專利名稱：一種利用原子分解的輸電線路行波故障測距方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種輸電線路行波故障測距方法，尤其是涉及一種利用原子分解的輸電線路行波故障測距方法。
背景技術：
輸電線路準確故障定位是保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的重要措施，是電力系統(tǒng)領域的一個研究難點和熱點。目前現(xiàn)有的故障定位方法從原理上來分，主要包括阻抗法、故障分析法和行波法，由于行波法具有定位速度快、準確度高且不受線路參數(shù)、系統(tǒng)運行方式、CT飽和、故障類型和過渡電阻等因素影響的優(yōu)點，因此比其他的測距方法具有更好的發(fā)展前景。但是行波法目前也還存在一些問題需要繼續(xù)研究和解決，主要是暫態(tài)行波的準確提取、波速度的確定、噪聲的干擾和故障初始行波浪涌到達時刻的標定以及行波色散對測距結(jié)果的影響等，這些問題的解決很大程度上需要依賴信號處理技術的發(fā)展。傳統(tǒng)的基于正交變換的信號表示方法不能夠簡潔有效的表示信號，而本發(fā)明所提到的原子分解法是在過完備冗余原子庫的基礎上自適應地尋找信號的最佳匹配原子及其參數(shù)，從而使信號的自適應表達變得簡單，分解結(jié)果變得非常稀疏，極大地提高了信息密度和使用的靈活性、降低了處理成本。目前，原子分解在電力系統(tǒng)中應用較多的主要是在電能質(zhì)量的擾動分析及低頻振蕩模式辨識方面，已經(jīng)取得了一定的成果，而在故障定位領域，行波法中應用的較多的還是小波變換及其改進方法。因此將原子分解技術應用于行波故障精確測距中的研究是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有方法所存在的技術問題；提供了一種在過完備冗余原子庫中尋找最佳匹配原子參數(shù)，從而使信號自適應表達變得簡單并使分解結(jié)果變得稀疏，具備高信息密度、高使用靈活性和低處理成本特點的輸電線路行波故障測距方法。本發(fā)明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的一種利用原子分解的輸電線路行波故障測距方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1，利用GPS對輸電線路多端的電壓、電流信號進行同步采樣；步驟2，記錄并交換故障前后的電氣量以獲得故障定位所需數(shù)據(jù)；步驟3，故障定位以獲得故障點準確位置。在上述的一種利用原子分解的輸電線路行波故障測距方法，所述的步驟I中，具體的操作步驟如下該行波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以現(xiàn)場可編程門列陣(Field Programmable GateArray, FPGA)為中央處理器，輸電線路二次側(cè)的電壓、電流行波信號經(jīng)過信號調(diào)理電路處理后通過高速A/D轉(zhuǎn)換、同步動態(tài)隨機存儲器(Synchronous Dynamic Random AccessMemory, SDRAM)和先進先出(First In First Out, FIFO)高速緩沖存儲及PCI總線傳輸實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集，采集到的行波信號經(jīng)過信號調(diào)理電路處理后將幅度限制于A/D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍以內(nèi)。數(shù)據(jù)采集時，F(xiàn)PGA給出同步命令，F(xiàn)IFO處于寫狀態(tài)。這樣在采集時鐘發(fā)生器給出同步時鐘的作用下，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)被依次存入FIFO。FPGA將數(shù)據(jù)讀出并存入大容量的SDRAM中。當采集到的數(shù)據(jù)達到要求的數(shù)量時FPGA發(fā)出外部中斷命令，停止A/D轉(zhuǎn)換，同時使FIFO處于讀狀態(tài)。FPGA讀取FIFO的數(shù)據(jù)并保存在SDRAM中。主機發(fā)出讀出命令，F(xiàn)PGA切換工作狀態(tài)，將數(shù)據(jù)從SDRAM中取出，主機通過總線接口將數(shù)據(jù)讀到系統(tǒng)中。最后FIFO和SDRAM復位清零。在上述的一種利用原子分解的輸電線路行波故障測距方法，所述的步驟2的具體操作方法是:步驟2.1，當線路發(fā)生故障時，則開始保存數(shù)據(jù)、故障錄波，保留故障前后設定時間內(nèi)線路的電壓、電流數(shù)據(jù)，對所記錄的數(shù)據(jù)打上時標并保存在硬盤的數(shù)據(jù)文件中；步驟2.2，數(shù)據(jù)保存后各側(cè)變電站交換所保存的數(shù)據(jù)。在上述的一種利用原子分解的輸電線路行波故障測距方法，所述的步驟3具體包括判斷故障區(qū)域及相別以及對故障支路進行精確故障定位兩個子步驟。在上述的一種利用原子分解的輸電線路行波故障測距方法，所述的判斷故障區(qū)域及相別的具體方法是:將定位裝置安裝在線路的兩端，并使兩側(cè)電流的參考方向由母線流向線路。如果兩側(cè)的電流按參考方向相加后為零，則表明線路正常運行，即當線路正常運行時，兩側(cè)的電流按參考方向相加后應該為零；如果兩側(cè)的電流按參考方向相加后不等于零，則表明線路內(nèi)部出現(xiàn)故障，即當線路內(nèi)部故障時兩側(cè)測得的電流均為由母線流向線路，將它們按參考方向相加后的結(jié)果必然不等于零；將三相看成三個單相分別對每一相進行如上的處理即可得到結(jié)果:若是只有A相接地，則B相和C相為非故障相，兩側(cè)的三相電流分別對應相加必然是A相電流不為零，而B相和C相的電流均為零；若是A相和B相為故障相，按同樣方法處理后，可得到A相和B相電流不為零，而C相的電流為零；三相故障結(jié)論為三相的電流均不為零。在上述的一種利用原子分解的輸電線路行波故障測距方法，所述對故障支路進行精確故障定位具體步驟包括:步驟6.1，根據(jù)搭建的雙端系統(tǒng)模型設置故障類型及故障參數(shù)，通過安裝在兩端母線處的電壓互感器檢測出三相的電壓行波分量；步驟6.2，將得到的故障電壓行波信號進行相模變換，取出線模α分量作為計算依據(jù)；步驟6.3，用原子分解法對故障信號進行處理，計算內(nèi)積最大的值選擇與信號特征匹配的原子，進行多次迭代直到達到設定的迭代次數(shù)后停止；步驟6.4，迭代結(jié)束后選擇尺度最小的原子，獲得故障信號的奇異點信息，進而獲得初始行波浪涌到達兩端母線的時間差；步驟6.5，運用雙端行波測距算法的計算公式求出故障位置距離雙端母線的距離。定位公式為
權(quán)利要求
1.一種利用原子分解的輸電線路行波故障測距方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，利用GPS對輸電線路多端的電壓、電流信號進行同步采樣； 步驟2，記錄并交換故障前后的電氣量以獲得故障定位所需數(shù)據(jù)； 步驟3，故障定位以獲得故障點準確位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用原子分解的輸電線路行波故障測距方法，其特征在于，所述的步驟I中，具體的操作步驟如下:該行波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以現(xiàn)場可編程門列陣為中央處理器，輸電線路二次側(cè)的電壓、電流行波信號經(jīng)過信號調(diào)理電路處理后通過高速A/D轉(zhuǎn)換、同步動態(tài)隨機存儲器和先進先出高速緩沖存儲及PCI總線傳輸實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用原子分解的輸電線路行波故障測距方法，其特征在于，所述的步驟2的具體操作方法是: 步驟2.1，當線路發(fā)生故障時，則開始保存數(shù)據(jù)、故障錄波，保留故障前后設定時間內(nèi)線路的電壓、電流數(shù)據(jù)，對所記錄的數(shù)據(jù)打上時標并保存在硬盤的數(shù)據(jù)文件中； 步驟2.2，數(shù)據(jù)保存后各側(cè)變電站交換所保存的數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用原子分解的輸電線路行波故障測距方法，其特征在于，所述的步驟3具體包括判斷故障區(qū)域及相別以及對故障支路進行精確故障定位兩個子步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種利用原子分解的輸電線路行波故障測距方法，其特征在于，所述的判斷故障區(qū)域及相別的具體方法是:將定位裝置安裝在線路的兩端，并使兩側(cè)電流的參考方向由母線流向線路，如果兩側(cè)的電流按參考方向相加后為零，則表明線路正常運行，即當線路正常運行時，兩側(cè)的電流按參考方向相加后應該為零；如果兩側(cè)的電流按參考方向相加后不等于零，則表明線路內(nèi)部出現(xiàn)故障，即當線路內(nèi)部故障時兩側(cè)測得的電流均為由母線流向線路，將它們按參考方向相加后的結(jié)果必然不等于零；將三相看成三個單相分別對每一相進行如上的處理即可得到結(jié)果:若是只有A相接地，則B相和C相為非故障相，兩側(cè)的三相電流分別對應相加必然是A相電流不為零，而B相和C相的電流均為零；若是A相和B相為故障相，按同樣方法處理后，可得到A相和B相電流不為零，而C相的電流為零；三相故障結(jié)論為三相的電流均不為零。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種利用原子分解的輸電線路行波故障測距方法，其特征在于，所述對故障支路進行精確故障定位具體步驟包括: 步驟6.1，根據(jù)搭建的雙端系統(tǒng)模型設置故障類型及故障參數(shù)，通過安裝在兩端母線處的電壓互感器檢測出三相的電壓行波分量； 步驟6.2，將得到的故障電壓行波信號進行相模變換，取出線模α分量作為計算依據(jù)；步驟6.3，用原子分解法對故障信號進行處理，計算內(nèi)積最大的值選擇與信號特征匹配的原子，進行多次迭代直到達到設定的迭代次數(shù)后停止； 步驟6.4，迭代結(jié)束后選擇尺度最小的原子，獲得故障信號的奇異點信息，進而獲得初始行波浪涌到達兩端母線的時間差； 步驟6.5，運用雙端行波測距算法的計算公式求出故障位置距離雙端母線的距離: 定位公式為
全文摘要
本發(fā)明涉及一種輸電線路行波故障測距方法，尤其是涉及一種利用原子分解的輸電線路行波故障測距方法。本發(fā)明將故障支路雙端的電壓電流信號作為故障定位的信息，利用GPS精確授時系統(tǒng)保證數(shù)據(jù)的同期性，對故障信號采用原子分解法進行分析，獲取行波波頭第一次到達雙端測量單元的時間，實現(xiàn)輸電線路故障準確定位。本發(fā)明在過完備冗余原子庫的基礎上自適應地尋找信號的最佳匹配原子及其參數(shù)，從而使信號的自適應表達變得簡單，分解結(jié)果變得非常稀疏，極大地提高了信息密度和使用的靈活性、降低了處理成本。
文檔編號G01R31/08GK103076538SQ20121057442
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者龔慶武, 關欽月, 李勛, 劉曉飛 申請人:武漢大學