一种基于行波测距的配电网故障定位方法及系统与流程

本发明涉及配电自动化，具体涉及一种基于行波测距的配电网故障定位方法及系统。

背景技术：

1、随着智能配电网的发展，配电网的分支日益增多，原有的故障分析模式，受到线路参数变化、过渡电阻影响较大，很难准确的确认故障点的所在。目前的行波测距技术虽然可以较为准确的定位故障点，但是该项技术主要应用于输电线路，难以适应配网的多分支，行波传递环境复杂的问题并且双端测距对时间同步的要求十分苛刻，导致设备成本提高且运维复杂度也随之提升。同时配网的行波易受噪声干扰，暂态特征提取与波头检测困难，进一步制约了故障定位的准确性与可靠性。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于行波测距的配电网故障定位方法，旨在解决在复杂的配网环境下，分支多、干扰多的情况下故障的精确定位问题，从而降低对高精度时钟的依赖，提高测距精度与可靠性。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、一种基于行波测距的配电网故障定位方法，包括：

4、同步采集配电网线路的三相电流与电压信号；实时计算电流与电压的突变量与波形畸变率，并在检测到突变量超过门限值时启动暂态记录；

5、对故障前后的三相电流与电压信号进行克拉克变换，获取线模分量和零模分量；利用小波阈值法对线模分量进行去噪；

6、对去噪处理后的行波信号进行小波分解，计算各层细节系数的模极大值，采用自适应阈值法确定行波波头的到达时间；

7、采用双端测距模式与单端测距模式融合的方式计算故障点位置：当对端波头数据可用时，基于双端波头到达时间差δt及线路全长进行定位；当对端数据不可用时，基于本端初始行波与反射波的时间差δt'进行定位。

8、根据本发明提供的一种基于行波测距的配电网故障定位方法，在计算电流的突变量时，对采集的三相电流信号进行工频有效值变换，计算任一相电流在一个工频周波范围内的突变量，以当前工频周波的工频有效值与前一个工频周波的工频有效值作差，取绝对值得到该相电流突变量：

9、

10、当突变量超过预设的突变门限值δ

ith时，判定该相电流发生突变。

11、根据本发明提供的一种基于行波测距的配电网故障定位方法，在计算波形畸变率时，对采集的电压与电流信号，分别计算当前工频周波内各采样点值与该周波基波分量的偏差，将各采样点偏差的均方根值与基波分量幅值之比作为波形畸变率：

12、

13、其中，为当前周波第

n个采样点的瞬时值，为该周波基波分量的瞬时值，为基波分量幅值，为一周波内的采样点数；当波形畸变率超过预设的畸变门限值

thdth时，判定波形发生异常畸变。

14、根据本发明提供的一种基于行波测距的配电网故障定位方法，将任一相电流在当前工频周波内计算得到的突变量δ

i与预设的突变门限值δ

ith进行比较，当δ

i>δ

ith时，判定该相电流发生突变；同时，将任一相电压或电流信号在当前工频周波内计算得到的波形畸变率

thd与预设的畸变门限值

thdth进行比较，当

thd>

thdth时，判定该信号波形发生异常畸变；当任一相电流突变量超过突变门限值或任一信号的波形畸变率超过畸变门限值中任一条件成立时，即判定为故障发生，立即触发暂态数据记录，记录故障发生时的初始时间戳t1，并保存故障前4个周波及故障后8个周波的三相电流与电压数据。

15、根据本发明提供的一种基于行波测距的配电网故障定位方法，在进行克拉克变换时，读取暂态数据记录中故障前4个周波及故障后8个周波的三相电流瞬时值、、以及三相电压瞬时值、、，分别进行克拉克变换，计算线模分量与零模分量：

16、电流克拉克变换：

17、

18、其中，为α轴线模电流分量，为β轴线模电流分量，为零模电流分量；

19、电压克拉克变换：

20、

21、其中，为α轴线模电压分量，为β轴线模电压分量，为零模电压分量；

22、线模分量包括、、、，零模分量包括、。

23、根据本发明提供的一种基于行波测距的配电网故障定位方法，对经克拉克变换获得的线模分量信号、、、分别进行小波分解，选取分解层数

j使得该层细节系数的频率范围能够覆盖行波暂态信号的主要频率范围；对第

j层细节系数采用自适应阈值法计算阈值

λ：

24、

25、其中，

σ为第

j层细节系数的噪声标准差，采用中值绝对偏差法估计：

26、

27、

n为该层系数的样本点数；

28、对各细节系数采用软阈值函数进行收缩处理：

29、

30、将收缩后的细节系数与未处理的近似系数进行小波重构，得到去噪后的线模分量信号。

31、根据本发明提供的一种基于行波测距的配电网故障定位方法，对去噪处理后的线模分量信号进行小波分解，选取分解层数

j使得该层细节系数的频率范围匹配行波波头的频率特性；

32、计算第

j层各尺度细节系数的模极大值，模极大值满足：

33、

34、其中，为局部极值点索引，为邻域窗口大小。

35、根据本发明提供的一种基于行波测距的配电网故障定位方法，采用自适应阈值法确定行波波头到达时刻：对所有模极大值点，计算各点模值，设定自适应阈值为模极大值集合的统计均值与标准差的函数：

36、

37、其中，为模极大值的均值，为模极大值的标准差，

α为自适应系数；

38、选取首个满足的模极大值点索引，根据采样频率

fs计算采样间隔δ

ts=1/

fs，将索引转换为时间：

39、

40、其中，为故障发生时的初始时间戳，即为行波波头的精确到达时刻。

41、根据本发明提供的一种基于行波测距的配电网故障定位方法，判断线路对端终端是否成功捕获行波波头，若对端终端成功捕获波头，则进入双端测距模式：获取本端行波波头到达时刻与对端行波波头到达时刻之间的时间差δt = ||，根据双端测距公式计算故障点距本端的距离：

42、d = (l + v × δt) / 2

43、其中，l为线路全长，v为行波在线路中的传播波速；

44、若对端终端未成功捕获波头或对端数据不可用，则进入单端测距模式：获取本端初始行波波头到达时刻与本端故障点反射波到达时刻tref之间的时间差 δt' = trefthead，根据单端测距公式计算故障点距本端的距离：

45、d = (v × δt') / 2

46、其中，v为行波在线路中的传播波速。

47、一种基于行波测距的配电网故障定位系统，包括：

48、同步采集模块，用于同步采集三相电流与电压信号；实时计算电流与电压的突变量与波形畸变率，并在检测到突变量超过门限值时启动暂态记录；

49、信号处理模块，用于对采集的三相信号进行克拉克变换，获取线模分量与零模分量，并利用小波阈值法对线模分量进行去噪；

50、波头检测模块，用于去噪处理后的行波信号进行小波分解，通过模极大值法和自适应阈值法确定行波波头的到达时间；

51、定位计算模块，用于根据双端测距模式与单端测距模式融合的方式计算故障点位置并输出。

52、由此可见，与现有技术相比，本发明提出的基于行波测距的配电网故障定位方法及其系统，具有以下有益效果：

53、1、本发明通过基于小波变换模极大值的行波波头精确检测技术，结合双端与单端融合测距算法，有效克服了传统阻抗法受线路参数和过渡电阻影响的弊端，有效地提升了测距精度。

54、2、本发明通过改进的克拉克变换与自适应小波去噪算法，可以有效的提取符合要求的行波暂态信号，解决了配网中行波信号弱，易干扰的问题，显著提高了行波检测的准确性与可靠性。

55、3、本发明降低了原有对时间同步精度的苛刻要求，降低了对高精度时钟源的依赖，可以有效的降低硬件成本与运维难度。

56、下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。