一种考虑实测波速的高压直流输电线路故障测距方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统高压直流输电继电保护技术领域，特别涉及一种考虑实测波 速的高压直流输电线路故障测距方法。
【背景技术】
[0002] 当高压直流输电线路发生故障时，快速准确地确定故障地点、排除故障及时消除 隐患并恢复供电，对保证电力系统的安全稳定和经济运行有重要意义。
[0003] 目前，世界上广泛采用行波法作为高压直流输电线路故障测距的主要方法，利用 瞬间所传递的电流、电压行波实现线路故障测距。根据采集信息量的不同可分为单端行波 法测距和双端行波法测距。单端行波测距法由于在实际应用中受信号谐振等因素的影响， 依靠极性、幅值识别反射波成功率较低，相对于双端行波法可靠性较差。
[0004] 双端行波测距法只检测故障产生的初始行波波头到达时间，避免了对多次折反射 波头地捕获和区分，只利用两端检测到的第一个波头，易于检测，可靠性高。但是该方法采 用固定的行波波速，未考虑线路的损耗以及色散效应等引起的波速变化特性，其精确度较 低。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种考虑实测波速的高压直流输电线路故障测距方法，解决 了传统双端测距方法里面采用固定波速引起的测距精确度低的问题。
[0006] 本发明所采用的技术方案是：
[0007] 一种考虑实测波速的高压直流输电线路故障测距方法，具体步骤如下：
[0008] 步骤1 :故障发生后利用线路两端装设的装置采集线路两端的电压正、负极数据；
[0009] 步骤2 :利用基于数学形态学的交替混合滤波器对采集到的电压正、负极数据进 行滤波处理，去除噪声并提取真实的信号，对处理后的电压数据进行相模变换得到线模行 波数据；
[0010] 步骤3 :对线模行波数据进行EEMD分解；
[0011] 步骤4 :对EEMD分解后的信号进行Hilbert变换，得到信号的时间-频率波形图；
[0012] 步骤5 :通过获得的时间-频率图中频率最大值点确定出故障行波到达两端的时 刻U1，t2)和瞬时频率值；
[0013] 步骤6 :在步骤4经过Hilbert变换的信号里抽取不同的瞬时频率，用频率-波速 公式计算出不同的波速，并拟合出频率-波速曲线图，并通过步骤5中得到的瞬时频率值在 频率-波速曲线上找出对应的线模波速度（ Vl、V2);
[0014] 其中频率-波速公式如下：
[0015] 设某一频率分量的传播速度V，如下式： ω _6] ，
【主权项】
1. 一种考虑实测波速的高压直流输电线路故障测距方法，其特征在于，具体按照w下 步骤实施： 步骤1;故障发生后利用线路两端装设的装置采集线路两端的电压正、负极数据； 步骤2 ;利用基于数学形态学的交替混合滤波器对采集到的电压正、负极数据进行滤 波处理，去除噪声并提取真实的信号，对处理后的电压数据进行相模变换得到线模行波数 据； 步骤3 ;对相模变换得到的线模行波进行EEMD分解； 步骤4 ;对EEMD分解后得到的信号进行Hilbed变换，得到信号的时间-频率波形图； 步骤5 ;通过获得的时间-频率图中频率最大值点确定出故障行波到达两端的时刻 (ti，*2)和瞬时频率值； 步骤6 ;在步骤4经过化化6的变换的信号里抽取不同的瞬时频率，用频率-波速公式 计算出不同的波速，并拟合出频率-波速曲线图，并通过步骤5中得到的瞬时频率值在频 率-波速曲线上找出对应的线模波速度（VI、V,); 其中频率-波速度关系如下； 设某一频率分量的传播速度V，如下式：
其中，《为该频率分量的角频率，P (?)表示该频率分量相位崎变系数，r。，g。，L。，C。分 别为直流传输线单位长度上电阻，电导，电感和电容值，具有频变特性； 步骤7;利用已得到的故障行波到达两端的时刻和线模波速度（Vi、V2)，根据双 端测距公式：
《2= L-Xi计算故障距离，式中；L为线路总长度；Xi和 X2为故障点到整流侧和逆变侧的距离；t、ti、t2分别为故障发生时刻W及两侧测距装置检 测到的故障行波到达时刻；VI、V2分别为故障行波到达两侧的波速。
2. 根据权利要求1所述的一种考虑实测波速的高压直流输电线路故障测距方法，其特 征在于：所述步骤3中对线模行波进行EEMD分解，具体步骤为： 步骤1，将原始信号s(t)中加入一组高斯白噪声《 (t)，得到一个新信号： S(t) = s(t) + ? (t)， 步骤2，对S (t)进行EMD分解，得到各个IMF分量：
其中，Cj.为EMD分解得到的第j个IMF分量，r W为剩余信号； 步骤3,将不同的高斯白噪声《i(t)加入到原始信号中，通过步骤1、2得：
其中，Cu为通过EMD分解得到的第j个IMF分量，r "位剩余信号； 步骤4,为了消除高斯白噪声带来的影响，得到原始信号中的各个模态函数，如下式：
其中，Ch(t)为EMD分解得到的第i模态函数； 步骤4,原始信号分解为：
其中：C"(t)为上一步骤得到的模态函数，rm(t)为剩余信号； 此外，所添加的高斯白噪声服从式为：
其中；N为添加高斯白噪声的总体次数；e为高斯白噪声的幅度；e。为原始的信号与 最终各阶IMF加和得到的信号之间的误差。通常情况下，e。取0. 2, N取100。
3.根据权利要求2所述的一种考虑实测波速的高压直流输电线路故障测距方法，其特 征在于所述的EMD分解具体步骤为： 步骤1，输入一个信号s(t)，找出最大值点和最小值点，然后，利用S次样条拟合的方 法将所确定的极大值点连接起来W及将所确定的极小值点连接起来，分别形成极大值点连 络线和极小值连络线，计算极大值点连络线和极小值连络线的平均曲线mi (t); 步骤2,求差值信号hi (t)，将原始数据s (t)与均值曲线mi (t)作差，如下式： hi (t) = s (t) -nil (t), 其中，t是自变量，代表时间； 如果hi (t)不满足固有模态函数的两个必要条件时，那么必须将hi (t)作为原始信号重 复步骤1、2; 步骤3,将hi (t)作为原信号，重复步骤1、2,得到 hii(t) = hi(t)-mii(t)， 其中，t是自变量，代表时间，hii(t)为重复步骤1、2后得到的差值信号，mii(t)为重复 步骤1、2时的平均曲线； 该样经过k次筛选后，找到能满足IMF的两个条件hik(t)，如下式： hik(t) =hik-i(t)-mik(t)， 此时，hik(t)便是从原始信号分解出来的第一个IMF,成为第一个IMF分量，如下式： Ci(t) = hik(t)， 该种k次筛选必须要有终止准则的，W防止IMF分量失去实际的物理意义，故利用仿柯 西收敛准则作为终止准则，如下式所示：
其中，hik(t)是从原始信号第k次筛选后的IMF, hik_i (t)为第k-1次筛选的IMF,当SD 值界于0. 2-0. 3之间时便终止筛分过程； 步骤4,求剩余信号ri (t)，将原信号S (t)与第一个IMF分量Cl (t)作差 ri(t) = s(t)-Ci(t)， 由于剩余信号ri(t)仍然包含原始信号的其他振荡模式，因此，将剩余信号ri(t)作为 原始信号重复步骤1到步骤4,得到第2、3. ... N个IMF分量和第2、3. ... N个剩余信号，如 下式：
当同时满足两个条件；1、当分量Cw(t)或剩余信号rw(t)足够小时；2、剩余信号rw(t) 变成一个单调函数，筛分将终止； 经验模态分解的过程实际上是将复杂信号S (t)分解成由高频到低频的多阶IMF分量 Ci (t)和剩余分量Tn (t)，如式：
其中，Ci为IMF分量，r W为剩余分量。
4.根据权利要求1所述的一种考虑实测波速的高压直流输电线路故障测距方法，其特 征在于：所述步骤4中，对EEMD分解后得到的信号进行Hilbed变换，具体步骤为： 假设给定信号为C (t)，即为EEMD分解中得到的模态函数，其HUbed变换X(t)定义 为：
其中，t是自变量，T代表时间的微分，31为圆周率； 其反变换Y(t);
其中，t是自变量，T代表时间的微分，31为圆周率； 将X (t)和Y (t)组成解析信号Z (t): Z(t) =X(t)+iY(t) =a(t)ei*(。， 其中，t是自变量，i为虚数单位，a(t)为瞬时幅值； 从而信号的瞬时幅值a(t)，瞬时相位抑0,瞬时频率f(t)通过W下各式求出：
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【专利摘要】本发明涉及一种考虑实测波速的高压直流输电线路故障测距方法，其特征在于：在传统双端测距方法上考虑了波速度变化特性，使波头的标定与波速度的确定在同一个过程中进行，利用线路两端装置分别采集故障高压直流输电线路的电压正负极数据，对数据进行滤波处理、线模变换后，再对得到的线模行波进行解析，得到形影的时间-频率波形图，并由此图确定出故障行波到达线路两端的时刻，以及所对应的瞬时频率值，再通过频率-波速度曲线得到所对应的线模波速度，最后利用双端测距公式得出故障距离。
【IPC分类】G01R31-08
【公开号】CN104597376
【申请号】CN201510007077
【发明人】段建东, 刘静, 陆海龙
【申请人】西安理工大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月7日