基于行波多尺度信息的输电线路故障单端定位方法

摘要

本发明公开了一种基于行波多尺度信息的输电线路故障单端定位方法，根据不同的故障类型选择不同的相作为基准相，对输电线路故障电流行波信号进行相模变换，得到用于故障定位的故障电流行波模信号；对模信号进行连续小波变换，提取各小波变换系数上第1、2个行波波头的模极大值及其对应时刻，并根据小波变换模极大值判断故障发生的区段、确定定位用的第1、2个行波波头的频率分量，得到两个不同频率分量的行波模波速度、波头到达时刻；最后结合两个行波的模波速度和到达时刻，综合计算输电线路的故障距离。该方法利用行波的多尺度信息准确地确定行波波头的频率分量、模波速度和到达时刻，从而能够准确地计算出输电线路的故障距离。

主权项

1.一种基于行波多尺度信息的输电线路故障单端定位方法，其步骤为：A、数据采集与预处理故障录波装置从输电线路以采样率F_s采集A、B、C三相的故障电流行波信号i_A(t)、i_B(t)、i_C(t)传送至故障定位装置，其中t表示采样时刻，经滤波处理后，故障定位装置根据被测输电线路的故障类型，选择相应的相作为基准相，对故障电流行波信号利用克拉克矩阵进行相模变换，得到用于故障定位的输电线路故障电流行波模信号x(t)；B、行波波头小波模极大值提取对故障电流行波模信号x(t)进行多层连续小波变换，小波变换的小波基的中心频率为f_c，小波变换的分解尺度为s_i，对应得到多层小波变换系数C_wi(t)，其中i=1、2、…、n，为小波分解的层数序号；提取第1层小波变换系数C_w1(t)上第1个行波波头的模极大值Wmm1(s₁)及其对应时刻同时提取各层小波变换系数C_wi(t)上第2个行波波头的模极大值Wmm2(s_i)及其对应时刻C、行波波头频率确定计算B步中各小波分解尺度对应的中心频率其具体计算公式为：其中s_i为小波分解尺度；以小波分解尺度s₁对应的中心频率作为定位用的第1个行波波头的频率F₁，同时，利用信号的利普希茨指数和最小二乘法在各小波分解尺度s_i中确定出最好小波分解尺度s_best，并以该最好小波分解尺度s_best对应的中心频率作为定位用的第2个行波波头的频率F₂；其具体做法是：（1）将各层小波变换系数上第2个行波波头的模极大值Wmm2(s_i)及其对应的分解尺度s_i构成数据组[s_i，Wmm2(s_i)]，其中i=1、2、…、n；（2）根据下式利用最小二乘法拟合第2个行波波头信号的利普希茨指数ε及常数A；lg|Wmm2(s_i)|=lgA+ε·lg(s_i)   (1)（3）根据拟合得到的第2个行波波头信号的利普希茨指数ε及常数A，将各小波分解尺度s_i重新代入式计算各分解尺度上第2个行波波头的理论模极大值Wmm2’(s_i)；（4）在每一分解尺度上比较模极大值的绝对值|Wmm2(s_i)|与理论模极大值的绝对值|Wmm2’(s_i)|，选取二者差值的绝对值最小的分解尺度为最好分解尺度s_best，其中best的取值范围为1、2、…、n，最好分解尺度s_best对应的中心频率作为定位用的第2个行波波头的频率D、单端故障定位D1、根据被测的输电线路的模型分别计算得到定位用的第1个行波波头频率F₁下的模波速度v₁和定位用的第2个行波波头频率F₂下的模波速度v₂：首先计算模波速度矩阵V_j，$V_j={2\mathrm{\pi F}}_j/\mathrm{im}\left(\sqrt{Z_j{Y}_j}\right)$   (2)其中，Z_j和Y_j均为3×3的矩阵，分别为故障电流行波频率F_j下传输线路的模阻抗和模导纳矩阵，j=1、2，im表示求复数的虚部；再由模波速度矩阵V_j，求得频率F_j下的模波速度v_j：若故障为三相短路故障或单相接地短路故障时，模波速度v_j=v₂₂，若故障为两相短路故障或两相接地短路故障时，模波速度v_j=v₃₃；D2、确定定位用的第1个行波波头的到达时刻t₁和定位用的第2个行波波头的到达时刻t₂；所述定位用的第1个行波波头的到达时刻t₁为第1个行波波头模极大值Wmm1(s₁)的对应时刻即确定定位用的第2个行波波头的到达时刻t₂的具体做法是：以最好小波分解尺度s_best上第2个行波波头的模极大值Wmm2(s_i=best)的对应时刻为中心，在范围内比较小波分解系数|C_wbest(t)|与理论模极大值|Wmm2’(s_best)|，选取二者差值的绝对值最小的对应时刻为定位用的第2个行波波头的到达时刻t₂；D3、利用第1个行波波头和第2个行波波头的极性，判断输电线路故障发生的区段：当母线上仅有一条线路时，若第1个行波波头和第2个行波波头的极性相反，则故障发生在线路的前半段或线路中点，反之，则故障发生在线路的后半段；当母线上不止一条线路时，若第1个行波波头和第2个行波波头的极性相同，则故障发生在线路的前半段或线路中点，反之，则故障发生在线路的后半段；D4、计算故障距离：当故障发生在线路的前半段或线路中点时，故障距离d根据以下式(3)计算：$d=\frac{v_1·v_2}{{3v}_1-v_2}(t_2-t_1)$   (3)当故障发生在线路的后半段时，故障距离d根据以下式(4)计算：$d=\frac{{2v}_1}{v_1+v_2}·L-\frac{v_1·v_2}{v_1+v_2}(t_2-t_1)$(4)式(4)中L为发生故障的线路全长。