CN105067957B - 基于色散校正的双端行波故障测距方法 - Google Patents
基于色散校正的双端行波故障测距方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于色散校正的双端行波故障双端测距方法，包括以下步骤：在输电线的两端分别安装电流行波信号提取装置；当输电线路发生故障时，行波提取装置获取三相电流行波信号i；根据双端行波故障定位原理计算故障点离行波提取装置的距离；设定待校正信号为1模或2模电流初始电流行波信号；校正待校正信号；对色散拟合后的信号进行小波分解；计算小波变换的Lipschitz指数；如果连续两次计算的Lipschitz指数大于预设阈值，计算故障点的精确距离。本发明考虑了行波色散对行波测距带来的影响，提高了测距精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种行波故障双端测距方法，尤其是一种基于色散校正的双端行波故障测距方法，属于电力系统故障定位技术领域。
背景技术
输电线路担负着远距离输电的重任，常暴露在野外,且多为山区丘陵地形,易发生故障。故障如不能及时排除,易导致多重故障,引发大面积停电,特别在冰灾、地震、台风等极端情况下,严重危及电网安全运行,影响社会稳定。故障后迅速切除故障线路和快速、精确地故障测距技术，不仅可以减少线路故障带来的经济损失，而且具有重大的社会效益和经济效益。电力线路故障时,故障点产生暂态行波信号,并以接近光速的速度向线路两端传播,行波信号在波阻抗不连续点会发生折射、反射，所以可以利用暂态行波进行故障测距。暂态行波信号不易受系统运行方法、过渡电阻、接线方式、线路分布电容的影响。因此，基于行波传输原理的行波测距技术一直以来受到国内外研究者的关注，并得到了广泛的应用。
线路故障时沿线传播的暂态行波信号具有从低频到高频的连续频谱。行波在传播过程中，受线路参数频变的影响，行波的不同频率分量具有不同的衰减和速度，即行波色散效应。行波色散效应给精确确定行波到达时间和波速度带来困难。行波色散效应对于单回架空输电线路测距精度的影响尚可以接受，但对于频率相关性更强、色散更加严重的双回输电线路和高压电缆线路，行波色散对行波测距带来的影响不容忽视。因此，校正行波色散效应，提高行波测距的精确度和可靠性具有重要应用价值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于色散校正的行波故障测距方法，提高行波测距方法的测距精确度。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于色散校正的双端行波故障双端测距方法，包括以下步骤：
步骤1：在输电线M端和N端分别安装电流行波信号提取装置，获取输电线M端和N端的三相电流行波信号iM(t)和iN(t)；
步骤2：计算50Hz频率下的解耦矩阵T：
式中Y、Z为解耦频率ω单位长度的导纳矩阵和阻抗矩阵，γ为解耦频率ω的传播常数矩阵，γ0、γ1、γ2分别为解耦后0模、1模和2模的传播常数；
步骤3：设定模量m为1或2，解耦输电线M、N端的三相电流行波信号iM(t)、iN(t)，得到解耦后的行波分别为im,M(t)、im,N(t)：
im,M(t)＝T-1iM(t)
im,N(t)＝T-1iN(t) (2)
步骤4：设定小波变换的Lipschitz指数的初始值和Lipschitz指数的阈值；
步骤5：根据双端行波故障定位原理计算故障点到所述输电线M、N端的距离lM和lN；
步骤6：设定一个以上离散频率，选取1模或2模的传播常数计算各离散频率下的传播系数HM(ω)、HN(ω)，由其拟合行波传输函数AM(ω)、AN(ω)，所述传播系数的计算方法为：
m等于1或2；
步骤7：计算行波传输函数AM(ω)、AN(ω)的逆对应的单位脉冲响应fM(t)、fN(t)；
步骤8：计算色散校正后的信号i′m,M(t)、i′m,N(t)：
i′m,M(t)＝im,M(t)*fM(t)
i′m,N(t)＝im,N(t)*fN(t) (4)
步骤9：根据双端行波故障定位原理，由校正后的行波信号i′m,M(t)、i′m,N(t)计算校正后故障点到输电线M、N端的距离l′M和l′N；
步骤10：对色散校正后的信号i′m,M(t)、i′m,N(t)进行小波分解；计算小波变换的Lipschitz指数；
步骤11：将所述色散校正后的信号i′m,M(t)、i′m,N(t)作为待校正信号im,M(t)、im,N(t)，用校正后故障点到输电线M、N端的距离l′M和l′N更新故障点到输电线M、N端的距离lM和lN；
步骤12：判断连续两次计算的Lipschitz指数之差是否小于所述Lipschitz指数的阈值，如果是，转向步骤13，否则，转向步骤6；
步骤13：输出故障点到输电线M、N端的距离lM和lN。
所述步骤5和步骤9采用的计算故障点距离的方法相同，包括以下步骤：
步骤1’：利用连续小波变换模极大值法提取输电线M端和N端的电流行波信号im,M(t)、im,N(t)出现奇异点的时间TM和TN；
步骤2’：计算50Hz频率的行波传输速度v：
式中，β(ω)为相位系数；
步骤3’：计算故障点距离：
其中：L为所述M、N两端输电线的长度。
所述步骤10包括以下步骤：
步骤10-1：对色散拟合后的信号i′m,M(t)、i′m,N(t)进行5层小波分解；
步骤10-2：寻找分解后每层上的小波变换模极大值；
步骤10-3：计算小波变换的Lipschitz指数α：
式中a1、a2、a4、a5分别为第一、二、四、五层小波变换模极大值。
本发明的有益效果在于：
目前广泛采用的双端行波测距方法，故障距离由两个参数决定，一是故障行波到达时间差，另一个是故障行波速度。行波在传播过程中，受线路参数频变的影响，行波的不同频率分量具有不同的衰减和速度，即行波色散效应。行波色散效应给精确确定行波到达时间和波速度带来困难。因此，行波到达时间和波速度的误差对行波测距精度的影响不容忽视。本发明解决了行波色散对行波测距带来的影响这一行波故障测距领域的难点问题，提高了行波故障测距的精度，不仅可以减少线路故障带来的经济损失保证电网安全稳定运行，而且具有重大的社会效益和经济效益。
附图说明
图1为基于色散校正的双端行波故障双端测距方法的流程图。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，一种基于色散校正的双端行波故障双端测距方法，包括以下步骤：
步骤1：在输电线M端和N端分别安装电流行波信号提取装置，获取输电线M端和N端的三相电流行波信号iM(t)和iN(t)；
步骤2：计算50Hz频率下的解耦矩阵T：
式中Y、Z为解耦频率ω单位长度的导纳矩阵和阻抗矩阵，γ为解耦频率ω的传播常数矩阵，γ0、γ1、γ2分别为解耦后0模、1模和2模的传播常数；
步骤3：设定模量m为1或2，解耦输电线M、N端的三相电流行波信号iM(t)、iN(t)，得到解耦后的行波分别为im,M(t)、im,N(t)：
im,M(t)＝T-1iM(t)
im,N(t)＝T-1iN(t) (2)
步骤4：设定小波变换的Lipschitz指数的初始值和Lipschitz指数的阈值；
步骤5：根据双端行波故障定位原理计算故障点到所述输电线M、N端的距离lM和lN；
步骤6：设定一个以上离散频率，选取1模或2模的传播常数计算各离散频率下的传播系数HM(ω)、HN(ω)，由其拟合行波传输函数AM(ω)、AN(ω)，所述传播系数的计算方法为：
m等于1或2；
步骤7：计算行波传输函数AM(ω)、AN(ω)的逆对应的单位脉冲响应fM(t)、fN(t)；
步骤8：计算色散校正后的信号i′m,M(t)、i′m,N(t)：
i′m,M(t)＝im,M(t)*fM(t)
i′m,N(t)＝im,N(t)*fN(t) (4)
步骤9：根据双端行波故障定位原理，由校正后的行波信号i′m,M(t)、i′m,N(t)计算校正后故障点到输电线M、N端的距离l′M和l′N；
步骤10：对色散校正后的信号i′m,M(t)、i′m,N(t)进行小波分解；计算小波变换的Lipschitz指数；
步骤11：将所述色散校正后的信号i′m,M(t)、i′m,N(t)作为待校正信号im,M(t)、im,N(t)，用校正后故障点到输电线M、N端的距离l′M和l′N更新故障点到输电线M、N端的距离lM和lN；
步骤12：判断连续两次计算的Lipschitz指数之差是否小于所述Lipschitz指数的阈值，如果是，转向步骤13，否则，转向步骤6；
步骤13：输出故障点到输电线M、N端的距离lM和lN。
所述步骤5和步骤9采用的计算故障点距离的方法相同，包括以下步骤：
步骤1’：利用连续小波变换模极大值法提取输电线M端和N端的电流行波信号im,M(t)、im,N(t)出现奇异点的时间TM和TN；
步骤2’：计算50Hz频率的行波传输速度v：
式中，β(ω)为相位系数；
步骤3’：计算故障点距离：
其中：L为所述M、N两端输电线的长度。
所述步骤10包括以下步骤：
步骤10-1：对色散拟合后的信号i′m,M(t)、i′m,N(t)进行5层小波分解；
步骤10-2：寻找分解后每层上的小波变换模极大值；
步骤10-3：计算小波变换的Lipschitz指数α：
式中a1、a2、a4、a5分别为第一、二、四、五层小波变换模极大值。
在本实施例中设定的各离散频率为：0.1、1、50、100、1000、2000、5000、100000、200000、500000、1000000Hz。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种基于色散校正的双端行波故障测距方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：在输电线M端和N端分别安装电流行波信号提取装置，获取输电线M端和N端的三相电流行波信号iM(t)和iN(t)；
步骤2：计算50Hz频率下的解耦矩阵T：
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</mrow>
式中Y、Z为解耦频率ω单位长度的导纳矩阵和阻抗矩阵，γ为解耦频率ω的传播常数矩阵，γ0、γ1、γ2分别为解耦后0模、1模和2模的传播常数；
步骤3：设定模量m为1或2，解耦输电线M、N端的三相电流行波信号iM(t)、iN(t)，得到解耦后的行波分别为im,M(t)、im,N(t)：
im,M(t)＝T-1iM(t)
im,N(t)＝T-1iN(t) (2)
步骤4：设定小波变换的Lipschitz指数的初始值和Lipschitz指数的阈值；
步骤5：根据双端行波故障定位原理计算故障点到所述输电线M、N端的距离lM和lN；
步骤6：设定一个以上离散频率，选取1模或2模的传播常数计算各离散频率下的传播系数HM(ω)、HN(ω)，由其拟合行波传输函数AM(ω)、AN(ω)，所述传播系数的计算方法为：
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</mrow>
m等于1或2；
步骤7：计算行波传输函数AM(ω)、AN(ω)的逆对应的单位脉冲响应fM(t)、fN(t)；
步骤8：计算色散校正后的信号i′m,M(t)、i′m,N(t)：
i′m,M(t)＝im,M(t)*fM(t)
i′m,N(t)＝im,N(t)*fN(t) (4)
步骤9：根据双端行波故障定位原理，由校正后的行波信号i′m,M(t)、i′m,N(t)计算校正后故障点到输电线M、N端的距离l′M和l′N；
步骤10：对色散校正后的信号i′m,M(t)、i′m,N(t)进行小波分解；计算小波变换的Lipschitz指数；
步骤11：将所述色散校正后的信号i′m,M(t)、i′m,N(t)作为待校正信号im,M(t)、im,N(t)，用校正后故障点到输电线M、N端的距离l′M和l′N更新故障点到输电线M、N端的距离lM和lN；
步骤12：判断连续两次计算的Lipschitz指数之差是否小于所述Lipschitz指数的阈值，如果是，转向步骤13，否则，转向步骤6；
步骤13：输出故障点到输电线M、N端的距离lM和lN。
2.根据权利要求1所述的一种基于色散校正的双端行波故障测距方法，其特征在于：
所述步骤5和步骤9采用的计算故障点距离的方法相同，包括以下步骤：
步骤1’：利用连续小波变换模极大值法提取输电线M端和N端的电流行波信号im,M(t)、im,N(t)出现奇异点的时间TM和TN；
步骤2’：计算50Hz频率的行波传输速度v：
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式中，β(ω)为相位系数；
步骤3’：计算故障点距离：
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</mrow>
其中：L为所述M、N两端输电线的长度。
3.根据权利要求1所述的一种基于色散校正的双端行波故障测距方法，其特征在于：
所述步骤10包括以下步骤：
步骤10-1：对色散拟合后的信号i′m,M(t)、i′m,N(t)进行5层小波分解；
步骤10-2：寻找分解后每层上的小波变换模极大值；
步骤10-3：计算小波变换的Lipschitz指数α：
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式中a1、a2、a4、a5分别为第一、二、四、五层小波变换模极大值。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 利用小波变换的双端行波测距新方法;覃剑 等;《中国电机工程学报》;20000830;第20卷(第8期);第6-10页 * |
Also Published As
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Application publication date: 20151118 Assignee: HEFEI LIFA ELECTRICAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. Assignor: NORTH CHINA ELECTRIC POWER University (BAODING) Contract record no.: X2023980047629 Denomination of invention: A Double ended Traveling Wave Fault Location Method Based on Dispersion Correction Granted publication date: 20171107 License type: Common License Record date: 20231120 |