故障行波全波形时–频特性分析

基于行波信号的故障检测以故障行波的产生、传输特性和折、反射机理为基础。故障行波是一个宽频带阶跃信号,兼具时域和频域的波形特性。融合故障行波时–频域波形,该文提出基于全波形信息的故障行波表现形式,全面刻画行波的传播过程;深度挖掘故障行波全波形与网络拓扑结构、故障点位置和故障点参数的关联,分析折射和反射过程、传输函数和故障点参数对行波全波形传播造成的影响,对区内各点故障和区内、外故障,行波全波形的相似性和差异性进行了定性分析;运用时–频域波形相关系数实现行波全波形的有效辨识,通过大量PSCAD/EMTDC仿真,总结区内不同故障点,区内、外故障以及不同故障点参数,行波全波形相关系数的变化规律,为基于行波信息的故障检测技术搭建了坚实的理论基础。     

基于波形唯一和时–频特征匹配的单端行波保护和故障定位方法

单端行波保护和故障定位方法不需要通信通道和信号同步,降低了投资成本。基于单端检测故障行波波形时–频域唯一性理论,该文从时间–频率–幅值–极性等时–频多尺度观测宽频带行波信号的故障特性;从故障信号传播和折、反射过程的角度,既定性又定量分析了线路内部故障和相邻线路故障时,行波波形特征的时–频相关性与差异性;基于故障行波时–频三维波形,建立故障行波时频谱矩阵,并利用波形特征匹配技术,提出了一种单端行波保护和故障定位方法。综合利用时–频多尺度观测故障行波全景波形,有效克服了现有单端方法,基于局部故障信息而导致保护可靠性不高的缺陷,及对波头与模量波速准确检测的依赖。理论研究和大量算例分析结果表明:该方法实现简单,实用性较强,具有较高的灵敏度和可靠性。     

基于时频域行波全景波形的配电网故障选线方法

为提高配电网单相接地故障选线的准确性和可靠性,提出一种基于时频域行波全景波形的配电网故障选线方法,融合全景故障特征量实现可靠配电网选线.首先,利用S变换提取各条线路时频域行波全景波形,真实展现故障行波全景特征量,详细分析故障线路和健全线路行波全景波形中幅值、频率和极性的差异性和相似性;然后,利用波形相似度原理,对故障线路和健全线路检测的行波全景波形的差异性和相似性进行量化分析;最后,针对各条线路构建相似度关联系数矩阵,通过计算各条线路综合相关系数,放大故障线路和健全线路行波全景波形的差异性,实现准确、可靠配电网故障选线.所提故障选线方法无需人工设置阈值,大量仿真分析结果表明:该方法具有较高的算法适应性,在3k?高阻接地故障下,仍能实现可靠配电网故障选线.     

基于全波形信息的混联线路单端行波定位方法

架空线-电缆混联线路,由于各段线路行波波速度不一致,初始行波波头和故障点反射波难以辨识,传统的故障定位算法无法适用。提出了基于全波形信息的故障行波时-频域表现形式;基于故障信号的传播特性和折、反射机理,定性分析了区段内故障和相邻区段故障,行波波形时-频域相似性和差异性,揭示了故障行波全波形与故障点位置一一对应的本质;基于故障行波全波形信息,截取一定时间窗行波信号,对其经连续小波变换得到各频带系数进行时间间隔划分,得到面积相等的时频小块,进而建立故障行波时频谱矩阵,利用波形特征匹配技术,实现混联输电线路准确故障定位。该方法具有清晰的物理意义,无需行波模量波速,无需提取初始行波波头以及后续反射波,可通用于多端混联输电线路。理论研究和大量算例分析结果表明,该方法原理简单,具有较高的实用价值。     

基于行波全景特征深度挖掘的单端故障定位方法

现有的故障定位方法基于局部波头故障特征,存在微弱故障(过零点附近故障、高阻接地故障)和母线出口处故障定位失败的技术瓶颈。为此,论文提出一种基于行波全景特征深度挖掘的单端故障定位方法。首先,基于时频域行波全景波形,理论和仿真论证了时域各次波头到达时序能反映不同故障区段,各次波头频率分布能反映故障位置,定性分析了行波全景波形与故障位置一一对应的映射机理,论证了行波全景波形唯一性理论;然后,以时频域故障全景波形为输入特征量,利用轻量级LeNet-5模型构建卷积神经网络(convolution neural network,CNN),并采用3×3小尺寸卷积核挖掘全景波形故障特征,建立全景波形特征量与故障距离的映射关系,实现精确故障定位;最后,利用激活热力图可视化技术展现CNN各卷积通道挖掘全景波形故障敏感特征,有力论证了所提方法具有强适应性的内在原因。仿真结果表明该文所提方法具有较高的定位精度,特别是针对微弱故障和母线出口处故障具有较强的算法适应性,故障定位平均绝对误差为99.855 m。     

基于行波波形综合相似度比较的电缆故障选线

针对现有小电流接地故障行波选线方法高度依赖行波初始波头的不足,通过分析三芯电缆故障行波折、反射过程,提出了基于行波电流波形综合相似度比较的小电流接地系统电缆故障选线方法.该方法首先利用S变换提取电缆故障产生的金属护层接地线行波电流时频信息,然后构造行波电流信号的时频能量矩阵和波形相似度矩阵,进而根据波形相似度矩阵计算每...     

基于Prony算法的固有频率法输电线路故障定位

输电线路发生短路故障时,将会产生故障暂态行波.行波在频域上表现为一定的谐波形式,称为行波的固有频率.固有频率包含故障点位置信息,准确提取固有频率能实现输电线路的故障定位.针对传统的FFT算法频域分辨率不高,不能准确提取行波固有频率的问题,提出利用拟合精度较高的Prony算法提取固有频率.EMTDC联合MATLAB仿真结...     

基于行波全景故障特征自辨识的高阻接地故障检测方法

受故障信号微弱、配电网存在噪声干扰等因素的影响，高阻接地故障情况下行波波头提取和检测困难，导致基于行波信号的高阻故障检测方法可靠性不高。针对上述问题，提出一种基于行波全景故障特征自辨识的高阻接地故障检测方法。首先，借助行波全景波形对高阻接地故障与正常暂态扰动电压行波信号的时-频差异性进行分析；然后，搭建卷积注意力模块-卷积神经网络（convolutional block attention moduleconvolutionneuralnetwork,CBAM-CNN）模型，使其较传统的卷积神经网络（conrolutionneralnetwork,CNN）模型更具抗干扰能力，将行波全景波形以灰度图形式输入卷积神经网络，实现对多维故障特征的提取与利用；最后，在PSCAD上搭建10 kV配电网模型进行各种故障条件下的仿真分析。结果表明：所提方法能够可靠检测高阻接地故障，抗噪性能良好，且不受故障位置、过渡电阻、初相角的影响，大大提高了基于行波信号的高阻接地故障检测方法的可靠性与灵敏性。     

基于数学形态学的输电线路行波保护研究

提出一种利用数学形态学处理行波波形并实现行波保护的方法。该方法利用数学形态学多分辨形态梯度检测故障暂态行波。利用数学形态学分析故障波形时不存在相移,而且只涉及到布尔运算,运算速度快,不但能定位故障时刻,而且还能检测波形奇异点的极性。行波保护的可实现性强。仿真同时表明了基于多分辨形态梯度分析检测算法的准确和有效性。     

基于行波波形相关性分析的直流输电线路纵联保护方案

直流输电线路差动保护易受故障暂态影响,动作速度慢,有必要研究性能更为优越的纵联保护方案。通过对线路区内、区外故障行波传输过程的分析可知:区外故障时,故障侧前行波与非故障侧反行波为同一行波,波形呈现很强的相似性;区内故障时,一侧的前行波与另一侧反行波为不同行波,波形相似度很小。根据此特征差异,提出了一种基于行波波形相关性分析的快速纵联保护方案。仿真结果表明,所提出的纵联保护方案能够快速识别区内、区外故障,准确检测高阻接地故障,正确判别故障极,适用于不同电压等级直流输电工程,且对数据同步性要求不高。     

基于参数优化VMD和TET的柔直线路单端故障测距方法

单端行波故障测距方法在考虑频变波速影响时需要提取故障行波时频域特征,但现有方法存在时频分辨率较低、波头识别困难和波速计算不准确的问题。为此,提出一种基于参数优化变分模态分解(variationalmode decomposition, VMD)和瞬态提取变换(transient extraction transform, TET)的单端故障定位方法。首先,利用麻雀搜索算法(sparrow search algorithm, SSA)优化VMD参数,提取含有故障特征的高频模态分量。然后,对该模态分量进行瞬态提取变换,通过去除短时傅里叶变换中模糊的时频能量,保留与信号瞬态特征密切相关的时频信息,得到故障行波时频域全波形。最后,在故障行波全波形中提取主频分量并标定初始波头与第二反射波头,通过计算主频分量下的波速度,结合行波定位方法实现单端故障测距。在PSCAD/EMTDC中搭建四端柔性直流电网的仿真结果表明,所提算法对过渡电阻和噪声具有较强的耐受性,即使在较低采样率下也能实现准确的故障定位。     

基于SR-VMD的微弱故障行波检测方法

为解决配电网行波波头检测困难的问题,提出一种基于随机共振-变分模态分解(SR-VMD)的行波信号检测方法。利用粒子群优化的变尺度SR对行波信号进行预处理,有效提高输出信号的信噪比。利用VMD算法将输出信号进行自适应分解,应用到故障定位中。用Teager能量算子(TEO)对行波波头进行标定,代入测距公式得到故障距离。仿真结果表明,该方法能在噪声背景下实现故障信息的提取,有效提高了故障测距的精度,尤其是高阻接地和电压过零附近接地的精度。     

基于VMD与广义S变换的HVDC线路故障定位

针对高压直流输电线路故障定位中存在的输电线路长、故障概率大、测距精度不高以及故障波形含有噪声等问题,提出了VMD分解与广义S变换结合的高压直流输电线路故障测距算法。首先通过变分模态分解(Variational Model Decomposition,VMD)对含噪声的行波信号进行VMD分解,滤去噪声并获得最优模态分量。然后采用广义S变换(Generalized S-transform,GST)计算最优模态分量,生成高时间分辨率S矩阵。并选取S矩阵中的高频分量,识别该频率分量的波形突变点,从而获取故障初始行波到达时刻。最后通过测距公式获得故障距离。PSCAD/EMTDC仿真表明,所提方法受过渡电阻影响很小,不同故障距离的测距精度很高。经过现场故障行波数据的验证,可以实现在线路范围内快速准确的故障定位。     

基于Wigner-Ville时频分析的行波信号检测方法

针对行波信号的准确有效检测,结合专用行波传感器进行故障信号的测量,提出了一种基于Wigner-Ville时频分析的行波检测方法。该方法通过系统建模仿真分析输电线路、阻波器、CVT和专用行波传感器对故障行波信号的传变特性,应用Wigner-Ville分布对所测行波信号线模分量进行时频特征分析,利用交叉项时间聚集特性选取能量主频带,然后求取能量主频带演变谱,实现行波信号检测。仿真结果表明,在不同输电线路故障情况、噪声干扰、最低要求采样频率以及通过专用行波传感器测取信号情况下,该方法对比WT和HHT方法,能更加准确有效检测故障行波信号,并且利用该检测信号所得故障定位结果满足工程精度要求。     

基于ARIMA的矿山电网故障暂态行波波头辨识及故障测距

由于矿山电网含有大量的整流设备及非线性负载,运行时含有稳定的高次谐波分量和高频噪声,同时矿山电网多为短距离线路,故障后产生的暂态信号与原有高次谐波混叠严重,给行波故障测距带来了极大的困难。通过分析矿山电网故障行波的时域特征,提出基于整合移动平均自回归模型(ARIMA)对行波波头到达前的高频周期信号进行预测,并结合波头到达时刻的真实波形得到波形残差,同时对残差进行平稳性校验,通过行波波头到达时刻前后残差平稳性的不同确定准确的波头到达时刻,进而实现行波故障测距。利用低压电缆网络仿真实现矿山电网故障,仿真结果表明:与小波变换与经验模态分解相比,所提方法能够准确辨识行波波头,且不易受故障状况和噪声的影响,能有效提升行波可行性及精度,尤其适用于含有整流设备及非线性负载矿山电网故障测距。     

基于波形相似度分析的直流输电线路故障测距

为了克服行波测距原理耐受过渡电阻能力较弱以及所需采样率过高的缺陷,提出了一种基于波形相似度分析的直流输电线路故障测距方法。基于正向、反向差电流与故障点电流的函数关系,利用Pearson相关系数分析2种差电流波形相似性并提取故障位置的相关信息。所提方法利用线路两端电压、电流的时域信息,受过渡电阻影响较小,具备较强的抗噪声能力,可靠性高。经过PSCAD/EMTDC仿真验证,所提方法能够实现线路全长的准确故障定位。     

固有频率与行波时域定位结合的多端直流混合输电线路故障定位方案

为解决多端直流混合输电线路故障定位以及传统故障定位存在的波速影响的问题,本文对不同拓扑结构的线路提出定位方案。利用变分模态分解与Teager能量算子结合固有频率和行波时域定位确定了新型的定位方案,同时利用固有频率识别不同拓扑下的故障区域,并将Schavemaker电弧模型应用于弧光高阻故障影响分析中。PSCAD/EMTDC平台仿真结果表明,本文方案能准确定位不同区段的故障,综合的定位误差为+/-500 m。在方案稳定性分析中,结果表明在高阻、高噪声以及弧光高阻情况该方案仍能表现良好。最后,将本文方案与行波双端时域定位方案对比,本文方案可有效避免线路参数变化的影响。     

基于差值矩阵的多端输电线路故障定位研究

针对现有多端输电线路故障行波检测困难、定位精度不高、判定算法复杂等问题,提出一种基于变分模态分解(VMD)算法和Hilbert变换相结合的行波检测法和一种基于差值矩阵的多端输电线路故障行波定位算法。首先通过行波传感器采集故障行波信号,利用VMD分解算法对故障行波进行分解,结合Hilbert变换提取模态分量IMF1的瞬时频率,根据第一个瞬时频率的奇异点位置确定故障行波的达到时刻。然后利用行波到达各端的时间和行波传输原理,得到多端输电线路故障分支判定矩阵。最后根据故障分支判定矩阵确定故障支路,实现故障点的精确定位。ATP/EMTP仿真结果表明,所提检测方法能够准确检测故障初始行波的到达时间,多端输电线路定位算法能够准确判定故障支路,相比于HHT检测方法下的定位算法,进一步提高了定位精度。     

基于多模量行波分量相位关系的输电线路单相接地故障定位

为了充分利用模量行波首波头相位信息,克服传统模量行波首波头辨识方法的误差,基于模量行波在输电线路上传播时的畸变特性和色散效应,提出利用双端测量点零模和线模电压行波首波头中同一高频分量相位关系进行单相接地故障定位。所提方法无需双端精确同步,也不依赖于模量行波到达时刻和波速信息。利用PSCAD搭建输电线路模型并进行故障仿真,仿真结果表明了所提方法的有效性与可靠性。     

脉冲注入法和单端故障行波法相结合的直流输电系统接地极线路故障测距

分析了直流输电系统在单极运行方式下,接地极线路故障暂态行波和外部注入脉冲信号在接地极线路上的传播过程。以此为基础,提出一种将脉冲注入法和单端故障行波法相结合的接地极线路故障测距方案。首先通过在换流站直流中性母线处监测接地极线路故障暂态行波识别线路是否发生故障,在线路故障暂态过程结束后从中性母线向线路注入脉冲信号。根据脉冲注入法得到初步测距结果,并以此确定故障区段。然后,根据确定的故障区段,进一步用单端故障行波法再次获得测距结果。最后,对两次测距结果取平均值,作为最终测距结果。以PSCAD/EMTDC为仿真平台,搭建了直流输电系统在单极运行方式下的接地极线路故障测距仿真模型。并借助Matlab对仿真波形数据进行分析,表明所提出的接地极线路故障测距方案是可行的。