CN106093705B - 一种配电网单相接地故障行波波头的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网单相接地故障行波波头的计算方法。线路数据采集器将故障前后各2个电压周波上传，对电压行波进行凯伦贝尔变换得到线模电压进行Hilbert变换，求导，并求取模值。对得到的模值去噪，取有效区间后得到行波波头到达时刻。本发明具有快速，准确的优点，能够准确计算出行波波头到达时刻，为确定故障位置创造条件，具有很好的应用前景。

Description

一种配电网单相接地故障行波波头的计算方法

技术领域

本发明属于电力系统自动化技术领域，涉及配电网的故障诊断，是一种快速精确的配电网单相接地故障行波波头的计算方法。

背景技术

随着我国国民经济的发展，人们对供电可靠性的要求越高，与居民用电密切相关的配电网运行可靠性便越高。这便要求对配电网的故障能够准确识别，迅速排除。然而，配电网的单相接地故障定位问题长期以来一直没有得到很好的解决。因为配电网一般采用架空线路—电缆线路的混合线路，且线路分支较多，结构复杂，使配电网在故障定位上要比输电网困难，许多在输电网中已经成熟的技术在配电网中无法实现。在发生单相接地故障后，由于故障电流比较微弱，对单相接地故障的定位更加困难。

目前用于故障定位的阻抗法，s信号注入法都存在精度不高，自动化水平不足的问题，而行波法虽然能解决以上问题，但是行波波头难以标定，使得行波法在应用上并没有得到推广。在计算行波波头的方法中，小波法难以确定小波基函数，而Hilbert-huang法在高精度的配电网定位中，由于数据量庞大，速度很慢，无法实用化。计算行波波头算法上的不足，限制了单相接地故障行波定位技术的发展。

配电网单相接地故障发生前以及发生后，系统线电压都为标准的正弦波，只有在故障发生瞬间有一个短暂的行波过程，符合Hilbert变换的前提条件，可以对线电压直接进行Hilbert变换，计算出波形奇异点，从而计算行波波头到达时刻。但是由于噪声的影响，直接应用Hilbert变换容易计算出多个伪行波波头，必须进行有效的去噪处理。

发明内容

本发明的目的在于对现有配电网行波定位的技术进行改进，提出一种配电网单相接地故障行波波头的计算方法。

本发明具体采用以下技术方案：

一种配电网单相接地故障行波波头的计算方法，其特征在于，所述计算方法包含以下步骤：

步骤1：在线路上安装故障数据采集器，采集故障发生后前后各两个周波的三相电压数据；

步骤2：对步骤1所得到的共四个周波的三相电压行波进行凯伦贝尔变换，得到线模电压分量，其中，凯伦贝尔变换为：式中u₁,u₂为线模电压，u₀为零模电压，u_a,u_b,u_c为各相电压；

步骤3：选取步骤2得到的线模电压分量进行Hilbert变换，若配电网发生A相或B相接地故障则选择线模电压u₁，若配电网发生C相接地故障则选择线模电压u₂；

步骤4：对步骤3得到的变换后的结果进行中心差分求导，然后取绝对值得到模值序列U_h，其中，中心差分求导公式为：h(n+1)和h(n-1)分别为经过Hilbert变换得到的线模电压数据在时刻n+1和时刻n-1的值，h'(n)为经过求导后在时刻n的值；

步骤5：对模值序列U_h中的第一个周波数据X_h进行判断，如果X_h(n)>0.5max{U_h}，则将时刻n的模值视为脉冲干扰置零，得到去除干扰的第一个周波模值序列，其中，X_h(n)为X_h在时刻n的值；

步骤6：将U_h中低于阈值K的模值视为噪声置零，其中K＝1.5max{X_h}；

步骤7：在步骤6置零后的结果中选取有效区间，区间内模最大值为行波波头到达时刻。

所述步骤(7)中的有效区间选取，以第一个模值大于0.5max{U_h}的点为起点，如果在0.01个周波时长内至少有2个模值大于0.5max{U_h}，则标定为有效区间，否则，以下一个模值大于0.5max{U_h}的点为起点继续判断直至选出有效区间。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、本发明采用Hilbert算法进行波头提取，加入了阈值去噪和有效空间内取值，能够减少环境噪声以及小干扰的影响，定位准确。

2、本发明采用算法简单易操作，与传统小波法和Hilbert-huang法提取波头相比，运行时间更短，能够在故障发生后迅速定位出结果。

3、本发明克服了传统emd分解所带来的模态混叠现象，以及数据拟合不准确带来的边界效应，定位结果更具有适应性。

附图说明

图1为实施配电网定位实验仿真结构图；

图2为故障后线路数据采集器采集到的三相电压数据；

图3为根据三相电压行波信号得到的线模分量；

图4为经过变换后取模值的频率图；

图5为经过阈值去噪后得到的频率图；

图6为选取有效区间后的频率图；

图7为本发明公开的配电网单相接地故障行波波头的计算方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细介绍。

如图1所示，本申请列举的实施例是配电网单相接地故障测距实验，采用的是ATP-EMTP搭建线路模型进行实验。其中，电压源设计为理想电源，初始角为0^°，来模拟三相无穷大电源。变压器连结组别号为YD11，二次侧电压为10.5KV。变压器后为简单线路MN。单位长度线路参数为：

正序参数：电阻R₁＝0.21Ω/km，电感L₁＝1.2732mH/km，对地电容C₁＝0.00907μF/km。

零序参数：电阻R₀＝0.21Ω/km，电感L₀＝7.0028mh/km，对地电容C₀＝0.00466μF/km。

线路长度：MN长10km。

下面以附图1为实施例，详细介绍配电网单相接地故障行波波头的计算方法，计算方法的步骤如附图7所示：

步骤(1)，数据采集器采样率为1MHz，即每个点之间的间隔为1μs。共采样4个周波的三相电压数据一共80000μs，在第40000μs时系统发生C相接地故障，接地电阻为1Ω，故障一直持续1s。采集到的电压数据如图2所示

步骤(2)，对步骤(1)所得到的各相电压行波进行凯伦贝尔变换，得到两个线电压u₁和u₂，其中

步骤(3)，由系统发生C相接地故障，所以选取线模电压分量u₂进行计算，如图3所示为故障后行波线模分量。对步骤(2)得到的线模分量u₂进行Hilbert变换。

步骤(4)，然后按照公式进行中心差分求导并求取模值得到U_h，如图4所示。

步骤(5)，对U_h的第一个周波数据，也就是区间(0,20000μs)的数据进行去脉冲干扰，0.5max{U_h}＝327.6，将区间(0,20000μs)中大于327.6的值置零。

步骤(6)，根据去除干扰后的区间(0,20000μs)选取阈值，K＝1.5max{X_h}＝111.3，将全数据段U_h内低于阈值的模值视为噪声置零，得到去噪后模值序列如图5所示。

步骤(7)，由图5可得，区间(0,40002μs)全小于0.5max{U_h}＝327.6，而以第40003μs为有效区间起始点，后面0.01个周波内模值有至少2个模值大于327.6，所以选取有效区间为(40003μs,40203μs)，如图6所示，其中区间内最大值为第40004μs，标定线模分量波头到达时刻为40004μs。

以上给出的实施例用以说明本发明和它的实际应用，并非对本发明作任何形式上的限制，任何一个本专业的技术人员在不偏离本发明技术方案的范围内，依据以上技术和方法作一定的修饰和变更当视为等同变化的等效实施例。

Claims (2)

1.一种配电网单相接地故障行波波头的计算方法，其特征在于，所述计算方法包含以下步骤：

步骤1：在线路上安装故障数据采集器，采集故障发生后前后各两个周波的三相电压数据；

步骤2：对步骤1所得到的共四个周波的三相电压行波进行凯伦贝尔变换，得到线模电压分量，其中，凯伦贝尔变换为：式中u₁,u₂为线模电压，u₀为零模电压，u_a,u_b,u_c为各相电压；

步骤3：选取步骤2得到的线模电压分量进行Hilbert变换，若配电网发生A相或B相接地故障则选择线模电压u₁，若配电网发生C相接地故障则选择线模电压u₂；

步骤4：对步骤3得到的变换后的结果进行中心差分求导，然后取绝对值得到模值序列U_h，其中，中心差分求导公式为：h(n+1)和h(n-1)分别为经过Hilbert变换得到的线模电压数据在时刻n+1和时刻n-1的值，h'(n)为经过求导后在时刻n的值；

步骤5：对模值序列U_h中的第一个周波数据X_h进行判断，如果X_h(n)>0.5max{U_h}，则将时刻n的模值视为脉冲干扰置零，得到去除干扰的第一个周波模值序列，其中，X_h(n)为X_h在时刻n的值；

步骤6：将U_h中低于阈值K的模值视为噪声置零，其中K＝1.5max{X_h}；

步骤7：在步骤6置零后的结果中选取有效区间，区间内模最大值为行波波头到达时刻。

2.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障行波波头的计算方法，其特征在于：

所述步骤7中的有效区间选取，以第一个模值大于0.5max{U_h}的点为起点，如果在0.01个周波时长内至少有2个模值大于0.5max{U_h}，则标定为有效区间，否则，以下一个模值大于0.5max{U_h}的点为起点继续判断直至选出有效区间。