输电线路行波故障测距优化算法研究

【摘要】：高精度和高可靠性的输电线路故障测距是现代电网安全可靠运行的重要保证。输电线路行波故障测距与传统的工频量测距方式相比具有明显的优势,但同时由于受一些干扰因素影响,导致目前的行波故障测距仍存在诸多问题。因此进一步研究输电线路的行波故障测距,对于提升故障测距的精度,保证电网稳定运行仍具有重要意义。 本文主要利用输电线路的行波理论,针对影响测距精度的干扰因素,实现输电线路的多种行波故障测距优化算法。结合本文所做的理论研究,研发出了高性能行波信号发生装置和新型输电线路行波故障测距装置。本文主要做了以下方面的工作： (1)针对背景噪声较强的行波波头奇异点的提取问题,提出了基于奇异值分解理论和小波变换的奇异点检测方法。经分析验证发现,奇异值分解技术可较好的去除行波信号中噪声的干扰,并且保持波头突变处的奇异性,结合传统的小波变换方法可有效解决强噪声背景下行波信号的奇异点提取困难的问题。 (2)提出基于最小二乘法的曲线拟合方式确定行波信号奇异点的方法,解决了微弱行波信号奇异点不易提取的问题。通过对行波波头上升沿的特征分析,推导出了可表征其上升沿特征的表达式,并结合最小二乘法确定出行波信号的奇异点,有效提高了弱行波信号情况下奇异点提取的稳定性和准确性。 (3)根据输电线路故障行波的传播特征,提出了利用故障线路本端、对端和相邻线路对端行波数据的三端故障测距方法。经推导分析指出,该方法在测距结果中消除了波速度参数的影响,并且仅利用故障初始行波到达三个测量端的时刻,有效的保证了波头检测的准确性。 (4)详细分析了T型线路特征结构的行波传播特征,提出了综合利用T型线路三个母线测量端行波故障数据的测距方式,该方法对提高故障分支判别的可靠性和故障点测距的准确性都具有重要作用。同时,针对T型线路不具备每个测量端行波数据均可上传的情况,提出了在故障信息主站,结合电气量测距实现T型线路的单端行波故障测距方式。研究指出,根据行波传播特征,在复杂的T型线路折反射行波中同样可实现波头性质的识别,实现单端行波故障测距,有效的扩大了行波故障测距的应用范围。 (5)行波信号发生装置是研发新型行波故障测距装置的重要步骤。本文开发了具有大电流、高速率特征的放大电路装置,保证了高频行波信号通过时的低衰减,在此基础上结合高速同步模拟信号输出卡研制出行波信号发生装置。该装置可结合暂态仿真工具模拟各种情况下输电线路行波过程,为行波故障测距装置的研发和调试提供了条件。 (6)结合文中对行波故障测距的理论研究,成功研发了新一代行波故障测距装置,并依据本文研究形成核心数据处理算法。该装置具有高稳定性的软硬件运行平台,并且已挂网运行,新型行波故障测距装置的应用将为本文算法的进一步完善和改进发挥重要作用。