一种基于时域特征的固有频率测距系统及方法技术方案

一种基于时域特征的固有频率测距系统及方法，利用连续小波变换的时频分析优势，先从频域的角度确定故障电流行波固有频率主成分的粗略值；然后在此频率的邻域内确定行波信号的时域周期以得到更为准确的频率值；最后提取该频率值下的行波速度及系统端反射角，并估算故障距离。本发明专利技术能够提高故障测距的精度，且不受故障距离、故障电阻、故障初相角和故障类型的影响，能很好地适应不同的噪声水平。

A Natural Frequency Ranging System and Method Based on Time Domain Characteristics

【技术实现步骤摘要】
一种基于时域特征的固有频率测距系统及方法
本专利技术属于电学领域，涉及一种基于时域特征的固有频率测距系统及方法。
技术介绍
基于故障行波时域特征的故障测距方法在原理上具有测距精度高、可靠性好、稳定等优点，但只从频域的角度对频率进行考察，而一个信号其频率与时域的特征是相互联系的。现有技术中基于故障行波进行测距，但是受到故障距离、故障电阻、故障初相角和故障类型的影响，目前所利用的故障行波固有频率提取方法均只从频域的角度对频率进行考察，而一个实际的信号其频域与时域的特征是相互联系、密不可分的，无法准确提取行波信号。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于时域特征的固有频率测距系统及方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种基于时域特征的固有频率测距方法，包括以下步骤：1)采集电力系统的三相电流行波；2)对采集到的三相电流行波进行相模变换；3)对相模变换的结果进行小波变换，得小波尺度图；4)根据小波尺度图计算行波固有频率主成分精确值，再利用行波固有频率主成分精确值求取行波速率以及母线端反射角，根据行波传播速率以及母线端反射角利用测距公式，求取故障距离。本专利技术进一步的改进在于，测距公式为其中，d为故障距离，θm为母线端反射角，θf为故障点反射角，υ为行波传播速度，f为行波固有频率主成分精确值。本专利技术进一步的改进在于，步骤4)中，根据小波尺度图计算行波固有频率主成分精确值的具体过程如下：根据小波尺度图提取行波固有频率主成分粗略值；在提取的行波固有频率主成分粗略值内对信号时域特征进行分析提取信号周期；利用提取信号周期计算行波固有频率主成分精确值。一种基于时域特征的固有频率测距系统，包括：三相电流行波采集模块、相模变换模块、小波变换模块、处理模块以及处理器；三相电流行波采集模块，用于采集电力系统的三相电流行波；相模变换模块，与三相电流行波采集模块相连接，用于对采集到的三相电流行波进行相模变换；小波变换模块，与相模变换模块相连接，用于对相模变换的结果进行小波变换，得小波尺度图；处理模块，与小波变换模块相连接，用于根据小波尺度图提取行波固有频率主成分粗略值，在提取的行波固有频率主成分粗略值内对信号时域特征进行分析提取信号周期；再利用提取的信号周期计算行波固有频率主成分精确值；处理器，与处理模块相连接，用于利用行波固有频率主成分精确值求取行波速率以及母线端反射角，根据行波传播速率以及母线端反射角利用测距公式，求取故障距离。本专利技术进一步的改进在于，测距公式为其中，d为故障距离，θm为母线端反射角，θf为故障点反射角，υ为行波传播速度，f为行波固有频率主成分精确值。一种用于存储实现所述基于时域特征的固有频率测距方法的软件的存储介质。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：本专利技术考虑行波时域特征的测距方法，利用连续小波变换的时频分析优势，先从频域的角度确定故障电流行波固有频率主成分的粗略值；然后在此频率的邻域内确定行波信号的时域周期以得到更为准确的频率值；最后提取该频率值下的行波速度及系统端反射角，并估算故障距离。本专利技术能够提高故障测距的精度，且不受故障距离、故障电阻、故障初相角和故障类型的影响，能很好地适应不同的噪声水平。附图说明图1为故障附加网络示意图。图2为等效电路图。图3为本专利技术的流程图。图4为本专利技术的系统的示意图。其中，1为三相电流行波采集模块，2为相模变换模块，3为小波变换模块，4为处理模块，5为处理器。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。小波变换具有良好的时频局部化特性，能较好地反映被分析信号的时频特性，是目前公认的较好的时频分析方法。连续小波变换的分解尺度可连续变化，能将信号分解到任意频段，便于被分解信号频率信息的提取，因此，本专利技术选用连续小波变换作为提取故障行波固有频率的方法。如图1所示，当电力系统中某处F发生故障时可利用叠加原理进行分析，其中“故障附加网络示意图”中d为故障距离，Zm和Zn分别为母线系统m和n的等效电阻，ef(t)为故障附加电源。本专利技术仅对图1中的母线系统m和故障点F之间的系统进行考察，可得出其等效电路，参见图2，其最终的测距公式为：其中d为故障距离，θm为母线端反射角，θf为故障点反射角，υ为行波传播速度，f为行波固有频率主成分精确值。根据以上原理，提成出故障测距方法，参见图3，先采集电力系统的三相电流行波，然后对采集到的三相电流行波进行相模变换，再对相模变换的结果进行小波变换，作图得小波尺度图；最后根据小波尺度图提取行波固有频率主成分粗略值，在提取的行波固有频率主成分粗略值内对信号时域特征进行分析提取信号周期，利用提取信号周期计算行波固有频率主成分精确值，再利用行波固有频率主成分精确值求取行波速率以及母线端反射角，根据行波传播速率以及母线端反射角利用上述测距公式求取故障距离。上述方法基于如下系统实现的，具体的，参见图4，基于时域特征的固有频率测距系统，包括三相电流行波采集模块1、相模变换模块2、小波变换模块3、处理模块4以及处理器5；其中，三相电流行波采集模块1，用于采集电力系统的三相电流行波；相模变换模块2，与三相电流行波采集模块1相连接，用于对采集到的三相电流行波进行相模变换；小波变换模块3，与相模变换模块2相连接，用于对相模变换的结果进行小波变换，得小波尺度图；处理模块4，与小波变换模块3相连接，用于根据小波尺度图提取行波固有频率主成分粗略值，在提取的行波固有频率主成分粗略值内对信号时域特征进行分析提取信号周期；再利用提取的信号周期计算行波固有频率主成分精确值；处理器5，与处理模块4相连接，用于利用行波固有频率主成分精确值求取行波速率以及母线端反射角，根据行波传播速率以及母线端反射角利用测距公式，求取故障距离。一种用于存储实现上述基于时域特征的固有频率测距方法的软件的存储介质。本专利技术考虑行波时域特征的测距方法，能够提高故障测距的精度，且不受故障距离、故障电阻、故障初相角和故障类型的影响，能很好地适应不同的噪声水平。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。尽管已经示出和描述了本专利技术的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本专利技术的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本专利技术的范围由所附权利要求及其等同物限定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于时域特征的固有频率测距方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采集电力系统的三相电流行波；2)对采集到的三相电流行波进行相模变换；3)对相模变换的结果进行小波变换，得小波尺度图；4)根据小波尺度图计算行波固有频率主成分精确值，再利用行波固有频率主成分精确值求取行波速率以及母线端反射角，根据行波传播速率以及母线端反射角利用测距公式，求取故障距离。

【技术特征摘要】
1.一种基于时域特征的固有频率测距方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采集电力系统的三相电流行波；2)对采集到的三相电流行波进行相模变换；3)对相模变换的结果进行小波变换，得小波尺度图；4)根据小波尺度图计算行波固有频率主成分精确值，再利用行波固有频率主成分精确值求取行波速率以及母线端反射角，根据行波传播速率以及母线端反射角利用测距公式，求取故障距离。2.根据权利要求1所述的一种基于时域特征的固有频率测距方法，其特征在于，测距公式为其中，d为故障距离，θm为母线端反射角，θf为故障点反射角，υ为行波传播速度，f为行波固有频率主成分精确值。3.根据权利要求1所述的一种基于时域特征的固有频率测距方法，其特征在于，步骤4)中，根据小波尺度图计算行波固有频率主成分精确值的具体过程如下：根据小波尺度图提取行波固有频率主成分粗略值；在提取的行波固有频率主成分粗略值内对信号时域特征进行分析提取信号周期；利用提取信号周期计算行波固有频率主成分精确值。4.一种基于时域特征的固有频率测距系统，其特征在于，包括：三相电流行波采集模块(1)、相模变换模块(2)、小...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈银峰，
申请(专利权)人：国网北京市电力公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11