基于行波时频特征的单端故障测距方法

行波波速度的确定及故障行波波头到达时刻的标定是影响行波测距精度的主要因素。在考虑线路参数频变特性对行波传播特性的影响的基础上,提出基于行波时频特征的单端测距方法：利用行波信号的利普希茨（Lipschitz）指数将行波信号的时频特性联系起来,运用最小二乘法拟合检测到的第2个行波波头的Lipschitz指数,并据此确定故障...     

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。     

基于可变行波辨识时窗的单端故障定位方法

提出了一种基于改进分布参数法的可变时窗单端行波故障定位方法。该算法通过对端系统阻抗的在线估计,构建改进的分布参数法,改善常规方法误差分布的不规律性,提升依据工频量定位误差构建组合定位算法的可行性。探索改进分布参数法的定位误差分布,根据故障条件和误差规律计算可变的故障距离窗口,由此划定行波反射波辨识的可变时窗。基于该时窗,综合考虑测量本端和对端的母线接线方式、相邻母线反射波的影响等因素,构建可变时窗内的故障行波反射波辨识方法及定位方法。仿真验证结果表明,该方法提高了组合定位方法的可靠水平,故障定位精度较高,具有一定工程应用价值。     

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。     

基于行波全波形主频分量的单端定位方法研究

针对线路参数依频变化导致的时域行波波头畸变无法精确标定,传输波速无法准确计算的难题,提出一种基于行波全波形主频分量的单端定位方法。该方法选取广义Morse小波刻画故障行波的时频谱,获得行波全波形,多维度展现故障信息;定性分析行波波头衰减和传输波速的依频变化特性;定量计算全波形各频段能量,提取能量最大的频段,作为行波全波形主频分量;利用Teager能量算子增强波头突变特征,精确标定行波全波形主频分量下初始波头和第二反射波头对应时刻,准确计算主频分量对应的传播速度,实现基于行波全波形主频分量的单端行波定位。PSCAD仿真结果表明,所提定位方法具有较强的算法适应性,通过提高波头标定精度和传输波速计算准确性,有效提升单端行波定位方法的可靠性与精度,定位绝对误差小于120m。     

基于VMD-WVD的故障行波全波形时-频分析方法

受高阻接地故障、过零点故障和高频噪声等因素的影响,行波波头检测困难,导致行波保护和故障定位方法可靠性不高.由于故障行波具有全时频特性,检测一定时间窗内时频域行波波形将包含全景故障信息,从而实现故障特征可观测.融合故障行波时频域信息,提出了基于全波形信息的故障行波表现形式.在此基础上,提出了一种基于变分模态分解(VMD)...     

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。     

CSC-HVDC输电线路单端行波自动故障定位方法

传统行波故障定位方法有行波波头难以识别,无法实现自动化的固有缺点,为此,基于直流线路发生故障时,线路两侧的直流滤波器和平波电抗器组成的物理边界会对电压行波中的高频信号产生全反射,而且高频电压行波在故障点折射强于反射的特点,采用线路的分布参数模型,提出了一种高压直流输电线路单端行波自动故障定位方法。该方法用线路高频电压分量和高频电流分量计算沿线电压分布,识别出前行波和反行波的最强叠加点即可实现故障定位。此方法避免了传统行波测距中需要人工识别行波波头的缺点,所需数据窗短,测距特征明显易于实现自动化,仿真验证表明该方法定位精度高,1 000 km线路最大测距误差仅为800 m,且不受过渡电阻的影响。     

基于前行波波形特征的柔性直流输电线路单端行波保护

柔性直流输电具有更好的新能源消纳能力,对于解决大规模新能源的消纳问题具有重要意义。而现有保护原理在雷击干扰下会发生误动,相应雷击干扰识别判据硬件要求高或理论性不强。针对该问题,提出了一种基于前行波波形特征的单端量保护原理。与区内短路故障相比,区外短路和雷击干扰行波时域特征体现为波头变缓以及波尾下降,利用通式参数分别对上述波形特征进行描述,并据此分析故障前行波的波形特征,最后提取能表征波头陡度和波尾下降的前行波波形特征实现区内故障的有效识别。仿真验证结果表明该保护方法能有快速有效的完成故障识别,且具有较强的耐受过渡电阻能力和抗雷击、噪声干扰能力。     

基于神经网络的单端行波故障测距方法

单端行波故障测距的关键是正确辨识量测到的第2个行波波头的性质。当母线上最短健全线路的长度大于故障线路全长的四分之一且次短健全线路长度大于故障线路全长的二分之一时,保护安装处检测到的前3个波头一定含有至少2个来自故障线路的行波。当健全线路不满足上述条件时,用方向行波识别行波是否来自故障线路。利用人工神经网络(artificial neutral network,ANN)的非线性函数逼近拟合能力,选取保护安装处检测到的后2个波头与首波头的时间差及其波头极性作为样本属性,训练、测试ANN建立其故障测距的ANN并模型来实现初步的故障测距,然后应用故障距离与波速、传输时间的关系正确辨识第2个行波波头性质,继而求得精确的故障距离。仿真结果表明该方法可行、有效。     

基于故障行波过程的直流线路单端保护

分析了直流线路区内和区外故障的行波过程,利用故障过程中的初始和后续行波分量,提出了基于故障行波过程的单端保护原理。使用小波变换对故障行波进行多分辨率分析,能够有效提取区内和区外故障行波的特征。最后,基于PSCAD/EMTDC对保护算法进行仿真验证,仿真结果表明该原理能正确判别直流线路区内和区外故障,且能够正确识别高阻接地故障,弥补了现有保护原理在高阻接地故障下灵敏性较低的缺陷。     

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...     

行波时频复合分析的配电网故障定位研究

单端行波检测要实现单相接地故障精确测距,必须确定故障初始波头与其他反射波头的时间差,而准确识别故障反射波头的问题一直没有很好解决。为此,提出了一种精确识别故障点反射波头的方法。首先,在连续小波变换(continuous wavelet tranformation,CWT)自建母小波的单相接地故障信号频域分析的基础上,较为准确地得到故障点的特征频率,从而初步确定故障的距离;然后根据频域分析方法得到的故障初步位置结合 Daubechies(Db)小波对信号进行时域分析,准确判别故障线路对侧母线反射波头到达时刻,进而利用初始波头与对侧母线反射波头时间差实现故障精确测距。大量仿真实验表明,该方法能精确地辨别反映故障距离的对端母线反射波头,提高了行波频域分析的精度与时域分析的可行性,通过对故障暂态信号的时频域综合分析,较好地实现了单端辐射状配电网单端故障测距。     

基于GST-TT变换的单端故障行波测距方法

针对行波法测距波头时刻标定精度不足和波速不稳定的问题,提出一种基于GST-TT变换的单端故障行波测距方法。首先将采样的电压行波信号做解耦处理,提取线模电压信号,然后将线模电压信号进行广义S变换,提取适当高频频带作为故障特征频带,运用TT变换对角线位置元素聚高频、抑制低频的特性,在故障特征频带内对波头到达测量端时刻进行精确标定,根据不依赖具体行波波速的故障测距计算方法得出故障距离。该方法可以提高波头时刻的标定精度,降低波速不稳定对故障测距的影响。通过PSCAD仿真验证,根据结果可知,该方法测距精度较高,在无噪声干扰情况下,平均相对误差为0.25%;同时也可知晓该方法具有较强的耐受过渡电阻能力和抗噪能力。     

单端行波故障测距的频域方法

研究了故障行波的频谱与故障距离以及线路终端的系统条件3者的关系,特别是线路终端的系统等效阻抗对行波频谱的影响。在此基础上,提出了频域的单端行波故障测距方法。首先提取故障行波的频率主成分,确定在此单一频率下的波速、系统端和故障点反射角,然后计算出故障距离。分析了单相高阻接地故障时行波频谱的特点及算法的误差。用不同故障距离和故障类型的仿真算例对算法的精度进行了验证。     

基于行波叠加特征分析的VSC-HVDC输电系统单端故障定位

为保障电压源换流器型直流输电(voltage source converter HVDC,VSC-HVDC)系统的可靠运行,提出了一种利用行波叠加特征的VSC-HVDC输电线路单端故障定位方法。由于VSC-HVDC输电线路两端直流母线处并联有大电容,直流线路发生单极接地故障后,1模故障分量网络中的电压行波具有"直流母线处全反射,故障点处主要为折射,反射改变电压极性,折射不改变电压极性"的特点。据此在故障分量网络中以行波首次到达本端的时刻为起点,通过计算找出沿线电压前行波和反行波的最强叠加点,该叠加点到对端的距离即是故障距离。PSCAD下的仿真结果显示该方法的故障定位误差≤0.06%,耐过渡电阻能力可达300Ω。该仿真结果表明该方法的故障定位精度高,易于实现故障定位的自动化,在VSC-HVDC输电线路中具有一定的实用价值。     

基于原子分解和行波自然频率的单端故障测距方法

提出了一种基于原子分解和行波自然频率的单端故障测距方法,首先采用FIR滤波器对故障电流进行滤波,得到主自然频率粗略成分,再运用原子分解算法辨识出主自然频率粗略值,利用该频率值反馈调整FIR滤波器的参数并对故障电流重新滤波,最后采用原子分解算法精确辨识行波主自然频率值并求得故障距离。EMTP联合MATLAB的仿真结果表明,该方法具有很高的测距精度和可靠性,基本不受过渡电阻、故障类型及故障距离的影响。     

基于暂态行波时频特征的输电线路故障检测与选相方法

基于暂态量的故障时刻检测与故障选相方法速度快、灵敏度高,符合发展超高速保护的要求.输电线路故障产生的暂态行波信号在时域上和频域上都包含了丰富的故障信息,首先利用小波的多分辨率分析对三相暂态电流行波进行分解并将其重构至不同频段;然后在一时频窗内定义信号的时频特征向量以充分反映信号的时频特征,并利用相关系数来刻画信号的时频特征及其变化规律,以此提出基于暂态行波时频特征的输电线路故障检测与故障选相方法.该方法的可靠性及适应性由基于 PSCAD/EMTDC 的仿真试验验证.仿真试验结果表明,基于时频特征的故障检测精度高,故障选相结果准确,且不受故障距离、故障时间、过渡电阻的影响,同时所需故障数据窗短,对实现超高速保护有积极的借鉴意义     

基于故障行波沿线突变和模型匹配的辐射状配电网故障定位

针对辐射状配电网拓扑结构复杂,故障分支难以辨识等问题,文中在定义拓扑主干的基础上,利用主成分分析(PCA)和支持向量机(SVM)构造PCA-SVM模型提取故障电流行波的曲线簇特征,划分故障区段并定义为割集。然后,通过正、反向电压行波构造测距函数,提取行波突变点沿线分布特征,并根据突变点幅值、极性以及时窗和线长间的关系剔除无效突变点,甄别出有效突变点。对于无法剔除的干扰突变点,采用"测后模拟"结合故障支路判别式进一步滤除,甄别出有效突变点,从而实现辐射状配电网准确故障定位。最后,应用PSCAD仿真软件对不同分支的故障进行实验,结果表明所提方法能实现故障点的准确定位。