CN102508108A - 一种低信噪比时行波软启动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低信噪比时行波软启动方法，包括以下步骤：(1)行波测距装置对线路互感器的电流波形采样得到电流信号；(2)使用DB4小波变换方法将电流信号分解为四级频段，计算各级频段能量W1、W2、W3和W4以及各级频段之间能量比K1、K2和K3；(3)使用样本值[K1、K2、K3]构建主元空间，将噪声和行波特征值都被映射到主元空间，噪声的特征量被映射到原点附近，而行波的特征量远离原点；(4)当样本点在主元空间中到原点的位置d大于设定的阈值d0时，则行波启动元件满足启动条件，行波测距装置开始记录行波信号。本发明设计合理，该方法能够在低信噪比时准确判别行波信号，克服了噪声和干扰噪声而不发生误启动，为故障行波测距装置的可靠运行提供保障。
Description
技术领域
本发明属于高压输电线路领域，尤其是一种低信噪比时行波软启动方法。
背景技术
随着我国电网规模和各种大型电力工程的快速发展，220kV线路已大量使用，电力网络逐渐成为以220kV为输电线路主网络。为了及时发现输电线路的故障位置，在220kV以上线路上都安装有行波测距装置以缩短循线时间。行波测距装置可以实时检测输电线路上是否有行波信号发生，但是，现有的行波测距装置通常采用基于不同频带能量关系的方法检测行波信号，这种方法存在的问题是：由于线路电容的衰减、高阻故障以及故障时初始电压相角接近零点等原因导致信噪比较低，因此，经常发生误启动或漏启动现象。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理且在行波信号被噪声淹没时能够可靠启动的低信噪比时行波软启动方法。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种低信噪比时行波软启动方法，包括以下步骤：
(1)行波测距装置对线路互感器的电流波形采样得到电流信号；
(2)使用DB4小波变换方法将电流信号分解为四级频段，计算各级频段能量W1、W2、W3和W4以及各级频段之间能量比K1、K2和K3；
(3)使用样本值[K1、K2、K3]构建主元空间，将噪声和行波特征值都被映射到主元空间，噪声的特征量被映射到原点附近，而行波的特征量远离原点；
(4)当样本点在主元空间中到原点的位置d大于设定的阈值d0时，则行波启动元件满足启动条件，行波测距装置开始记录行波信号。
而且，所述的行波测距装置采样时的采样率为1MHz。
而且，所述使用DB4小波变换方法将1MHz电流信号分解得到的四级频段为62.5K-125KHz、125K-250KHz、250K-500KHz和500K-1MHz。
而且，所述的各级频段能量W1、W2、W3和W4是通过平方和方法计算得到的。
而且，所述各级频段之间能量比K1、K2和K3是通过下式计算得到的：
K1＝W2/W1；K2＝W3/W2；K3＝W4/W3；
式中：K1是二级频段与一级频段的能量比，K2是三级频段与二级频段的能量比，K3是四级频段与三级频段的能量比。
本发明的优点和积极效果是：
本发明设计合理，其将小波变换与核主元分析的非线性算法相结合实现行波启动判断功能，该方法不仅能够在低信噪比时准确判别行波信号，克服了噪声和干扰噪声而不发生误启动，使得当行波信号被噪声信号淹没时仍然能实现行波信号启动判别功能，为故障行波测距装置的可靠运行提供保障，而且，还可以根据现场需要调整阈值，从而改变启动的灵敏度，按要求提取各种突变信号。
附图说明
图1是本发明的处理流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：
一种低信噪比时行波软启动方法，是依据行波信号与白噪声和干扰信号具有不同频谱特征的特性，提出基于小波变换与核主元分析相结合的行波启动方法。该方法使用DB4小波变换方法将电流信号正交分解，分解到不同频带，并建立不同频带能量谱信息，当系统正常运行时提取噪声和干扰信号，利用不同频带频谱能量特征关系建立核主元空间，在该主元空间中，由于使用基于核的特征映射使噪声与干扰信号的特征聚集到原点。当信号中含有行波时，则其在主元空间的特征映射会远离原点，因此，可以直接通过引入主元空间中距离的概念实现行波启动的判断，即使在行波信号被噪声信号淹没时仍然能有效地实现行波信号启动判别，为故障行波测距装置可靠运行提供保障。如图1所示，本发明具体包括以下步骤：
1、行波测距装置对线路互感器的电流波形采样得到电流瞬时值，采样率为1MHz；
2、使用DB4小波变换方法将电流信号分解为四级频段，计算各级频段能量以及各级频段之间能量比(能量系数)，其具体过程如下：
(1)由于噪声的能谱集中在高频段并且具有负的利普西斯指数，行波的能谱集中在低频段并且具有正的利普西斯指数，而电磁干扰的能谱均匀分布并且具有近似于0的利普西斯指数，在理想情况下，利用信号能量在不同频段的比例来判断行波是合理的，因此，在步骤中，利用DB4小波变换方法将0到1MHz频段范围的电流信号分解得到四级频段：62.5K-125KHz、125K-250KHz、250K-500KHz和500K-1MHz。
(2)通过平方和方法计算各级频段能量W1、W2、W3和W4；
(3)通过下式计算各级频段之间能量比K1、K2和K3：
K1＝W2/W1；K2＝W3/W2；K3＝W4/W3；
式中：K1是二级频段与一级频段的能量比，K2是三级频段与二级频段的能量比，K3是四级频段与三级频段的能量比。
将Kn的值与1相比，可知信号的主要成分是低频能量还是高频能量，从而得到判断行波到来的判据。根据行波的低频特性，表明当各级频段之间能量比Kn＜1时是行波信号，否则就认为是噪声。
3、使用样本值[K1、K2、K3]构建主元空间，将噪声和行波特征值映射到主元空间，而且噪声的特征量被映射到原点附近，而行波的特征量远离原点。因此，我们可以找到一个线性判据，它可以用一条直线将采样数据的线性分布完美地区分出来。
4、行波启动判断：当样本点在主元空间中到原点的位置d大于设定的阈值d0时，则行波启动元件满足启动条件，行波测距装置开始记录行波信号。阈值的设置是根据仿真结果确定的，其大小反映启动灵敏度，越大灵敏度越低，越小灵敏度越高。
本发明的原理是：由于行波信号能量主要集中在高频段，因此，本发明使用小波变换提取高频信号，使用测量信号高频段特征进行启动判别，而将低频信号滤掉。在没有行波时，高频信号由噪声和一些干扰组成，这些信号的能量在高频段不同频带分布关系不同于行波信号，频带越低，则行波信号能量越大，而噪声和干扰信号正相反。从原理上讲只要通过分析[K1，K2，K3]关系便可以判别是否有行波发生，尤其将其映射到空间坐标系中，可以直观地看出行波信号与噪声信号的分布位置可以被线性分隔，而当信噪比较低时发现，这一关系变成非线性，所以使用核主元分析的非线性算法实现行波信号的辨识。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (5)
1.一种低信噪比时行波软启动方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)行波测距装置对线路互感器的电流波形采样得到电流信号；
(2)使用DB4小波变换方法将电流信号分解为四级频段，计算各级频段能量W1、W2、W3和W4以及各级频段之间能量比K1、K2和K3；
(3)使用样本值[K1、K2、K3]构建主元空间，将噪声和行波特征值都被映射到主元空间，噪声的特征量被映射到原点附近，而行波的特征量远离原点；
(4)当样本点在主元空间中到原点的位置d大于设定的阈值d0时，则行波启动元件满足启动条件，行波测距装置开始记录行波信号。
2.根据权利要求1所述的一种低信噪比时行波软启动方法，其特征在于：所述的行波测距装置采样时的采样率为1MHz。
3.根据权利要求2所述的一种低信噪比时行波软启动方法，其特征在于：所述使用DB4小波变换方法将1MHz电流信号分解得到的四级频段为62.5K-125KHz、125K-250KHz、250K-500KHz和500K-1MHz。
4.根据权利要求2所述的一种低信噪比时行波软启动方法，其特征在于：所述的各级频段能量W1、W2、W3和W4是通过平方和方法计算得到的。
5.根据权利要求2所述的一种低信噪比时行波软启动方法，其特征在于：所述各级频段之间能量比K1、K2和K3是通过下式计算得到的：
K1＝W2/W1；K2＝W3/W2；K3＝W4/W3；
式中：K1是二级频段与一级频段的能量比，K2是三级频段与二级频段的能量比，K3是四级频段与三级频段的能量比。
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