhì)量擾動(dòng)事件復(fù)合而成的[7]。以圖1所示的典型輻射型網(wǎng)絡(luò)為例，詳細(xì)介紹四類關(guān)聯(lián)類型。

圖1 輻射型配網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

1）傳導(dǎo)型

由于電能質(zhì)量擾動(dòng)事件在電網(wǎng)中沿著導(dǎo)線傳播，造成電網(wǎng)多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)同時(shí)監(jiān)測(cè)到的多個(gè)電能質(zhì)量擾動(dòng)事件之間存在的關(guān)聯(lián)類型。如圖1中L7發(fā)生故障后，同一時(shí)刻M3、M5、M6等監(jiān)測(cè)點(diǎn)都會(huì)出現(xiàn)不同程度的電壓暫降擾動(dòng)事件，這些擾動(dòng)事件之間的關(guān)聯(lián)類型為傳導(dǎo)型。

其特點(diǎn)為：①電能質(zhì)量擾動(dòng)事件源相同，擾動(dòng)演變過(guò)程中不存在中間事件源。②電能質(zhì)量擾動(dòng)事件發(fā)生時(shí)間相同，擾動(dòng)類型相同。③事件波形特征與變壓器臺(tái)數(shù)和聯(lián)結(jié)方式有關(guān)。

2）連鎖型

電能質(zhì)量擾動(dòng)事件發(fā)生后，附近的電力設(shè)備（保護(hù)裝置、電容器組、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)）運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化導(dǎo)致的其他電能質(zhì)量擾動(dòng)事件的發(fā)生。這些先后發(fā)生的電能質(zhì)量擾動(dòng)事件之間的關(guān)聯(lián)類型為連鎖型。如圖 1中 L7發(fā)生三相短路故障，引起M3、M4、M6等監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)電壓暫降擾動(dòng)事件，接著保護(hù)裝置動(dòng)作切除故障，L7支路重新恢復(fù)供電，電動(dòng)機(jī)重新啟動(dòng)引發(fā)M6產(chǎn)生新的電壓暫降擾動(dòng)事件。該過(guò)程中M6先后發(fā)生的電壓暫降擾動(dòng)事件之間的關(guān)聯(lián)類型為連鎖型。

其特點(diǎn)為：①電能質(zhì)量擾動(dòng)事件源相同，擾動(dòng)演變過(guò)程存在中間事件源。②電能質(zhì)量擾動(dòng)事件發(fā)生時(shí)間不同。③擾動(dòng)類型不確定，波形特征不同。

3）發(fā)展型

電能質(zhì)量擾動(dòng)事件發(fā)生后導(dǎo)致系統(tǒng)某些參數(shù)持續(xù)變化繼而演變?yōu)榱硪活愲娔苜|(zhì)量擾動(dòng)事件。前后發(fā)生的電能質(zhì)量擾動(dòng)事件間不存在明顯的分界時(shí)間，起始事件沒(méi)有恢復(fù)時(shí)間。如圖1中架空輸電線路L1遭受雷擊，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)M0處監(jiān)測(cè)到暫態(tài)脈沖，隨后暫態(tài)脈沖在電網(wǎng)的自然頻率點(diǎn)可能會(huì)發(fā)生激勵(lì)從而產(chǎn)生暫態(tài)振蕩。該過(guò)程中暫態(tài)脈沖事件與暫態(tài)振蕩事件之間的關(guān)聯(lián)類型即為發(fā)展型。

其特點(diǎn)為：①電能質(zhì)量擾動(dòng)事件源相同，擾動(dòng)演變過(guò)程不存在中間事件源。②電能質(zhì)量擾動(dòng)發(fā)生時(shí)間不同。③擾動(dòng)類型不同，事件波形特征也不同。

4）并發(fā)型

由于電網(wǎng)電力設(shè)備（一般為電力電容器組）運(yùn)行狀態(tài)變化導(dǎo)致在同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到混疊在一起的不同類型的電能質(zhì)量擾動(dòng)事件。如圖1中開關(guān)閉合，電力電容器C1并網(wǎng)，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)M4同時(shí)出現(xiàn)暫態(tài)振蕩事件和電壓暫升事件。該過(guò)程中的暫態(tài)振蕩事件與電壓暫升事件之間的關(guān)聯(lián)類型即為并發(fā)型。

其特點(diǎn)為：①電能質(zhì)量擾動(dòng)事件源相同，擾動(dòng)演變過(guò)程不存在中間事件源。②電能質(zhì)量擾動(dòng)發(fā)生時(shí)間相同。③擾動(dòng)類型不同，波形特征也不同。

1.2 關(guān)聯(lián)類型鏈?zhǔn)酵蒲荼硎痉椒?/h3>

在一個(gè)復(fù)雜擾動(dòng)過(guò)程中，任意兩個(gè)擾動(dòng)事件之間至少具有上訴關(guān)聯(lián)類型中的一類，復(fù)雜電能質(zhì)量擾動(dòng)事件就是由兩個(gè)或兩個(gè)以上電能質(zhì)量擾動(dòng)事件，在時(shí)間和空間上相互關(guān)聯(lián)耦合而成的。分析和辨識(shí)擾動(dòng)事件之間的關(guān)聯(lián)類型，有利于直觀、清晰地對(duì)復(fù)雜擾動(dòng)事件進(jìn)行進(jìn)一步分析和處理。為了將電能質(zhì)量擾動(dòng)事件間的關(guān)聯(lián)類型清晰地表示出來(lái)，本文定義了幾個(gè)概念，結(jié)果如表1所示。

表1 關(guān)聯(lián)類型的相關(guān)概念

事件源E1：一般指短路故障(F)、變壓器投運(yùn)(T)、雷擊(L)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)(M)、電力電容器并網(wǎng)(C)等最先給電網(wǎng)造成電能質(zhì)量擾動(dòng)的事件的統(tǒng)稱。

中間事件源C2：指由于電能質(zhì)量擾動(dòng)事件造成的電網(wǎng)中相關(guān)電力設(shè)備的動(dòng)作事件的統(tǒng)稱。C可以為B、M等，分別為保護(hù)裝置的動(dòng)作事件、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)事件等。

起始事件X1：一次復(fù)雜電能質(zhì)量擾動(dòng)事件中最初檢測(cè)到的電能質(zhì)量擾動(dòng)事件。X可以為D(dips)、S(swell)、I(interruption)、 P(pulse)、O(oscillatory)， 分別表示電壓暫降、電壓暫升、電壓中斷、暫態(tài)脈沖和暫態(tài)振蕩。

關(guān)聯(lián)事件X2、X3：指與起始事件具有任意關(guān)聯(lián)類型的其他電能質(zhì)量擾動(dòng)事件的統(tǒng)稱。

基于以上概念，本文提出了一種鏈?zhǔn)酵蒲荼硎痉椒?，可將具有某種關(guān)聯(lián)類型的多個(gè)擾動(dòng)事件，從事件的發(fā)生到其在電網(wǎng)中的發(fā)展演變過(guò)程直觀、清晰地表示出來(lái)。

1）傳導(dǎo)型

式中分子表示事件名稱，分母表示事件發(fā)生的位置，分子的下標(biāo)表示擾動(dòng)的事件數(shù)。式(1)的基本含義為在支路L7發(fā)生短路故障，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)點(diǎn)M3、M5、M6等同時(shí)出現(xiàn)電壓暫降事件。

2）連鎖型

式(2)的基本含義為：在支路L7發(fā)生三相短路故障時(shí)，M6等監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)電壓暫降事件，一段時(shí)間后引發(fā)支路上的開關(guān)動(dòng)作，使支路上的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)因恢復(fù)供電而自啟動(dòng)，進(jìn)一步引起附近監(jiān)測(cè)點(diǎn)M6等監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)生第二次電壓暫降事件。

3）發(fā)展型

式(3)的基本含義為：在支路L1發(fā)生雷擊故障，M0等監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)暫態(tài)脈沖事件，一段時(shí)間事件進(jìn)一步發(fā)展為暫態(tài)振蕩事件。

4）并發(fā)型

式(4)的基本含義為：在支路L5投入電容器組，監(jiān)測(cè)點(diǎn)M4同時(shí)出現(xiàn)電壓暫升和暫態(tài)脈沖事件。

值得一提的是，在復(fù)雜擾動(dòng)過(guò)程中，一個(gè)起始事件可能對(duì)應(yīng)幾個(gè)不同關(guān)聯(lián)類型的關(guān)聯(lián)事件，而每?jī)蓚€(gè)擾動(dòng)事件之間的關(guān)聯(lián)類型都是唯一確定的，復(fù)雜擾動(dòng)事件就是由這些確定的關(guān)聯(lián)類型相互組合而成的。如擾動(dòng)發(fā)生過(guò)程中可能總是伴隨著暫態(tài)振蕩的發(fā)生，那么會(huì)存在這樣一個(gè)復(fù)雜擾動(dòng)事件：它可以分解為三個(gè)擾動(dòng)事件，其中先后發(fā)生的兩個(gè)擾動(dòng)事件之間的關(guān)聯(lián)類型為連鎖型，而同時(shí)暫態(tài)振蕩分別與這兩個(gè)擾動(dòng)事件之間的關(guān)聯(lián)類型為并發(fā)型。雖然這個(gè)過(guò)程存在兩種關(guān)聯(lián)類型，但是兩兩擾動(dòng)事件之間的關(guān)聯(lián)類型是可以唯一確定。

1.3 關(guān)聯(lián)類型的特征分析

不同關(guān)聯(lián)類型的電能質(zhì)量擾動(dòng)事件之間時(shí)間、空間和因果關(guān)系不同，所對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)特征也不相同。由以上電能質(zhì)量擾動(dòng)事件關(guān)聯(lián)類型的分析容易得出以下結(jié)論，總結(jié)其起始時(shí)間、發(fā)生位置、事件源等特點(diǎn)可以得到表2。

表2 關(guān)聯(lián)類型分析

具有傳導(dǎo)型和并發(fā)型關(guān)聯(lián)類型的電能質(zhì)量擾動(dòng)事件的起始時(shí)間基本一致，而具有連鎖型與發(fā)展型的電能質(zhì)量擾動(dòng)事件起始時(shí)間不同。

具有傳導(dǎo)型的電能質(zhì)量擾動(dòng)事件總是在不同的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，而其他關(guān)聯(lián)類型的擾動(dòng)事件總是在同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

對(duì)于具有任一關(guān)聯(lián)類型的電能質(zhì)量擾動(dòng)事件其事件源都相同，傳導(dǎo)型、并發(fā)型和發(fā)展型中間不存在中間事件源，連鎖型存在中間事件源。

本文關(guān)聯(lián)類型的識(shí)別方法主要針對(duì)發(fā)生在同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電能質(zhì)量擾動(dòng)事件的關(guān)聯(lián)類型，即識(shí)別同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)檢測(cè)到的多個(gè)電能質(zhì)量擾動(dòng)事件是否為連鎖型、發(fā)展型或并發(fā)型，不用考慮位置特征。為此提出兩種時(shí)間性特征用于刻畫不同關(guān)聯(lián)類型的起始事件與關(guān)聯(lián)事件在起始時(shí)間和中間事件源上的差異。

1）事件起始時(shí)間間隔ΔT1

指起始事件與關(guān)聯(lián)事件的起始時(shí)間之差?？捎檬?5)計(jì)算。

式中：T(.)start——事件起始時(shí)間；

n———關(guān)聯(lián)事件的總個(gè)數(shù)；

ΔT1i第i個(gè)關(guān)聯(lián)事件與起始事件X1的起始事件之差。

2）關(guān)聯(lián)事件過(guò)渡時(shí)間間隔ΔT2

關(guān)聯(lián)事件過(guò)渡時(shí)間間隔是一個(gè)用于描述中間事件源動(dòng)作時(shí)間的時(shí)間特征，指起始事件與關(guān)聯(lián)事件的過(guò)渡段時(shí)間。過(guò)渡段最開始出現(xiàn)在對(duì)電壓暫降擾動(dòng)事件的波形刻畫中，目的是計(jì)算相位跳變、波形點(diǎn)、波形畸變等附加特征，以實(shí)現(xiàn)對(duì)暫降進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)分析與高級(jí)應(yīng)用。如圖2所示為一電壓暫降事件波形分段結(jié)果，為了方便區(qū)分，本文定義了發(fā)生型過(guò)渡段和恢復(fù)型過(guò)渡段。

圖2 擾動(dòng)波形分段結(jié)果

1）發(fā)生型過(guò)渡段Seg1：指擾動(dòng)事件從事件前端到事件持續(xù)段的過(guò)渡時(shí)段。

2）恢復(fù)型過(guò)渡段Seg2：指擾動(dòng)事件從持續(xù)段到另一平穩(wěn)階段（恢復(fù)段或另一持續(xù)段）的過(guò)渡時(shí)段。

由此可以由式(6)計(jì)算得到關(guān)聯(lián)事件過(guò)渡時(shí)間間隔ΔT2。

式中T(.)start、n的含義同式(5)。Seg2X1為起始事件恢復(fù)型過(guò)渡段，Seg1Xi+1為關(guān)聯(lián)事件發(fā)生型過(guò)渡段。ΔT2i為起始事件X1與第i個(gè)關(guān)聯(lián)事件的發(fā)生型過(guò)渡段開始時(shí)間之差。

2 多重時(shí)間判據(jù)的關(guān)聯(lián)類型識(shí)別方法

事件檢測(cè)與波形分段是計(jì)算關(guān)聯(lián)類型時(shí)間特征的基礎(chǔ)，即先將擾動(dòng)過(guò)程中的起始擾動(dòng)事件和關(guān)聯(lián)擾動(dòng)事件進(jìn)行檢測(cè)，記錄各事件發(fā)生的起止時(shí)刻，然后分別識(shí)別起始事件與關(guān)聯(lián)事件的過(guò)渡段，記錄其過(guò)渡段的起止時(shí)刻。然后才能采用式(5)和(6)計(jì)算關(guān)聯(lián)類型時(shí)間特征，為多重時(shí)間判據(jù)的關(guān)聯(lián)類型識(shí)別方法提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。本文通過(guò)將改進(jìn)經(jīng)驗(yàn)小波變換 (improved empirical wavelet transform,IEWT)和標(biāo)準(zhǔn)希爾伯特變換(normalized HT,NHT)結(jié)合以實(shí)現(xiàn)對(duì)起始事件和關(guān)聯(lián)事件的檢測(cè)。然后基于奇異值分解（singular value decomposition,SVD）的波形分段方法實(shí)現(xiàn)對(duì)擾動(dòng)事件過(guò)渡段的檢測(cè)。

2.1 基于IEWT和NHT的事件檢測(cè)方法

基于EWT的電能質(zhì)量擾動(dòng)檢測(cè)算法由于其運(yùn)算量小、具有一定的自適應(yīng)性以及不會(huì)造成模態(tài)混疊的優(yōu)勢(shì)，在電能質(zhì)量分析領(lǐng)域得到了廣泛地推廣與應(yīng)用。但是頻譜“過(guò)切分”的現(xiàn)象仍然存在，為了彌補(bǔ)這一缺陷出現(xiàn)了基于IEWT的檢測(cè)方法，通過(guò)對(duì)頻帶邊界進(jìn)行延拓，有效的解決了頻譜“過(guò)切分”的問(wèn)題。但是僅采用IEWT進(jìn)行事件檢測(cè)易受噪聲的干擾，導(dǎo)致部分?jǐn)_動(dòng)突變信息的丟失。下面詳細(xì)介紹事件檢測(cè)的基本步驟。

Step1：采用IEWT對(duì)信號(hào)進(jìn)行分解。

Step2：采用NHT對(duì)分解信號(hào)進(jìn)行幅-頻解調(diào)。

利用NHT對(duì)IEWT分解得到的信息分量x進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和解調(diào)處理后，可以將分解為調(diào)幅與調(diào)頻部分的乘積形式。由經(jīng)驗(yàn)包絡(luò)函數(shù)a(t)對(duì)x(t)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后的信號(hào)xn(t)即為調(diào)頻信號(hào)，調(diào)幅部分為A(t)，如式(9)、(10)所示。而瞬時(shí)頻率函數(shù)F(t)可由式(11)計(jì)算得到。進(jìn)行希爾伯特黃變換后的結(jié)果。

Step3：擾動(dòng)特征的提取。

由步驟2解調(diào)得到的A(t)和F(t)可得到幅值信息和頻率信息，并且由A(t)平穩(wěn)段的最大最小值還可以得到擾動(dòng)起止時(shí)刻。由式(12)計(jì)算A(t)的閾值α，則A(t)與α的交點(diǎn)即為擾動(dòng)的起止時(shí)刻。

其中A(t)static為擾動(dòng)穩(wěn)態(tài)值，即事件前段和事件恢復(fù)段的幅值。

2.2 基于SVD的擾動(dòng)事件波形分段方法

根據(jù)事件頻率特性可以將關(guān)聯(lián)類型中涉及的擾動(dòng)事件分為工頻事件和非工頻事件兩大類。非工頻事件包括暫態(tài)脈沖和暫態(tài)振蕩兩類擾動(dòng)事件。對(duì)于這兩類事件其特點(diǎn)為發(fā)生頻率較大，事件發(fā)生過(guò)程總是快速變化的，如脈沖一般在毫秒及以下時(shí)間等級(jí)，振蕩頻率在幾百赫茲及以上，并且持續(xù)時(shí)間較短，因此不能直接定義其過(guò)渡段，本文直接采用2.1節(jié)檢測(cè)到的擾動(dòng)起止時(shí)刻作為過(guò)渡段的時(shí)間特征。工頻事件主要有電壓暫降、電壓暫升和電壓中斷三類擾動(dòng)事件，其波形特點(diǎn)與電壓暫降類似，可以采用奇異點(diǎn)檢測(cè)的方法實(shí)現(xiàn)過(guò)渡段邊界的定位?；赟VD的電壓暫降波形自動(dòng)分段方法可以對(duì)電壓暫降等工頻擾動(dòng)事件波形信號(hào)過(guò)渡段的有效檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)暫降等工頻擾動(dòng)事件波形的自動(dòng)分段。下面介紹工頻事件波形分段的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

Step1：檢測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)處理。為了消除持續(xù)段電壓波動(dòng)對(duì)過(guò)渡段邊界識(shí)別的影響，需要采用濾波算法對(duì)其進(jìn)行平滑處理，以消除事件持續(xù)段電壓波動(dòng)的影。本文采用中值濾波算法對(duì)工頻擾動(dòng)事件進(jìn)行平滑處理，可以有效的避免電壓波動(dòng)的干擾，使過(guò)渡段的檢測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確。

Step2：奇異值分解。利用檢測(cè)信號(hào)X={xi}(i=1,2 ,···,N)構(gòu)造Hankel矩陣，如式(13)所示，并對(duì)構(gòu)造的Hankel矩陣進(jìn)行SVD分解，結(jié)果如式(14)所示，其中 λi為X的奇異值，ui、vi為使式 (14)成立的正交信號(hào)的元素。

Step3：過(guò)渡段邊界定位。通過(guò)設(shè)置一個(gè)閾值與SVD分解得到的奇異值作比較，當(dāng)奇異值超過(guò)該閾值時(shí)，表示過(guò)渡段開始，反之，則表示為過(guò)渡段結(jié)束。為了提高分段方法的自適應(yīng)性，還可以根據(jù)事件持續(xù)段的有效值與奇異值之間的線性關(guān)系，自適應(yīng)地設(shè)定閾值。本文也直接采用事件持續(xù)段有效值的0.25倍作為自適應(yīng)閾值。

2.3 基于多重時(shí)間判據(jù)的關(guān)聯(lián)類型識(shí)別方法

基于多重時(shí)間判據(jù)的關(guān)聯(lián)類型識(shí)別方法的本質(zhì)就是根據(jù)起始事件與關(guān)聯(lián)事件時(shí)間關(guān)系的差異識(shí)別出不同的關(guān)聯(lián)類型，其基本流程如圖3所示。主要分為三個(gè)環(huán)節(jié)，第一個(gè)環(huán)節(jié)為事件檢測(cè)與分段，用于檢測(cè)事件起止時(shí)刻和過(guò)渡段；第二個(gè)環(huán)節(jié)為時(shí)間特征的計(jì)算，即應(yīng)用式 (5)、(6)計(jì)算ΔT1、ΔT2。第三個(gè)環(huán)節(jié)為根據(jù)多重時(shí)間判據(jù)的判斷結(jié)果得出不同的關(guān)聯(lián)類型，下面詳細(xì)介紹多重時(shí)間判據(jù)的判斷過(guò)程。

圖3 關(guān)聯(lián)類型識(shí)別方法流程圖

1）判據(jù)一：判斷是否需要進(jìn)行關(guān)聯(lián)類型的判斷，如式(15)所示。滿足則需要，否則就不需要。

其中?0為電能質(zhì)量擾動(dòng)事件持續(xù)時(shí)間TXi與中間事件源動(dòng)作時(shí)間TC2之和的最大值。由于事件持續(xù)時(shí)間不超過(guò)1 min，考慮中間事件源為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)時(shí)間不超過(guò)1 min，因此本文取?0=2 min。

2）判據(jù)二：判斷關(guān)聯(lián)類型是否為并發(fā)型，如式(16)所示。滿足則為并發(fā)型，不滿足則為其他類型。

其中?1＜＜?0，本文取?1=0.001。

3）判據(jù)三：判斷關(guān)聯(lián)類型是否為發(fā)展型，如式(17)所示。在滿足式(15)，而不滿足式(16)的前提下，若式(17)滿足則為發(fā)展型，否則為連鎖型。

其中T(Seg2X1)為起始事件恢復(fù)型過(guò)渡段的持續(xù)時(shí)間。滿足式(17)說(shuō)明擾動(dòng)過(guò)程中不存在中間事件源，即不存在起始事件不存在恢復(fù)段。

3 仿真分析與驗(yàn)證

本文基于 PSCAD/EMTDC對(duì)本文1.1節(jié)所示的典型輻射型中壓配電系統(tǒng)進(jìn)行仿真，生成關(guān)聯(lián)類型為連鎖型、并發(fā)型、發(fā)展型的擾動(dòng)事件。系統(tǒng)仿真步長(zhǎng)為250 us，仿真時(shí)長(zhǎng)分別設(shè)置為4 s、1 s、0.1 s，系統(tǒng)采樣頻率為 4 000 Hz，長(zhǎng)度分別為 16 000、4 000、400個(gè)采樣點(diǎn)。電腦配置為Intel(R) Core(TM)i5-9400 CPU @ 2.90 GHz。

3.1 事件檢測(cè)與波形分段結(jié)果分析

由于實(shí)際信號(hào)中會(huì)存在噪聲干擾，文中采用的擾動(dòng)數(shù)據(jù)為仿真數(shù)據(jù)，無(wú)法體現(xiàn)實(shí)際噪聲的干擾，由于實(shí)際電力系統(tǒng)中的噪聲信號(hào)不會(huì)很大，信噪比為30 dB高斯白噪聲是一種較為嚴(yán)苛情況，在這種情景下的分析結(jié)果更具有說(shuō)服力，因此本文對(duì)仿真數(shù)據(jù)添加了信噪比為30 dB高斯白噪聲。

仿真分析結(jié)果如下：

1）連鎖型

仿真設(shè)置的三相短路故障（事件源F11）發(fā)生時(shí)刻為2.242 2 s、故障切除（中間事件源B2）動(dòng)作時(shí)間為2.335 8 s電機(jī)啟動(dòng)即中間事件源M2動(dòng)作時(shí)間為2.535 8 s。本文應(yīng)用基于IEWT與NHT的事件檢測(cè)算法對(duì)仿真波形進(jìn)行事件檢測(cè)，得到的結(jié)果如圖4所示（圖中幅值為標(biāo)幺值，后同）。圖中C1、C2為分解結(jié)果，可以看出該擾動(dòng)包含兩次電壓暫降事件，由C2及其幅值曲線可以得到事件發(fā)生和結(jié)束時(shí)刻。

圖4 事件檢測(cè)及波形分段結(jié)果

將檢測(cè)到的事件的時(shí)間特征記錄于表3。對(duì)比LMD和HHT算法可以看出，本文方法具有較高的準(zhǔn)確性。

表3 檢測(cè)結(jié)果

2）發(fā)展型

仿真設(shè)置的雷擊故障（事件源L1）發(fā)生時(shí)刻為0.040 2 s。得到的檢測(cè)結(jié)果如圖5所示?？梢缘贸隹梢詫⒃盘?hào)分解為基頻分量C1、振蕩分量C2和脈沖分量C3，由C2、C3及其幅值曲線可以準(zhǔn)確得出事件發(fā)生和結(jié)束時(shí)刻，最終得到的檢測(cè)事件的時(shí)間特征記錄于表4。對(duì)比LMD和HHT算法可以看出，本文方法具有較高的準(zhǔn)確性。

表4 檢測(cè)結(jié)果

圖5 事件檢測(cè)及波形分段結(jié)果

3）并發(fā)型

仿真設(shè)置的電容器組（事件源C1）發(fā)生時(shí)刻為0.644 5 s。得到的檢測(cè)結(jié)果如圖6所示，并將檢測(cè)到的事件的時(shí)間特征記錄于表4。對(duì)比LMD和HHT算法可以看出，本文方法具有較高的準(zhǔn)確性。

根據(jù)圖6可以看出原信號(hào)被分為了基頻分量C1和振蕩分量C2，由C1、C2及其幅值曲線可以準(zhǔn)確提取事件發(fā)生和結(jié)束時(shí)刻。

圖6 事件檢測(cè)及波形分段結(jié)果

應(yīng)用2.3節(jié)的波形分段方法檢測(cè)擾動(dòng)事件過(guò)渡段，波形分段結(jié)果如圖4(c)、圖6(c)所示，其時(shí)間特征如表5、表6所示。

表5 檢測(cè)結(jié)果

表6 過(guò)渡段檢測(cè)結(jié)果

3.2 關(guān)聯(lián)類型識(shí)別結(jié)果

根據(jù)式(5)和式(6)計(jì)算3.1節(jié)中三類關(guān)聯(lián)類型的事件起始時(shí)間間隔ΔT1和關(guān)聯(lián)事件過(guò)渡時(shí)間間隔ΔT2，計(jì)算結(jié)果如表7所示。將ΔT1、ΔT2的計(jì)算結(jié)果與式(15)、(16)和(17)三個(gè)時(shí)間判據(jù)作比較，得出的關(guān)聯(lián)類型與實(shí)際結(jié)果完全相同，驗(yàn)證了本文方法的有效性。

表7 起始和過(guò)渡時(shí)間間隔

為了進(jìn)一步驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性，本文通過(guò)設(shè)置不同的故障時(shí)間和開關(guān)動(dòng)作時(shí)間對(duì)連鎖型、發(fā)展型和并發(fā)型的三種典型擾動(dòng)采用PSCAD/EMTDC多重運(yùn)行功能進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，得到45組并發(fā)型、90組發(fā)展型、85組連鎖型，分別在原始信號(hào)和疊加信噪比為30 dB的情況下應(yīng)用本文提出的多重時(shí)間判據(jù)的識(shí)別方法進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如表8所示。

表8 不同噪聲下本文方法的識(shí)別準(zhǔn)確率

由表8可知，在沒(méi)有噪聲干擾的情況下本文方法可以將連鎖型、發(fā)展型和并發(fā)型準(zhǔn)確地識(shí)別出來(lái)。但是在噪聲環(huán)境下，識(shí)別結(jié)果明顯降低，其中并發(fā)型的識(shí)別不受噪聲的影響識(shí)別率仍然為100%，但是發(fā)展型和并發(fā)型的識(shí)別率明顯降低，其主要原因在于噪聲會(huì)導(dǎo)致事件檢測(cè)和波形分段結(jié)果產(chǎn)生誤差，進(jìn)而影響關(guān)聯(lián)事件過(guò)渡時(shí)間間隔ΔT2的計(jì)算結(jié)果，導(dǎo)致發(fā)展型和連鎖型的識(shí)別出現(xiàn)混淆。為了提高本文方法的分類識(shí)別率，可以在事件檢測(cè)和波形分段前對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)電能質(zhì)量擾動(dòng)事件之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，本文提出了一種關(guān)聯(lián)類型識(shí)別方法，主要工作如下：

1) 介紹了關(guān)聯(lián)類型的基本定義及特點(diǎn)，提出了一種關(guān)聯(lián)類型鏈?zhǔn)酵蒲荼硎痉椒?，可以將?fù)雜擾動(dòng)的發(fā)展演變過(guò)程清晰地表示出來(lái)。

2) 為了將過(guò)渡段的兩種形式區(qū)分開來(lái)，提出了發(fā)生型過(guò)渡段Seg1和恢復(fù)型過(guò)渡段的概念。在此基礎(chǔ)上，提出了事件起始時(shí)間間隔ΔT1和關(guān)聯(lián)事件過(guò)渡時(shí)間間隔ΔT2的基本定義與計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)了關(guān)聯(lián)類型的特征分析。

3) 根據(jù)ΔT1和ΔT2的值，提出了一種基于多重時(shí)間判據(jù)的電能質(zhì)量擾動(dòng)事件關(guān)聯(lián)類型分析方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)聯(lián)類型的分類識(shí)別。