基于故障波形起始点到达时差的双端行波测距方法技术

本发明专利技术提供了一种基于波形起始点到达时差的双端行波故障测距方法，通过对行波波形数据进行零相移数字滤波、选取波形起始点尚未到达时的参考点及波形最大值点建立直线方程，计算得到两点间波形各点到达该直线距离最大的点作为行波波形起始点，根据双端行波故障测距原理计算故障点位置。与传统双端行波故障测距采用捕捉波头获取行波到达时刻或利用小波分析获取信号奇异点的方法得到行波到达时刻等方法相比，本发明专利技术提出的行波到达时差计算方法不受行波传输色散效应的影响，不因波阻抗造成的行波衰减、失真问题而降低定位精度；同时，能够解决行波传感器因频率响应带宽较窄使行波波头发生畸变导致的故障点定位精度不高的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于故障波形起始点到达时差的双端行波测距方法
本专利技术涉及输电线路故障定位
，尤其涉及一种基于故障波形起始点到达时差的双端行波测距方法。
技术介绍
高压输电网中故障发生率最高的地方，故障点的快速、准确定位，可以极大地缩短故障线路修复时间，减少因停电造成的损失，具有重大的社会和经济效益。输电线路短路故障发生后产生暂态行波信号，通过对故障发生后线路出现的行波电压、行波电流采样值进行综合分析，确定故障行波波头到达线路上测量点的准确时刻，可用来实现故障定位。对于输电线路行波电流传输的波过程，行波电流的能量在没有损耗的理想条件下不会耗散，行波波形也不会畸变；但在实际条件下，由于不同行波模分量、不同行波频率分量传输特性的不一致引起行波传输的畸变现象，称为行波传输的色散。行波传输色散特性降低了行波波头突变量的大小，影响对行波波头的有效辨识，从而影响定位精度。目前市面上存在多种对故障点进行定位的变种、改进方法，如将行波的最大幅值点标定为行波到达时刻，然而由于色散效应，行波的最大幅值点会随着传输距离的增加而延后，不适合用于高精度、远距离的定位；又如利用小波分析获取信号奇异点的方法得到行波到达时刻，这种方法本质上是提取行波中特定频率成分的最大值，由于其频率分辨率有限，频带宽度较大时，仍然会受到色散和衰减的影响。另外，行波信号高频采集时会受电磁干扰而产生噪声，若噪声与所选取的频带有重叠，则很容易造成较大定位误差。
技术实现思路
本专利技术的目的是，针对传统双端行波故障测距采用捕捉波头获取行波到达时刻或利用小波分析获取信号奇异点的方法得到行波到达时刻等方法受色散、电磁干扰、行波传感器频率响应带宽影响较大而导致定位精度不高的现状，提出一种基于故障波形起始点到达时差的双端行波测距方法，有效降低色散等外界因素的影响，进一步提高定位精度。本专利技术的技术方案是：一种基于波形起始点到达时差的双端行波故障测距方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取输电线路M端和N端的行波波形数据并进行零相移数字滤波处理，得到iM(t)、iN(t)；步骤2：计算得到iM(t)、iN(t)绝对值的最大值对应的波形点分别为(tp,iM(tp))、(tq,iN(tq))；步骤3：设置时间坐标轴偏移量参数Δt，计算得到iM(t)、iN(t)的波形起始点尚未到达时的参考点分别为(tp-Δt,iM(tp-Δt))、(tq-Δt,iN(tq-Δt))；步骤4：连接(tp-Δt,iM(tp-Δt))、(tp,iM(tp))两点建立直线方程：y＝kt+b；其中，b＝iM(tp)-ktp；则在时间坐标轴区间[tp-Δt,tp]内，任意一点(tj,iM(tj))到直线y＝kt+b的距离为：计算得到dj最大值对应的波形点为(te,iM(te))，则记iM(t)的波形起始点对应的时刻为te；同理，计算得到iN(t)的波形起始点对应的时刻为tf；步骤5：根据故障点行波波形起始点到达M端和N端的时差计算故障点到M端的距离为：故障点到N端的距离为：其中，L为M端和N端的距离，v为行波波速。优选地，在上述步骤1中将行波波形数据进行零相移数字滤波的方法包括以下步骤：步骤1：将获取的行波波形数据构成的序列s(n)在时域上翻转得：u(n)＝s(K-1-n)其中，s(n)＝{s(0),s(1),…,s(K-1)},n＝0,1,2,…,K-1为离散信号，K为s(n)的点个数，u(n)为s(n)在时域翻转后的序列；步骤2：将序列u(n)进行低通滤波处理，使用单位脉冲响应序列与序列u(n)做卷积得：v(a)＝u(n)*h(m)其中，v(a)为u(n)经低通滤波后的序列，h(m)为单位脉冲响应序列，a＝0,1,2,…,K+f-2，m＝0,1,2,…,f-1，f为单位脉冲响应序列h(m)的点个数；步骤3：将步骤2得到的序列v(a)在时域上翻转得：w(a)＝v(K+f-1-a)步骤4：将步骤3得到的序列w(n)进行低通滤波处理，使用单位脉冲响应序列与序列w(n)做卷积得：r(b)＝w(a)*h(m)其中，r(b)为w(a)经低通滤波后的序列，b＝0,1,2,…,K+2f-3；步骤5：步骤4得到的序列r(b)的点个数为K+2f-2,将序列r(b)首尾两端各去除f-1个点得：i(c)＝{r(f),r(f+1),…,r(K+f-1)}其中，i(c)为行波波形数据经零相移数字滤波后的序列，c＝f,f+1,f+2,…,K+f-1。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：能够准确提取故障行波波形的起始时刻，该方法不受行波传输色散效应的影响，不因波阻抗造成的行波衰减、失真问题而降低定位精度；同时，能够解决行波传感器因频率响应带宽较窄使行波波头发生畸变，导致故障点定位精度不高的问题。附图说明图1为本专利技术双端行波故障测距原理示意图。图2为本专利技术算法几何特性示意图。图3为本专利技术行波测距仿真波形图。具体实施方式下面结合附图和优选实施例对本专利技术作进一步地说明。如图1所示为双端行波故障测距原理示意图。若故障发生在输电线路某一点O，故障点O两侧M、N分别安装有基于GPS时钟校准的输电线路行波监测装置。已知M端和N端的距离为L，行波波速为v，测量故障点行波到达M端和N端的绝对时刻点分别为te、tf则故障点到M端的距离为：故障点到N端的距离为：故障点位置的确定主要决定于行波到达行波监测装置时刻的准确性。行波传输过程中由于受色散效应和各种因素引起的噪声，其“到达时刻”若取在波峰或上升、下降沿中的某一点，必然引起较大误差。而行波的起始时刻，即起振点，则不会受到色散的影响，在经过一定的滤波处理后，该点即能反映真正的行波到达时刻，从而提高故障定位的精度。根据该原理，本专利技术将行波的形态表示为一个三角形，根据几何特性求三角形最高的顶点的位置，从而得出行波到达时刻的起始点。如图2所示本专利技术算法几何特性示意图。以M端行波波形数据为例，寻找行波起始点的步骤如下：S21：对M端行波波形数据进行零相移数字滤波处理，得到iM(t)；S22：计算得到iM(t)绝对值的最大值对应的波形点为(tp,iM(tp))；S23：设置时间坐标轴偏移量参数Δt，计算得到iM(t)波形起始点尚未到达时的参考点分别为(tp-Δt,iM(tp-Δt))；S24：连接(tp-Δt,iM(tp-Δt))、(tp,iM(tp))两点建立直线方程：y＝kt+b；其中，b＝iM(tp)-ktp；逐点计算各点到直线的距离，计算dj最大值对应的波形点为(te,iM(te))，则记iM(t)的波形起始点对应的时刻为te。实施例1：根据前述双端行波故障测距原理和故障行波波形起始点计算原理，得到基于波形起始点到达时差的双端行波故障测距方法，包括如下步骤：S31：获取输电线路M端和N端的行波波形数据并进行零相移数字滤波处理，得到iM(t)、iN(t)；S32：计算得到iM(t)、iN(t)绝对值的最大值对应的波形点分别为(tp,iM(tp))、(tq,iN(tq))；S33：设置时间坐标轴偏移量参数Δt，计算得到iM(t)、iN(t)的波形起始点尚未到达时的参考点分别为(tp-Δt,iM(tp-Δt))、(tq-Δt,iN(tq-Δt))；S34：连接(tp-Δt,iM(tp-Δt))、(tp,i本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于波形起始点到达时差的双端行波故障测距方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取输电线路M端和N端的行波波形数据并进行零相移数字滤波处理，得到iM(t)、iN(t)；步骤2：计算得到iM(t)、iN(t)绝对值的最大值对应的波形点分别为(tp,iM(tp))、(tq,iN(tq))；步骤3：设置时间坐标轴偏移量参数△t，计算得到iM(t)、iN(t)的波形起始点尚未到达时的参考点分别为(tp‑△t,iM(tp‑△t))、(tq‑△t,iN(tq‑△t))；步骤4：连接(tp‑△t,iM(tp‑△t))、(tp,iM(tp))两点建立直线方程：y＝kt+b；其中，

【技术特征摘要】
1.一种基于波形起始点到达时差的双端行波故障测距方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取输电线路M端和N端的行波波形数据并进行零相移数字滤波处理，得到iM(t)、iN(t)；步骤2：计算得到iM(t)、iN(t)绝对值的最大值对应的波形点分别为(tp,iM(tp))、(tq,iN(tq))；步骤3：设置时间坐标轴偏移量参数△t，计算得到iM(t)、iN(t)的波形起始点尚未到达时的参考点分别为(tp-△t,iM(tp-△t))、(tq-△t,iN(tq-△t))；步骤4：连接(tp-△t,iM(tp-△t))、(tp,iM(tp))两点建立直线方程：y＝kt+b；其中，b＝iM(tp)-ktp；则在时间坐标轴区间[tp-△t,tp]内，任意一点(tj,iM(tj))到直线y＝kt+b的距离为：计算得到dj最大值对应的波形点为(te,iM(te))，则记iM(t)的波形起始点对应的时刻为te；同理，计算得到iN(t)的波形起始点对应的时刻为tf；步骤5：根据故障点行波波形起始点到达M端和N端的时差计算故障点到M端的距离为：故障点到N端的距离为：其中，L为M端和N端的距离，v为行波波速。2.根据权利要求1所述的基于波形起始点到达时差的双端行波故障测距方法，其特征在于，行波波形数据为输电线路发生故障时三相行波电流数据，三相行波电流数据的时间数据通过GPS时钟获取。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱冠军，陈继东，张猛，赵纯，胡枫，余刚华，张国清，
申请(专利权)人：武汉三相电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42