基于时域波形特征的输电线雷击识别

雷击输电线路产生大量暂态分量影响行波测距装置精度,实现雷击干扰与故障的识别对提高行波测量装置准确性、减少检修工作量具有重要意义。为全局应用故障信息避免时频变换产生信号干扰,本文引用近似熵算法对雷击扰动与短路故障暂态电流附加线模分量进行时域分析发现,在不同故障相角与噪声干扰下,两者熵值差异仍接近一个数量级,但该方法不能识别非故障性雷击与雷击故障,故运用信号处理常用积分算法对雷击扰动行波做进一步处理发现,时间轴上下侧积分值的标准方差差异明显,综合两法实现非故障性雷击、雷击故障与短路故障电流暂态行波的区分。大量PSCAD仿真实验证明本方法不受故障位置、故障条件与噪声干扰的影响,具有很强的适用性。     

基于STOA-VMD的串补输电线路故障测距

由于串补电容的存在,串补输电线路中发生故障时,故障行波过程十分复杂,行波波头检测困难;故障行波信号中存在较大噪声时,传统的故障特征提取方法无法准确提取故障行波的特征信号。为此在串补线路中故障行波信号存在噪声条件下,提出一种基于乌燕鸥优化算法(sooty tern optimization algorithm, STOA)对变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)优化的故障行波特征提取方法。该方法利用最大峭度准则对STOA的目标函数不断优化,从而选取VMD中更合适的模态量和惩罚因子值,避免人为设定模态量和惩罚因子值时,VMD对故障行波信号的分解不足或分解过剩造成的故障定位误差。通过对称差分能量算子(symmetric differential energy operator, SDEO)提取VMD后最佳的模态分量的能量突变点,结合双端行波测距方法,实现故障测距。仿真结果表明,所提方法能够实现串补输电线路的故障测距,测距精度高,且不受故障类型、过渡电阻的影响。     

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。     

（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VMD和柔性形态学的输电线路故障测距方法

针对输电线路故障测距和信号中存在噪声干扰的问题,提出了基于VMD和柔性形态学去噪技术的输电线路故障测距方法。首先利用变分模态分解(Variational Modal Decomposition,VMD)对信号进行分解,在分解过程中自适应的去除一部分噪声;然后,通过平均柔性形态学滤波器进一步的去除残余干扰;最后使用柔性形态边缘检测有效放大信号奇异点,再设定输出阈值减少噪声背景对信号突变点的影响,可以很清晰的得到故障发生时刻。实验表明此方法有很好的噪声鲁棒性,在抑制了噪声干扰的同时放大了行波特征信号,能够有效检测输电线路故障行波波头,获得更高的检测精度。     

基于能量比法的输电线路行波故障测距

输电线路行波故障测距的关键在于对故障行波波头的识别和定位。为实现准确故障测距,应用一种新的信号处理方法,从行波能量的角度出发,利用时窗滚动计算的能量比函数法来处理故障行波,以此计算波头时延,实现故障测距。研究了不同时间窗宽度对定位准确度的影响,以此选择合理的时间窗进行能量比计算,并分析了复杂环境干扰下能量比法的测距精度。ATP/EMTP仿真试验数据处理结果表明,该方法准确有效,而且计算简便快捷,在低信噪比环境下有很好的抗干扰能力。     

基于FastICA-EEMD的振动信号特征提取

针对水轮发电机组的振动信号之间相互影响且容易受到噪声干扰的问题,提出了一种基于快速独立分量分析(FastICA)和集合经验模态分解(EEMD)的故障特征提取方法。首先,利用快速独立分量分析将原始信号分离成若干个独立分量;然后对每个分量均进行集合经验模态分解,根据归一化能量与归一化相关系数两个参数来选取有效的本征模态分量(IMF);最后将其进行重构以获得对应的故障特征。通过仿真与实例分析,并与其他方法进行对比,结果表明该方法可以有效抑制噪声干扰,更为全面、准确地提取到水轮发电机组的振动特征信号,满足实际工程需求。     

10 kV电缆突发故障检测方法研究

针对采用传统的电缆突发故障检测方法时,一直存在电缆突发故障检测方法不准确、检测效率差的问题。提出基于模分量小波能量谱算法的10kV电缆突发故障检测方法,通过分析电缆线路的故障因素,获取电缆线路的故障特征;依据相模变换理论对故障分量进行分解,获取3个互不影响的模分量,将其看作产生特征量的原始数据,原始数据再通过小波变换获取高频系数,依据小波能量谱理论对高频系数进行相关操作,求出其细节能量,并将其描述为暂态信号携带的能量,获取不同模分量的高频能量,以此为特征判断依据,实现对10kV电缆突发故障的检测。实验结果表明,采用改进的检测方法可以有效地提高10kV电缆突发故障的检测效率,准确度高。     

基于快速独立成分分析和能量比函数的串补线路故障测距

串补线路由于具有高度的非线性特性,使得常规的故障测距算法不再适用。为此本文提出一种基于快速独立成分分析和能量比函数的精确测距算法。该算法首先利用快速独立成分分析将故障行波从复杂信号中分离出来,然后运用能量比函数对分离出的信号进行处理,实现串补线路故障行波测距。由于该算法能将噪声分离出来,使得算法具有很强的抗干扰能力。ATP/EMTP仿真结果表明,该算法准确、快速、高效。     

基于形态小波的输电线路故障电流行波消噪研究

高压输电线路故障产生的电流行波信号含有大量的噪声信号,在行波保护和行波故障测距中需要对其进行预处理,去除噪声并提取真实信号。利用小波变换能敏感地检测到奇异点和形态学滤波器能有效地滤除脉冲噪声且能保留原信号的全局和局部特征的优点,提出了一种基于形态小波的输电线路行波信号消噪新算法。MATLAB仿真结果表明形态小波在滤除脉冲干扰和白噪声方面具有良好的消噪能力。     

基于VMD-Hilbert变换的故障行波定位研究

针对现有行波检测方法中小波变换和希尔伯特黄变换的不足,提出一种基于VMD-Hilbert变换的故障行波检测方法。通过对行波传感器采集到的故障行波信号进行VMD分解,利用Hilbert变换提取模态分量的特征量来标定初始波头的到达时间。针对行波定位精度受波速不确定性影响的问题,基于故障初始行波零模分量和线模分量波头的到达时刻,提出一种与波速无关的双端定位算法。ATP/EMTP仿真结果表明,VMD-Hilbert行波检测方法能有效标定行波波头时间,定位算法无需知道故障发生时刻和故障反射行波波头的到达时刻,进一步提高了故障定位的精度。     

基于电压振幅和支持向量回归机的高压电力输电线故障定位

针对高压电力输电线智能定位法中由于采用特征提取算法导致定位速度慢的问题,提出一种基于电压振幅和支持向量回归机的高压电力输电线故障智能定位系统。首先使用Matlab建立一条220 k V/300 km的高压电力输电线,并在此输电线上模拟出不同过渡电阻、不同位置、不同故障类型和故障初始角的故障信号。此系统使用单端测量方式,并只采集电压故障信号。采集到的电压故障信号经过低通滤波剔除干扰信号后,提取故障点后1/2周期的电压幅值作为故障特征信号,由支持向量回归机对故障特征信号进行训练和验证,实现对故障的精准定位。仿真研究表明,此系统不仅在很大程度上提高了故障定位的速度,而且故障定位的精度也非常高。     

基于特征量优选与ICA-SVM的变压器故障诊断模型

为了弥补现有变压器故障诊断方法在油中气体分析(DGA)特征量选取和诊断模型方面的不足,采用IEC三比值法中的3种气体比值作为变压器故障诊断的特征量。同时从含有8种油中溶解气体中任意3种及以上的共254种气体组合中筛选出准确率最高的3组最优DGA特征气体组合,将其作为对照组特征量。然后采用帝国竞争算法(ICA)优化支持向量机的变压器故障诊断模型(ICA-SVM),与标准支持向量机(SVM)法、粒子群优化向量机(PSO-SVM)以及IEC三比值法进行对比。实例结果表明:三气体比值特征量相比3组最优DGA气体组合,故障识别准确率提高了10%左右;ICA-SVM故障诊断模型相比标准SVM法、PSO-SVM和IEC三比值法故障识别准确率提高了7%～35%;综合三比值特征量与ICA-SVM故障诊断模型的准确率为89.3%,相较其他几种方法准确率提升了7%～35%。结果验证了该方法的有效性和准确性。     

基于逆向卡尔曼滤波的电力变换器故障诊断方法

针对变换器中因电解电容退化而引起的等效电阻异变的故障诊断问题,提出了一种基于逆向卡尔曼滤波的电力变换器故障诊断方法。将变换器抽象为一类卡尔曼滤波动态方程。将电路元件参数作为卡尔曼滤波的未知状态,利用电路的电压和电流作为已知矩阵,逆向推导卡尔曼滤波递推公式,完成电力变换器的参数辨识和故障诊断。针对变换器正常状态下的参数辨识结果,表明所提出的逆向卡尔曼滤波参数辨识算法具有较高的精度。同时针对变换器故障状态下的故障诊断结果,表明逆向卡尔曼滤波算法也具有很好的跟踪性,能够快速显示故障元件及其参数变化情况。仿真验证了所提出方法的有效性和实用性。     

基于同步挤压小波变换的故障行波测距方法

针对输电线路故障行波波头识别困难、易产生频谱混叠的问题,提出一种基于同步挤压小波变换(SWT)的故障测距方法。利用SWT提取故障行波小波脊线,生成一组内蕴模态类函数分量(IMTs)。然后对IMTs进行Hilbert变换提取故障点特征量,进而标定首波头的到达时刻。最后根据双端测距原理计算出故障距离。与传统的希尔伯特_黄变换和小波变换相比,该方法实现了故障行波波头较高精度的识别和对频谱混叠的有效抑制,具有较高的测距精度,对噪声的鲁棒性更强。PSCAD仿真验证了该方法的有效性,且测距结果受故障距离和过渡电阻的影响较小。     

基于动态权值相似日选取算法的短期负荷预测

提出了一种基于动态权值优化的相似日选取算法和灰色GRNN串联组合模型的短期负荷预测方法。采用动态权值相似日选取算法,在考虑不同地区和季节对短期负荷的影响时,引入改进的果蝇优化算法(MFOA),动态调整各因子的权值,增强了相似日选取算法的适应性和有效性。选取出相似日后,采用灰色模型和广义回归神经网络(GRNN)串联组合的短期负荷预测方法,并通过改进的布谷鸟(MCS)算法对GRNN平滑因子进行优化,组合模型改善了单一模型预测精度的稳定性。实例预测结果验证了该方法的有效性。     

适配高渗透率DG接入配电网的幅值比较式保护

对于高渗透率分布式电源(DG)接入的配电网,提出了新型综合电流幅值比较的保护原理,通过线路两端分相全电流幅值以及正序故障电流幅值的比较进行故障定位,实现了低成本与高可靠性的兼容。并通过PSCAD搭建10 kV含分布式电源配电网模型,全面仿真了不同DG渗透率、故障位置、故障类型、过渡电阻、非同步数据等多种因素对保护原理的影响。经过理论分析和仿真,证明方案能够准确实现故障定位,利用的数据简单,耐过渡电阻能力优秀,保护配置要求低,抗同步误差强。     

基于状态估计的含分布式电源树状配电网故障测距算法

多电源配电网的故障定位和测距对快速排除故障、提高供电可靠性具有重要意义。以含分布式电源(DG)树状配电网的区间定位为基础,按区间特性将配电网分为两电源区段和单电源区段,建立故障等值回路与其相应的微分方程和最优估计离散模型。以电源端口电压电流、各FTU电流为输出量,以故障距离为状态量,利用强跟踪的卡尔曼滤波器算法求解最优估计离散模型,跟踪相间短路故障测距。通过搭建含DG的树状配电网,分析负载、故障点过渡电阻对故障测距结果的影响。算例分析表明,该算法跟踪速度快,受初值的影响小,不受DG接入位置和数量的影响,不受故障点过渡电阻的影响,受负载和树状分支结构影响较少,测距精度满足工程精度要求。     

有功不平衡下计及低频减载影响的输电线路过载热保护

由于内外部扰动引起的有功不平衡,系统频率和线路电流会出现明显的波动、过渡及恢复过程,需关注系统状态恢复过程中的导线热力安全,采取合理的保护策略。分析了电网有功不平衡下电流和频率的动态特性,研究了不同低频减载方案对频率恢复速率和导线温升过程的影响,提出了电网有功不平衡下计及低频减载影响的输电线路过载热保护策略。通过IEEE39节点系统仿真测试,验证了所提策略的有效性。仿真结果表明:不同类型的大扰动下,不同的低频减载布点位置和数量以及低频减载整定方案对导线温升响应的影响及延迟过载热保护动作时间的效果不同。所提出的输电线路过载热保护能够最大限度地挖掘线路耐受事故过负荷的能力,在兼顾系统频率恢复的同时,避免线路温升越限出现新的连锁故障。     

不受波速影响的特高压直流输电线路单端故障测距方法

现行特高压直流输电线路故障测距大多采用行波法,但单端/双端行波测距受行波波速影响较大,加上输电线路弧垂效应,测距精度较差。利用对端行波到达本端测距装置的时刻,通过公式推导消除行波波速的影响,推导出一种不受波速影响的特高压直流输电线路单端故障行波测距方法,将无需准确计算线路沿线波速也能实现直流输电线路故障测距。在PSCAD/EMTDC中搭建哈郑±800 kV特高压直流输电系统模型,在不同故障位置和不同过渡电阻下进行仿真。大量仿真结果表明,该改进单端测距方法不受输电线路沿线波速和故障位置影响且耐受过渡电阻能力强。