[发明专利]基于EM算法和梯度提升树的电压暂降原因识别方法

说明书

本发明公开了一种基于EM算法和梯度提升树的电压暂降原因识别方法，旨在解决同类和异类暂降特征下的电压暂降无法精准分类、数据特征提取提取困难等问题。本发明以电压暂降波形数据为基础，以电网故障、雷电、气象数据为辅，通过EM算法准确提取了电网二次电压的标幺值，并在此基础上提取了波形数据统计学意义上的特征，在单相和三相数据波形中通过一定的训练样本数据训练了梯度提升树模型，实现了电压暂降原因识别，清晰地区分了系统侧故障导致的电压暂降和用户侧大用户负荷启动导致的电压暂降。

技术领域

本发明涉及一种基于EM算法和梯度提升树的电压暂降原因识别方法，属于电力系统电能质量领域。

背景技术

电压暂降指电压均方根值快速下降且持续时间不长的事件，其典型持续时间为10ms～1min个周波。电压暂降现象通常可以用电压暂降幅值、持续时间来描述。暂降幅值定义为暂降时的电压有效值与额定值的比，持续时间是指暂降从发生到结束经历的时间。这两个表征电压暂降的特征量对负荷运行有较大影响。国际电工委员会(IEC)定义电压暂降幅值为下降到额定值的90％～1％；电气与电子工程师协会(IEEE)将其定义为下降到额定值的90％～10％。

根据实际的运行经验统计，在用户电能质量问题投诉中，80％以上是由电压暂降引起的。这一电压质量问题之所以有如此大的影响，一方面是由于电压暂降的高频次发生；另一方面，即使仅仅持续4～5个周波的电压暂降也会使某些敏感设备非正常运行甚至无序启停，给重要用户带来巨大经济损失。

当输配电系统中发生短路故障、大容量感应电机启动、雷击、开关操作、变压器以及电容器组的投切等事件时，均会引起电压暂降。其中雷击会造成杆塔绝缘闪络或对地放电会使保护装置动作，从而导致供电电压下降。这种暂降影响范围大，持续时间一般超过100ms。大容量感应电机的启动及大功率冲击性负荷与短路故障引起的电压暂降会带来不同特征的暂降。感应电机启动造成的暂降深度取决于感应电机特性和联接处的系统短路容量，幅值随电流逐渐恢复为正常值而上升，具有跌落深度浅和持续时间长的特点，一般不会对用户造成严重影响。而由短路故障引起的电压暂降幅值大小与故障位置和类型有关，暂降持续时间由保护的动作时间决定。一般都是电压突然跌落，等断路器动作后，电压立即恢复。因此，短路故障会引起较严重的电压暂降，影响敏感设备的正常工作。变压器在投运时，由于铁芯饱和特性，会在送电端产生数倍于额定电流的涌流，其大小和变压器投运时正弦电压的初相角及铁心剩磁有关。初相角为0°时产生最大的涌流，此时电压暂降程度也最深；相角为90°时，则不会产生涌流。由于变压器投运时三相的初相角始终互差120°，因此，变压器投运引起的电压暂降总是三相不平衡。线圈铜损导致暂降电压的恢复是个逐渐过程，小型变压器的电阻较大，电抗较小，约几个周期就达到稳态；而大型变压器由于电阻较小，电抗较大，一般需要几十个周期才能达到稳态。

无论是短路故障引起的电压暂降还是变压器励磁涌流引起的电压暂降，这属于系统侧导致的电压暂降，而大容量感应电机启动引起的电压暂降属于用户侧导致的电压暂降，如何将两者区分是电压暂降治理的必要前提。现有技术要么将大量的电压暂降波形存入数据库，通过繁琐、耗时的方式来匹配，花费大量的计算资源与时间资源，要么通过显式的规则来判断，需要不断地添加规则。在电压暂降源的识别过程中，根据电压有效值及持续时间来进行直观的特征提取往往具有颗粒度大、无法精准分类、数据特征提取等困难。

发明内容

为达到上述目的，本发明公开一种基于EM算法和梯度提升树的电压暂降原因识别方法，具体包括电压暂降特征工程、暂降事件分类模型训练和外部数据关联，能够克服现有技术电压暂降原因识别颗粒度大、无法精准分类、数据特征提取等困难。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于EM算法和梯度提升树的电压暂降原因识别方法，其特征在于，包括电压暂降特征工程、暂降事件分类模型训练和外部数据；基于电压暂降特征工程提取电压暂降数据的特征数据后，通过暂降事件分类模型训练将电压暂降数据原因分类后，与外部数据进行关联。