CN104931855B - 基于输电线路故障行波波头识别及提取的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于输电线路故障行波波头识别及提取的装置，包括分别安装在输电线路两端的行波检测装置，所述行波检测装置内设置有GPS时钟同步装置以及用于传递波头数据的通讯装置。本发明还公开了识别及提取的方法，包括以下步骤：(1).当输电线路发生故障时，两端的行波检测装置分别检测并记录各相电压行波数据，对行波数据分析处理后自动识别行波波头有效特征点、提取波头有效数据，并将波头有效数据发送给主站；(2).主站接收到匹配线路两端的波头有效数据后，同步故障行波到达线路两端的时间，再根据线路总长与线路上行波波速计算出故障点的精确位置。本发明具有能提高输电线路故障测距的准确性的优点。

Description

基于输电线路故障行波波头识别及提取的装置和方法
技术领域
本发明涉及输电领域，尤其是涉及一种用于输电线路双端行波故障测距的基于输电线路故障行波波头识别及提取的方法。
背景技术
输电线路在发生接地或短路故障时，除了产生低频暂态分量外，还产生高频暂态行波，其包含着丰富的故障信息，是可以用来进行故障和接地特征分析的。当输电线路发生故障时，准确的测距方法对迅速排除故障和及时恢复供电具有非常重要的现实意义。
双端行波故障测距方法基于故障距离与故障行波从故障点传输到两端检测点的时间成正比的原理，测距结果的准确性依赖于测量故障行波到达两端测量点的时间的准确性，因此提高故障行波到达测量点时间的精确性对测距结果有至关重要的意义。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于输电线路双端行波故障测距的基于输电线路故障行波波头识别及提取的方法。
本发明通过以下技术措施实现的，一种基于输电线路故障行波波头识别及提取的装置，其特征在于：包括分别安装在输电线路两端的行波检测装置，所述行波检测装置内设置有GPS时钟同步装置以及用于传递波头数据的通讯装置；所述通讯装置与一主站通讯连接；
所述行波检测装置用于在线路发生故障时检测并记录保存各相电压行波信号由故障点向两端传播的故障行波数据与时钟数据，之后利用小波变换对故障行波数据进行分解，自适应滤波后取模极值，以小波变换尺度、分辨率为依据，根据长度系数与间隔系数识别出若干波头，利用强度系数与峰值系数提取各波头内极大小值及其位置的有效特征点，将行波数据提取压缩成为波头数据组；
其中W表示提取出的波头，N表示波头数，P表示数据所在位置，x为模极值，Lsc表示为以小波变换尺度与分辨率为参量的长度系数，m为间隔系数，S表示为样本数；
波头有效数据则包含以下信息：始端、尾端、起始值、极性值、正负极大值、正负次极大值位置及其模值，其中正负起始值分别通过下式获得；
abs(x(i))*fv＞abs(xmax)，i∈Sw
其中Sw表于该波头内样本数，fv表示峰值系数，xmax表示样本最大值，正负次极大值分别通过下式获得；
其中fp表示峰值系数；
最后将波头有效数据发送给主站。
本发明还公开了一种基于输电线路故障行波波头识别及提取的方法，包括以下步骤：
(1).当输电线路发生故障时，两端的行波检测装置分别检测并记录各相电压行波数据，对行波数据分析处理后自动识别行波波头有效特征点、提取波头有效数据，并将波头有效数据发送给主站；
(2).主站接收到匹配线路两端的波头有效数据后，同步故障行波到达线路两端的时间，再根据线路总长与线路上行波波速计算出故障点的精确位置；
其中所述自动识别行波波头有效特征点、提取波头有效数据的实施步骤为：
步骤1.线路发生故障时，产生的电压行波信号由故障点向两端传播，检测装置被触发记录保存故障行波数据与时钟数据；
步骤2.利用小波变换对故障行波数据进行分解，自适应滤波后取模极值，以小波变换尺度、分辨率为依据，根据长度系数与间隔系数识别出若干波头，利用强度系数与峰值系数提取各波头内极大小值及其位置的有效特征点，将行波数据提取压缩成为波头数据组；
其中W表示提取出的波头，N表示波头数，P表示数据所在位置，x为模极值，Lsc表示为以小波变换尺度与分辨率为参量的长度系数，m为间隔系数，S表示为样本数；
步骤3.波头有效数据包含以下信息：始端、尾端、起始值、极性值、正负极大值、正负次极大值位置及其模值，其中正负起始值分别通过下式获得；
abs(x(i))*fv＞abs(xmax)，i∈Sw
其中Sw表于该波头内样本数，fv表示峰值系数，xmax表示样本最大值，正负次极大值分别通过下式获得；
其中fp表示峰值系数。
作为一种优选方式，所述计算出故障点的精确位置的方法为，根据双端测距原理，利用故障行波到达两端时间、波速、线路全长计算故障点到两端的距离：
其中LAP、LBP、LAB分别表示A端、B端到故障点的距离以及AB端线路全长，v为行波波速，TA、TB分别表示故障行波到达A、B端的时间，即匹配得到的同步后的绝对时间。
作为一种优选方式，对于输电线路上短时间内连续发生两次故障的情况，在完成第一次匹配之后对后续波头再次匹配，从而实现一次测量而自动识别及测距两次故障。
本发明通过对故障相电压数据的小波变换、自适应滤波等处理得到电压行波数据，依据小波变换的尺度、分辨率参数自动识别行波波头特征点，提取行波波头有效数据组，用于匹配及计算行波到达测量点时间，从而提高输电线路故障测距的准确性，仿真及试验表明此方法切实有效；同时如对于短时间内连续两次故障，本发明还可以实现一次测量而自动识别及测距两次故障。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例行波检测装置的电路原理图；
图3为本发明实施例中用于自动匹配的两端行波波头数据的波形图。
具体实施方式
下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。
一种基于输电线路故障行波波头识别及提取的装置，包括分别安装在输电线路两端的行波检测装置，所述行波检测装置内设置有GPS时钟同步装置以及用于传递波头数据的通讯装置；所述通讯装置与一主站通讯连接；
所述行波检测装置用于在线路发生故障时检测并记录保存各相电压行波信号由故障点向两端传播的故障行波数据与时钟数据，之后利用小波变换对故障行波数据进行分解，自适应滤波后取模极值，以小波变换尺度、分辨率为依据，根据长度系数与间隔系数识别出若干波头，利用强度系数与峰值系数提取各波头内极大小值及其位置的有效特征点，将行波数据提取压缩成为波头数据组；
其中W表示提取出的波头，N表示波头数，P表示数据所在位置，x为模极值，Lsc表示为以小波变换尺度与分辨率为参量的长度系数，m为间隔系数，S表示为样本数；
波头有效数据则包含以下信息：始端、尾端、起始值、极性值、正负极大值、正负次极大值位置及其模值，其中正负起始值分别通过下式获得；
abs(x(i))*fv＞abs(xmax)，i∈Sw
其中Sw表于该波头内样本数，fv表示峰值系数，xmax表示样本最大值，正负次极大值分别通过下式获得；
其中fp表示峰值系数；
最后将波头有效数据发送给主站。
这种基于输电线路故障行波波头识别及提取的方法包括以下步骤：
(1).当输电线路发生故障时，两端的行波检测装置分别检测并记录各相电压行波数据，对行波数据分析处理后自动识别行波波头有效特征点、提取波头有效数据，并将波头有效数据发送给主站；
(2).主站接收到匹配线路两端的波头有效数据后，同步故障行波到达线路两端的时间，再根据线路总长与线路上行波波速计算出故障点的精确位置。
本实施例的基于输电线路故障行波波头识别及提取的方法，在前面技术方案的基础上具体还可以是，自动识别行波波头有效特征点、提取波头有效数据的实施步骤为：
步骤1.线路发生故障时，产生的电压行波信号由故障点向两端传播，检测装置被触发记录保存故障行波数据与时钟数据；
步骤2.利用小波变换对故障行波数据进行分解，自适应滤波后取模极值，以小波变换尺度、分辨率为依据，根据长度系数与间隔系数识别出若干波头，利用强度系数与峰值系数提取各波头内极大小值及其位置的有效特征点，将行波数据提取压缩成为波头数据组；
其中W表示提取出的波头，N表示波头数，P表示数据所在位置，x为模极值，Lsc表示为以小波变换尺度与分辨率为参量的长度系数，m为间隔系数，S表示为样本数；
步骤3.波头有效数据包含以下信息：始端、尾端、起始值、极性值、正负极大值、正负次极大值位置及其模值，其中正负起始值分别通过下式获得；
abs(x(i))*fv＞abs(xmax)，i∈Sw
其中Sw表于该波头内样本数，fv表示峰值系数，xmax表示样本最大值，正负次极大值分别通过下式获得；
其中fp表示峰值系数。
本实施例的基于输电线路故障行波波头识别及提取的方法，在前面技术方案的基础上具体还可以是，计算出故障点的精确位置的方法为，根据双端测距原理，利用故障行波到达两端时间、波速、线路全长计算故障点到两端的距离：
其中LAP、LBP、LAB分别表示A端、B端到故障点的距离以及AB端线路全长，v为行波波速，TA、TB分别表示故障行波到达A、B端的时间，即匹配得到的同步后的绝对时间。
本实施例的基于输电线路故障行波波头识别及提取的方法，在前面技术方案的基础上具体还可以是，当输电线路上短时间内连续发生两次故障的情况，在完成第一次匹配之后对后续波头再次匹配，从而实现一次测量而自动识别及测距两次故障。
本装置和方法通过对故障相电压数据的小波变换、自适应滤波等处理得到电压行波数据，依据小波变换的尺度、分辨率参数自动识别行波波头特征点，提取行波波头有效数据组，用于匹配及计算行波到达测量点时间，从而提高输电线路故障测距的准确性，仿真及试验表明此方法切实有效；同时如对于短时间内连续两次故障，本装置和方法还可以实现一次测量而自动识别及测距两次故障。
下面结合一具体的实施例来加以说明
一种基于输电线路故障行波波头识别及提取的装置，请参照图1和图2，包括分别安装在输电线路A、B两端的行波检测装置，在行波检测装置内设置有GPS时钟同步装置以及用于传递波头数据的通讯装置；通讯装置用于与主站进行数据通讯。
依据图1所示输电线路行波故障测距示意图利用MATLAB对双端输电线路建模，图1中输电线路A、B之间架设为7.6km，线路两端行波检测装置实时检测各相电压行波数据，波检测装置的电路原理图可以是如图2所示；
如在线路距离A端5km处的P点产生故障，产生的电压行波信号由故障点向两端传播，检测装置被触发记录保存故障行波数据与时钟数据等；
利用小波变换对数据进行分解，自适应滤波后依据小波变换尺度、分辨率参数提取电压行波的波头数据组，在时间轴上的重构如图3所示，通过匹配波头数据组数据，从而同步行波到达线路两端的绝对时间；
根据双端测距原理，利用故障行波到达两端时间、波速、线路全长计算故障点到两端的距离：
其中LAP、LBP、LAB分别表示A端、B端到故障点的距离以及AB端线路全长，v为行波波速，取v＝1.5×105km/s，TA、TB分别表示故障行波到达 A、B端的时间,仿真时间显示TA为2014年6月19日17时10分13秒 947.25465毫秒,TB为2014年6月19日17时10分13秒947.23857毫秒，即4)中得到的同步后的绝对时间。
由此计算得出故障距离A端5.006km，与实际故障距离5km相差6m，具有较高的测距精度。
以上是对本发明基于输电线路故障行波波头识别及提取的装置和方法进行了阐述，用于帮助理解本发明，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，任何未背离本发明原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围的内。

Claims (4)

1.一种基于输电线路故障行波波头识别及提取的装置，其特征在于：包括分别安装在输电线路两端的行波检测装置，所述行波检测装置内设置有GPS时钟同步装置以及用于传递波头数据的通讯装置；所述通讯装置与一主站通讯连接；
所述行波检测装置用于在线路发生故障时检测并记录保存各相电压行波信号由故障点向两端传播的故障行波数据与时钟数据，之后利用小波变换对故障行波数据进行分解，自适应滤波后取模极值，以小波变换尺度、分辨率为依据，根据长度系数与间隔系数识别出若干波头，利用强度系数与峰值系数提取各波头内极大小值及其位置的有效特征点，将行波数据提取压缩成为波头数据组；
其中W表示提取出的波头，N表示波头数，P表示数据所在位置，x为模极值，Lsc表示为以小波变换尺度与分辨率为参量的长度系数，m为间隔系数，S表示为样本数；
波头有效数据则包含以下信息：始端、尾端、起始值、极性值、正负极大值、正负次极大值位置及其模值，其中正负起始值分别通过下式获得；
abs(x(i))*fv＞abs(xmax)，i∈Sw
其中Sw表于该波头内样本数，fv表示峰值系数，xmax表示样本最大值，正负次极大值分别通过下式获得；
其中fp表示峰值系数；
最后将波头有效数据发送给主站。
2.一种基于输电线路故障行波波头识别及提取的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1).当输电线路发生故障时，两端的行波检测装置分别检测并记录各相电压行波数据，对行波数据分析处理后自动识别行波波头有效特征点、提取波头有效数据，并将波头有效数据发送给主站；
(2).主站接收到匹配线路两端的波头有效数据后，同步故障行波到达线路两端的时间，再根据线路总长与线路上行波波速计算出故障点的精确位置；
其中所述自动识别行波波头有效特征点、提取波头有效数据的实施步骤为：
步骤1.线路发生故障时，产生的电压行波信号由故障点向两端传播，检测装置被触发记录保存故障行波数据与时钟数据；
步骤2.利用小波变换对故障行波数据进行分解，自适应滤波后取模极值，以小波变换尺度、分辨率为依据，根据长度系数与间隔系数识别出若干波头，利用强度系数与峰值系数提取各波头内极大小值及其位置的有效特征点，将行波数据提取压缩成为波头数据组；
其中W表示提取出的波头，N表示波头数，P表示数据所在位置，x为模极值，Lsc表示为以小波变换尺度与分辨率为参量的长度系数，m为间隔系数，S表示为样本数；
步骤3.波头有效数据包含以下信息：始端、尾端、起始值、极性值、正负极大值、正负次极大值位置及其模值，其中正负起始值分别通过下式获得；
abs(x(i))*fv＞abs(xmax)，i∈Sw
其中Sw表于该波头内样本数，fv表示峰值系数，xmax表示样本最大值，正负次极大值分别通过下式获得；
其中fp表示峰值系数。
3.根据权利要求2所述的基于输电线路故障行波波头识别及提取的方法，其特征在于：所述计算出故障点的精确位置的方法为，根据双端测距原理，利用故障行波到达两端时间、波速、线路全长计算故障点到两端的距离：
其中LAP、LBP、LAB分别表示A端、B端到故障点的距离以及AB端线路全长，v为行波波速，TA、TB分别表示故障行波到达A、B端的时间，即匹配得到的同步后的绝对时间。
4.根据权利要求2所述的基于输电线路故障行波波头识别及提取的方法，其特征在于：对于输电线路上短时间内连续发生两次故障的情况，在完成第一次匹配之后对后续波头再次匹配，从而实现一次测量而自动识别及测距两次故障。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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