CN104391229A - 一种基于s变换的输电线路故障快速选相方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法，包括以下步骤：(1)实时采集线路侧保护元件处的电流；(2)将采集的电流滤除工频分量后，对故障分量电流进行相模变换，提取故障分量电流的模分量；(3)对模量电流信号进行S变换处理，得到各模量的复时频矩阵，求解模及相角，根据零模相量的特征判断接地故障或非接地故障，利用线模相量之间的关系进行故障选相；(4)当确定故障为两相接地故障时，分别对相电流在时间轴两侧的波形进行积分、描述波形特征，并以此识别故障相。该方法利用S变换提取各模分量在特定时间下的单一频率模相量，根据各模相量之间的关系确定故障类型，具有灵敏度高，动作速度快，识别准确的优点。

Description

一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法

技术领域

本发明涉及一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法。

背景技术

随着电能西电东送、南北互供战略格局的逐步推进，未来10年我国将建设大量的超(特)高压输电线路，进而形成以超(特)高压线路为骨干网架的坚强电力传输网。超(特)高压线路在电网中的重要地位，要求继电保护装置具有更快的故障切除速度、更高的可靠性和灵敏性，利用故障行波或暂态量的保护原理成为实现超高速保护的有效途径。随着超高速行波保护和暂态量保护的发展，线路保护对选相的快速性、可靠性提出了更高的要求。传统故障选相主要是基于工频量，利用对称分量、模故障分量特征或相电流差工频变化量实现选相，其精度易受过渡电阻影响并且需要半个工频周期的采样数据，选相所需时间过长，不能满足超高速保护的快速跳闸要求。因此，故障快速选相已经成为实现超高速保护的重要课题。

故障产生的暂态分量包含大量故障信息，利用故障行波或暂态量的选相方法可以在较短的数据窗内实现故障相判别，保证了选相方法的快速性。国内外学者对基于故障行波或暂态量的选相方法进行了一系列的研究，并取得了一些有益的成果。

《基于小波理论的超高压输电线路故障定位与选相方法》利用小波分析工具提取零模以及两个线模电流行波的小波变换模极大值，进而根据模电流行波的极大值之间的关系实现故障选相，该方法实现简单，但用于选相的特征频带受系统参数、故障类型等因素影响较大，如果频带选取不当可能造成选相失败。

《基于暂态电流小波熵权的输电线路故障选相方法》基于高压输电线路故障暂态电流,定义了小波熵权系数,提出了一种利用高频暂态电流的小波熵权的选相方法。该方法不受故障电阻，故障位置等因素影响，具有较高的精度和可靠性，但在电压过零时刻发生故障可能造成误判并且选相时间较长。

《A new approach to phase selection using fault generated high frequency noise andneural networks》对三相电压的6个高频分量进行能量比较来判别故障相。该方法不受过渡电阻等因素影响，选相较为精确，但神经网络系统需要经过预先训练，复杂并且计算量大，实用性不强。

《Wavelet fuzzy combined approach for fault classification of a series-compensatedtransmission line》将三相电流在2个高频段和1个低频段的小波变换模极大值经由模糊专家系统来识别故障相，选相结果较为精确。然而求低频段最大值所需时间窗较长(半个周波)，远距离的两相接地可能会被误判成单相接地。

《新型继电保护和故障测距的原理与技术》中的行波选相元件根据零模和线模电流行波的幅值及其之间关系来实现故障选相，该方法能正确识别相间短路故障和三相故障。然而，由于忽略非故障相上的耦合电流，当线路远端发生单相或两相接地故障时使用零模量与线模量间的大小关系进行选相可能会出现误判。

《利用电流行波进行超高压输电线路故障类型识别的研究》基于不同类型故障时(相、模)电流行波幅值和极性的各种特征识别故障类型，该方法不受CT饱和与系统振荡影响，但其可靠性依赖于对波头的准确识别，而波头的形状和极性与线路两端的波阻抗的变化情况(即母线结构)有关，幅值又与故障发生时刻密切相关，因此选相的可靠性较差。

《基于暂态量的超高压输电线路故障选相》根据实际线路中三相导线的结构与耦合强度，提出以三相故障暂态量的大小及其相对关系来判别故障相的故障选相方法，该方法动作快速可靠，基本不受故障类型、故障过渡电阻等的影响，但在某相电压过零时发生的三相短路有可能会误判成两相相间短路。

由此可见，现有的基于故障行波或暂态量的选相方法中并没有完全可靠性高、选相速度快并且灵敏度高的选相方法。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法，本方法利用S变换提取各模分量在特定时间下的单一频率模相量，根据各模相量之间的关系确定故障类型；对于两相接地故障，则利用相电流积分区别故障相与非故障相，具有灵敏度高，动作速度快，识别准确的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法，包括以下步骤：

(1)实时采集线路侧保护元件处的电流；

(2)将采集的电流滤除工频分量后，对故障分量电流进行相模变换，提取故障分量电流的零模与线模故障分量；

(3)对模量电流信号进行S变换处理，得到各模量的复时频矩阵，求解模及相角，提取各电流信号的模相量，根据零模相量的特征判断接地故障或非接地故障，利用线模相量之间的关系进行故障选相；

(4)当确定故障为两相接地故障时，引入相电流积分方法，分别对相电流在时间轴两侧的波形进行积分，描述波形特征，并以此识别故障相。

所述步骤(2)中，相模变换的具体方法为：

$\left.\begin{array}{c}{I}_0=\frac{1}{3}({\mathrm{\ΔI}}_A+{\mathrm{\ΔI}}_B+{\mathrm{\ΔI}}_C)\\ I_{\mathrm{\α}}=\frac{1}{3}({\mathrm{\ΔI}}_A-{\mathrm{\ΔI}}_B)\\ I_{\mathrm{\β}}=\frac{1}{3}({\mathrm{\ΔI}}_A-{\mathrm{\ΔI}}_C)\end{array}\right\}---\left(1\right)$

式中，ΔI_A、ΔI_B、ΔI_C为三相电流故障分量；I₀为零模故障分量，I_α、I_β为线模故障分量。

为了便于识别故障类型，引入虚构的“γ模量”，该模量是一个线模分量，它具有如下特征：

1)波速度V_γ＝V_α＝V_β；

2)波阻抗Z_γ＝Z_α＝Z_β；

3)其模量值为I_γ＝(ΔI_B-ΔI_C)/3＝I_β-I_α。

所述步骤(3)中，各电流模相量的提取办法为：对零模信号以及线模信号进行S变换处理，得到各模量的复时频矩阵，求解模及相角，得到各频率信号在时间域上的模相量；取零模电流信号复时频矩阵幅值最大的相量为I₀；对α、β以及γ三个线模信号复时频矩阵分别求出其元素幅值的最大值，以三者中最大值所在的行与列为基准，找到三个复时频矩阵中对应的相量作为三个线模相量。

所述步骤(3)中，当零模相量为零且三线模相量方向相同或相反，一个模相量幅值为另外两模相量幅值的两倍时，判断为两相相间故障，两倍幅值线模相量对应的两相为故障相；零模相量为零但线模相量间不存在上述关系则判断为三相短路。

所述步骤(3)中，当零模相量不为零且三线模相量中两个相量幅值相等，方向相同或相反，另一线模分量为零时，则判断为单相接地故障，且零线模相量对应的两相为非故障相；零模相量不为零但线模相量间不存在上述关系则判断为两相接地短路。

所述步骤(4)中，当发生两相接地故障时，引入相电流积分方法识别故障相；分别对各相电流在时间轴两侧的波形进行积分： $I_{+}=\mathrm{\Δt}{\mathrm{\Σ}}_{k=n_1}^{n_2}{\mathrm{\Δi}}_{+}\left(k\right),I_{-}=\mathrm{\Δt}{\mathrm{\Σ}}_{k=n_1}^{n_2}\left|{\mathrm{\Δi}}_{-}\left(k\right)\right|;$ 式中:k为采样点，Δi₊(k)和Δi_-(k)分别是时间轴上方和下方的故障分量电流瞬时值；Δt为采样间隔；n₁为电流发生突变时的采样点；n₂为积分结束时刻的采样点。为描述波形特征，定义D＝max(I₊，I_-)，

故障相的选相判据为：将三相D值按大小排序，取最大D值相的D值和λ值为D₁、λ₁，取中间D值相的D值和λ值为D₂、λ₂，取最小D值相的D值和λ值为D₃、λ₃。在D₁>εD₃且D₂>εD₃，情况下，则直接判定D₃对应的相为非故障相；在D₁>εD₃，D₃<D₂<εD₃情况下，若λ₂>λ₃，算法判定D₃对应的相为非故障相，反之判定D₂对应相为非故障相，ε为可靠系数。

本发明的有益效果为：

(1)采用S变换对故障分量电流信号进行处理，提取单一频率的模相量进行分析，相对于小波变换得到的一个频带内的信号更加精确；在100kHz采样频率下，只需故障后1ms数据即可完成选相判别，易于实现快速选相；

(2)在各种故障初始条件下可靠、快速地识别故障相别，基本不受故障初始角、故障接地电阻、故障类型等因素的影响，灵敏度高，动作速度快；

(3)识别方法原理简单、清楚，识别准确，易于工程实现。

附图说明

图1为故障选相流程图；

图2为三相故障分量电流波形；

图3为500kV输电系统仿真模型；

图4(a)为A相接地故障时线路M侧α模电流S变换图谱；

图4(b)为A相接地故障时线路M侧β模电流S变换图谱；

图4(c)为A相接地故障时线路M侧γ模电流S变换图谱；

图4(d)为A相接地故障时线路M侧0模电流S变换图谱。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法，包括以下步骤：

(1)实时采集线路侧保护元件处的电流；

(2)将采集的电流滤除工频分量后，对故障分量电流进行相模变换，提取故障分量电流的模分量；

(3)对模量电流信号进行S变换处理，得到各模量的复时频矩阵，求解模及相角，提取各电流信号的模相量，根据零模相量的特征判断接地故障或非接地故障，利用线模相量之间的关系进行故障选相；

(4)当确定故障为两相接地故障时，引入相电流积分方法，分别对相电流在时间轴两侧的波形进行积分，描述波形特征，并以此识别故障相。

所述步骤(3)、(4)中，具体的选相依据为：

1)零模相量为零且三线模相量方向相同或相反，一个模相量幅值为另外两模相量幅值的两倍则判断为两相相间故障，两倍幅值线模相量对应的两相为故障相；零模相量为零但线模相量间不存在上述关系则判断为三相短路。

2)零模相量不为零且三线模相量中两个相量幅值相等，方向相同或相反，另一线模分量为零则判断为单相接地故障，且零线模相量对应的两相为非故障相；零模相量不为零但线模相量间不存在上述关系则判断为两相接地短路。

3)发生两相接地故障时，引入相电流积分方法识别故障相。分别对各相电流在时间轴两侧的波形进行积分： $I_{+}=\mathrm{\&Delta;t}{\mathrm{\&Sigma;}}_{k=n_1}^{n_2}{\mathrm{\&Delta;i}}_{+}\left(k\right),I_{-}=\mathrm{\&Delta;t}{\mathrm{\&Sigma;}}_{k=n_1}^{n_2}\left|{\mathrm{\&Delta;i}}_{-}\left(k\right)\right|;$ 式中:k为采样点，Δi₊(k)和Δi_-(k)分别是时间轴上方和下方的故障分量电流瞬时值；Δt为采样间隔；n₁为电流发生突变时的采样点；n₂为积分结束时刻的采样点。为描述波形特征，定义D＝max(I₊，I_-)， $\mathrm{\&lambda;}=\frac{\max (I_{+},I_{-})}{\min (I_{+},I_{-})}..$

故障相选相判据为：将三相D值按大小排序，取最大D值相的D值和λ值为D₁、λ₁，取中间D值相的D值和λ值为D₂、λ₂，取最小D值相的D值和λ值为D₃、λ₃。在D₁>εD₃且D₂>εD₃，情况下，则直接判定D₃对应的相为非故障相；在D₁>εD₃，D₃<D₂<εD₃情况下，若λ₂>λ₃，算法判定D₃对应的相为非故障相，反之判定D₂对应相为非故障相，ε为可靠系数。

本发明的识别原理为：

1不同故障类型下的模量特征

对于均匀换位的高压输电线路，当发生单相接地故障时，故障相电流在两个非故障相上产生的耦合电流相同。以A相接地短路为例，A相故障电流分量为ΔI_A，B、C相上的耦合电流分量ΔI_B＝ΔIC，将ΔI_C统一替换为ΔI_B，得到各模故障分量为：

I₀＝ΔI_A+2ΔI_B  I_α＝ΔI_A-ΔI_B

I_β＝ΔI_A-ΔI_B  I_γ＝0；

与式(1)相比，上述各模故障分量均扩大了3倍，这种扩大不影响故障相的正确选择，以下各等式与此类似。当发生两相相间短路故障时，故障相上的故障电流大小相等、方向相反，而非故障相上的耦合电流分量为零。以B、C相间短路故障为例，ΔI_B＝-ΔI_C，ΔI_A＝0，各模量分别为：

I₀＝0  I_α＝-ΔI_B

I_β＝-ΔI_B  I_γ＝2ΔI_B

当发生三相短路故障时，三相故障分量电流之和为0，各模量分别为：

I₀＝0  I_α＝ΔI_A-ΔI_B

I_β＝ΔI_A-ΔI_C  I_γ＝ΔI_B-ΔI_C

当发生两相接地短路故障时，非故障相上耦合电流不为零。以B、C两相接地故障为例，故障相故障分量电流为ΔI_B、ΔI_C，非故障相耦合电流分量为ΔI_A，各模量分别为：

I₀＝ΔI_A+ΔI_B+ΔI_C  I_α＝ΔI_A-ΔI_B

I_β＝ΔI_A-ΔI_C  I_γ＝ΔI_B-ΔI_C

分析不同故障类型下各模量的表达式，可得如下结论：

1)发生单相接地故障时，零模电流不为零，三个线模电流中一个为零，其余两个线模电流大小相等，方向相同或相反。

2)发生两相相间故障时，零模电流分量为零，三个线模分量同向或反向，一个线模分量幅值为另外两线模分量幅值的两倍。

3)发生三相短路故障时，零模电流分量为零，三个线模分量不为零。

4)发生两相接地短路故障时，零模电流分量不为零，三个线模分量不为零。

2两相接地故障时三相电流波形特征

根据模量特征只能判别出故障类型为两相接地短路而不能选出故障相别。对此，可借助相电流故障分量选出两相接地短路时的故障相。

一般情况下发生两相接地故障时，故障相故障电流分量远远大于非故障相上耦合的电流分量。但是对于小故障初始角等特殊故障条件下发生的两相接地故障，在故障暂态过程中，耦合到非故障相上的故障电流分量与故障相故障电流分量相差不大。图2给出了本文模型在A、B相电压幅值相等时发生AB相接地短路时的三相故障分量电流波形。

由图2可知，在故障发生后的暂态过程中，非故障相(C相)上耦合的电流与故障相上的故障分量电流大小基本相等。但是，C相上的暂态电流由于是A、B相故障电流耦合产生，在故障发生后的较短时间内，故障相与非故障相的电流波形特征存在差异：故障相电流波形偏于时间轴一侧，变化趋势总体呈现单调性；非故障相电流波形围绕时间轴上下分布。

根据故障相与非故障相暂态电流波形的特征差异，分别对时间轴两侧的波形进行积分：

$I_{+}=\mathrm{\&Delta;t}\underset{k=n_1}{\overset{n_2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{i}_{+}\left(k\right)---\left(2\right)$

$I_{-}=\mathrm{\&Delta;t}\underset{k=n_1}{\overset{n_2}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left|\mathrm{\&Delta;}{i}_{-}\left(k\right)\right|---\left(3\right)$

式中:k为采样点，Δi₊(k)和Δi_-(k)分别是时间轴上方和下方的故障分量电流瞬时值；Δt为采样间隔；n₁为电流发生突变时的采样点；n₂为积分结束时刻的采样点。为描述波形特征，定义如下两个公式：

$\mathrm{\&lambda;}=\frac{\max (I_{+},I_{-})}{\min (I_{+},I_{-})}---\left(4\right)$

D＝max(I₊,I_-)   (5)

由故障相与非故障相电流波形特征的差异可知，故障相的D值大于非故障相D值，故障相的λ值大于非故障相λ值

3判据的构建

根据上文对不同故障类型下各模量关系以及两相接地故障情况下三相电流波形特征分析，构建选相判据如下：

(1)判断零模相量是否为零，为零则表明未发生接地故障，反之则发生接地短路故障。

(2)若判断为不接地故障，且三线模相量方向相同或相反，一个模相量幅值为另外两模相量幅值的两倍则判断为两相相间故障，两倍幅值线模相量对应的两相为故障相；零模相量为零但线模相量间不存在上述关系则判断为三相短路。

(3)若判断为接地故障，且三线模相量中两个相量幅值相等，方向相同或相反，另一线模分量为零则判断为单相接地故障，且零线模相量对应的两相为非故障相；若判断为接地故障且线模相量间不存在上述关系则判断为两相接地短路。

(4)若判断为两相接地故障，计算三相D值与λ值。将三相D值按大小排序，取最大D值相的D值和λ值为D₁、λ₁，取中间D值相的D值和λ值为D₂、λ₂，取最小D值相的D值和λ值为D₃、λ₃。在D₁>εD₃且D₂>εD₃，情况下，则直接判定D₃对应的相为非故障相；在D₁>εD₃，D₃<D₂<εD₃情况下，若λ₂>λ₃，算法判定D₃对应的相为非故障相，反之判定D₂对应相为非故障相，ε为可靠系数。

利用PSCAD构建输电线路仿真模型，对选相方法进行仿真验证。：

1)建立模型

仿真模型采用双端电源500kV输电系统，如图3所示。输电线路采用频率相关模型，四分裂且均匀换位，杆塔顶端布置两条避雷线。母线对地杂散电容设定为C_S＝0.01uF，线路KM和MN分别长50km和210km。被保护线路为MN，保护R₁和R₂位于线路MN的两端，采样频率为100kHz。本发明取故障后1ms电流数据进行选相分析。

2)典型故障仿真

在图3中的f₁点设置各种类型故障，f₁距母线M为120km，接地电阻为50Ω，故障均发生在0.21s。考察M侧保护选相元件的选相结果以验证选相原理的正确性。图4(a)-图4(d)给出了发生A相接地故障时各模量的S变换波形。

表1 不同故障类型下故障选相仿真结果

故障类型	I0/(kA)	Iα/(kA)	Iβ/(kA)	Iγ/(kA)	选相结果
						Ag	0.231∠93°	0.226∠119°	0.226∠119°	0	A相接地
Bg	0.348∠-83°	0.342∠123°	0	0.343∠-57°	B相接地
						Cg	0.119∠105°	0	0.118∠-48°	0.118∠-48°	C相接地
AB	0	0.869∠118°	0.434∠118°	0.434∠-62°	AB相间
						AC	0	0.088∠103°	0.176∠103°	0.088∠103°	AC相间
BC	0	0.351∠122°	0.351∠-58°	0.702∠-58°	BC相间
						ABC	0	0.729∠120°	0.146∠104°	0.570∠-56°	三相短路
ABg	0.098∠-74°	0.729∠120°	0.318∠118°	0.412∠-59°	两相接地
						ACg	0.286∠98°	0.210∠118°	0.146∠104°	0.076∠-36°	两相接地
BCg	0.189∠-86°	0.387∠123°	0.203∠-55°	0.590∠-56°	两相接地

表2 两相接地故障选相仿真结果

提取各模相量：

I₀＝0.2307∠91.4°；I_α＝0.2263∠117.6°；

I_β＝0.2263∠117.6°；I_γ＝0.0003∠-77.3°。

由此可知，零模相量不为0，α模与β模相量相等，γ模相量近似等于0，根据选相逻辑可判断为A相接地故障。表1、表2给出了不同故障类型的故障选相仿真结果。

由表中数据可知，除两相接地故障外其他类型故障的故障相可由表1数据选出，两相接地故障的故障相利用表2中相电流积分数据判定。表2中，在发生AC两相接地故障时，D_C<2D_B,主判据不再成立，但λ_C>λ_B,由辅助判据可以判定故障为AC两相接地故障。

3)不同故障影响因素的仿真与分析

故障初始角、故障接地电阻、故障位置以及母线结构可能对选相性能产生影响，下面对各影响因素进行仿真和分析。

a、不同故障初始角的仿真测试。为考察保护原理在不同故障初始角下的适应性，设置故障点f₁距母线M为120km，故障类型为C相接地故障，故障初始角的设置与仿真结果见表3。

由表3仿真结果可知，随着初始角度的增加，各模量幅值会增加，但其相对关系不变，相量I_β和I_γ相等，相量I_α为0，选相方法在不同故障初始角情况下均能正确判断故障为C相接地故障。

表3 不同故障初始角时选相仿真结果

故障初始角/(°)	I0/(kA)	Iα/(kA)	Iβ/(kA)	Iγ/(kA)	选相结果
						0	0.033∠132°	0	0.034∠-22°	0.034∠-22°	C相接地
10	0.04∠-112°	0	0.039∠93°	0.039∠93°	C相接地
						45	0.227∠-87°	0	0.224∠119°	0.224∠119°	C相接地
-60	0.319∠95°	0	0.316∠-59°	0.316∠-59°	C相接地

b、不同故障接地电阻的仿真测试。设置故障点f₁距母线M为120km，故障类型为AB相接地故障，故障发生时B相电压角度为30°。故障接地电阻的设置与故障选相仿真结果见表4和表5。由表4和表5仿真数据可知，随着过渡电阻的增加，相电流积分值会减小，但故障相D值仍满足两相接地故障主判据，选相方法在不同过渡电阻情况下均能正确判断故障相别。

表4 不同故障电阻的选相仿真结果

过渡电阻/(Ω)	I0/(kA)	Iα/(kA)	Iβ/(kA)	Iγ/(kA)	选相结果
						0	0.363∠-85°	0.126∠-33°	0.236∠-52°	0.124∠-72°	两相接地
50	0.237∠-84°	0.087∠-32°	0.180∠-52°	0.103∠-69°	两相接地
						100	0.237∠-82°	0.067∠-30°	0.147∠-50°	0.087∠-65°	两相接地
300	0.140∠-81°	0.031∠116°	0.085∠104°	0.056∠98°	两相接地

表5 不同故障电阻两相接地故障选相仿真结果

c、不同故障位置的仿真测试。在区内距离母线M不同距离设置AC相间短路故障，仿真结果见表6。由表中数据可知，在不同故障位置I_β均为I_α和I_γ的2倍，选相判据判为AC相间短路故障。对于不同位置点的故障，选相判据均能正确选择故障相别。

表6 不同故障位置的选相仿真结果

故障距离/(km)	I0/(kA)	Iα/(kA)	Iβ/(kA)	Iγ/(kA)
					10	0	0.183∠96°	0.366∠96°	0.183∠96°
50	0	0.106∠70°	0.212∠70°	0.106∠70°
					120	0	0.088∠103°	0.176∠103°	0.088∠103°
200	0	0.109∠95°	0.218∠95°	0.109∠95°

4)不同母线结构的仿真测试。为检验母线结构对选相判据的影响，去掉图3中的Line2，在距母线M为120km处设置不同类型故障，接地电阻为50Ω，故障均发生在0.21s。仿真结果见表7和表8。仿真数据显示，对于只有两条出线的母线M，在不同故障类型下选相判据均能正确选出故障相。

表7 单回线路故障选相仿真结果

故障类型	I0/(kA)	Iα/(kA)	Iβ/(kA)	Iγ/(kA)	选相结果
						Cg	0.094∠106°	0	0.098∠-42°	0.098∠-42°	C相接地
AB	0	0.709∠124°	0.354∠124°	0.355∠124°	AB相间
						ABC	0	0.600∠126°	0.121∠110°	0.484∠-51°	三相短路
BCg	0.151∠-86°	0.319∠128°	0.164∠-52°	0.483∠-52°	两相接地

表8 单回线路两相接地故障选相仿真结果

本发明先对故障分量电流进行相模变换，利用S变换提取各模量相量，通过分析不同故障类型情况下各模量故障分量电流的特征以及两相接地故障情况下三相故障分量电流的波形特征，利用模量关系和相电流积分进行故障选相。该发明利用S变换提取单一频率模相量进行分析得到结果更加可靠。另外，该发明只需要1ms的数据窗进行计算，动作速度快。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)实时采集线路侧保护元件处的电流；

(2)将采集的电流滤除工频分量后，对故障分量电流进行相模变换，提取故障分量电流的零模与线模故障分量；

(3)对模量电流信号进行S变换处理，得到各模量的复时频矩阵，求解模及相角，提取各电流信号的模相量，根据零模相量的特征判断接地故障或非接地故障，利用线模相量之间的关系进行故障选相；

(4)当确定故障为两相接地故障时，引入相电流积分方法，分别对相电流在时间轴两侧的波形进行积分、描述波形特征，并以此识别故障相。

2.如权利要求1所述的一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法，其特征是：所述步骤(2)中，相模变换的具体方法为：

$\left.\begin{array}{c}{I}_0=\frac{1}{3}(\mathrm{\&Delta;}{I}_A+\mathrm{\&Delta;}{I}_B+\mathrm{\&Delta;}{I}_C)\\ I_{\mathrm{\&alpha;}}=\frac{1}{3}(\mathrm{\&Delta;}{I}_A-\mathrm{\&Delta;}{I}_B)\\ I_{\mathrm{\&beta;}}=\frac{1}{3}(\mathrm{\&Delta;}{I}_A-\mathrm{\&Delta;}{I}_C)\end{array}\right\}---\left(1\right)$

式中，ΔI_A、ΔI_B、ΔI_C为三相电流故障分量；I₀为零模故障分量，I_α、I_β为线模故障分量；为了便于识别故障类型，引入虚构的“γ模量”，该模量是一个线模分量，它具有如下特征：

1)波速度V_γ＝V_α＝V_β；

2)波阻抗Z_γ＝Z_α＝Z_β；

3)其模量值为I_γ＝(ΔI_B-ΔI_C)/3＝I_β-I_α。

3.如权利要求1所述的一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法，其特征是：所述步骤(3)中，各电流模相量的提取办法为：对零模信号以及线模信号进行S变换处理，得到各模量的复时频矩阵，求解模及相角，得到各频率信号在时间域上的模相量；取零模电流信号复时频矩阵幅值最大的相量为I₀，对α、β和γ三个线模信号复时频矩阵分别求出其元素幅值的最大值，以三者中最大值所在的行与列为基准，找到三个复时频矩阵中对应的相量作为三个线模相量。

4.如权利要求1所述的一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法，其特征是：所述步骤(3)中，当零模相量为零且三线模相量方向相同或相反，一个模相量幅值为另外两模相量幅值的两倍时，判断为两相相间故障，两倍幅值线模相量对应的两相为故障相；零模相量为零但线模相量间不存在上述关系则判断为三相短路。

5.如权利要求1所述的一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法，其特征是：所述步骤(3)中，当零模相量不为零且三线模相量中两个相量幅值相等，方向相同或相反，另一线模分量为零时，则判断为单相接地故障，且零线模相量对应的两相为非故障相；零模相量不为零但线模相量间不存在上述关系则判断为两相接地短路。

6.如权利要求1所述的一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法，其特征是：所述步骤(4)中，当两相接地故障时，引入相电流积分方法识别故障相；分别对各相电流在时间轴两侧的波形进行积分： $I_{+}=\mathrm{\&Delta;t}{\mathrm{\&Sigma;}}_{k=n_1}^{n_2}\mathrm{\&Delta;}{i}_{+}\left(k\right),I_{-}=\mathrm{\&Delta;t}{\mathrm{\&Sigma;}}_{k=n_1}^{n_2}\left|\mathrm{\&Delta;}{i}_{-}\left(k\right)\right|;$ 式中:k为采样点,Δi₊(k)和Δi_-(k)分别是时间轴上方和下方的故障分量电流瞬时值；Δt为采样间隔；n₁为电流发生突变时的采样点；n₂为积分结束时刻的采样点。为描述波形特征，定义D＝max(I₊，I_-)， $\mathrm{\&lambda;}=\frac{\max (I_{+},I_{-})}{\min (I_{+},I_{-})}.$

7.如权利要求1所述的一种基于S变换的输电线路故障快速选相方法，其特征是：所述步骤(4)中，故障相选相判据为：将三相D值按大小排序，取最大D值相的D值和λ值为D₁、λ₁，取中间D值相的D值和λ值为D₂、λ₂，取最小D值相的D值和λ值为D₃、λ₃。在D₁>εD₃且D₂>εD₃，情况下，则直接判定D₃对应的相为非故障相；在D₁>εD₃，D₃<D₂<εD₃情况下，若λ₂>λ₃，算法判定D₃对应的相为非故障相，反之判定D₂对应相为非故障相，ε为可靠系数。