一种基于去标度波形图自适应配准的输电线路单端行波测距方法技术

本发明专利技术涉及一种基于去标度波形图自适应配准的输电线路单端行波测距方法，属于电力系统保护技术领域。本发明专利技术首先读取故障线行波数据、线长及拓扑类型，寻找同类拓扑历史样本；截取电流行波数据按线长比例作规格化波形图，实现波形图像迁移和样本扩充，提取波形中心序列和计算相关系数，搜索最相关样本作为基准样本；读取基准样本的面积差计算区域和故障位置信息，利用扰动观察确定缩放方向；将待测波形按确定的缩放方向精细缩放，生成尺度

【技术实现步骤摘要】
一种基于去标度波形图自适应配准的输电线路单端行波测距方法


[0001]本专利技术涉及一种基于去标度波形图自适应配准的输电线路单端行波测距方法，属于电力系统保护


技术介绍

[0002]随着可再生能源不断并入电网，全球范围内快速推进的去碳化进程极大地改变了电力系统的能源格局，同时也给未来电力系统的运行带来了极大的挑战。伴随双碳转型的深入，为处理好新型电力系统供需态势关系，促进新能源电力系统的有序建设，在提高对可再生能源消纳的同时，需确保电力系统的安全、稳定运行。其中，研究精确可靠的故障行波测距方法具有重要意义。
[0003]考虑到实际波形受故障现场复杂环境影响较大，用传统单端行波算法难以检测和精确标定波头同一基准点，同时线路中存在复发性故障而历史故障样本复用率低，单一变电站故障样本数量有限且相似拓扑间实现跨平台联合测距难，导致自动测距可靠性差、精度不稳定，测距性能不能随历史数据积累而提升。因而研究能够自适应寻找基准样本，精准测量相似故障波形的波头等距间隔，对提高行波测距精度和可靠性，增加历史样本复用率、拓扑已知情况下实现相似拓扑结构间的故障测距、增强单端行波故障测距工程化应用效果具有十分重要的价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于去标度波形图自适应配准的输电线路单端行波测距方法，实现历史样本库中相似样本的有效筛选，通过待测波形与样本波形间尺度缩放进行匹配，从而利用波形间的最佳匹配比例因子进行距离折算实现故障测距。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种基于去标度波形图自适应配准的输电线路单端行波测距方法，具体步骤为：
[0006]Step1：读取故障线行波数据、线长及拓扑类型，寻找同类拓扑历史样本；
[0007]Step2：截取电流行波数据按线长比例作规格化波形图，实现波形图像迁移和样本扩充，提取波形中心序列和计算相关系数，搜索最相关样本作为基准样本；
[0008]Step3：读取基准样本的面积差计算区域和故障位置信息，利用扰动观察确定缩放方向；
[0009]Step4：将待测波形按确定的缩放方向精细缩放，生成尺度
‑
残差曲线，根据尺度
‑
残差曲线最小值点位置确定最佳匹配比例因子，最终完成距离折算实现测距。
[0010]所述Step1具体为：
[0011]Step1.1：读取故障线行波数据、线长及拓扑类型，其拓扑类型包括两端母线均为多出线的“三
‑
三类”母线类型、本端母线为多出线而对端母线为单出线的“三
‑
一类”母线类型；
[0012]Step1.2：根据故障线拓扑类型，寻找同类型拓扑历史样本作为样本库；
[0013]所述Step2具体为：
[0014]Step2.1：以检测到的初始突变t0为基准，向前取t
pre
、向后取t
post
的数据量，并保持其前后等比例数据量的方式实现故障数据的截取并作规格化波形图，即使t
pre
/t
post
＝const，于[t0‑
t
pre
,t0+t
post
]区间截取数据。实现将首波头于波形图中相对位置固定，便于后续首波头对齐和波形图伸缩匹配。t
post
截取公式为：
[0015]t
post
＝CL/v(1)
[0016]式中，C为控制波形在图像里显示尺度的因子，L为故障线路全长，v为行波波速。
[0017]由于最相似可匹配的历史样本可能不是发生在当前待测故障线，历史线长与当前故障样本线路长度可能不一致。为了扩大历史样本匹配的成功率，增加其复用性，需将历史样本按当前待测故障线路跨线迁移。将历史样本按各自线路全长L
m
作t
post
计算并按固定比例截取数据量，去标度化作图显示后，能够保留各自故障距离百分比信息x％，忽略与线路全长的关系，进而实现不同线路全长的跨线迁移。
[0018]在跨线迁移基础上，考虑到历史样本的稀疏性，为充分利用已有历史样本，增加基准样本匹配概率，提出以x％为基础进行样本扩充。当历史样本故障距离百分比小于线路一半全长时，减少截取数据量以放大样本作为扩充样本；当历史样本故障距离百分比大于线路一半全长时，增加截取数据量以缩小样本作为扩充样本，剩余情况不作样本扩充。样本扩充公式可表示为：
[0019]t
′
post
＝k
ex
CL
m
/v(2)
[0020]式中，t
′
post
为扩充样本初始突变点向后截取数据量；k
ex
为样本扩充系数；L
m
为历史样本线路全长。大量实测数据验证表明，C取4可充分显示故障波头信息，实现不同线路的跨线迁移。
[0021]样本扩充系数满足：
[0022][0023]式中，x
m
％为历史样本故障距离百分比。
[0024]Step2.2：利用灰度重心算法提取波形中心序列，灰度重心坐标(x
k
,y
i
)计算公式如下：
[0025][0026]式中，k为波形图像水平像素宽度；h(x
k
,y
i
)为波形图像第k列坐标对应灰度值；M为波形曲线对应列像素宽度。由式(4)可知，波形曲线可用横坐标由低到高的(x
k
,y
k
)点集连成的中心线序列近似表示。由于水平坐标x连续排列，即可实现不同长度数据序列的等长化，克服了相关系数不能直接用于不同采样率、不等长序列的不足。
[0027]转化后的等长序列可通过皮尔逊相关系数来表征两波形的相似性。皮尔逊相关系数是最为常用的衡量两个序列相似性的指标。两波形序列皮尔逊相关系数计算公式如下：
[0028][0029]式中，y
k1
、y
k2
分别表示待匹配波形和基准样本中心线坐标；分别表示对应平均值。
[0030]Step2.3：选取相关系数最高的样本作为基准样本，判断基准样本相关系数是否大于阈值。若是，说明样本库中存在和待测样本类似的历史样本，所选基准样本满足要求，则进入Step2.4；若否，说明样本库中不存在和待测样本类似的历史样本，待测样本为新样本，则转用它法或报送人工测距后补充进样本库。基准样本筛选公式为：
[0031]ρ＞ρ
Th
ꢀꢀꢀ
(6)
[0032]式中，ρ
Th
为基准样本筛选阈值，可暂取0.9，并可运行过程动态调整。
[0033]Step2.4：判断所选基准样本是否为非近端故障样本。若是，说明待测样本同样为非近端故障样本，则将当前两波形图进入Step3；若否，说明待测样本为近端故障样本，则将基准样本和待本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于去标度波形图自适应配准的输电线路单端行波测距方法，其特征在于：Step1：读取故障线行波数据、线长及拓扑类型，寻找同类拓扑历史样本；Step2：截取电流行波数据按线长比例作规格化波形图，实现波形图像迁移和样本扩充，提取波形中心序列和计算相关系数，搜索最相关样本作为基准样本；Step3：读取基准样本的面积差计算区域和故障位置信息，利用扰动观察确定缩放方向；Step4：将待测波形按确定的缩放方向精细缩放，生成尺度
‑
残差曲线，根据尺度
‑
残差曲线最小值点位置确定最佳匹配比例因子，最终完成距离折算实现测距。2.根据权利要求1所述的基于去标度波形图自适应配准的输电线路单端行波测距方法，其特征在于，所述Step1具体为：Step1.1：读取故障线电流行波数据、线长及拓扑类型，其拓扑类型包括两端母线均为多出线的“三
‑
三类”母线类型、本端母线为多出线而对端母线为单出线的“三
‑
一类”母线类型；Step1.2：根据故障线拓扑类型，寻找同类型拓扑历史样本作为样本库。3.根据权利要求1所述的基于去标度波形图自适应配准的输电线路单端行波测距方法，其特征在于，所述Step2具体为：Step2.1：截取电流行波数据按线长比例作规格化波形图，将Step1选取的样本库中波形实现图像迁移并作样本扩充；Step2.2：利用灰度重心算法提取波形中心序列，根据波形中心序列计算待...

【专利技术属性】
技术研发人员：张广斌，高宽治，陈柏宇，束洪春，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：