一種配電網(wǎng)單相接地故障行波波頭的計(jì)算方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種配電網(wǎng)單相接地故障行波波頭的計(jì)算方法。線路數(shù)據(jù)采集器將故障前后各2個(gè)電壓周波上傳，對(duì)電壓行波進(jìn)行凱倫貝爾變換得到線模電壓進(jìn)行Hilbert變換，求導(dǎo)，并求取模值。對(duì)得到的模值去噪，取有效區(qū)間后得到行波波頭到達(dá)時(shí)刻。本發(fā)明具有快速，準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確計(jì)算出行波波頭到達(dá)時(shí)刻，為確定故障位置創(chuàng)造條件，具有很好的應(yīng)用前景。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種配電網(wǎng)單相接地故障行波波頭的計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，涉及配電網(wǎng)的故障診斷，是一種快速精確 的配電網(wǎng)單相接地故障行波波頭的計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)供電可靠性的要求越高，與居民用電密切相關(guān) 的配電網(wǎng)運(yùn)行可靠性便越高。這便要求對(duì)配電網(wǎng)的故障能夠準(zhǔn)確識(shí)別，迅速排除。然而，配 電網(wǎng)的單相接地故障定位問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)一直沒(méi)有得到很好的解決。因?yàn)榕潆娋W(wǎng)一般采用架 空線路一電纜線路的混合線路，且線路分支較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使配電網(wǎng)在故障定位上要比輸 電網(wǎng)困難，許多在輸電網(wǎng)中已經(jīng)成熟的技術(shù)在配電網(wǎng)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)。在發(fā)生單相接地故障后， 由于故障電流比較微弱，對(duì)單相接地故障的定位更加困難。
[0003] 目前用于故障定位的阻抗法，s信號(hào)注入法都存在精度不高，自動(dòng)化水平不足的問(wèn) 題，而行波法雖然能解決以上問(wèn)題，但是行波波頭難以標(biāo)定，使得行波法在應(yīng)用上并沒(méi)有得 到推廣。在計(jì)算行波波頭的方法中，小波法難以確定小波基函數(shù)，而Hilbert-huang法在高 精度的配電網(wǎng)定位中，由于數(shù)據(jù)量龐大，速度很慢，無(wú)法實(shí)用化。計(jì)算行波波頭算法上的不 足，限制了單相接地故障行波定位技術(shù)的發(fā)展。
[0004] 配電網(wǎng)單相接地故障發(fā)生前以及發(fā)生后，系統(tǒng)線電壓都為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，只有在 故障發(fā)生瞬間有一個(gè)短暫的行波過(guò)程，符合Hilbert變換的前提條件，可以對(duì)線電壓直接進(jìn) 行Hilbert變換，計(jì)算出波形奇異點(diǎn)，從而計(jì)算行波波頭到達(dá)時(shí)刻。但是由于噪聲的影響，直 接應(yīng)用Hilbert變換容易計(jì)算出多個(gè)偽行波波頭，必須進(jìn)行有效的去噪處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于對(duì)現(xiàn)有配電網(wǎng)行波定位的技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，提出一種配電網(wǎng)單相 接地故障行波波頭的計(jì)算方法。
[0006] 本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種配電網(wǎng)單相接地故障行波波頭的計(jì)算方法，其特征在于，所述計(jì)算方法包含 以下步驟：
[0008] 步驟1:在線路上安裝故障數(shù)據(jù)采集器，采集故障發(fā)生后前后各兩個(gè)周波的三相電 壓數(shù)據(jù)；
[0009] 步驟2:對(duì)步驟1所得到的共四個(gè)周波的三相電壓行波進(jìn)行凱倫貝爾變換，得到線
模電壓分量，其中，凱倫貝爾變換為： ，式中Ul，U2為線模電壓，U〇 為零模電壓，Ua，Ub，Uc為各相電壓；
[0010]步驟3:選取步驟2得到的線模電壓分量進(jìn)行Hilbert變換，若配電網(wǎng)發(fā)生A相或B相 接地故障則選擇線模電壓m，若配電網(wǎng)發(fā)生C相接地故障則選擇線模電壓u2;
[0011] 步驟4:對(duì)步驟3得到的變換后的結(jié)果進(jìn)行中心差分求導(dǎo)，然后取絕對(duì)值得到模值 序列Uh，其中，中心差分求導(dǎo)公式為
、,h(n+l)和h(n-l)分別為經(jīng)過(guò) Hilbert變換得到的線模電壓數(shù)據(jù)在時(shí)刻n+1和時(shí)刻n-1的值，h'（η)為經(jīng)過(guò)求導(dǎo)后在時(shí)刻η 的值；
[0012] 步驟5:對(duì)模值序列Uh中的第一個(gè)周波數(shù)據(jù)Xh進(jìn)行判斷，如果Xh(n)>0.5max{Uh}，則 將時(shí)刻η的模值視為脈沖干擾置零，得到去除干擾的第一個(gè)周波模值序列，其中，Xh(n)為X h 在時(shí)刻η的值；
[0013] 步驟6:將Uh中低于閾值Κ的模值視為噪聲置零，其中Κ= 1.5max{Xh};
[0014] 步驟7:在步驟6置零后的結(jié)果中選取有效區(qū)間，區(qū)間內(nèi)模最大值為行波波頭到達(dá) 時(shí)刻。
[0015] 所述步驟(7)中的有效區(qū)間選取，以第一個(gè)模值大于0.5max {Uh}的點(diǎn)為起點(diǎn)，如果 在0.01個(gè)周波時(shí)長(zhǎng)內(nèi)至少有2個(gè)模值大于0.5max{Uh}，則標(biāo)定為有效區(qū)間，否則，以下一個(gè) 模值大于〇. 5max{Uh}的點(diǎn)為起點(diǎn)繼續(xù)判斷直至選出有效區(qū)間。
[0016] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0017] 1、本發(fā)明采用Hilbert算法進(jìn)行波頭提取，加入了閾值去噪和有效空間內(nèi)取值，能 夠減少環(huán)境噪聲以及小干擾的影響，定位準(zhǔn)確。
[0018] 2、本發(fā)明采用算法簡(jiǎn)單易操作，與傳統(tǒng)小波法和Hilbert-huang法提取波頭相比， 運(yùn)行時(shí)間更短，能夠在故障發(fā)生后迅速定位出結(jié)果。
[0019] 3、本發(fā)明克服了傳統(tǒng)emd分解所帶來(lái)的模態(tài)混疊現(xiàn)象，以及數(shù)據(jù)擬合不準(zhǔn)確帶來(lái) 的邊界效應(yīng)，定位結(jié)果更具有適應(yīng)性。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為實(shí)施配電網(wǎng)定位實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)構(gòu)圖；
[0021] 圖2為故障后線路數(shù)據(jù)采集器采集到的三相電壓數(shù)據(jù)；
[0022] 圖3為根據(jù)三相電壓行波信號(hào)得到的線模分量；
[0023] 圖4為經(jīng)過(guò)變換后取模值的頻率圖；
[0024] 圖5為經(jīng)過(guò)閾值去噪后得到的頻率圖；
[0025] 圖6為選取有效區(qū)間后的頻率圖；
[0026] 圖7為本發(fā)明公開(kāi)的配電網(wǎng)單相接地故障行波波頭的計(jì)算方法流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)介紹。
[0028]如圖1所示，本申請(qǐng)列舉的實(shí)施例是配電網(wǎng)單相接地故障測(cè)距實(shí)驗(yàn)，采用的是ATP-EMTP搭建線路模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其中，電壓源設(shè)計(jì)為理想電源，初始角為0°，來(lái)模擬三相無(wú)窮 大電源。變壓器連結(jié)組別號(hào)為YD11，二次側(cè)電壓為10.5KV。變壓器后為簡(jiǎn)單線路MN。單位長(zhǎng) 度線路參數(shù)為：
[0029]正序參數(shù)：電阻心=0.21 Ω/km，電感Li = 1.2732mH/km，對(duì)地電容Ci = 0.00907yF/ km〇
[0030] 零序參數(shù)：電阻R〇 = 0.21 Ω/km，電感L〇 = 7.0028mh/km，對(duì)地電容C〇 = 0.00466yF/ km〇
[0031] 線路長(zhǎng)度:MN長(zhǎng)10km。
[0032] 下面以附圖1為實(shí)施例，詳細(xì)介紹配電網(wǎng)單相接地故障行波波頭的計(jì)算方法，計(jì)算 方法的步驟如附圖7所示：
[0033]步驟（1)，數(shù)據(jù)采集器采樣率為1MHz，即每個(gè)點(diǎn)之間的間隔為lys。共采樣4個(gè)周波 的三相電壓數(shù)據(jù)一共80000ys，在第40000ys時(shí)系統(tǒng)發(fā)生C相接地故障，接地電阻為1 Ω，故障 一直持續(xù)1 s。采集到的電壓數(shù)據(jù)如圖2所示
[0034]步驟(2)，對(duì)步驟（1)所得到的各相電壓行波進(jìn)行凱倫貝爾變換，得到兩個(gè)線電壓 U1 矛口 U2,
[0035] 步驟(3)，由系統(tǒng)發(fā)生C相接地故障，所以選取線模電壓分量1!2進(jìn)行計(jì)算，如圖3所 示為故障后行波線模分量。對(duì)步驟(2)得到的線模分量1! 2進(jìn)行Hilbert變換。
[0036] 步驟(4)，然后按照公式
進(jìn)行中心差分求導(dǎo)并求取模值得 到Uh，如圖4所示。
[0037] 步驟(5)，對(duì)Uh的第一個(gè)周波數(shù)據(jù)，也就是區(qū)間（0,20000ys)的數(shù)據(jù)進(jìn)行去脈沖干 擾，0 · 5max{Uh} = 327 · 6，將區(qū)間(0，20000ys)中大于 327 · 6 的值置零。
[0038] 步驟(6)，根據(jù)去除干擾后的區(qū)間（0，20000ys)選取閾值，K = 1 · 5max {Xh} = 111 · 3， 將全數(shù)據(jù)段Uh內(nèi)低于閾值的模值視為噪聲置零，得到去噪后模值序列如圖5所示。
[0039]步驟（7)，由圖5可得，區(qū)間（0，40002ys)全小于0 · 5max{Uh} = 327 · 6，而以第40003μ s為有效區(qū)間起始點(diǎn)，后面0.01個(gè)周波內(nèi)模值有至少2個(gè)模值大于327.6，所以選取有效區(qū)間 為(40003ys，40203ys)，如圖6所示，其中區(qū)間內(nèi)最大值為第40004ys，標(biāo)定線模分量波頭到 達(dá)時(shí)刻為40004ys。
[0040]以上給出的實(shí)施例用以說(shuō)明本發(fā)明和它的實(shí)際應(yīng)用，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上 的限制，任何一個(gè)本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員在不偏離本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)，依據(jù)以上技術(shù)和 方法作一定的修飾和變更當(dāng)視為等同變化的等效實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種配電網(wǎng)單相接地故障行波波頭的計(jì)算方法，其特征在于:對(duì)故障電壓行波進(jìn)行 凱倫貝爾變換得到線模電壓再進(jìn)行Hubert變換，求導(dǎo)，并求取模值，對(duì)得到的模值去噪，取 有效區(qū)間后得到行波波頭到達(dá)時(shí)刻。2. -種配電網(wǎng)單相接地故障行波波頭的計(jì)算方法，其特征在于，所述計(jì)算方法包含W 下步驟： 步驟1:在線路上安裝故障數(shù)據(jù)采集器，采集故障發(fā)生后前后各兩個(gè)周波的Ξ相電壓數(shù) 據(jù)； 步驟2:對(duì)步驟1所得到的共四個(gè)周波的Ξ相電壓行波進(jìn)行凱倫貝爾變換，得到線模電 壓分量，其中，凱倫貝爾變換為，式中m，U2為線模電壓，U0為零 模電壓，Ua,Ub,Uc為各相電壓； 步驟3:選取步驟2得到的線模電壓分量進(jìn)行化化ert變換，若配電網(wǎng)發(fā)生A相或B相接地 故障則選擇線模電壓m，若配電網(wǎng)發(fā)生C相接地故障則選擇線模電壓U2; 步驟4:對(duì)步驟3得到的變換后的結(jié)果進(jìn)行中屯、差分求導(dǎo)，然后取絕對(duì)值得到模值序列 Uh，其中，中屯、差分求導(dǎo)公式為：，h(n+l)和h(n-l)分別為經(jīng)過(guò) HHbed變換得到的線模電壓數(shù)據(jù)在時(shí)刻n+1和時(shí)刻n-1的值，h'（n)為經(jīng)過(guò)求導(dǎo)后在時(shí)刻η 的值； 步驟5:對(duì)模值序列化中的第一個(gè)周波數(shù)據(jù)Xh進(jìn)行判斷，如果Xh(n)〉0.5max化h}，則將時(shí) 亥Ijn的模值視為脈沖干擾置零，得到去除干擾的第一個(gè)周波模值序列，其中，Xh(n)為Xh在時(shí) 亥。11的值； 步驟6:將化中低于闊值K的模值視為噪聲置零，其中Κ= 1.5max{Xh}; 步驟7:在步驟6置零后的結(jié)果中選取有效區(qū)間，區(qū)間內(nèi)模最大值為行波波頭到達(dá)時(shí)刻。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的配電網(wǎng)單相接地故障行波波頭的計(jì)算方法，其特征在于： 所述步驟（7)中的有效區(qū)間選取，W第一個(gè)模值大于0.5max{Uh}的點(diǎn)為起點(diǎn)，如果在 0.01個(gè)周波時(shí)長(zhǎng)內(nèi)至少有2個(gè)模值大于0.5max{Uh}，則標(biāo)定為有效區(qū)間，否則，W下一個(gè)模 值大于0. SmadUh}的點(diǎn)為起點(diǎn)繼續(xù)判斷直至選出有效區(qū)間。
【文檔編號(hào)】G01R31/08GK106093705SQ201610424490
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月15日 公開(kāi)號(hào)201610424490.7, CN 106093705 A, CN 106093705A, CN 201610424490, CN-A-106093705, CN106093705 A, CN106093705A, CN201610424490, CN201610424490.7
【發(fā)明人】齊鄭, 林健雄, 鄭宇航, 莊舒儀
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué)