基于頻譜相似性評(píng)價(jià)的單端行波測距反射波辨識(shí)算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及輸電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于頻譜相似性評(píng)價(jià)的單端行波測距 反射波辨識(shí)算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 輸電線路在發(fā)生線路故障時(shí)，突發(fā)的電壓電流變化會(huì)以電磁波的形式沿著導(dǎo)線向 兩側(cè)傳播，其不但有低頻暫態(tài)分量，而且還有包含著豐富故障信息的高頻暫態(tài)行波，因此這 些高頻暫態(tài)行波可以用來進(jìn)行故障和接地特征分析。當(dāng)輸電線路發(fā)生故障時(shí)，可以利用這 些故障行波信息來確定故障位置，從而使故障能夠得到快速處理，因此準(zhǔn)確的測距方法對(duì) 迅速排除故障和及時(shí)恢復(fù)供電具有十分重要的意義。
[0003] 現(xiàn)代行波故障測距常見的基本原理有A型、D型、E型、F型四種，其中A型為單端測 距，只需要在線路一端安裝裝置，具有節(jié)省大量成本的優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)也存在波形分析困難， 可靠性差，存在定位死區(qū)等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決克服A型單端測距的問題，本發(fā)明提供一種基于頻譜相似性評(píng)價(jià)的單端行 波測距反射波辨識(shí)算法，以有效提高單端行波測距時(shí)對(duì)于反射波的識(shí)別率，從而大大提高 單端行波測距的成功率。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] 基于頻譜相似性評(píng)價(jià)的單端行波測距反射波辨識(shí)算法，包括以下步驟：
[0007] (1)在線路發(fā)生故障時(shí)觸發(fā)行波檢測裝置后，記錄和保存故障行波數(shù)據(jù)與時(shí)鐘數(shù) 據(jù)，并對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理；
[0008] (2)對(duì)平滑后的數(shù)據(jù)進(jìn)行求導(dǎo)，根據(jù)數(shù)據(jù)的極值點(diǎn)得出波頭峰值；
[0009] (3)取所述波頭峰值所在區(qū)域的一段行波作為該行波的特征時(shí)間窗；
[0010] (4)對(duì)所述特征時(shí)間窗的行波段進(jìn)行傅立葉變換，得到所述行波檢測裝置接收到 的各個(gè)波頭信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻域分布；
[0011] (5)由所述頻域分布算出每個(gè)波頭信號(hào)中每一個(gè)頻率幅值占總幅值的比值，進(jìn)而 構(gòu)建各個(gè)波頭信號(hào)與初始波頭信號(hào)的頻譜相似度函數(shù)；
[0012] (6)利用所述頻譜相似度函數(shù)，判斷各個(gè)波頭信號(hào)與初始波頭信號(hào)的相似程度，找 出線路故障的第一次反射信號(hào)；
[0013] (7)利用單端行波測距原理，求得故障點(diǎn)到測站的距離。
[0014] 優(yōu)選地，所述的波頭峰值所在區(qū)域的一段行波是指包含了波頭峰值且幅值達(dá)到波 頭峰值的0.3倍的行波段。
[0015]進(jìn)一步地，所述步驟(5)包括：
[0016] 利用
衣次計(jì)算各個(gè)波頭信號(hào)中每一個(gè)頻率幅值占總幅值的比 值，其中，Xm(k)表示行波檢測裝置接收到的第m個(gè)波頭信號(hào)的第k個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的頻率幅值，Xm (j)表示行波檢測裝置接收到的第m個(gè)波頭信號(hào)的總幅值，!11=0，1，2,3，一，表示行波檢測裝 置接收到的波頭信號(hào)的序號(hào)，k = 0，1，-·Ν-1，N為特征時(shí)間窗的行波段上采集到的數(shù)據(jù)點(diǎn)的 數(shù)量；
[0017] 設(shè)不同波頭信號(hào)與初始波頭信號(hào)的相似程度為Zm，令
[0018]
[0019]其中λ為大于1的仿真參數(shù)；
[0020] 根據(jù)仿真結(jié)果得出λ的合適取值，并代入上式獲得各個(gè)波頭信號(hào)與初始波頭信號(hào) 的頻譜相似度函數(shù)。
[0021] 進(jìn)一步地，所述步驟(6)包括：
[0022]算出各個(gè)波頭信號(hào)對(duì)應(yīng)的相似程度zm;
[0023] 判斷行波檢測裝置接收到的波頭信號(hào)的數(shù)量是否大于等于預(yù)設(shè)數(shù)量，若是，則從 幅值大于預(yù)設(shè)閾值的波頭信號(hào)中選取相似程度最大的波頭信號(hào)為所述的第一次反射信 號(hào)，若否，則直接選取相似程度大的波頭信號(hào)為所述的第一次反射信號(hào)。
[0024] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:通過對(duì)原始波形進(jìn)行平滑后，利用快速傅立葉變換算法，計(jì)算得 到了平滑波形的頻域分布，通過對(duì)比波形之間的頻域分布，能夠更準(zhǔn)確地尋找出第一次反 射波形，從而能夠大大提高單端測距的準(zhǔn)確率，既很好地克服了原有的單端測距的缺點(diǎn)，同 時(shí)能夠完好地保留其原有的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明辨識(shí)算法的流程圖；
[0026] 圖2是獲取行波特征時(shí)間窗的示意圖；
[0027] 圖3是圖2所示的行波所對(duì)應(yīng)的頻域分布；
[0028] 圖4是在一次線路故障中尋找第一次反射波的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明提出了一種基于連續(xù)頻譜相似性評(píng)價(jià)的單端行波測距反射波辨識(shí)算法，當(dāng) 配置了單端行波測距裝置的線路上發(fā)生故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生故障行波，故障行波會(huì)在線路上經(jīng) 過多次的折射與反射，而單端行波測距裝置也會(huì)接收到包括多次的折射、反射以及干擾在 內(nèi)多個(gè)波頭。行波檢測裝置被觸發(fā)記錄保存故障行波數(shù)據(jù)與時(shí)鐘數(shù)據(jù)。
[0030] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0031] 如圖1至4所示，基于頻譜相似性評(píng)價(jià)的單端行波測距反射波辨識(shí)算法，包括以下 步驟：
[0032] (1)在線路發(fā)生故障時(shí)觸發(fā)行波檢測裝置后，記錄和保存故障行波數(shù)據(jù)與時(shí)鐘數(shù) 據(jù)，并對(duì)所述數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理；
[0033] (2)對(duì)平滑后的數(shù)據(jù)進(jìn)行求導(dǎo)，根據(jù)數(shù)據(jù)的極值點(diǎn)得出波頭峰值；
[0034] (3)取所述波頭峰值所在區(qū)域的一段行波作為該行波的特征時(shí)間窗；
[0035] (4)對(duì)所述特征時(shí)間窗的行波段進(jìn)行傅立葉變換，得到所述行波檢測裝置接收到 的各個(gè)波頭信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻域分布；
[0036] (5)由所述頻域分布算出每個(gè)波頭信號(hào)中每一個(gè)頻率幅值占總幅值的比值，進(jìn)而 構(gòu)建各個(gè)波頭信號(hào)與初始波頭信號(hào)的頻譜相似度函數(shù)；
[0037] (6)利用所述頻譜相似度函數(shù)，判斷各個(gè)波頭信號(hào)與初始波頭信號(hào)的相似程度，找 出線路故障的第一次反射信號(hào)；
[0038] (7)利用單端行波測距原理，求得故障點(diǎn)到測站的距離。
[0039]優(yōu)選地，以上所述步驟可以按下述【具體實(shí)施方式】展開。
[0040] 1)線路發(fā)生故障時(shí)，產(chǎn)生的電壓故障行波由故障點(diǎn)向兩端傳播，行波檢測裝置被 觸發(fā)記錄保存故障行波數(shù)據(jù)與時(shí)鐘數(shù)據(jù)。裝置首先需要利用五點(diǎn)滑動(dòng)平均法對(duì)采集到的數(shù) 據(jù)進(jìn)行平滑處理，以消除因噪音而產(chǎn)生的波形毛刺。即
[0041]
[0042] 其中，X'(η)為平滑后的行波數(shù)據(jù)，x(n)為平滑前的行波數(shù)據(jù)，N為裝置對(duì)于這次故 障行波所記錄到的總數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)。
[0043] 2)利用平滑后的數(shù)據(jù)V (η)對(duì)故障行波進(jìn)行求導(dǎo)。求導(dǎo)公式如下：
[0044]
[0045] 其中，Δ t為裝置記錄的采樣間隔。
[0046] 然后，根據(jù)f (η)的數(shù)值變化，找出V (η)的第一個(gè)極值點(diǎn)的大致時(shí)刻，并認(rèn)為該時(shí) 刻為波頭到達(dá)時(shí)刻。
[0047] 例如:若有f (rOza，;^ (n+l)=_b，a，b2 0,則認(rèn)為波頭到達(dá)時(shí)刻t為
[0048]
[0049] 顯然，這里計(jì)算的波頭到達(dá)時(shí)刻t的準(zhǔn)確度與采樣間隔Δ t有關(guān)，Δ t越小，t的準(zhǔn)確 度越高，記初始波頭到達(dá)時(shí)刻為tu
[0050] 3)取極值點(diǎn)前后兩點(diǎn)中較大者作為行波的波頭峰值Xmax，并取峰值附近一段行波 數(shù)據(jù)作為該行波的行波特征時(shí)間窗(如附圖2所示）。按照仿真結(jié)果及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，該行波特征 時(shí)間窗一般取幅值達(dá)到〇.3x max