一种微弱故障行波下的多分支配电网故障定位方法技术

本发明专利技术为解决配电网相对复杂情况导致故障行波微弱的多分支配电网故障定位问题，提出了一种微弱故障行波下的多分支配电网故障定位方法。利用MRSVD分解对微弱行波信号降噪，然后进行VMD分解，重构中高频段的模态分量，计算其SDEO能量谱，获取行波到达时刻。利用行波到达时刻构造故障发生时间矩阵FOT，搜索故障所在区段，再构造故障定位时间矩阵FLT，根据线路长度与时间的比值关系，实现精准测距。本发明专利技术能有效解决行波信号微弱时波头标定的问题，获取准确的行波到达时间，并且仅需利用行波到达时间和线路长度，即可实现复杂多分支配网的故障精准定位，无需计算行波波速，排除波速不确定性的影响，进一步提高了定位精度。进一步提高了定位精度。进一步提高了定位精度。

【技术实现步骤摘要】
Time)实现故障点的区段定位和精确定位。
[0006]本专利技术所提故障定位方法需要在一定前提条件下才能实施，包括对配电网络进行特定的网络拓扑编号、行波采集装置配置和特定的已知线路参数，其详细描述如下：
[0007]1)配电网络拓扑编号。对于给定的多分支配电网络结构，以其拓扑长度最长的线路的为主干线，其首末端分别编号D1(T1)和D
N
(T
N
)；以除主干线外的其他线路为分支线路，其末端分别编号D
i
(i∈[2,N
‑
1])；以分支与主干连接节点为一级分支节点，以分支与分支连接节点为二级及以上分支节点，从配电网络首端至末端依次对所有分支节点进行排序编号，分别为T
i
(i∈[2,N
‑
1])。
[0008]2)配置行波采集装置。在配电网络主干线首末端及所有分支线路末端，即D
i
(i∈[1,N])处安装行波采集装置DFR
i
(i∈[1,N])，其中DFR1和DFR
N
为主定位装置，其余为辅助定位装置。所有行波采集装置均具备GPS时钟同步功能和远程通讯功能，能采集具有相同时间戳的故障行波，并传输到远程服务器端进行故障分析。
[0009]3)已知的线路参数。已知配电网络中所有线路区段的长度，已知配电网中行波在任意两个不同端点D
i
和D
j
之间传输的时间，该时间可通过行波注入法进行实验获取。
[0010]基于上述条件，本专利技术所提故障定位方法主要包括两方面：配网相对复杂情况导致行波微弱时的波头提取和复杂多分支配电网的故障定位。其中，微弱故障行波的波头提取主要分为两部分，利用MRSVD对行波信号进行降噪，然后利用VMD对降噪后的行波信号进行波头标定，具体实现步骤如下：
[0011]利用MRSVD分解对微弱行波信号降噪，然后进行VMD分解，重构中高频段的模态分量，计算其SDEO能量谱，获取行波到达时刻；
[0012]利用行波到达时刻构造故障发生时间矩阵FOT，确定故障发生时间并根据故障发生时间矩阵FOT搜索故障所在区段，构造故障定位时间矩阵FLT，根据定位时间矩阵FLT进行精确定位并输出故障精确位置。
[0013]在上述的一种微弱故障行波下的多分支配电网故障定位方法，
[0014]采集故障电压行波信号并上传到服务器端；
[0015]针对故障电压行波信号进行凯伦布尔变换解耦，获取线模1分量；
[0016]对行波线模1分量进行MRSVD一层分解，分别得到一个近似分量和细节分量；
[0017]以近似分量和细节分量能量值的能量比构造降噪阈值P1为一层分解后近似分量能量值，P2为一层分解后细节分量能量值；
[0018]对一层MRSVD分解后的近似分量继续进行MRSVD分解，以分解后的近似分量作为降噪后的信号进行循环分解降噪；当第k+1次分解的细节分量奇异值σ
k+1
与第k次分解的细节分量奇异值σ
k
的差值绝对值小于阈值θ，即|σ
k+1
‑
σ
k
|≤θ时，停止分解，输出第k+1次分解后的近似分量作为降噪后的行波信号。
[0019]在上述的一种微弱故障行波下的多分支配电网故障定位方法，对降噪后的行波信号进行VMD分解，模态分量个数设为5；然后对分解得到的中间三个模态分量，即IMF2、IMF3、IMF4进行重构；
[0020]计算重构信号的对称差分能量算子能量谱SDEO，然后以第一个能量极大值对应时刻作为行波到达时刻，取为t(i)(i∈[1,N])。
[0021]在上述的一种微弱故障行波下的多分支配电网故障定位方法，计算故障发生时刻t
f
，具体是
[0022]基于以下公式计算得到不同的故障发生时间t
f
(i,j)，式中τ(i,j)为行波在D
i
和D
j
之间传输所需时间；i＝j时，有t
f
(i,j)＝t
f
(i,i)＝t
f
(j,j)＝t(i)＝t(j)；
[0023][0024]构造故障发生时间矩阵FOT；根据计算得到的故障发生时间t
f
(i,j)构造2
×
N维故障发生时间矩阵FOT，如下所示，t
f
(1,j)为FOT矩阵的第一行元素，t
f
(N,j)为FOT矩阵的第二行元素；
[0025][0026]在上述的一种微弱故障行波下的多分支配电网故障定位方法，确定故障发生时间t
f
，具体是
[0027]确定FOT矩阵的最小元素，记为故障发生时间t
f
，矩阵中与t
f
很接近的值同样记为t
f
，其余记为＞t
f
，然后根据t
f
在FOT矩阵的分布情况进行故障区段辨识。
[0028]在上述的一种微弱故障行波下的多分支配电网故障定位方法，确定故障所在区段，具体是：令Δt
f
(j)＝|t
f
(1,j)
‑
t
f
(N,j)|，并且对Δt
f
(j)进行判断：
[0029]若Δt
f
(j)(j∈[1,N])均不为0，则故障发生在主干线的区段上；分析FOT矩阵中t
f
的分布，当其满足判定形式1时，则故障发生在路径P(D
k
‑
D
k+1
)与主干线公共的区段上，直接确定故障所在位置；否则，确定为第一种故障所在区段；
[0030][0031]若Δt
f
(j)中仅Δt
f
(k)＝0，且t
f
在FOT矩阵的分布如判定形式2所示，则故障发生在以D
k
为末端的分支区段上，此时该分支为仅含一级分支的分支线路，直接确定故障所在位置；否则，确定为第二种故障所在区段；
[0032][0033]在上述的一种微弱故障行波下的多分支配电网故障定位方法，
[0034]第一种故障所在区段；若Δt
f
(j)中有n个0(j∈[k,k+n
‑
1],n＞1)，则故障发生在含二级及以上的分支线路中；对t
f
在FOT矩阵的分布进行分析，满足判定形式3时，则故障发生在以D
i
(i＝[k,k+n
‑
1])为末端的分支线路的公共区段上，转到步骤9；否则，转到步骤8；
[0035][0036]第二种故障所在区段；若Δt
f
(j)中有n个0(j∈[k,k+n
‑
1],n＞1)，且FOT矩阵满足判定形式4时，则故障发生在以D
i
(i＝[k本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微弱故障行波下的多分支配电网故障定位方法，其特征在于：利用MRSVD分解对微弱行波信号降噪，然后进行VMD分解，重构中高频段的模态分量，计算其SDEO能量谱，获取行波到达时刻；利用行波到达时刻构造故障发生时间矩阵FOT，确定故障发生时间并根据故障发生时间矩阵FOT搜索故障所在区段，构造故障定位时间矩阵FLT，根据定位时间矩阵FLT进行精确定位并输出故障精确位置。2.根据权利要求1所述的一种微弱故障行波下的多分支配电网故障定位方法，其特征在于：采集故障电压行波信号并上传到服务器端；针对故障电压行波信号进行凯伦布尔变换解耦，获取线模1分量；对行波线模1分量进行MRSVD一层分解，分别得到一个近似分量和细节分量；以近似分量和细节分量能量值的能量比构造降噪阈值P1为一层分解后近似分量能量值，P2为一层分解后细节分量能量值；对一层MRSVD分解后的近似分量继续进行MRSVD分解，以分解后的近似分量作为降噪后的信号进行循环分解降噪；当第k+1次分解的细节分量奇异值σ
k+1
与第k次分解的细节分量奇异值σ
k
的差值绝对值小于阈值θ，即|σ
k+1
‑
σ
k
|≤θ时，停止分解，输出第k+1次分解后的近似分量作为降噪后的行波信号。3.根据权利要求1所述的一种微弱故障行波下的多分支配电网故障定位方法，其特征在于：对降噪后的行波信号进行VMD分解，模态分量个数设为5；然后对分解得到的中间三个模态分量，即IMF2、IMF3、IMF4进行重构；计算重构信号的对称差分能量算子能量谱SDEO，然后以第一个能量极大值对应时刻作为行波到达时刻，取为t(i)(i∈[1,N])。4.根据权利要求1所述的一种微弱故障行波下的多分支配电网故障定位方法，其特征在于：计算故障发生时刻tf，具体是基于以下公式计算得到不同的故障发生时间tf(i,j)，式中τ(i,j)为行波在Di和Dj之间传输所需时间；i＝j时，有tf(i,j)＝tf(i,i)＝tf(j,j)＝t(i)＝t(j)；构造故障发生时间矩阵FOT；根据计算得到的故障发生时间t
f
(i,j)构造2
×
N维故障发生时间矩阵FOT，如下所示，t
f
(1,j)为FOT矩阵的第一行元素，t
f
(N,j)为FOT矩阵的第二行元素；5.根据权利要求1所述的一种微弱故障行波下的多分支配电网故障定位方法，其特征在于：确定故障发生时间t
f
，具体是确定FOT矩阵的最小元素，记为故障发生时间t
f
，矩阵中与t
f
很接近的值同样记为t
f
，其
余记为＞t
f
，然后根据t
f
在FOT矩阵的分布情况进行故障区段辨识。6.根据权利要求1所述的一种微弱故障行波下的多分支配电网故障定位方法，其特征在于：确定故障所在区段，具体是：令Δt
f
(j)＝|t
f
(1,j)
‑
t
f
(N,j)|，并且对Δt
f
(j)进行判断：若Δt
f
(j)(j∈[1,N])均不为0，则故障发生在主干线的区段上；分析FOT矩阵中t
f
的分布，当其满足判定形式1时，则故障发生在路径P(D
k
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙云莲，吴佳享，石珞加，易仕敏，祝志慧，陈楚昭，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：