一种基于故障行波沿线分布特性的线缆混合线路双端测距方法技术

本发明专利技术涉及一种基于故障行波沿线分布特性的线缆混合线路双端测距方法，属于电力系统继电保护技术领域。当线路发生故障时，分别于量测端M端和量测端N端，由高速采集装置获取量测端M端和量测端N端故障电流行波数据，并截取故障初始行波到达前(l1/vl+l2/vc)时窗长和故障初始到达后2(l1/vl+l2/vc)时窗长的行波数据；其次，采用DWT‑PCA‑SVM判别机制，实现故障段的判别；再次，分别于量测端M端和量测端N端，于行波观测时窗[t0,t0+l1/(2v)]和[t0,t0+l2/(2v)]时窗内，计算测距函数fMu(x)和fNu(x)沿线分布的突变点，并根据测距函数沿线突变的分布规律实现线缆混合线路的故障测距。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于故障行波沿线分布特性的线缆混合线路双端测距方法，属于电力系统继电保护

技术介绍
故障测距的任务就是当线路的某一点发生故障时，通过线路两端的实测电流、电压及线路阻抗等参数计算出故障距离。通常，输电线故障测距方法主要有两类，一类是阻抗法，是直接计算故障阻抗或其百分比的算法；另一类是行波法，利用高频故障暂态电流、电压的行波等来间接判定故障点的距离。输电线路行波故障测距经历了早期行波故障测距和现代行波故障测距两个阶段。近年来随着硬件制造水平以及计算机技术的飞速发展，现代行波测距技术在很多方面遇到的困境都得到了突破，但仍存在一些尚未解决或者急需要改进的问题，这些问题主要有：故障行波的辨识准确度如何提高，行波波头到达测量端时刻如何准确的捕捉，不同输电线路及电压等级对应的波速怎样选取，利用其它健全线路含有的故障信息怎样实现广域行波测距等方面。因此，现代行波故障测距在未来发展之路中还要面对许多技术和原理层面上的挑战。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提出一种基于故障行波沿线分布特性的线缆混合线路双端测距方法，用以解决上述问题。本专利技术的技术方案是：一种基于故障行波沿线分布特性的线缆混合线路双端测距方法，首先，当线路发生故障时，分别于量测端M端和量测端N端，由高速采集装置获取量测端M端和量测端N端故障电流行波数据，并截取故障初始行波到达前(l1/vl+l2/vc)时窗长和故障初始到达后2(l1/vl+l2/vc)时窗长的行波数据；其次，采用DWT-PCA-SVM判别机制，实现故障段的判别；再次，分别于量测端M端和量测端N端，于行波观测时窗[t0,t0+l1/(2v)]和[t0,t0+l2/(2v)]时窗内，计算测距函数fMu(x)和fNu(x)沿线分布的突变点，并根据测距函数沿线突变的分布规律实现线缆混合线路的故障测距。具体步骤为：第一步、当线路发生故障时，分别于量测端M端和量测端N端，由高速采集装置获取量测端M端和量测端N端故障电流行波数据，并截取故障初始行波到达前
(l1/vl+l2/vc)时窗长和故障初始到达后2(l1/vl+l2/vc)时窗长的行波数据；第二步、采用下述步骤判断故障段：首先，将电流行波取绝对值后选取行波到达量测端前3个点，行波到达量测端后27个点，即采用2(l1/vl+l2/vc)时窗长的数据，进行小波分解(DWT)，得到a0、d1～d8小波重构系数；其次，选取a，d2～d8尺度下重构获取的故障电流波形进行主成分分析(PCA)，得到PC1～PC5主成分对应的投影值q1～q5；再次，将q1～q5作为支持向量机(SVM)的输入量：若SVM输出0，表示架空线路故障；若SVM输出1，表示电缆故障；上述方法为“DWT-PCA-SVM”故障段判别机制；第三步、构建测距函数。首先，根据式(1)和(2)计算沿线电压分布；ujx(x,t)=12(Zc+rx/4Zc)2[uj(t+xv)-ij(t+xv)(Zc+rx4)]+12(Zc-rx/4Zc)2[uj(t-xv)+ij(t-xv)(Zc-rx)]-(rx/4Zc)2uj(t)-rx4(Zc+rx/4Zc)(Zc-rx/4Zc)ij(t)---(1)]]>ijx(x,t)=12Zc(Zc+rx/4Zc)[uj(t+x/v)-ij(t+x/v)·(Zc+rx/4)]-12Zc(Zc-rx/4Zc)[uj(t-x/v)+ij(t-x/v)·(Zc-rx/4)]-12Zc·rx2Zc[uj(t)-ij(t)(rx/4)]---(2)]]>式中，uM＝ik×Zc，ik为相邻健全线路电流行波，在式(1)和(2)中，j＝M，N；j＝M时，表示采用量测端M端数据计算沿线电压和电流分布，且线路参数取为电缆波阻抗Zc＝Zc,cable，电缆芯线电阻r＝rc，电缆波速度v＝vc；j＝N时，表示采用量测端N端数据计算沿线电压和电流分布，且线路参数取为架空线路波阻抗Zc＝Zc,OHL，架空线路线模电阻r＝rl，架空线路波速度v＝vl；其次，计算方向行波沿线路分布：根据式(1)和式(2)计算得到电压行波和电流行波以及式(3)和(4)计算正向行波和反向行波：正向行波：u+jx＝(ujx+Zcijx)/2 (3)反向行波：u-jx＝(ujx-Zcijx)/2 (4)再次，提取正向行波和反向行波的突变：先采用式(5)和(6)差分运算得到和cdif_uj+(t)=[ujx+(t)-ujx+(t-Δt)]/Δt---(5)]]>cdif_uj-(t)=[ujx-(t)-ujx-(t-Δt)]/Δt---(6)]]>为正向行波的差分结果，为反向行波的差分结果，Δt为采样间隔；再计算差分结果cdif在一段时间的能量即：S2uj+(x,t)=Σn=t-NΔt+1t[cdif_uj+(t)]3---(7)]]>S2uj-(x,t)=Σn=t-NΔt+1t[cdif_uj+(t)]3---(8)]]>式中，为正向行波在一段时间内的能量，为反向行波在一段时间内的能量，在式(3)～(8)中，j＝M、N；最后，构建测距函数：分别于量测端M端和量测端N端，在[t0,t0+l/(2v)]时窗长度内，得到测距函数fMu(x)和fNuI(x)：fMu(x)=∫t0t0+l/(2v)S2uM+(x,t)×S2uM-(x,t)dt---(9a)]]>fNu(x)=∫t0+l/(2v)t0+l/vS2uN+(x,t)×S2uN-(x,t)dt---(9b)]]>第四步、确定故障距离：将量测端M端，在[t0,t0+l/(2v)]时窗内计算得到测距函数fuI(x)的突变点记为突变解集fMu＝[xM1,xM2,……]；将量测端N端在[t0,t0+l/(2v)]时窗内计算得到测距函数fNu(x)的突变点记为突变解集fNu＝[xN1,xN2,……]；若根据步骤二，判断出故障位于架空线路，根据式：x*M＝(vl/vc)x*N x*M∈fMu x*N∈fNu并结合突变点的极性和幅值，确定故障距离；若根据步骤二，判断出故障位于电缆线路，根据式：x*M＝(vc/vl)x*N x*M∈fMu x*N∈fNu并结合突变点的极性和幅值，确定故障距离。构建DWT-PCA-SVM线缆混合线路故障线段辨识的模型及算法：首先，采用附图1所示的线缆混合线路仿真系统，以架空线路起端观测为例。假设线路发生A相金属性接地故障，故障初相角分别设为+90°和-90°。设置故障位置从离开起端1km开始，步长为1km，遍历电缆和架空线路全长。得到68条故障电流行波数据，并对电流行波取绝对值后选取行波到达量测端前3个点，行波到达量测端后27个点，即采用2(l本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于故障行波沿线分布特性的线缆混合线路双端测距方法，其特征在于：首先，当线路发生故障时，分别于量测端M端和量测端N端，由高速采集装置获取量测端M端和量测端N端故障电流行波数据，并截取故障初始行波到达前(l1/vl+l2/vc)时窗长和故障初始到达后2(l1/vl+l2/vc)时窗长的行波数据；其次，采用DWT‑PCA‑SVM判别机制，实现故障段的判别；再次，分别于量测端M端和量测端N端，于行波观测时窗[t0,t0+l1/(2v)]和[t0,t0+l2/(2v)]时窗内，计算测距函数fMu(x)和fNu(x)沿线分布的突变点，并根据测距函数沿线突变的分布规律实现线缆混合线路的故障测距。

【技术特征摘要】
1.一种基于故障行波沿线分布特性的线缆混合线路双端测距方法，其特征在于：首先，当线路发生故障时，分别于量测端M端和量测端N端，由高速采集装置获取量测端M端和量测端N端故障电流行波数据，并截取故障初始行波到达前(l1/vl+l2/vc)时窗长和故障初始到达后2(l1/vl+l2/vc)时窗长的行波数据；其次，采用DWT-PCA-SVM判别机制，实现故障段的判别；再次，分别于量测端M端和量测端N端，于行波观测时窗[t0,t0+l1/(2v)]和[t0,t0+l2/(2v)]时窗内，计算测距函数fMu(x)和fNu(x)沿线分布的突变点，并根据测距函数沿线突变的分布规律实现线缆混合线路的故障测距。2.根据权利要求1所述的基于故障行波沿线分布特性的线缆混合线路双端测距方法，其特征在于具体步骤为：第一步、当线路发生故障时，分别于量测端M端和量测端N端，由高速采集装置获取量测端M端和量测端N端故障电流行波数据，并截取故障初始行波到达前(l1/vl+l2/vc)时窗长和故障初始到达后2(l1/vl+l2/vc)时窗长的行波数据；第二步、采用下述步骤判断故障段：首先，将电流行波取绝对值后选取行波到达量测端前3个点，行波到达量测端后27个点，即采用2(l1/vl+l2/vc)时窗长的数据，进行小波分解，得到a0、d1～d8小波重构系数；其次，选取a，d2～d8尺度下重构获取的故障电流波形进行主成分分析，得到PC1～PC5主成分对应的投影值q1～q5；再次，将q1～q5作为支持向量机的输入量：若SVM输出0，表示架空线路故障；若SVM输出1，表示电缆故障；第三步、构建测距函数：首先，根据式(1)和(2)计算沿线电压分布；ujx(x,t)=12(Zc+rx/4Zc)2[uj(t+xv)-ij(t+xv)(Zc+rx4)]+12(Zc-rx/4Zc)2[uj(t-xv)+ij(t-xv)(Zc-rx)]-(rx/4Zc)2uj(t)-rx4(Zc+rx/4Zc)(Zc-rx/4Zc)ij(t)---(1)]]>ijx(x,t)=12Zc(Zc+rx/4Zc)[uj(t+x/v)-ij(t+x/v)·(Zc+rx/4)]]]>-12Zc(Zc-rx/4Zc)[uj(t-x/v)+ij(t-x/v)·(Zc-rx/4)]-12Zc·rx2Zc[uj(t)-ij(t)(rx/4)]---(2)]]>式中，uM＝ik×Zc，ik为相邻健全线路电流行波，在式(1)和(2)中，j＝M，N；j＝M时，表示采用量测...

【专利技术属性】
技术研发人员：束洪春，田鑫萃，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53