基于二叉树原理的多分支输电线路故障定位方法与流程

1.本发明涉及电力系统自动化技术领域，具体涉及一种基于二叉树原理的多分支输电线路故障定位方法。


背景技术：

2.目前，行波故障定位方法在高电压等级输电线路中获得了广泛应用。现有行波故障定位方法一般采用双端法，利用行波到达线路两端时间差结合行波波速完成故障定位，因此，现有的输电线路行波故障定位系统一般只在线路两端安装故障定位装置，而近年来，在高电压等级上开始应用分布式故障行波定位或诊断装置，此类装置一般也沿着输电线路进行安装和部署，采用的仍然是传统双端行波法；随着电网建设的不断完善，输电线路结构不断完善，在中高电压等级输电线路（例如：66kv~220kv线路）中也出现了一批多分支输电线路，多分支输电线路改变了传统中高压输电线路点对点模式，对于行波故障定位而言，就需要对路线进行规划，确定行波传输路径，并选择合适的监测点数据完成故障定位；传统双端行波法用于多分支线路故障定位时，存在以下不足：(1) 不适用于分支线路上的故障定位，由于双端行波定位以点-点形式描述线路结构，无法规划行波传输路径，因此，不适用于分支线路上的故障定位。
3.基于波峰识别确定故障初始时刻，受分支线路交汇点（t阶点）衰减影响较大，会降低行波定位的精度及可靠性。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于二叉树原理的多分支输电线路故障定位方法，该方法通过最短路径规划解决了传统双端行波法不适用于多分支线路故障定位，特别是解决了分支线路上定位问题，通过基准节点间自适应滤波，降低了分支线路交汇点对行波衰减的影响。
5.上述的目的通过以下的技术方案实现：一种基于二叉树原理的多分支输电线路故障定位方法，该方法包括如下步骤：首先是假定输电线路起始点为二叉树的根节点，线路末端以及t阶点均为二叉树上的叶节点，实现对线路的建模描述，当线路故障后，根据各节点故障特征确定基准节点，并通过基准节点间自适应滤波提高故障时刻识别精度，在确定基准节点的基础上，通过反向遍历的方式实现对最短传输路径的规划；步骤一，基于二叉树模型完成多分支输电线路系统建模（1）输电线路起始点为二叉树的根节点，（2）输电线路包括分支线路末端监测设备为二叉树的叶节点，（3）假定输电线路主干与分支线路交汇点为虚拟节点，同样，虚拟节点也作为二叉树上的叶节点，将多分支输电线路描述为从根节点出发的二叉树模型；步骤二，故障特征提取
输电线路故障后，故障产生的暂态行波沿线路传输，行波穿过t阶点时，信号会发生折反射，波形发生畸变，波峰被平滑，因此，多分支线路上不同终端采集到的暂态波形上存在较大差异。通过对信号的小波变换，提取反映高频分量的细节系数，根据细节系数，可以得到以下信息：（1）波峰时刻，（2）波前时刻，即波峰前，达到波峰幅值10%的时刻，（3）波尾时刻，即波峰后，幅值降低到波峰幅值10%的时刻，（4）暂态信号幅值，即波峰绝对值；步骤三，基于自适应滤波的基准节点故障时刻二次计算（1）基准节点选择：在二叉树所有节点中，选取暂态信号幅值最大的节点作为基准节点1，存在以下两种情况： 1) 当暂态信号幅值大于阈值时，选择基准节点1的波峰时刻作为故障初始时刻；2) 当暂态信号幅值小于阈值时，选择基准节点1的波前时刻作为故障初始时刻；在剩余节点中，选择与基准节点1时间相差小于ls/v（ls为故障线路全长，v为行波波速），同时，暂态信号幅值最大的节点作为基准节点2；（2）基于自适应滤波的基准节点时刻识别：提取基准节点1波前时刻至波尾时刻波形，同时，也提取基准节点2波前时刻至波尾时刻波形，当两者长度不同时，基准节点1/2的波前时刻均向前递推一定长度，保证两者波形长度相等；以基准节点1位为参考信号，通过rls滤波对基准节点2波形进行滤波，可以得到滤波后的波形，再选择两者波峰时刻作为节点故障时刻（t1、t2）；步骤四，行波传输路径规划通过步骤三在确定两个基准节点后，则需要确定两个基准节点之间的传输路径，具体是：（1）遍历基准节点1至根节点全部节点，形成传输路线1；（2）遍历基准节点2至根节点间全部节点，形成传输路线2；（3）确定传输路线1与传输路线2交汇的公共节点；（4）确定基准节点1至公共节点间全部节点，确定基准节点2至公共节点间全部节点；（5）将基准节点1与公共节点，以及基准节点2与公共节点之间路径连接起来，即线路的最短传输路径，即可得到基准节点1与基准节点2之间线路长度；步骤五，故障定位计算根据步骤四得到最短传输路径，采用传统双端行波定位即可完成故障定位，式中：式中：分别为故障点到基准节点1、2的距离；（t1、t2）分别为行波到达基准节点1、2的时间，l为基准节点1、2之间的线路长度。
6.有益效果：
1.本发明与现有输电线路行波测距方法相比较，本发明所提方法具有以下优点：(1) 基于自适应滤波对基准节点波形进行滤波及故障时刻的二次运算，一方面降低噪声影响，同时，通过引入参考信号，部分补偿了分支线路传输衰减导致的高频信号损失，提高故障初始时刻识别精度，进而提高总体定位精度；(2) 基于二叉树结构的线路描述及最短路径规划，一方面选择了距离故障点最近的终端完成定位，同时，使得输电线路行波故障定位系统可对分支线路上的故障进行有效定位，解决传统定位中，基于点对点的输电线路模型无法覆盖分支线路上故障的问题。
7.本发明提出了将多分支输电线路描述为从根节点出发的二叉树模型，为后续最短传输路径规划奠定了基础，与传统点对点模型描述输电线路相比，本发明所述方法提出了输电线路主干与分支线路交汇点为虚拟节点，虚拟节点因此也可作为二叉树节点用于路径规划计算。
8.附图说明：附图1是本发明的多分支线路及终端部署情况示意图。
9.附图2是本发明的基于二叉树描述的多分支输电线路线路示意图。
10.附图3是本发明基于自适应滤波的二次计算的自适应滤波前波形（基准节点1、2）示意图。
11.附图4是本发明基于自适应滤波的二次计算的自适应滤波后波形（基准节点1）示意图。
12.附图5是本发明基于自适应滤波的二次计算的自适应滤波后波形（基准节点2）示意图。
13.附图6是本发明的传输路径规划示意图。
14.附图7是本发明的算法流程框图。
15.具体实施方式：实施例1：一种基于二叉树原理的多分支输电线路故障定位方法，该方法包括如下步骤：首先是假定输电线路起始点为二叉树的根节点，线路末端以及t阶点均为二叉树上的叶节点，实现对线路的建模描述，当线路故障后，根据各节点故障特征确定基准节点，并通过基准节点间自适应滤波提高故障时刻识别精度，在确定基准节点的基础上，通过反向遍历的方式实现对最短传输路径的规划；步骤一，基于二叉树模型完成多分支输电线路系统建模（1）输电线路起始点为二叉树的根节点，（2）输电线路包括分支线路末端监测设备为二叉树的叶节点，（3）假定输电线路主干与分支线路交汇点为虚拟节点，同样，虚拟节点也作为二叉树上的叶节点，将多分支输电线路描述为从根节点出发的二叉树模型；步骤二，故障特征提取输电线路故障后，故障产生的暂态行波沿线路传输，行波穿过t阶点时，信号会发生折反射，波形发生畸变，波峰被平滑，因此，多分支线路上不同终端采集到的暂态波形上存在较大差异。通过对信号的小波变换，提取反映高频分量的细节系数，根据细节系数，可以得到以下信息：
（1）波峰时刻，（2）波前时刻，即波峰前，达到波峰幅值10%的时刻，（3）波尾时刻，即波峰后，幅值降低到波峰幅值10%的时刻，（4）暂态信号幅值，即波峰绝对值；步骤三，基于自适应滤波的基准节点故障时刻二次计算（1）基准节点选择：在二叉树所有节点中，选取暂态信号幅值最大的节点作为基准节点1，存在以下两种情况： 1) 当暂态信号幅值大于阈值时，选择基准节点1的波峰时刻作为故障初始时刻；2) 当暂态信号幅值小于阈值时，选择基准节点1的波前时刻作为故障初始时刻；在剩余节点中，选择与基准节点1时间相差小于ls/v（ls为故障线路全长，v为行波波速），同时，暂态信号幅值最大的节点作为基准节点2；（2）基于自适应滤波的基准节点时刻识别：提取基准节点1波前时刻至波尾时刻波形，同时，也提取基准节点2波前时刻至波尾时刻波形，当两者长度不同时，基准节点1/2的波前时刻均向前递推一定长度，保证两者波形长度相等；以基准节点1位为参考信号，通过rls滤波对基准节点2波形进行滤波，可以得到滤波后的波形，再选择两者波峰时刻作为节点故障时刻（t1、t2）；步骤四，行波传输路径规划通过步骤三在确定两个基准节点后，则需要确定两个基准节点之间的传输路径，具体是：（1）遍历基准节点1至根节点全部节点，形成传输路线1；（2）遍历基准节点2至根节点间全部节点，形成传输路线2；（3）确定传输路线1与传输路线2交汇的公共节点；（4）确定基准节点1至公共节点间全部节点，确定基准节点2至公共节点间全部节点；（5）将基准节点1与公共节点，以及基准节点2与公共节点之间路径连接起来，即线路的最短传输路径，即可得到基准节点1与基准节点2之间线路长度；步骤五，故障定位计算根据步骤四得到最短传输路径，采用传统双端行波定位即可完成故障定位，式中：式中：分别为故障点到基准节点1、2的距离；（t1、t2）分别为行波到达基准节点1、2的时间，l为基准节点1、2之间的线路长度。
16.本技术的关键点和欲保护点（1）基于二叉树模型的多分支输电线路定位本技术中，提出了将多分支输电线路描述为从根节点出发的二叉树模型，为后续最短传输路径规划奠定了基础，与传统点对点模型描述输电线路相比，本技术所述方法提出了输电线路主干与分支线路交汇点为虚拟节点，虚拟节点因此也可作为二叉树节点用于
路径规划计算。
17.（2）基于自适应滤波的基准节点故障时刻二次计算本技术提出了基于自适应滤波的基准节点故障时刻二次计算，与直接依靠小波变换系数提取故障初始时刻相比，通过自适应滤波对基准节点波形进行滤波，保证两者波形长度相等。