CN113378111B - 一种输电线路行波电流有效性判断方法 - Google Patents

一种输电线路行波电流有效性判断方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种输电线路行波电流有效性判断方法，包括以下具体步骤：首先中心站对接收到的波形数据进行FIR低通滤波；计算完滤波后从滤波器输出数据中提取有效数据，并将数据进行扩展得到；对扩展后的数据进行db4小波分解；进行数列提取处理，得到新的数据序列，并统计序列极值点个数；通过序列极值点个数对波形有效性进行判断；将db4小波系数内插0，同时将序列进行扩展处理得到扩展后的数据序列；对扩展后的数据序列进行一层小波分解和数列提取处理，得到新的数据序列；通过判断数列极值点个数判断波形无效。本发明准确度和精度较高，利用两层小波分解和小波分解后的细节分量进行极值点统计的方法判断波形数据的有效性。

Description

一种输电线路行波电流有效性判断方法
技术领域
本发明涉及波形处理技术领域，尤其涉及一种输电线路行波电流有效性判断方法。
背景技术
目前,输电线路日益发展，对应输电线路的安全可靠运行面临着巨大的挑战，对于输电线路的故障定位主要有故障分析法和行波法两大类。其中影响输电线路的正常运行的原因中，雷击故障占据了较大的比重，为了精确定位故障位置，通常采用的是行波定位原理，行波法因具有相对简单的模型，抗干扰性强，有较低的测距误差等特点得到广泛应用。该定位技术通过高频行波采样和GPS同步时钟系统，再输电线路故障时同时记录行波电流和GPS时钟，采用单端或者双端定位原理实现对故障位置的精确定位。通常行波定位装置安装在输电线路上，面临着十分复杂的电磁环境，极易受到干扰而引起装置误触发，从而引起故障误报问题，增加运维人员的排查检修负担。为了减少不必要的误报，需要从前端装置上传的波形数据中正确的筛选处有效的故障电流波形。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种输电线路行波电流有效性判断方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种输电线路行波电流有效性判断方法，包括以下具体步骤：
步骤1：首先中心站对接收到的波形数据进行FIR低通滤波，得到输出序列y(n)；FIR低通滤波计算公式为：
Figure BDA0003127484650000011
其中h(k)是滤波器系数，x(n-k)是波形数据，y(n)是滤波器输出。
步骤2：计算完滤波后从滤波器输出数据y(n)中提取有效数据，得到数据序列y1(n)，并将y1(n)数据进行扩展得到y2(n)；扩展方法为：波形数据最右边依次为波形数据倒数N/2个数，波形数据左边为波形数据开始的几个数。
步骤3：对扩展后的数据y2(n)进行db4小波分解，获得小波分解后的近似系数wa(n)和小波分解后的细节系数wd(n)；小波分解公式具体为：
Figure BDA0003127484650000021
其中hl0是db4小波分解低通分解系数，hh0是db4小波分解高通分解系数，
Figure BDA0003127484650000022
是卷积运行，wa(n)是小波分解后的近似系数，对应低频成分，wd(n)是小波分解后的细节系数，对应高频成分。
步骤4：将wa(n)和wd(n)进行数列提取处理，得到新的数据序列wa1(n)和wd1(n)，并统计wd1(n)的序列极值点个数；所述数列提取处理方法具体为:将wa(n)和wd(n)分别从第N+1个点开始直到最后一个点形成新的数据列wa1(n)和wd1(n)，其中N为db4滤波器长度。
步骤5：通过wd1(n)的序列极值点个数对波形有效性进行判断，设wd1(n)序列极值点的个数为Q1，然后判断Q1是否超过阈值Th，若Q1＜Th，则该波形数据有效，反之则需要进一步判断。
步骤6：若Q1≥Th，则将db4小波系数内插0，得到新的小波分解低通分解系数hl1和小波分解高通分解系数hh1，内插后小波滤波器系数长度分别为Ll1和Lh1；同时将序列wa1(n)进行扩展处理得到扩展后的数据序列w'a1(n)；所述序列扩展处理具体方法为：将wa1(n)数据两边扩展，两边扩展长度为Ll1的一半，得到扩展后的数据w'a1(n)。
步骤7：对扩展后的数据序列w'a1(n)进行一层小波分解，得到wd2(n)；小波分解具体公式为：
Figure BDA0003127484650000023
步骤8：将wd2(n)进行数列提取处理，得到新的数据序列w'd2(n)；所述数列提取处理方法具体为：将从个点开始直到最后一个点形成新的序列。
步骤9：设w'd2(n)序列极值点的个数为Q2，判断Q2是否超过某个阈值Th2，如果Q2＜Th2，则该波形数据有效，否则如果则判断波形无效。
所述步骤2具体包括以下步骤：步骤201：将滤波器输出数据y(n)去掉其前后N个点，得到数据序列y1(n)，其中N为滤波器长度；
步骤202：将y1(n)数据两边扩展，两边扩展长度为db4小波滤波器长度的一半，即扩展长度为N/2，得到扩展后的数据y2(n)。
本发明的有益效果：
本发明准确度和精度较高，利用两层小波分解和小波分解后的细节分量进行极值点统计的方法判断波形数据的有效性。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
本实施例中，输电线路行波测距装置主要高频故障行波电流，在前端采集装置将这故障电流上传到中心站后，中心站解析软件需要对数据有效性进行判断，判断当前故障波形是实际故障波形还是干扰波形。如图1所示，一种输电线路行波电流有效性判断方法，包括以下具体步骤：
步骤1：首先中心站对接收到的波形数据进行FIR低通滤波，得到输出序列y(n)；FIR低通滤波计算公式为：
Figure BDA0003127484650000031
其中h(k)是滤波器系数，x(n-k)是波形数据，y(n)是滤波器输出。
步骤2：计算完滤波后从滤波器输出数据y(n)中提取有效数据，得到数据序列y1(n)，并将y1(n)数据进行扩展得到y2(n)；扩展方法为：波形数据最右边依次为波形数据倒数N/2个数，波形数据左边为波形数据开始的几个数。
步骤3：对扩展后的数据y2(n)进行db4小波分解，获得小波分解后的近似系数wa(n)和小波分解后的细节系数wd(n)；小波分解公式具体为：
Figure BDA0003127484650000032
其中hl0是db4小波分解低通分解系数，hh0是db4小波分解高通分解系数，
Figure BDA0003127484650000033
是卷积运行，wa(n)是小波分解后的近似系数，对应低频成分，wd(n)是小波分解后的细节系数，对应高频成分。
步骤4：将wd(n)进行数列提取处理，得到新的数据序列wa1(n)和wd1(n)，并统计wa1(n)和wd1(n)的序列极值点个数；所述数列提取处理方法具体为:将wa(n)和wd(n)分别从第N+1个点开始直到最后一个点形成新的数据列wa1(n)和wd1(n)，其中N为db4滤波器长度。
步骤5：通过wd1(n)的序列极值点个数对波形有效性进行判断，设wd1(n)序列极值点的个数为Q1，然后判断Q1是否超过阈值Th，若Q1＜Th，则该波形数据有效，反之则需要进一步判断。
步骤6：若Q1≥Th，则将db4小波系数内插0，得到新的小波分解低通分解系数hl1和小波分解高通分解系数hh1，内插后小波滤波器系数长度分别为Ll1和Lh1；同时将序列wa1(n)进行扩展处理得到扩展后的数据序列w'a1(n)；所述序列扩展处理具体方法为：将wa1(n)数据两边扩展，两边扩展长度为Ll1的一半，得到扩展后的数据w'a1(n)。
步骤7：对扩展后的数据序列w'a1(n)进行一层小波分解，得到wd2(n)；小波分解具体公式为：
Figure BDA0003127484650000041
步骤8：将wd2(n)进行数列提取处理，得到新的数据序列w'd2(n)；所述数列提取处理方法具体为：将从个点开始直到最后一个点形成新的序列。
步骤9：设w'd2(n)序列极值点的个数为Q2，判断Q2是否超过某个阈值Th2，如果Q2＜Th2，则该波形数据有效，否则如果则判断波形无效。
所述步骤2具体包括以下步骤：
步骤201：将滤波器输出数据y(n)去掉其前后N个点，得到数据序列y1(n)，其中N为滤波器长度；
步骤202：将y1(n)数据两边扩展，两边扩展长度为db4小波滤波器长度的一半，即扩展长度为N/2，得到扩展后的数据y2(n)。
以2Mhz的采样率，数据时长1000us为例，首先对接收到的波形数据进行FIR低通滤波，滤波计算公式如下：
Figure BDA0003127484650000051
其中h(k)是滤波器系数，x(n-k)是波形数据，y(n)是滤波器输出；滤波器系数为-0.0002417595791596,0.002736733845294,0.00648235843864,0.004551083133676,-0.01139707212715,-0.03429616338637,-0.03351449352776,0.02419463746569,0.1370191861182,0.2531372749953,0.3026564292471,0.2531372749953,0.1370191861182,0.02419463746569,-0.03351449352776,-0.03429616338637,-0.01139707212715,0.004551083133676,0.00648235843864,0.002736733845294,-0.0002417595791596。
计算完滤波后将滤波器输出数据y(n)去掉其前后20(滤波器长度)个点，得到数据序列y1(n)，对y1(n)进行一次db4小波分解，首先将y1(n)数据两边扩展，两边扩展长度为db4小波滤波器长度的一半即4，得到扩展后的数据y2(n)。扩展方法为：波形数据最右边依次为波形数据倒数4个数，波形数据左边为波形数据开始的4个数；例如：原始数据为1、2、3、4、5，扩展长度为4，则扩展后数据为：4、3、2、1、1、2、3、4、5、5、4、3、2。对扩展后的数据y2(n)进行db4小波分解，分解方发如下：
Figure BDA0003127484650000052
Figure BDA0003127484650000053
其中hl0是db4小波分解低通分解系数，hh0是db4小波分解高通分解系数，
Figure BDA0003127484650000054
是卷积运行，wa(n)是小波分解后的近似系数，对应低频成分，wd(n)是小波分解后的细节系数，对应高频成分。
分解系数hl0为：
-0.0105974017849970,0.0328830116669829,0.0308413818359870,-0.187034811718881,-0.0279837694169839,0.630880767929590,0.714846570552542,0.230377813308855；
分解系数hh0为：
-0.230377813308855,0.714846570552542,-0.630880767929590,-0.0279837694169839,0.187034811718881,0.0308413818359870,-0.0328830116669829,-0.0105974017849973；
将wa(n)和wd(n)分别从第9(db4滤波器长度+1)个点开始直到最后一个点形成新的数据列wa1(n)和wd1(n)。
计算wd1(n)序列极值点的个数为Q1，具体计算方法如下：
1、首先标注分解后的波形数据wd1(n)，记录下该数据中对应点数大于相邻点数的数据所对应的坐标，例如：wave[0]＝1,wave[1]＝12,wave[2]＝9,wave[3]＝8,wave[4]＝12,wave[5]＝10，wave[6]＝20，wave[7]＝10；wave[1]＝12>wave[0]＝1且wave[1]＝12>wave[2]＝9则记录下wave[1]＝12的坐标为1，依次记录下对应的坐标为1,4,6；
2、然后寻找对应记录的坐标下的最大值，记录该最大值为Max和对应的坐标P1，比如坐标6对应的最大值20；
3、然后剔除该最大值坐标P1在20us(对于2Mhz的采样率，相当于40个点)范围内所记录的值；
4、然后在剔除后将坐标P1置无效后，重复2、3步骤，依次找到有效坐标下的坐标位置P2、P3等等；
5、计算搜索结果中的坐标位置P1、P2、P3等的个数即为Q1。
然后判断Q1是否超过某个阈值Th(例如30)，如果Q1＜Th，则该波形数据有效，否则需要进一步判断。
对于Q1≥Th的情况，进一步判断方法如下：
将db4小波系数内插0，变成hl1和hh1，内插后小波滤波器系数长度分别为16，小波滤波器系数具体数值如下：分解系数hl1：-0.0105974017849973,0,0.0328830116669829,0,0.0308413818359870,0,-0.187034811718881,0,-0.0279837694169839,0,0.630880767929590,0,0.714846570552542,0,0.230377813308855,0。
分解系数hh1：-0.230377813308855,0,0.714846570552542,
0,-0.630880767929590,0,-0.0279837694169839,0,0.187034811718881,0,0.030841381
8359870,0,-0.0328830116669829,0,-0.0105974017849973,0；
将wa1(n)数据两边扩展，两边扩展长度为滤波器长度的一半即8，得到扩展后的数据w'a1(n)。扩展方法为：波形数据最右边依次为波形数据倒数8个数，波形数据左边为波形数据开始的8个数，例如：原始数据为1、2、3、4、5、6、7、8，扩展长度为8，则扩展后数据为：8、7、6、5、4、3、2、1、1、2、3、4、5、6、7、8、8、7、6、5、4、3、2、1。对扩展后的数据序列w'a1(n)进行一层小波分解，具体将扩展后的数据和小波滤波器的分解系数进行卷积运算，得到wd2(n)：
Figure BDA0003127484650000071
将wd2(n)从9个点开始直到最后一个点形成新的序列w'd2(n)。
计算w'd2(n)序列极值点的个数为Q2，具体计算方法如下：
1、首先标注分解后的波形数据w'd2(n)，记录下该数据中对应点数大于相邻点数的数据所对应的坐标，例如：wave[0]＝1,wave[1]＝12,wave[2]＝9,wave[3]＝8,wave[4]＝12,wave[5]＝10，wave[6]＝20，wave[7]＝10；wave[1]＝12>wave[0]＝1且wave[1]＝12>wave[2]＝9则记录下wave[1]＝12的坐标为1，依次记录下对应的坐标为1,4,6；
2、然后寻找对应记录的坐标下的最大值，记录该最大值为Max和对应的坐标P1，比如坐标6对应的最大值20；
3、然后剔除该最大值坐标P1在20us(对于2Mhz的采样率，相当于40个点)范围内所记录的值；
4、然后在剔除后将坐标P1置无效后，重复2、3步骤，依次找到有效坐标下的坐标位置P2、P3等等；
5、计算搜索结果中的坐标位置P1、P2、P3等的个数即为Q2。
然后判断Q2是否超过某个阈值Th2(例如30)，如果Q2＜Th2，则该波形数据有效，否则如果Q2≥Th2则判断波形无效。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种输电线路行波电流有效性判断方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
步骤1：首先中心站对接收到的波形数据进行FIR低通滤波，得到输出序列y(n)；
步骤2：计算完滤波后从滤波器输出数据y(n)中提取有效数据，得到数据序列y1(n)，并将y1(n)数据进行扩展得到y2(n)；
步骤3：对扩展后的数据y2(n)进行db4小波分解，获得小波分解后的近似系数wa(n)和小波分解后的细节系数wd(n)；
步骤4：将wa(n)和wd(n)进行数列提取处理，得到新的数据序列wa1(n)和wd1(n)，并统计wd1(n)的序列极值点个数；
步骤5：通过wd1(n)的序列极值点个数对波形有效性进行判断，设wd1(n)序列极值点的个数为Q1，然后判断Q1是否超过阈值Th，若Q1＜Th，则该波形数据有效，反之则需要进一步判断；
步骤6：若Q1≥Th，则将db4小波系数内插0，得到新的小波分解低通分解系数hl1和小波分解高通分解系数hh1，内插后小波滤波器系数长度分别为Ll1和Lh1；同时将序列wa1(n)进行扩展处理得到扩展后的数据序列w'a1(n)；
步骤7：对扩展后的数据序列w'a1(n)进行一层小波分解，得到wd2(n)；
步骤8：将wd2(n)进行数列提取处理，得到新的数据序列w'd2(n)；
步骤9：设w'd2(n)序列极值点的个数为Q2，判断Q2是否超过某个阈值Th2，如果Q2＜Th2，则该波形数据有效，否则如果则判断波形无效。
2.根据权利要求1所述的一种输电线路行波电流有效性判断方法，其特征在于，所述步骤1中FIR低通滤波计算公式为：
Figure FDA0003127484640000011
其中h(k)是滤波器系数，x(n-k)是波形数据，y(n)是滤波器输出。
3.根据权利要求1所述的一种输电线路行波电流有效性判断方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下步骤：
步骤201：将滤波器输出数据y(n)去掉其前后N个点，得到数据序列y1(n)，其中N为滤波器长度；
步骤202：将y1(n)数据两边扩展，两边扩展长度为db4小波滤波器长度的一半，即扩展长度为N/2，得到扩展后的数据y2(n)。
4.根据权利要求1所述的一种输电线路行波电流有效性判断方法，其特征在于，所述步骤3小波分解公式具体为：
Figure FDA0003127484640000021
Figure FDA0003127484640000022
其中hl0是db4小波分解低通分解系数，hh0是db4小波分解高通分解系数，
Figure FDA0003127484640000023
是卷积运行，wa(n)是小波分解后的近似系数，对应低频成分，wd(n)是小波分解后的细节系数，对应高频成分。
5.根据权利要求1所述的一种输电线路行波电流有效性判断方法，其特征在于，所述步骤4数列提取处理方法具体为:将wa(n)和wd(n)分别从第N+1个点开始直到最后一个点形成新的数据列wa1(n)和wd1(n)，其中N为db4滤波器长度。
6.根据权利要求1所述的一种输电线路行波电流有效性判断方法，其特征在于，所述步骤6序列扩展处理具体方法为：将wa1(n)数据两边扩展，两边扩展长度为Ll1的一半，得到扩展后的数据w'a1(n)。
7.根据权利要求1所述的一种输电线路行波电流有效性判断方法，其特征在于，所述步骤7小波分解具体公式为：
Figure FDA0003127484640000024
8.根据权利要求1所述的一种输电线路行波电流有效性判断方法，其特征在于，所述步骤8数列提取处理方法具体为：将wd2(n)从Lh1+1个点开始直到最后一个点形成新的序列w'd2(n)。
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