EMD分解结合维纳滤波的电压行波精确检测方法

行波在行波传感器传变过程中产生的波形畸变会导致暂态信息的缺失,因此如何精确检测电网一次行波信号对行波技术有着重要的意义。采用经验模态分解将专用电压行波传感器检测到的二次行波分解为不同频段的固有模态函数分量;构建专用电压行波传感器的正演传递函数模型,由正演传递函数模型推导出反演模型;基于反演模型利用维纳滤波反演算法对各固有模态函数分量进行反演,然后将反演后的固有模态函数分量合成,得到反演一次行波信号。仿真结果表明,该方法能真实还原一次行波信号,实现故障暂态行波时频信息的精确检测,有效解决二次行波部分暂态数据缺失问题。     

基于L1正则化反演的电压行波高精度检测方法

针对电压行波传感器二次侧故障行波信号不能真实反映电网一次行波波形特征的问题,提出了一种基于L1正则化反演的电压行波高精度检测方法。首先,分析了行波传感器的非理想传变特性,揭示了一、二次行波信号的波形差异性。在此基础上,提出利用小波包变换对观测信号进行多尺度分解,并对各频段信号分别进行反演的方法,从而减小由行波传感器引起的畸变误差。其次,在反演模型中引入L1正则化约束对模型进行稀疏性刻画,使反演结果更能体现真实故障波形特征。最后,利用快速迭代收缩阈值算法(fast iterative shrinkage-thresholding algorithm, FISTA)进行迭代求解,将各分量的反演波形线性叠加,实现故障行波信号的精确还原。仿真和实验结果表明：与直接反演相比,所提方法能够实现故障行波在时域和频域上的高精度真实测量,在微弱故障和噪声环境下也能获得较为精确的反演结果,具有一定的工程应用价值。     

基于自适应黑盒反演的行波精确检测方法

针对故障行波信号经行波传感器传变后发生波形畸变、不能真实反映一次侧行波波形特征的问题,提出了基于改进步长最小均方误差(LMS)自适应反演算法的行波波形精确检测方法。首先,搭建IEEE 9节点标准测试模型和传感器模型,获取输电线路在不同故障位置、初相角、过渡电阻和故障类型下的一、二次行波信号;接着,利用变步长LMS自适应算法训练一、二次信号,找到一、二次信号之间的传变关系,建立黑盒反演模型;然后,考虑到实际二次行波信号中存在噪声,引入小波阈值去噪方法对检测的二次行波进行预处理;最后,利用黑盒模型进行反演得到一次行波。仿真和实验结果表明,该方法无须借助传感器传递函数求解反演模型,可避免传递函数不精确对反演结果产生的影响,有效提高行波检测的真实性,推进行波技术的实用化。     

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Rogowski线圈的新型电压行波传感器

现有行波传感器的行波传变一致性较差,影响故障行波定位准确度。文中研究了一种基于Rogowski线圈原理的印制电路板(PCB)式电压行波传感器。给出了Rogowski线圈的高频工作特性,研究了PCB行波传感器的结构和工作原理,推导出了PCB行波传感器互感系数的计算方法,并分析了行波传感器的抗外磁场干扰机理,为有效检测行波信号提供了理论依据。该PCB行波传感器具有结构新颖、频带响应宽、一致性好、抗干扰能力强等优点。仿真和测试实验表明,PCB行波传感器能有效提高行波精确检测的一致性,可靠传变高频暂态行波信号。     

奇异值分解理论和小波变换结合的行波信号奇异点检测

准确检测故障行波信号的奇异点是行波故障测距的关键。现场故障行波信号通常含有大量噪声,有些情况下单独使用传统的小波变换将不能有效检测到信号的奇异点。为解决强噪声情况下故障行波信号奇异点的检测问题,提出了基于奇异值分解理论和小波变换的故障行波信号奇异点检测方法。通过构造重构的吸引子轨迹矩阵,并由Frobenious范数意义下的最佳逼近矩阵可以得到除噪后的信号序列,对所得信号序列进行奇异性检测得到信号序列奇异点。仿真结果表明,该方法在强噪声情况下可以去除噪声影响,并且保持信号的奇异性,准确检测到信号的奇异点。     

电压行波传感器的高频传变特性分析

为了研究电压行波传感器的传变特性和各项性能指标,对电压行波传感器的工作原理和理论模型进行分析,并搭建仿真模型进行验证。仿真验证表明,提出的电压行波传感器集中式模型能有效传变和提取高频行波信号,为进一步进行行波故障定位与保护奠定了理论基础。     

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。     

基于暂态电压的故障定位系统研制与应用

研制了一种基于暂态电压的高准确度故障定位系统,该系统采用专用的行波传感器模块,无需高速采集系统,采用硬件提取故障行波波头,起动、记录GPS时间,进行故障定位,并实时统一地在互联电网变电站的定位装置之间进行通信,形成故障定位系统,完成基于整个电网的所有线路的故障定位。同时,设计了对母线三相电压波形进行方波化,实时测量三相电压波形过零点绝对时间,由线路两端测量的时间差进行相角计算。该故障定位系统已经在110 kV以上输电线路上投入运行。结果表明,该系统测量准确度高,运行稳定可靠。     

空间行波传感器的安装位置寻优

为了提高空间行波传感器对故障行波信号检测的可靠性与检测精度,提出了一种寻找空间磁场行波传感器最佳安装位置的方法。该方法以传感器检测点磁场分布的数学模型为基础,通过极坐标系形式对输电线路故障后的磁场变化情况进行分析,发现当检测点的磁场变化在极坐标系中表现为圆形时检测误差最小,据此在不同输电线路排列方式情况下分析计算了最佳检测点位置。仿真结果表明,在文中方法求取的最佳检测点位置能有效检测故障行波信号,检测可靠性高,对故障定位精度有较大提升,有望进一步推动行波技术的实际应用。     

基于卡尔曼滤波的行波波头检测算法研究

为了解决采用暂态行波对电力线路发生的故障进行定位时行波波头不易提取的问题,引入卡尔曼滤波算法进行行波波头检测。依据实际行波信号的特点建立故障电压行波模型,采用卡尔曼滤波的递推算法对模型中的基频以及各次谐波分量进行滤波处理,将得到的滤波结果在原信号的基础上进行消减即得到包含有行波波头信息的信号。建立系统发生单相接地故障模型,对模型中的故障行波信号应用该检测方法进行波头信息提取,仿真分析结果表明:所提出的方法能够有效地检测到行波波头,具有很好的实用性。     

一种高压电网电压行波信号的提取方法

行波信号的有效提取是高压电网行波保护和行波故障定位的前提,针对传统电容式电压互感器不能传变暂态高频信号的缺陷,提出了一种电压行波信号的提取方法。利用电容式电压互感器或电流互感器的套管末屏电容,设计了电压行波提取电路,考查了其频率响应特性。利用EMTDC分别仿真了提取电路对不同频率段、不同故障初始角和不同故障电阻的暂态电压信号提取响应,理论分析和仿真结果表明:该方法能够有效地提取暂态高频信号,正确反映一次侧特定频带的电压行波特征,很好地解决了行波保护或暂态量保护及故障定位中暂态电压行波提取的难题。     

基于分数阶Tikhonov正则化方法的 电弧反演研究

有触点开关电器在分断电路时将不可避免地产生电弧。该文建立了直动式触头系统开断下的三维电弧模型,将电弧假设为电流折线集合。基于毕奥萨伐尔定律,通过正演分析获得电弧周围测磁平面的磁场分布,并根据磁场反演电弧电流密度分布。为了提高电流重建精度,采用Tikhonov正则化方法求解基于电磁逆问题建立的不适定方程组。考虑到标准Tikhonov正则化方法的最小二乘解由于滤波算子的作用而丢失重建数据的细节使得解过于平滑,采用分数阶Tikhonov正则化方法来提高解的精度,并基于Morozov偏差准则求取正则参数。反演结果表明,通过降低阶数α可减缓滤波算子的收敛速度,提高解向量范数而逼近精确解。同预设值相比,在施加标准差为0.001的测磁干扰下,电弧反演的最大相对误差为21.16%,平均相对误差为8.99%,重建精度高于标准Tikhonov方法与截断奇异值分解法,反演结果能够反映电弧分布趋势。     

基于小波分析的电缆故障行波测距仿真研究

为了实现电缆故障的精确定位,将小波变换模极大值与信号奇异性关系的理论应用于检测电缆故障行波信号。借助电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC,以35kV交联聚乙烯单芯电缆为原型,建立电力电缆故障仿真测试模型。采用Daubechies小波对故障测试波形进行多尺度、多分辨率分析,仿真结果表明利用小波变换的时频局部化特性能够有效聚焦到电缆故障行波信号中脉冲的起始点,为提高电缆故障定位精度提供了有效的检测方法。     

基于信号频谱特性的配电网故障行波检测方法

针对配电网干扰情况下微弱故障信号特征不明显导致行波采集设备难以有效检测故障行波信号的问题,提出一种基于信号频谱特性的配电网故障行波检测方法。首先,通过分析配电网故障行波的传输特征与频率特性,建立基于波形增量比值的启动判据,对设备采样数据进行预处理,减少行波定位装置的误启动。然后,引入鲁棒性局部均值分解(robust local mean decomposition, RLMD)方法处理采样数据,滤除采样过程中的干扰信号,减少噪声信号的影响。最后,根据行波低频含量衰减较小而高频含量衰减快的性质,建立故障行波辨识判据,辨识配电网故障行波信号。仿真表明,所提方法能够有效检测微弱故障时的行波信号。     

现代行波测距技术及其应用

介绍了利用电压、电流行波进行线路故障测距的方法。单端法是测量故障产生的行波在故障点及母线之间往返一趟的时间来计算故障距离,双端法利用故障行波到达线路两端的时间差测距。阐述了故障行波信号的测量、超高速记录、行波脉冲的小波检测以及双端装置时间精确同步等关键技术问题的解决方案以及行波测距技术实际应用中的若干问题。     

利用行波波形改进编辑距离的柔性直流输电线路后备保护方案

针对行波主保护在低信噪比、高过渡电阻情况下保护方案失效的问题，该文提出一种利用小波阈值降噪和改进编辑距离算法的直流输电线路后备保护方案。根据噪声信号与故障信号小波系数差异较大的特性，采用小波降噪方法对故障行波信号进行降噪预处理。区外故障时线路两侧行波波形相似度较高，区内故障时相似度较低。根据此特性，提出一种改进的编辑距离算法，克服数据不同步和异常值的影响，实现线路两侧故障行波波形相似度的精确计算，建立故障识别判据。仿真实验结果表明，该算法能够准确地识别区内外故障，相较于原始的编辑距离算法和不同双端保护方案，具有更强的抗噪声干扰和耐受过渡电阻能力。     

煤矿35 kV配电线路行波故障测距技术

为解决煤矿供电系统中35kV线路故障点不易查找的问题,提出了综合利用母线端检测到的故障初始电流行波和线路末端检测到的故障初始电压行波实现线路故障快速定位的新方法。分析发现,线路单相接地和相间短路故障都产生行波线模分量,因此对各种类型故障都可采用参数稳定的线模分量作为测量信号,利用可靠的双端行波测距法测量出故障点位置。简要介绍了行波故障测距系统的构成及基本工作原理,详细阐述了行波信号的获取、超高速数据采集、时钟精确同步以及故障测距精度的提高等关键技术问题的解决方案。现场试验证明了所提方法的正确性。     

基于混合Lanczos-Tikhonov算法的绝缘子表面电荷反演计算

表面电荷反演计算是表面电荷密度分布测量的重要环节。该文针对盆式或锥形绝缘子这类平移变化系统,引入迭代正则化方法,提出了基于Lanczos双对角化与Tikhonov正则化算法混合方法的表面电荷反演算法。通过Lanczos双对角化将电位-电荷之间的矩阵运算投影至维数更小的子空间后,应用Tikhonov正则化求解子空间投影最小二乘问题,大大减小了矩阵的计算量;同时引入自适应加权广义交叉验证（A-WGCV）方法选择正则化参数;结合仿真算例讨论了该算法的实现过程以及计算精度,并与视在电荷法及维纳滤波法进行了对比;最后,通过粉尘图法验证了该算法的准确性和可靠性,并结合粉尘图像和算法反演两种方法获取了针电极下不同电压等级下的电荷分布。