基于平稳小波变换算法的线路故障测距.pdf

文章编号:()基于平稳小波变换算法的线路故障测距赵晨龙(国网武汉市东湖新技术开发区供电公司湖北 武汉)摘 要:为解决在线路故障识别时其行波波头难以辨认以及存在行波波速需要消减这两个问题本文提出了一种基于平稳小波变换算法的线路故障测距的方法 与传统意义上的小波算法相比本文提出的算法存在以下 个优点:.可以有效消除噪声的干扰.提高了对行波波头的识别率.增强了对奇异点的识别成功率 将上述提出的算法与测距算法相结合使线路故障的测距结果更加准确 并经 仿真算例结果发现本文提出的算法对故障的定位精度高效果具有普适性关键词:故障测距平稳小波变换算法输电线路中图分类号:文献标识码:():.:引言在电力系统中线路一旦其发生故障可能会导致整个系统发生过电压将原本的故障范围扩大从而对正常运行的整个线路以及其他的电力器件造成破坏 更有甚者 还会造成整个电力系统的崩溃 针对故障测距这一问题国内外现有的主要分析方法为故障分析法人工智能检测相关算法以及行波法 故障分析法需求成本低便于实现切其相对稳定但是其具体实现能够测量的精度有限切需要消耗大量的算力计算复杂 人工智能算法现在正逐渐变为主流趋势但存在小样本问题 目前国内的电力系统采用的故障定位方法仍然是行波测距该方法鲁棒性好稳定性高因此在实际的电力系统中应用较为广泛 该方法实现的难点在于行波的波速测量因其波速受自然环境的干扰处于不同的环境下波速也不同因而要得到其准确值相对困难 除此之外行波在传输的过程中会逐渐衰减从而造成其波头的畸变位置越来越不明显导致在故障测距时难以确定故障行波到达电力输电线路的准确时间 本文提出方法首先把电气开关(.)故障的行波信号采用相模变换的方法初步处理然后再采用本文提及的算法进行测量并定位 通过 的 模块仿真验证发现上述提及的算法具有更高的精度 故障测距 不受波速影响的双端行波测距法 相较于传统的单端行波测量法双端的方法可以不受折射、反射的干扰因而其实现较为简单切测量准确率较高图 双端行波测距模型 图 所示即为其模型图 其对应故障行波首次到达该处的时间分别为和 第二次则分别为 和 为故障行波的传播速度则有:()()()()当故障点的位置距离测量端 近时消去波速得:()()()当故障点的位置距离测量端 近时同理可得:()()()如上述公式所示仅需要测量相关时间即可 平稳小波变换 平稳小波变换可以使得变换后的信号与原信号的序列长度保持一致从而可以再最大程度地保留原信号中的有用信息 设一维信号为()其对应的相关变换公式为:()()()()当 时为正交小波变换当 时则为平稳小波变换两种变换的分解算法如下:算法()算法()式中:和 分别为低通滤波器和高通滤波器 为小波系数 为尺度系数 上述变换的分解过程如图 所示图 平稳小波变换分解图 基于 的双端法故障测距 在三相输电过程中会产生耦合现象故本文采用 变换对行波分量进行解耦 变换矩阵为:()式中:、分别为 三相电流、分别为电流行波的 模分量、模分量和 模分量 将相模变换后的 模分量进行 分析然后将分析结果代入到测距公式便可得到测距结果测距流程如图 所示图 故障定位流程图电气开关(.)仿真分析 利用在 中的仿真模块建立一个线路长度 电压等级为 频率为国家标准工频 的双电源供电的电力仿真系统其参数如下变频所示:表 输电线路参数参数电阻/()电容/()正序.零序.本次仿真以 相发生接地故障为例 此时在测量端 和 测得的信号波形如图 所示 使用离散小波变换对电流 模分量进行 的三层分解并取第 到 的 个点分析波形图如图 所示 同样条件下使用平稳小波变换对电流 模分量进行处理的结果如图 所示图 相接地故障时、两端的流信号 比较图、图 可以看出通过平稳小波变换处理后的变换波形奇异点更加明显因此更容易捕捉行波波头相比较离散小波变换更加准确可靠 由图 可以得到故障暂态行波首次和第二次到达测量端 的采样数值 分别为、以及首次到达测量端 的采样数值 通过测得的采样点的值便可得到故障行波到达测量端、所对应的时刻分别为 在不同故障情况下进行仿真测得的结果如表 所示图 、两侧电流行波离散小波变换波形图 、两侧电流行波平稳小波变换波形表 故障测距结果故障距离/过渡电阻/测得距离/误差比例/().(下转第 页)电气开关(.)种算法在局部阴影条件下都可以满足需求达到最大值处收敛 算法在大约 收敛到最大值 算法在 收敛到最大值 为了防止实验具有偶然性以此条件不变对两种算法进行 次仿真实验得到结果见表 所示表 两种控制方式性能表控制方式成功率/输出功率/由表 可得 次仿真实验中 算法均较 算法寻优性能优越可证明本文所提 控制方式具有一定的普适性 结论 局部阴影会增加光伏发电输出峰值点个数传统 不能满足寻优需求降低了发电效率 对此本文提出一种基于 算法的 控制方法此方法在 的基础上引入全局学习方向、增加自适应步长机制以提高了算法的收敛速度以及精度并在/中搭建了 串 并的光伏阵列仿真模型仿真结果表明 控制方式在局部阴影情况下能够快速追踪到最大功率点处并且与 算法对比显示追踪速度提高了 追踪精度提高了 体现了本文所提方法在追踪速度和精度都更有优越性参考文献 邹斌赵少锋.不同条件下的光伏发电系统功率控制策略研究.电气开关():.王荣李少纲.光伏电池最大功率点跟踪的研究现状综述.电气开关():.叶国敏肖文波章文龙.粒子群组合算法跟踪局部遮荫下光伏 研究.控制工程():.孟德越任雪维.基于电导增量法的 光伏发电仿真控制研究.沧州师范学院学报():.徐善智丁宇刘泽禹等.基于改进扰动观察法的光伏 控制策略研究.集成电路应用():高旭东姚舜才.基于变异策略 算法的光伏 研究.组合机床与自动化加工技术():.李大华聂前田禾等.改进海鸥优化算法在光伏系统 中的应用.电源技术():.易磊谢雨龙曾凡炎等.基于神经网络的改进扰动观察法 控制.太阳能学报():.刘春娟郑丽君孙赟赟等.基于改进型细菌觅食算法的.太阳能学报():.商立群朱伟伟.基于全局学习自适应细菌觅食算法的光伏系统全局最大功率点跟踪方法.电工技术学报():.收稿日期:作者简介:李强()男陕西榆林人工程师研究方向电力系统及新能源发电(上接第 页)结束语 针对行波波速和行波波头识别问题提出一种不受波速影响并能在分析故障行波信号时更方便、更准确的基于平稳小波变换的行波法故障测距方法 通过大量的仿真结果表明该方法具有较高的测距精度满足电力系统中故障定位的要求参考文献 潘明一.基于小波变换的输电线路故障测距研究.哈尔滨:哈尔滨理工大学.孔垂祥杨岸祝龙记.基于小波变换的双端输电线路行波故障定位.重庆工商大学学报(自然科学版)():.杨林王宾董新洲.高压直流输电线路故障测距研究综述.电力系统自动化():.冯亚平.高压输电线路故障定位技术的研究.西安:西安理工大学.李杨.小波分析在输电线路故障诊断定位中的研究.安徽:安徽理工大学.周祥.基于行波原理的输电线路故障定位方法研究.山西:山西大学.王亭亭.基于行波法的输电线路故障定位研究.哈尔滨:东北农业大学.李胜辉白雪董鹤楠等.基于平稳小波变换与随机森林的电缆早期故障识别方法.电工电能新技术():.吴承阳王玲桃.基于平稳小波变换的输电线路故障测距电气自动化():收稿日期:作者简介:赵晨龙()男湖北荆门人本科助理工程师主要研究方向为电力系统运行与控制电气开关(.)