一种电力系统故障录波数据突变时刻检测方法及系统技术方案

本发明专利技术属于电力系统故障诊断技术领域，特别涉及一种电力系统故障录波数据突变时刻检测方法及系统，具体包括：先对故障录波数据采用小波变换奇异点检测方法检测出波形可疑奇异点集，进而利用可疑奇异点前后基波有效值比较确定波形突变点，确定故障特征时刻。两者结合经验证不但能够较为精确的定位到故障特征时刻，保证误差在可允许范围内，检测精度高，为进一步利用故障录波时序信息进行故障诊断提供了技术支持；而且计算速度能满足快速计算的要求，具有很强的实用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统故障诊断
，特别涉及一种电力系统故障录波数据突变时刻检测方法及系统。
技术介绍
故障录波数据提供故障状态下的暂态数据，为电力系统故障分析及对各种保护动作行为的分析和评价提供了主要依据。由于不同的厂商生产的故障录波装置一般都带有不同的故障录波数据格式，其所包含的内容也不尽相同，但都提供COMTRADE格式的录波数据生成接口用于保存和传输。COMTRADE格式文件主要包括头文件(*.HDR)、配置文件(*.CFG)、数据文件(*.DAT)、信息文件(*.INF)。通常情况下，当电力系统线路发生故障时，一个典型的故障过程波形对应不同性质的故障应有相应的剧烈变动的时刻，这些波形突变时刻亦即信号的奇异点。当发生瞬时性故障时，由于重合闸成功，波形应具有三个突变时刻：故障时刻T1，故障切除时刻T2，重合闸时刻T3；当发生永久性故障时，由于重合闸不成功，在重合闸之后应还有故障再切除时刻T4。同时，对于非故障过程比如开关误动并重合成功应有两个突变时刻。通过分析故障录波波形突变时刻以及突变时刻间的电流特征，并考虑开关、保护、重合闸等动作时间，不仅能够确定出故障设备，而且能够确定保护、断路器等动作情况是否正确以及重合闸是否成功等装置动作行为信息。某一函数的奇异性程度可由Lipschitz指数来表征，其数值大小可通过对其进行小波变换的模极大值在不同尺度下的值计算出来。也就是说，信号经小波变换的模极大值与原信号的突变点之间存在着一一对应的关系，即小波变换模极大值的大小表示信号突变的强弱程度，极性代表信号突变的方向，信号的奇异性检测理论将具有突变性质的信号在什么时间发生突变以及发生突变的剧烈程度用小波变换模极大值这个数学描述来表示。由于现场故障录波数据存在扰动等因素，奇异点并不孤立存在，在其邻域内存在干扰的奇异点。虽然无法精确定位到故障特征时刻，却可以通过小波变换先检测出可疑奇异点集，大大减少需要判断的采样点数，缩小奇异点所在的范围。观察电力系统故障过程的电流波形可以看出，在波形突变点附近前后，波形幅值相差很大，亦即存在较大的突变量。通过比较一个采样点前后的1周波基波有效值，可以很好的判断出该采样点是否为突变点。但是，若对所有采样点进行前后基波有效值比较，数据处理的工作量相当大，降低了数据处理的速度。且现有技术中对故障录波数据的奇异点检测具有实用化缺陷，且故障录波波形奇异点检测的精确度较低，不能满足实用化需求。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种电力系统故障录波数据突变时刻检测方法和系统。具体如下：一种电力系统故障录波数据突变时刻检测方法，包括如下步骤：S1，选取供检测的线路电流波形，得到故障录波采样序列；S2，对所述故障录波采样序列进行小波分解和重构，得到筛选之后的采样序列；S3，在所述筛选之后的采样序列中选取奇异点集。所述步骤S1还包括：以COMTRADE格式标准存储故障录波数据；以故障时刻之后电流方向为正方向，并采用基于正序分量的算法进行故障电流方向的判断。所述步骤S2具体包括：S21，根据所述故障录波数据获取分段采样频率数N，并将采样序列分为N段；S22，对所述N段采样序列采用DB4小波进行离散小波分解；S23，选取第二解析度序列D，对D进行细节重构，得到筛选之后的采样序列Y(n)；S24，取所述采样序列Y(n)所有序列值的平均值，根据所述平均值对所述采样序列Y(n)进行进一步筛选，得到进一步筛选之后采样序列Z(n)。所述步骤S3具体包括：S31，对所述序列Z(n)按半基波周期分段取模极大值，清除其中为零的采样点，并存入可疑奇异点集S；S32，对所述可疑奇异点集S中的每一采样点进行进一步判断，判断公式为：并将满足所述判断公式的采样点存入突变集T，其中，Ia和Ib为采样点前后基波有效值，ε2为基波有效值零值判断阈值，ε3、ε4为判断采样点前后是否突变比例阈值。所述步骤S1还包括：所述故障录波采样序列为线路三相及中性点的采样序列。一种电力系统故障录波数据突变时刻检测系统，包括如下模块：故障录波采样模块，用于选取供检测的线路电流波形，得到故障录波采样序列；小波分解和重构模块，用于对所述故障录波采样序列进行小波分解和重构，得到筛选之后的采样序列；奇异点集选取模块，用于在所述筛选之后的采样序列中选取奇异点集。所述故障录波采样模块还包括：故障录波数据存储模块，用于以COMTRADE格式标准存储故障录波数据；故障电流方向判断模块，用于以故障时刻之后电流方向为正方向，并采用基于正序分量的算法进行故障电流方向的判断。所述小波分解和重构模块具体包括：采样序列划分模块，用于根据所述故障录波数据获取分段采样频率数N，并将采样序列分为N段；离散小波分解模块，用于对所述N段采样序列采用DB4小波进行离散小波分解；第一筛选模块，用于选取第二解析度序列D，对D进行细节重构，得到筛选之后的采样序列Y(n)；第二筛选模块，用于取所述采样序列Y(n)所有序列值的平均值，根据所述平均值对所述采样序列Y(n)进行进一步筛选，得到进一步筛选之后采样序列Z(n)。所述奇异点集选取模块具体包括：可疑奇异点集生成模块，用于对所述序列Z(n)按半基波周期分段取模极大值，清除其中为零的采样点，并存入可疑奇异点集S；突变集生成模块，用于对所述可疑奇异点集S中的每一采样点进行进一步判断，判断公式为：并将满足所述判断公式的采样点存入突变集T，其中，Ia和Ib为采样点前后基波有效值，ε2为基波有效值零值判断阈值，ε3、ε4为判断采样点前后是否突变比例阈值。所述故障录波采样模块还包括：所述故障录波采样序列为线路三相及中性点的采样序列。本专利技术的有益效果在于：本专利技术先对故障录波数据采用小波变换奇异点检测方法检测出波形可疑奇异点集，进而利用可疑奇异点前后基波有效值比较确定波形突变点，确定故障特征时刻。两者结合经验证不但能够较为精确的定位到故障特征时刻，保证误差在可允许范围内，检测精度高，为进一步利用故障录波时序信息进行故障诊断提供了技术支持；而且计算速度能满足快速计算的要求，具有很强的实用性。附图说明图1是高垄变电站网络接线图；图2是大高Ⅱ路B相故障录波采样序列图；图3是分段采样波形图；图4是重构后的采样序列波形图；图5是本专利技术的电力系统故障录波数据突变时刻检测方法流程图。具体实施方式下面结合附图，对实施例作详细说明。实施例一：一种电力系统故障录波数据突变时刻检测方法，流程如图5所示，包括以下步骤：(1)选取供检测的线路电流波形。其具体过程为：a)按COMTRADE格式标准，虽然故障录波数据记录触发时刻是可选字段，但目前故障录波装置厂家通常都能提供标准中的所有字段，而故障录波数据提供故障录波触发时刻可以作为T1时刻直接使用。b)考虑当电网发生故障后，根据电网故障电流流向特点，如果某线路上的故障电流方向与该线路保护规定正方向相反的，那么该线路以及下游设备肯定不是故障设备。故而，若线路发生故障，则其故障方向必由母线指向线路，亦即故障方向是正方向。基于此，在T1故障时刻已知的情况下，在进行奇异点检测时，只选取T1时刻之后电流方向为正方向的线路进行分析。其中，采用基于正序分量的算法进行故障电流方向的判断，其反向判据为正向判据为其中，θ为反向判据的闭锁角本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力系统故障录波数据突变时刻检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，选取供检测的线路电流波形，得到故障录波采样序列；S2，对所述故障录波采样序列进行小波分解和重构，得到筛选之后的采样序列；S3，在所述筛选之后的采样序列中选取奇异点集。

【技术特征摘要】
1.一种电力系统故障录波数据突变时刻检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，选取供检测的线路电流波形，得到故障录波采样序列；S2，对所述故障录波采样序列进行小波分解和重构，得到筛选之后的采样序列；S3，在所述筛选之后的采样序列中选取奇异点集。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：以COMTRADE格式标准存储故障录波数据；以故障时刻之后电流方向为正方向，并采用基于正序分量的算法进行故障电流方向的判断。3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：S21，根据所述故障录波数据获取分段采样频率数N，并将采样序列分为N段；S22，对所述N段采样序列采用DB4小波进行离散小波分解；S23，选取第二解析度序列D，对D进行细节重构，得到筛选之后的采样序列Y(n)；S24，取所述采样序列Y(n)所有序列值的平均值根据所述平均值对所述采样序列Y(n)进行进一步筛选，得到进一步筛选之后采样序列Z(n)。4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：S31，对所述序列Z(n)按半基波周期分段取模极大值，清除其中为零的采样点，并存入可疑奇异点集S；S32，对所述可疑奇异点集S中的每一采样点进行进一步判断，判断公式为：并将满足所述判断公式的采样点存入突变集，其中，Ia和Ib为采样点前后基波有效值，ε2为基波有效值零值判断阈值，ε3、ε4为判断采样点前后是否突变比例阈值。5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：所述故障录波采样序列为线路三相及中性点的采样序列。6.一种电力系统故障录波数据突变时刻检测系统，其特征在于，包括如下模块：故障录波采样模块，用于选取供检测的线...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海波，卢圣财，赵俊越，王胜尧，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11