一种线路故障行波反演方法技术

本发明专利技术公开了一种线路故障行波反演方法，包括以下步骤：步骤1：基于测点故障信号计算线模行波；步骤2：从线模行波中滤除工频信号，得到仅由入射波与反射波混叠的信号，称为混叠波信号；步骤3：根据混叠波信号与入射波信号之间的映射关系，反演得到入射波信号。本发明专利技术能够基于测得的混叠波准确反演入射行波。基于测得的混叠波准确反演入射行波。基于测得的混叠波准确反演入射行波。

【技术实现步骤摘要】
一种线路故障行波反演方法


[0001]本专利技术涉及电力系统保护与故障定位领域，具体涉及一种线路故障行波反演方法及系统。

技术介绍

[0002]输电线路发生故障后，对故障进行快速、准确的定位有利于检修人员及时对故障进行处置，从而快速地恢复供电，避免造成更大的安全事故与经济损失，这对维持电网稳定性具有重大意义。现有故障定位方法主要有阻抗法与行波法。行波(travelling wave)是指平面波在传输线上的一种传输状态，其幅度沿传播方向按指数规律变化，相位沿传输线按线性规律变化。输电线路发生故障后，由故障点产生的向线路两端传播的暂态行波包含丰富的故障信息。由于暂态行波中包含的故障特征更加丰富，越来越多专家学者选择行波法进行故障定位。但是精确的故障定位离不开对故障后暂态行波的真实测量。
[0003]然而变电站内电力设备元件数量和种类繁多，行波在波阻抗不连续点会发生折反射现象。变电站内线路短，线路只有几十米，而行波波速接近于光速，因此变电站测点测得的故障行波波形往往是入射波与反射波的叠加，相较于入射波存在一定的波形畸变，幅值大大降低，陡度变小，与入射波相比失真严重，不利于故障的检测与定位。因此，将测得的混叠波信号反演入射波能够极大程度推进行波保护与定位技术的实用化进程。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，提供一种线路故障行波反演方法，能够基于测得的混叠波准确反演入射行波。
[0005]本专利技术提供的技术方案为：
[0006]一种线路故障行波反演方法，包括以下步骤：/>[0007]步骤1：基于测点故障信号计算线模行波；
[0008]步骤2：从线模行波中滤除工频信号，得到仅由入射波与反射波混叠的信号，称为混叠波信号；
[0009]步骤3：根据混叠波信号与入射波信号之间的映射关系，反演得到入射波信号。
[0010]进一步地，测点故障信号为测点故障电流信号。
[0011]进一步地，所述步骤1中，对测点故障电流信号进行去噪，包括以下步骤：先利用EMD方法将测点故障电流信号分解成一组本征模函数IMF分量和余量；再采用基于连续均方误差准则的方法选取IMF分量，进行信号重构，得到去噪后的信号；
[0012]然后，基于去噪后的信号计算线模行波。
[0013]进一步地，所述步骤1中，所述步骤1中，对去噪后的信号进行凯伦贝尔相模变换，得到1模分量f1、2模分量f2与0模分量f0。
[0014]进一步地，所述步骤1中，所述线模行波取1模分量f1；
[0015]所述步骤2中，工频信号采用以下方法获取：采用FFT获取线模行波非故障时段信
号的频率曲线，从中选取频率为50Hz所对应的幅值、相位参数，重构工频信号。
[0016]进一步地，所述步骤1中，线模行波非故障时段信号根据以下步骤获取：
[0017]首先，对线模行波进行采样，得到离散时间序列：
[0018][0019]式中，符号表示“定义为”；{}表示集合；w
n
表示线模行波上第n个采样点的幅值；N为信号选取的时间窗长度；T为采样间隔时间；其中线模行波取1模分量f1；
[0020]然后，对离散时间序列x(nT)进行二阶差分运算，利用滑窗算法对信号突变点进行检测，具体步骤如下：
[0021]①
设置滑窗长度为γ，令i＝γ；
[0022]②
对于第i个采样点，设置滑窗起始点b＝max(1，i
‑
γ)，计算信号在滑窗范围内的平均值M
i
，设置扰动阈值δ
f
；
[0023]③
判断第i个采样点与滑窗内众数的偏离情况，若满足|x(iT)/M
i
|＜δ
f
，则判定第i个采样点不是信号突变点，转至步骤
④
，否则判定第i个采样点是信号突变点，算法结束；
[0024]④
若第i个采样点是最后一个采样点，说明该信号不存在突变点，算法结束；若第i个采样点并非最后一个采样点，则令i＝i+1，转至步骤
②
；
[0025]最后，基于上述滑窗法得到的信号突变点检测结果，若检测到了信号突变点，则将时间序列x(nT)从第α个采样点至信号突变点之间的时段信号，作为非故障时段信号x'(kT)，否则将从时间序列x(nT)从第α个采样点连续K个信号作为非故障时段信号x'(kT)：
[0026][0027]其中，K为选取非故障时段信号的时间窗长度，且K<N。
[0028]进一步地，所述步骤1中，线模行波非故障时段信号的频率曲线为：
[0029][0030]非故障时段信号各频域分量的幅值与相角为：
[0031][0032][0033]进一步地，所述步骤1中，重构得到全时段工频信号为：
[0034][0035]其中，分别为工频信号的幅值与相角。
[0036]进一步地，所述步骤1中，所述步骤3包括以下步骤：
[0037]步骤3.1：选定混叠波信号第一波头的时间窗长度，对混叠波信号进行Laplace变换；
[0038]步骤3.2：利用混叠波信号的Laplace变换，以及入射波信号与混叠波信号之间的传递函数H(s)，计算入射波信号的Laplace变换；
[0039]步骤3.3：对入射波信号的Laplace变换进行逆变换，得到入射波信号。
[0040]进一步地，所述步骤1中，所述入射波电流与混叠波电流之间的传递函数H(s)根据以下方法获取：
[0041]1)根据彼得逊法则构建构建变电站的等值电路模型；
[0042]2)根据变电站的等值电路建立入射波电流与混叠波电流之间的传递函数H(s)以及入射波反演模型；
[0043]3)在等值电路模型的激励点施加入射波电流，在等值电路模型的响应点测量混叠波电流，基于入射波反演模型得到反演入射波信号，由此获得样本数据；
[0044]4)对比样本数据中，反演入射波信号与实测入射波信号波形相似性，以波形相似度衡量等值电路元件参数的准确性，从而对等值电路模型中元件参数进行优化，得到最终的传递函数H(s)和入射波反演模型。
[0045]有益效果：
[0046]针对测点行波信号混叠问题，本申请提出了一种线路故障行波反演方法。通过大量仿真验证，相比测量的混叠波信号，反演后的入射波故障特征更加显著，能有效提升故障定位精度。
附图说明
[0047]图1为EMD分解后的IMF分量与残余信号
[0048]图2为染噪信号与去噪信号对比
[0049]图3为去噪信号滤波时间窗的选取
[0050]图4为滑窗算法标定信号突变点
[0051]图5为混叠波信号的提取；图5(a)为非故障时段信号的频率曲线；图5(b)为去噪信号与重构工频信号；图5(c)为滤除工频后信号；
[0052]图6为行波经过500kV变电站的模型
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种线路故障行波反演方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：基于测点故障信号计算线模行波；步骤2：从线模行波中滤除工频信号，得到仅由入射波与反射波混叠的信号，称为混叠波信号；步骤3：根据混叠波信号与入射波信号之间的映射关系，反演得到入射波信号。2.根据权利要求1所述的线路故障行波反演方法，其特征在于，所述步骤1中，测点故障信号为测点故障电流信号。3.根据权利要求2所述的线路故障行波反演方法，其特征在于，所述步骤1中，对测点故障电流信号进行去噪，包括以下步骤：先利用EMD方法将测点故障电流信号分解成一组本征模函数IMF分量和余量；再采用基于连续均方误差准则的方法选取IMF分量，进行信号重构，得到去噪后的信号；然后，基于去噪后的信号计算线模行波。4.根据权利要求4所述的线路故障行波反演方法，其特征在于，所述步骤1中，对去噪后的信号进行凯伦贝尔相模变换，得到1模分量f1、2模分量f2与0模分量f0。5.根据权利要求4所述的线路故障行波反演方法，其特征在于，所述线模行波取1模分量f1；所述步骤2中，工频信号采用以下方法获取：采用FFT获取线模行波非故障时段信号的频率曲线，从中选取频率为50Hz所对应的幅值、相位参数，重构工频信号。6.根据权利要求5所述的线路故障行波反演方法，其特征在于，线模行波非故障时段信号根据以下步骤获取：首先，对线模行波进行采样，得到离散时间序列：式中，符号表示“定义为”；{}表示集合；w
n
表示线模行波上第n个采样点的幅值；N为信号选取的时间窗长度；T为采样间隔时间；其中线模行波取1模分量f1；然后，对离散时间序列x(nT)进行二阶差分运算，利用滑窗算法对信号突变点进行检测，具体步骤如下：
①
设置滑窗长度为γ，令i＝γ；
②
对于第i个采样点，设置滑窗起始点b＝max(1，i
‑
γ)，计算信号在滑窗范围内的平均值M
i
，设置扰动阈值δ
f
；
③
判断第i个采样点与滑窗内众数的偏离情况，若满足|x(iT)/M
i
|＜δ
f
...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏翊翔，李泽文，王帅，郭欣玉，孙健，施星宇，许健，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：