一种IEC61850标准下的行波故障检测与定位方法技术

本发明专利技术公开了一种IEC61850标准下的行波故障检测与定位方法，实施步骤包括：1)构建IEC61850标准下的行波故障定位系统模型；2)通过所述行波故障定位系统模型采集行波信号；3)将行波信号进行预处理；4)对预处理后得到的信号进行小波变换求取模极大值，找出奇异点所在位置；5)获得奇异点位置后，通过波形中的两个极性相反的尖峰脉冲所在位置计算故障距离。本发明专利技术具有交直流故障交直流故障精确可靠、故障定位准确、安全性和可靠性高、可扩展性好的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统智能变电站的行波故障检测与定位技术，具体涉及一种IEC61850标准下的行波故障检测与定位方法。
技术介绍
现代电力系统的规模越来越大，输电线路的电压等级越来越高，长度越来越长，输电线路所处的环境也更复杂，因此发生故障的可能性和次数也不可避免的大量增加。针对这一问题，行波测距是最有效的解决方法。行波测距算法的关键技术点是准确检测出行波的波头时间点。这种算法相比于阻抗法，具有不易受系统过渡电阻、线路短路类型、线路结构、电压电流互感器饱和等影响，仅仅与行波在输电线路的波速及到达母线处的波头时间有关。为了适应数字化变电站及未来变电站自动化系统发展要求，在行波故障定位系统中实现IEC61850通信标准，可以很大的提升变电站内智能电子设备间的互操作能力。在行波故障定位系统中实现IEC61850通信标准，可以很大的提升他们之间的互操作能力，可以适应数字化变电站及未来变电站自动化系统发展要求。IEC61850标准的特点之一就是釆用面向对象的设计思想，对整个系统进行统一建模。因此，依照IEC61850标准对行波采集装置进行数据建模和功能建模，是实现该标准的必备条件。输电线路故障的检测与定位，国内外现在已经提出多种方法。早期，阻抗法是常用的故障检测及定位方法，即通过测量阻抗来计算故障距离。但是该方法受过渡电阻、系统阻抗不对称等问题影响较大，因此逐渐被行波法取代。行波法不受故障点过渡电阻、线路结构等因素的影响，测距精度高，适用范围广。传统的双端行波定位是基于一条线路进行的，只需捕捉到达线路两端行波的初始波头，不受各种反射波和折射波的影响，原理相对简单。但是，基于单一条线路的故障定位方法对于时间精度要求高，恶劣环境下，定位误差可能达到150米。相对而言，网络故障行波定位可以利用相邻线路数据，实现准确检测5300千米电力线路上的各种类别故障。此外，围绕行波法，衍生了一些其它改进算法，包括基于神经网络和基于网络通路的算法。此外，小波技术和形态学也逐渐应用到故障检测与定位算法中。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种交直流故障交直流故障精确可靠、故障定位准确、安全性和可靠性高、可扩展性好的IEC61850标准下的行波故障检测与定位方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种IEC61850标准下的行波故障检测与定位方法，实施步骤包括：1)构建IEC61850标准下的行波故障定位系统模型；2)通过所述行波故障定位系统模型采集行波信号；3)将行波信号进行预处理；4)对预处理后得到的信号进行小波变换求取模极大值，找出奇异点所在位置；5)获得奇异点位置后，通过波形中的两个极性相反的尖峰脉冲所在位置计算故障距离。优选地，步骤1)中IEC61850标准下的行波故障定位系统模型从下至上依次包括数据采集端、服务器端、位于电网调度中心的客户端三层结构，所述数据采集端实时采集电网的行波数据并传送给服务器端，所述服务器端将采集到的数据按照IEC61850的建模方法将采集端分解为对应的逻辑节点和以及每个逻辑节点完成某一具体功能需要的数据对象，逻辑节点对象之间数据交换和处理，且所述服务器端利用IEC61850建模技术对数据采集端进行建模，从而获取数据端的面向对象的信息模型和数据流程图，并将建模数据通过IEC61850协议进行封装后通过网络传输给电网调度中心的客户端。优选地，步骤3)中将行波信号进行预处理的详细步骤包括：3.1)对每一帧带噪行波信号求离散傅里叶变换；3.2)针对离散傅里叶变换的结果计算信号先验信噪比；3.3)根据信号先验信噪比计算谱增益函数；3.4)根据谱增益函数计算增强后的信号帧。优选地，步骤3.1)中求离散傅里叶变换的函数表达式如式(1)所示；Y(m,k)＝S(m,k)+N(m,k)(1)式(1)中，Y(m,k)表示第m帧带噪行波信号求离散傅里叶变换的结果，S(m,k)表示有用信号的傅里叶变换，N(m,k)表示噪声信号的傅里叶变换，k表示频点。优选地，步骤3.2)中计算信号先验信噪比的函数表达式如式(2)所示；式(2)中，SNRprio(m,k)表示第m帧带噪行波信号对应的信号先验信噪比，α为小于1的常数因子，表示估计的第m-1帧纯行波功率谱，表示估计的第m帧噪声功率谱，SNRpost(m,k)表示后验信噪比，后验信噪比SNRpost(m,k)的函数表达式如式(3)所示；式(3)中，Y(m,k)表示第m帧带噪行波信号的傅里叶变换，表示估计的噪声信号的傅里叶变换。优选地，步骤3.3)计算谱增益函数的函数表达式如式(4)所示；式(4)中，G(m,k)表示第m帧带噪行波信号对应的谱增益函数值，SNRprio(m,k)表示第m帧带噪行波信号对应的信号先验信噪比。优选地，步骤3.4)计算增强后的信号帧的函数表达式如式(5)所示；式(5)中，表示第m帧带噪行波信号对应的增强后的信号帧，G(m,k)表示第m帧带噪行波信号对应的谱增益函数值，Y(m,k)表示第m帧带噪行波信号的傅里叶变换。优选地，步骤5)计算故障距离的函数表达式如式(6)所示；XL＝v·Δt/2(6)式(6)中，XL表示故障距离，Δt代表从故障点传播到整流侧m点的初始行波波头和在m母线反射后又在故障点反射回来的波头间的距离时间，v代表波速度。本专利技术IEC61850标准下的行波故障检测与定位方法具有下述优点：1、本专利技术构建IEC61850标准下的行波故障定位系统模型，通过所述行波故障定位系统模型采集行波信号，将行波信号进行预处理，对预处理后得到的信号进行小波变换求取模极大值，找出奇异点所在位置，获得奇异点位置后，通过波形中的两个极性相反的尖峰脉冲所在位置计算故障距离，通过对行波信号进行预处理，可以改善故障信号的检测精度，提高系统的安全性和可靠性，具有交直流故障交直流故障精确可靠、故障定位准确、安全性和可靠性高的优点。2、本专利技术方法检测效率高，可与其它算法相结合处理，从而应用于各种配电网络或其它相关应用中，具有可扩展性好的优点。附图说明图1为本专利技术实施例方法的基本流程示意图。图2为本专利技术实施例中的行波故障定位系统模型示意图。图3为本专利技术实施例方法的降噪效果比较示意图。图4为本专利技术实施例方法的定位精度比较示意图。具体实施方式如图1所示，本实施例IEC61850标准下的行波故障检测与定位方法的实施步骤包括：1)构建IEC61850标准下的行波故障定位系统模型；2)通过所述行波故障定位系统模型采集行波信号；3)将行波信号进行预处理；4)对预处理后得到的信号进行小波变换求取模极大值，找出奇异点所在位置；5)获得奇异点位置后，通过波形中的两个极性相反的尖峰脉冲所在位置计算故障距离。本实施例IEC61850标准下的行波故障检测与定位方法通过构建IEC61850标准下的行波故障定位系统模型，通过所述行波故障定位系统模型采集行波信号，将行波信号进行预处理，对预处理后得到的信号进行小波变换求取模极大值，找出奇异点所在位置，获得奇异点位置后，通过波形中的两个极性相反的尖峰脉冲所在位置计算故障距离，通过对行波信号进行预处理，可以改善故障信号的检测精度，提高系统的安全性和可靠性，具有交直流故障交直流故障精确可靠、故障定位准确、安全性和可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种IEC61850标准下的行波故障检测与定位方法，其特征在于实施步骤包括：1)构建IEC61850标准下的行波故障定位系统模型；2)通过所述行波故障定位系统模型采集行波信号；3)将行波信号进行预处理；4)对预处理后得到的信号进行小波变换求取模极大值，找出奇异点所在位置；5)获得奇异点位置后，通过波形中的两个极性相反的尖峰脉冲所在位置计算故障距离。

【技术特征摘要】
1.一种IEC61850标准下的行波故障检测与定位方法，其特征在于实施步骤包括：1)构建IEC61850标准下的行波故障定位系统模型；2)通过所述行波故障定位系统模型采集行波信号；3)将行波信号进行预处理；4)对预处理后得到的信号进行小波变换求取模极大值，找出奇异点所在位置；5)获得奇异点位置后，通过波形中的两个极性相反的尖峰脉冲所在位置计算故障距离。2.根据权利要求1所述的IEC61850标准下的行波故障检测与定位方法，其特征在于，步骤1)中IEC61850标准下的行波故障定位系统模型从下至上依次包括数据采集端、服务器端、位于电网调度中心的客户端三层结构，所述数据采集端实时采集电网的行波数据并传送给服务器端，所述服务器端将采集到的数据按照IEC61850的建模方法将采集端分解为对应的逻辑节点和以及每个逻辑节点完成某一具体功能需要的数据对象，逻辑节点对象之间数据交换和处理，且所述服务器端利用IEC61850建模技术对数据采集端进行建模，从而获取数据端的面向对象的信息模型和数据流程图，并将建模数据通过IEC61850协议进行封装后通过网络传输给电网调度中心的客户端。3.根据权利要求1所述的IEC61850标准下的行波故障检测与定位方法，其特征在于，步骤3)中将行波信号进行预处理的详细步骤包括：3.1)对每一帧带噪行波信号求离散傅里叶变换；3.2)针对离散傅里叶变换的结果计算信号先验信噪比；3.3)根据信号先验信噪比计算谱增益函数；3.4)根据谱增益函数计算增强后的信号帧。4.根据权利要求3所述的IEC61850标准下的行波故障检测与定位方法，其特征在于，步骤3.1)中求离散傅里叶变换的函数表达式如式(1)所示；Y(m,k)＝S(m,k)+N(m,k)(1)式(1)中，Y(m,k)表示第m帧带噪行波信号求离散傅里叶变换的结果，S(m,k)表示有用信号的傅里叶变换，N(m,k)表示噪声信号的傅里叶变换，k表示频点。5.根据权利要求3所述的IEC61850标准下的行波故障检测与定位方法，其特征在于，步骤3.2)中计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭熹，梁勇超，潘飞来，李龙，谢培元，崔卓，侯备，刘烁，李俊堂，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网湖南省电力公司，国网湖南省电力公司检修公司，
类型：发明
国别省市：北京;11