一种同杆并架双回线路故障测距方法

摘要

本发明公开了一种同杆并架双回线路故障测距方法，包括如下步骤：（S1）对采样得到的双回三相暂态电流作为原始电流信号进行去噪；（S2）将去噪后的电流处理信号进行六相相模变换，并提取其中一模分量作为故障分析信号；（S3）应用匹配追踪算法对获得的故障分析信号采取脉冲信号原子进行匹配追踪，将能量最大的三个最佳匹配脉冲原子信号峰值时间进行比较，取最早达到峰值的时间作为为行波波头到达测量点时间；（S4）根据已获得的行波波头到达两端测量点的时间，计算获得两端测量点分别离故障点的距离。本发明可实现准确可靠提取行波波头的特征，使同杆并架双回线路故障测距准确、可靠。

主权项

一种同杆并架双回线路故障测距方法，其特征在于包括如下步骤：(S1)对采样得到的双回三相暂态电流作为原始电流信号进行去噪，包括如下子步骤：(S1‑1)应用匹配追踪算法将原始电流信号在衰减正弦量过完备原子库中稀疏分解，在满足式(1)的条件下，得到最匹配衰减正弦量原子，并得到衰减正弦量原子参变量[A_q,f_q,ρ_q,φ_q,t_sq,t_eq]；$f\left(t\right)=\underset{q=0}{\overset{Q-1}{\Sigma }}{A}_q\cos (2\pi f_{q}t+{\phi }_q)e^{-{\rho }_q(t-t_{\mathrm{sq}})}\times [u(t-t_{\mathrm{sq}})-u(t-t_{\mathrm{eq}})]---\left(1\right)$式(1)中，A_q为衰减正弦量的幅值，f_q为频率，ρ_q为衰减系数，φ_q为相位，t_sq和t_eq分别为衰减正弦量的起始时间和终止时间，u(t)为单位阶跃函数；(S1‑2)对最匹配衰减正弦量原子各因子应用伪牛顿算法进行进一步优化，得到最终衰减正弦量原子参变量和最优衰减正弦量原子g_r(x)，将当前所得的最优衰减正弦量原子从上一次匹配追踪算法迭代后的信号中抽取出来，令最初的残余信号通过匹配追踪算法的迭代关系式(2)计算残余信号，并通过式(3)计算残余信号的能量E_σ；$r_x^m=r_x^{m-1}-(r_x^{m-1},g_r\left(x\right))g_r\left(x\right)---\left(2\right)$$E=\sqrt{\underset{n-1}{\overset{N}{\Sigma }}{x}_n^2}---\left(3\right)$式(2)、式(3)中，m为迭代次数，x为原始电流信号或残余信号，E为信号的能量；(S1‑3)将得到的残余信号能量E_σ与原始电流信号E进行相比，当E_σ/E小于阈值ε_q时，则得到噪声信号，并直接滤去该噪声信号，再将所得的各最优衰减正弦量原子进行重组，得到去噪后的电流处理信号；当E_σ/E大于等于阈值ε_q时，返回步骤(S1‑1)、步骤(S1‑2)继续提取最优衰减正弦量原子；(S2)将去噪后的电流处理信号进行六相相模变换，并提取其中一模分量作为故障分析信号；(S3)应用匹配追踪算法对获得的故障分析信号采取脉冲信号原子进行匹配追踪，将能量最大的三个最佳匹配脉冲原子信号峰值时间进行比较，取最早达到峰值的时间作为行波波头到达测量点时间；(S4)根据已获得的行波波头到达两端测量点的时间，通过式(4)、式(5)计算获得两端测量点分别离故障点的距离D_MF和D_NF；$D_{\mathrm{MF}}=\frac{(t_m-t_n)v+l}{2}---\left(4\right)$$D_{\mathrm{NF}}=\frac{(t_n-t_m)v+l}{2}---\left(5\right)$式(4)、式(5)中，v为故障初始行波其中一模分量的传播速度，t_m和t_n分别为达到两端测量点的时间；所述步骤(S1‑1)包括以下子步骤：(S1‑1‑1)先应用匹配追踪算法将原始电流信号在Gabor过完备原子库中稀疏分解，再用分解出的Gabor原子计算对应的衰减正弦量原子，该Gabor原子向衰减正弦量原子的计算对应转变过程为：寻求Gabor原子与当前残余信号具有较大内积的半平面，如果是右半平面，则正弦量原子是衰减的；如果是左半平面，则正弦量原子是发散的；(S1‑1‑2)由尺度因子s计算初始衰减因子ρ的估计值，根据步骤(S1‑1‑1)的转变结果，当正弦量原子为衰减时，当正弦量原子为发散时$\rho =-\sqrt{\pi /2s^3};$(S1‑1‑3)根据得到的衰减正弦量原子，确定衰减正弦量原子其起始和终止时间，然后利用伪牛顿算法对衰减正弦量原子的衰减因子ρ和频率因子ξ进行优化，并利用优化后衰减正弦量原子再次计算最佳相角，得到最终衰减正弦量原子参变量和最优衰减正弦量原子；所述步骤(S3)包括以下子步骤：(S3‑1)对去噪后的电流处理信号进行六相相模变换后的其中一模分量进行最佳脉冲原子匹配，求得内积计算最大的原子，构造正脉冲的脉冲原子库如式(6)，并根据式(6)获得脉冲信号原子的两个参量[t_s,t_e]，将该参量[t_s,t_e]转化为采样点[n_s,n_e]，转化过程为：先将原始电流信号的采样点数N等分成M份，按i∈[0,M‑1]且i∈Z，应用匹配追踪算法的计算，得到粗匹配参数[n_s,n_e]；再在范围内，对n_s进行二次搜索，最终得到最匹配的参数[n_s,n_e]；f_γ(t)＝K_γ[u(t‑t_s)‑u(t‑t_e)]  (6)式(6)中，γ＝[t_s,t_e]，t_s和t_e分别为脉冲扰动的起始时间和结束时间；K_γ为使||f_γ(t)||＝1的系数；当最佳匹配最大内积为正时，为电压尖峰；当最佳匹配最大内积为负时，为电压切痕；(S3‑2)重复步骤(S3‑1)对去噪后的电流处理信号进行六相相模变换后的其中一模分量进行多次最佳脉冲原子匹配与提取，直到残余信号能量E_σ与原始电流信号能量E相比小于阈值ε_m后退出所述重复步骤的循环；(S3‑3)计算各匹配追踪算法迭代过程中生成的最匹配脉冲信号的能量，将能量最大的三个最佳匹配脉冲原子信号峰值时间进行比较，取最早达到峰值的时间作为行波波头到达测量点时间。