一种配电线路暂态信号的滤波装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及配电网暂态信号分析技术领域，具体地说，涉及一种配电线路暂态信号的滤波装置。该滤波装置综合使用低通滤波器与高通滤波器，分别利用其阻高通低和阻低通高的特性，创新地利用于单相接地故障零序电流的分析中，能够得到工频分量和衰减的暂态信号；针对不同工况下暂态信号的频率特性滤波去除信号干扰，该滤波装置可以在单相接地故障发生时去除干扰，再利用基于经验模态分解EMD的故障选线方法提高单相接地故障选线准确度。本发明专利技术设计可以有效提升故障识别的准确度，为故障的排查定位提供时间；能够在不同工况下滤波去除暂态信号的频率特性信号干扰，减小针对传统选线所带来的偏差，为维修人员解决问题提供方便，具有适用性和可靠性。性和可靠性。性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种配电线路暂态信号的滤波装置


[0001]本专利技术涉及配电网暂态信号分析
，具体地说，涉及一种配电线路暂态信号的滤波装置
。

技术介绍

[0002]据统计我国的中低压配电系统常使用小电流接地系统，并且配电线路发生的故障有将近
80
％都是单相接地故障，当发生单相接地故障时，配电网一般可以自己正常运作2小时左右，超过时长会扩大事故范围，对配电设施造成损害，带来经济损失，而2小时的运作时间为故障的排查定位提供了时间，及时切除线路故障有利于电力系统的稳定和安全
。
[0003]由于电网错综复杂，小电流接地系统多发生单相接地故障，及时切除线路故障对电力系统的稳定安全运行至关重要
。
为此针对单相接地故障，我们通过设计一种配电线路暂态信号的滤波装置来分析故障暂态信号，以便准确提取反应故障信息的特征频率，并利用
EMD
法对故障信息进行建模和仿真分析实验
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种配电线路暂态信号的滤波装置，以解决上述
技术介绍
中提出的问题
。
[0005]为实现上述技术问题的解决，本专利技术的目的之一在于，提供了一种配电线路暂态信号的滤波装置，该滤波装置综合使用低通滤波器与高通滤波器，分别利用其阻高通低和阻低通高的特性，创新地利用于单相接地故障零序电流的分析中，能够得到工频分量和衰减的暂态信号；针对不同工况下暂态信号的频率特性滤波去除信号干扰，该滤波装置可以在单相接地故障发生时去除干扰，得到电力系统本身的工频分量，为后续进一步分析单相接地故障选线定位等奠定重要基础；再利用基于经验模态分解
EMD
的故障选线方法提高单相接地故障选线准确度；
[0006]本专利技术的目的之二在于，提供了一种配电线路暂态信号的滤波装置应用于单相接地故障选线的方法，具体包括如下步骤：
[0007]S1、
利用快速傅里叶变换分解原始信号得到功率谱和频谱；
[0008]S2、
设计高通滤波器分析在小故障电阻和大故障电阻情况下暂态信号幅值的衰减特性
、
不同故障初相位情况下暂态信号幅值特性，以及加入电缆线后暂态信号的频谱特性；
[0009]S3、
根据暂态信号的频率分布范围设计低通滤波器，过滤掉幅值影响较大的暂态信号，得到干扰较少的工频分量信号用于选线；
[0010]S4、
把过滤后的零序电流的工频分量信号利用
EMD
分解得到若干个
IMF
信号；
[0011]S5、
运用能量法计算分解后的
IMF
信号的能量并求和得到线路能量
。
[0012]作为本技术方案的进一步改进，所述
S1
中，利用快速傅里叶变换分解原始信号得到功率谱和频谱的计算公式为：
[0013][0014]其中，序列
x(n)
为有限长，
n∈[0
，
N
‑
1]，对频率
ω
在0～
n
π
范围内等间距采样，采样点数为
N
，采样间隔为
n
π
/N
，第
t
个采样点对应的频率值为
n
π
t/N。
[0015]作为本技术方案的进一步改进，所述
S2
中，
RC
高通滤波器的转折频率
f0由下式决定：
[0016][0017]其中，
f0表示转折频率，
R
表示电阻，
C
表示电容
。
[0018]作为本技术方案的进一步改进，所述
S3
中，
RC
低通滤波器的转折频率
f0也由式
(2)
决定
。
[0019]作为本技术方案的进一步改进，所述
S4
中，把过滤后的零序电流的工频分量信号利用
EMD
分解得到若干个
IMF
信号，分解过程如下：
[0020]Step1、
找出
X(t)
所有的极大值点
、
极小值点并分别将用三次样条函数拟合成原数据序列的上
、
下包络线，取均值为平均包络线
M1(t)
；
[0021]Step2、
将
X(t)
减去该平均包络后得到一个去掉低频的新数据序列
h1(t)
：
[0022]h1(t)
＝
X(t)
‑
M1(t)
ꢀꢀ
(3)
[0023]Step3、
继续对
h1(t)
重复进行上述处理过程
k
次，直到平均包络趋于零为止；得到第1个
imf
分量
imf1(t)
：
[0024]imf1(t)
＝
h
1(k
‑
1)
(t)
‑
M
1k
(t) (4)
[0025]Step4、
残余分量
R1(t)
由
X(t)
减去
imf1(t)
分量所得到，即：
[0026]R1(t)
＝
X(t)
‑
imf1(t)
ꢀꢀ
(5)
[0027]将
R1(t)
作为新的原始信号重复步骤
Step3
和
Step4
，直到分量成为一个单调函数或常量，将最后的残余分量定义为
R(t)
；最后原始信号
X(t)
可以分解为
N
个
imf
分量和一个残余分量之和：
[0028][0029]其中，最后的残余分量
R(t)
为一个单调函数或常量
。
[0030]作为本技术方案的进一步改进，所述
S5
中，重复以上步骤
Step1
～
Step4
若干次得到若干条线路的能量，能量较大的线路就是故障线路；
[0031]设原始信号
X(t)
经
EMD
分解后产生
m
个
imf
分量
(imf1，
imf2，
...
，
imf
m
)
和残余分量
R
，根据
Parseval
定理，原始信号
X(t)
与分解后的频率分量在时域上能量相等；
X(t)
的
x
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种配电线路暂态信号的滤波装置，其特征在于：该滤波装置综合使用低通滤波器与高通滤波器，分别利用其阻高通低和阻低通高的特性，创新地利用于单相接地故障零序电流的分析中，能够得到工频分量和衰减的暂态信号；针对不同工况下暂态信号的频率特性滤波去除信号干扰，该滤波装置可以在单相接地故障发生时去除干扰，再利用基于经验模态分解
EMD
的故障选线方法提高单相接地故障选线准确度；该滤波装置应用于单相接地故障选线的方法具体包括如下步骤：
S1、
利用快速傅里叶变换分解原始信号得到功率谱和频谱；
S2、
设计高通滤波器分析在小故障电阻和大故障电阻情况下暂态信号幅值的衰减特性
、
不同故障初相位情况下暂态信号幅值特性，以及加入电缆线后暂态信号的频谱特性；
S3、
根据暂态信号的频率分布范围设计低通滤波器，过滤掉幅值影响较大的暂态信号，得到干扰较少的工频分量信号用于选线；
S4、
把过滤后的零序电流的工频分量信号利用
EMD
分解得到若干个
IMF
信号；
S5、
运用能量法计算分解后的
IMF
信号的能量并求和得到线路能量
。2.
根据权利要求1所述的配电线路暂态信号的滤波装置，其特征在于：所述
S1
中，利用快速傅里叶变换分解原始信号得到功率谱和频谱的计算公式为：其中，序列
x(n)
为有限长，
n∈[0
，
N
‑
1]
，对频率
ω
在0～
n
π
范围内等间距采样，采样点数为
N
，采样间隔为
n
π
/N
，第
t
个采样点对应的频率值为
n
π
t/N。3.
根据权利要求2所述的配电线路暂态信号的滤波装置，其特征在于：所述
S2
中，
RC
高通滤波器的转折频率
f0由下式决定：其中，
f0表示转折频率，
R
表示电阻，
C
表示电容
。4.
根据权利要求3所述的配电线路暂态信号的滤波装置，其特征在于：所述
S3
中，
RC
低通滤波器的转折频率
f0也由式
(2)
决定
。5.
根据权利要求4所述的配电线路暂态信号的滤波装置，其特征在于：所述
S4
中，把过滤后的零序电流的工频分量信号利用
EMD
分解得到若干个
IMF
信号，分解过程如下：
Step1、
找出
X(t)
所有的极大值点
、
极小值点并分别将用三次样条函数拟合成原数据序列的上
、
下包络线，取均值为平均包络线
M1(t)
；
Step2、
将
X(t)
减去该平均包络后得到一个去掉低频的新数据序列
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔垂锐，吕维植，覃日升，纳智敏，瞿冬波，张家猛，张云虎，彭朝柱，徐跃波，赵春燕，陈俊楠，冯士诚，单潇，詹传，王煜，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司曲靖供电局，
类型：发明
国别省市：