高压直流输电线路故障识别的分形算法

对高压直流输电线路内部、外部故障进行仿真计算和分析发现:由直流输电线路平波电抗器和直流滤波器构成的物理实体边界对高频分量具有很强的衰减作用,使得外部接地故障下直流输电线路两端量测的故障线模电压短窗时域波形极为平滑,其分形维数为1;而内部接地故障下线路两端量测的故障线模电压短窗时域波形的高频含量高,其分形维数远大于1。据此,形成以单端故障线模电压的分形维数计算为基础的直流输电线路故障识别算法。大量PSCAD仿真实验表明,所提算法有效、可靠。通过对高、低阻故障下的波形特征及其盒维数计算机理的分析,揭示了所提算法具有耐受高阻能力的原因。     

基于RS维数的小电流接地系统故障选线和定位

建立了基于线路分布参数的单相故障零序等效模型,通过分析故障/非故障线路的暂态零序电流,得到了它们的内在特性在低频段内,故障线路零序暂态电流幅值大于非故障线路的,并且随着故障距离的增加而幅值呈一定规律减小.不同内在特性必然导致不同的外在表现.根据分形维数由信号波形的频谱分布决定的特点,给出了故障选线的RS维数判据和故障定位的RS表达式.与其他方法相比,它的理论模型精确,选线简单,定位精度高,不受CT极性影响,能较好地反映出线路的暂态特性和电流波形特点.大量的仿真试验也证明此方法有效.     

基于RS算法的同步发电机定子绕组内部故障分析和保护

基于RS分析方法利用分形维数对同步发电机定子绕组内部故障的稳态和暂态过程进行了研究,通过对计算机仿真数据和动模实验数据的分形维数分析,得出两个有用的规律:故障信号暂态波形的分形维数是内部故障类型的定量表达,且与其频谱分布相关性很强;故障信号稳态或暂态波形的分形维数反映了故障前后电机状态的变化,可以作为电机故障检测的判据,但在实际应用前这种方法必须同其他方法结合.最后,提出了利用分形维数检测发电机异常状态,并使用发电机端部负序功率的流向区别内外故障的新方法.该方法用来检测故障和输出跳变信号的总时间在50Hz信号的半个周期内,能双重区别内外部故障,为发电机定子绕组内部故障保护和诊断提供了新思路,具有很好的应用潜力.     

基于改进小波阈值函数的典型输电线路故障波形去噪分析

故障测距技术是线路抢修和恢复供电的关键技术之一,目前大多数故障测距技术需要准确的故障波形。采用ATP-EMTP程序模拟了10 kV配电线路弧光接地、高阻接地以及500 kV单相金属性接地、两相短路和三相接地故障,获得了相应典型故障波形。提出一种基于Logistic函数的小波阈值函数,并应用于上述五种典型的故障波形的去噪分析中,与常规的硬阈值、软阈值的去噪效果对比表明,所提方法可以较好地对输电线路典型故障波形进行去噪处理。     

基于分形盒维数的输电线路故障识别研究

研究了基于分形盒维数的输电线路故障类型识别的方法。应用ATP-EMTP对输电线路在不同故障进行仿真,计算并分析故障线路各相暂态电压的分形盒维数,提出了故障类型识别的判据方法。计算结果表明,基于分形盒维数识别方法提取输电线路的故障特征量是可行和有效的。     

架空线-电缆混合线路故障行波信号识别的研究

针对架空-电缆混合线路中的高阻瞬时接地故障和架空线路雷击故障,提出采用电流故障行波的2个特征频带中的频谱能量比和波形系数来有效区分雷击非故障与雷击故障、高阻弧光接地故障的思想。利用电磁暂态软件建立仿真模型对架空-电缆混合线路的各种雷击情况进行了仿真,并且对故障行波信号进行了识别研究。仿真结果表明,采用的雷击识别方法可以有效识别不同类型的故障。     

发电机旋转整流器故障的分形和动态测度诊断

针对励磁机励磁电流频谱存在的故障频率成分随机偏移、不便于在线提取的问题,结合分形理论与动态测度的概念提出了一种无刷发电机旋转整流器故障诊断方法.根据励磁机励磁电流采样信号的特点,确定了分形无标度区,给出了盒维数算法.分析了噪声环境下信号极值点和动态测度的关系,得到了励磁机励磁电流信号波动幅度的算法.最后通过盒维数-波动幅度的平面投影图来检测和识别故障.对实验波形的计算结果表明,盒维数能够定量描述波形的复杂度和不规则度.运用动态测度可以快速准确地得到波形的波动幅度.盒维数和波动幅度相结合能够识别不同故障情况下励磁机励磁电流的时域波形特征,且诊断结果对发电机转速的随机偏移不敏感,算法计算量小,克服了传统谐波分析方法的不足.     

基于多重分形谱的高压直流输电线路区内外故障识别方法

对高压直流输电线路区内、区外故障进行仿真计算和分析发现:由直流输电线路平波电抗器和直流滤波器构成的物理实体边界对高频分量具有很强衰减作用,使得区外接地故障的直流输电线路两端量测的故障线模电压短窗时域波形极为平滑,即高频含量低,而区内接地故障的线路两端量测的故障线模电压短窗时域波形的高频含量高。利用短时窗内线路单侧故障电压计算每次分割形成的多重分形集上各个子集的质量分布概率分布的不均匀程度,区外故障时小于1,区内故障时远大于1。据此,提出了以多重分形谱中质量分布概率分布的不均匀程度作为区内外故障甄别算法。大量的PSCAD数字试验表明,该算法可靠有效,耐受高阻能力强。     

谐振接地系统虚幻接地的辨识和综合选线方法

发生单相接地故障时,在零模电压与其差分构成的平面上相邻点之间的欧氏距离大于发生虚幻接地情况时的欧氏距离,借此原理实现虚幻接地的识别。谐振接地系统线路发生接地故障时,健全线路的暂态零模电流波形之间有很强的相似性,而故障线路与健全线路的暂态零模电流波形之间差异显著。取故障后1/4工频周期作为分析时窗,采用分形盒维数和相对能量熵2个测度来定量表征故障线路和健全线路零模电流波形形态差别进行选线,并采用K-means聚类算法实现对线路的故障辨识。仿真分析表明,所提选线方法能够可靠地选出故障线路。将大量的历史故障数据作为样本映射到故障线路辨识平面,可提高其故障选线可靠性。     

高压线路单相弧光接地对数仿真模型数据修正算法

受污闪、山火等因素影响,中性点接地高压输电线路易发生单相弧光高阻接地故障,但总体来讲现场获取的故障数据仍然严重不足,制约了弧光接地故障检测及保护技术的研究。人工弧光高阻接地故障实验成本较高,也难以普及应用。针对该问题,文中基于可直接表征电弧燃弧V-I特征的对数电弧模型,详细分析了该模型仿真数据和录波数据的差异性,针对该模型所表征出的电弧V-I特征未能反映实测录波数据中V-I相角差的问题,提出了一种对该模型仿真数据进行修正的数据处理算法,修正后的数据波形具有和真实录波V-I曲线更为接近的外特征,为后续弧光高阻接地故障的研究提供了数据支撑。     

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。     

铁路自闭/贯通线路故障行波测距技术

针对自闭，贯通线路的结构特点，章提出了利用故障产生的电压行波信号测量短路和接地故障距离的新方法，解决了单独母线供电、中性点为不接地的系统，由于线路长、环境恶劣，单相接地故障频繁发生、故障位置不易查找的问题。     

基于小波包能量谱的电网故障行波定位方法

为减少电网故障行波传播色散特性对行波波头检测和波速测量的影响,提高电网故障行波定位的准确度,提出了基于小波包能量谱的电网故障行波定位方法。该法结合小波包技术与傅立叶变换的谱分析,对行波信号进行分析,提取能量相对集中的故障频带信号进行故障行波定位计算;行波到达时间由该频带相应尺度下的小波包能量时谱提取的行波特征点位置计算;该频带行波传播速度由输电线路两端对外部扰动的实测行波数据计算。大量的电网故障行波定位ATP仿真分析结果和现场实验测试分析表明,该电网故障行波定位方法能有效提取电网行波特征信号,减少行波传播色散特性和线路长度变化的影响,定位误差<200m。     

经验模态分解奇异性检测的配电网混合线路测距方法

含架空线和电缆的配电网混合线路发生故障时,故障行波信号传播复杂,波头识别困难。提出一种分形维数与经验模态分解（EMD）奇异性检测结合的配电网混合线路单端行波测距方法。对故障产生的行波信号进行分形滤波后,利用经验模态分解方法提取出高频信号的固有模态函数（IMF）,进行奇异性检测实现行波波头的准确标定,最后利用A型行波测距原理实现配电网混合线路的故障测距。PSCAD仿真结果表明,该方法具有较高的准确性和可靠性,能够有效识别出混合线路中故障点反射波和对端母线反射波,实现故障测距。     

基于小波分析的电力电缆行波故障测距

提出了基于小波分析的电力电缆行波故障测距方法。该方法向待测电力电缆注入脉冲电流,利用小波分析对采样信号进行多分辨分析,得到模极大值点的位置,也就是采样信号突变点的位置,该突变点的位置反映了故障点的位置,从而实现电力电缆的故障测距。ATP/Matlab下的仿真计算结果表明,较之于传统的行波测量方法,该方法可以准确识别反射脉冲,降低电缆线路分支和近区故障反射波对测量精度的影响,测距精度不受故障类型的影响,测距误差小于一个采样距离。     

架空-电缆混合输电线路故障定位方法综述

对国内外学者关于架空线-电力电缆混合线路故障定位的研究进行了梳理和综述。首先分析了混合线路故障定位存在的特殊问题,然后对架空-电缆混合输电线路故障定位方法的研究现状进行了总结。现有的混合线路故障定位方法有故障分析法、行波法、频率分析法以及智能法等。其中,故障分析法和行波法的准确性主要受混合线路参数不均一的影响,行波法因故障行波会在线缆连接点处发生复杂的折反射过程而导致反射波头难以识别。对于频率法,能否准确地确定故障暂态信号的固有频率值将直接影响其故障定位精度。智能法需对样本集进行离线训练,且需存储大量数据,应用起来较为困难。最后,对下一步需要开展的研究工作进行了展望。     

（20期已排）基于聚类经验模态分解和差分熵的输电线路故障测距研究

为提高输电线路的故障测距精度,本文提出了一种基于聚类经验模态分解(EEMD)和差分熵(DE)的输电线路故障行波测距方法。首先利用改进的差分熵信号处理方法对输电线路电流进行熵值计算,通过与正常电流熵值的对比,判断电流是否发生突变。然后采用EEMD分解对发生突变的故障电流进行处理,有效去除故障信号中的噪声,避免模态混叠,获取准确反映故障信息的IMF分量。随后对分量实行差分熵方法中的差分分析,将电流的变化幅度进行有效量化,并建立每个信号点的变化程度与时间的对应关系,从而解决波头位置难以确定的问题,获得故障初始行波到达每个监测点的准确时间。最后利用行波双端法,实现输电线路的故障测距。仿真结果表明,该方法能够较好地解决故障测距时存在的信号噪声和波头测量时间不准确的问题,有效提高故障测距的精度。     

基于分布式行波测距的输电线路故障诊断技术研究与应用

对影响输电线路行波故障测距准确性的行波衰减、畸变现象进行研究,实现输电线路故障诊断的准确定位。通过研究分布式采集故障行波的方法,获取准确的行波信号;结合行波波速的在线测量值,探讨造成测距误差的相关因素,并设计建立了输电线路故障诊断系统。该系统2012年在广西电网某110kV输电线路进行安装应用,成功实现了对该线路的故障定位和原因辨识,达到了预期效果。     

基于静态小波变换的 T 型输电线路行波测距方法

针对现有 T 型输电线路行波测距算法易受行波波速影响的不足,提出一种新的 T 型输电线路行波测距方法.采用 Clarke 变换将相电流转换为独立的模电流,对模电流进行静态小波变换(static wavelet transform,SWT)处理,实现各行波浪涌到达各母线端时刻的标定.首先利用首波头到达三端母线的3个初始时刻定义隶属度,给出利用隶属度实现故障支路判别的判据.运用已有的两端测距公式推导三端测距公式,实现 T 型线路故障点测距.研究了 T 节点附近的3种可能性故障情况,提出三次测距方法,使 T 节点附近故障测距问题得到很好的解决.与现有测距方法相比, SWT 具有时间不变性,故障点的测距过程中充分利用 T 型输电线路的三端测量数据,测距公式中不含波速,因此,所提方法具有测距可靠且精度高的特点. ATP/EMTP 仿真验证表明,所提 T 型输电线路行波测距方法简单可行,且不受过渡电阻、故障类型等因素的影响     

LCC-VSC混合直流输电线路的组合型单端故障定位方法

电网换相换流器—电压源换流器(LCC-VSC)混合直流输电线路中的故障行波传播特性有别于常规直流和柔性直流的输电线路。文中针对混合直流输电线路分析了行波折反射过程及两端边界反射角的频变特性,确定了单端法故障定位装置的合理安装侧,提出了一种组合型单端故障定位新原理。首先,利用定位精度略低的固有频率法进行故障位置初测,以此粗略计算故障点第1次反射波的大致到达时刻。然后,再利用故障点反射波与对端母线反射波的波到达时刻的对称性质在行波传播时序图中匹配找到这2种反射波的精准波到达时刻。最后,根据初始行波、故障点第1次反射波和对端母线第1次反射波到达时刻实现故障定位。仿真实验表明,固有频率法的引入有效避免了由于无法准确区分故障点第1次反射波与对端母线第1次反射波所带来的定位误差,所提方法在LCC-VSC混合直流输电系统中能实现较准确的故障定位。