[0080] 阻抗法電壓方程如下：
[0086] 其中，Z為線路單位長(zhǎng)度的阻抗；Dmf為M端到故障點(diǎn)F的距離；& ;/、/;/為M端測(cè) 量到的電壓、電流；4為N端測(cè)量到的電流；rf為故障點(diǎn)的過渡電阻；ip為故障點(diǎn)的短路電 流。
[0087] 本發(fā)明實(shí)施例對(duì)高頻數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以及對(duì)低頻數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，根據(jù)轉(zhuǎn)換后的數(shù) 據(jù)進(jìn)行故障測(cè)距，從而無需GPS裝置即可實(shí)現(xiàn)輸電線路雙端故障測(cè)距系統(tǒng)。
[0088] 實(shí)施例2
[0089] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種輸電線路雙端故障測(cè)距系統(tǒng)，包括高頻數(shù)據(jù) 采集模塊、工頻數(shù)據(jù)采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊及控制邏輯電路模塊，高頻數(shù)據(jù) 采集模塊和工頻數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)采集都要受到控制邏輯電路模塊的同步控制，保證采 集數(shù)據(jù)的同時(shí)性，高頻數(shù)據(jù)采集模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2,其中包含羅氏線圈對(duì)線路上的電流信 號(hào)進(jìn)行采樣，羅氏線圈的輸出接到一個(gè)信號(hào)取樣電路，取樣電路由8個(gè)不同阻值的電阻串 聯(lián)組成，電阻值從下到上依次為R0、2R0、4R0、...、64R0、128R0。取樣電路有8個(gè)輸出端，將 一路信號(hào)分為8路信號(hào)輸出。線圈電阻遠(yuǎn)小于R0,當(dāng)電流傳感器的輸出電壓為U時(shí)，8個(gè)輸 出端自下到上輸出電壓依次為1/128U、1/64U.....U。電壓取樣電路配合電流傳感器將輸 電線路行波信號(hào)按不同變比進(jìn)行多路采集，選擇合理的線圈匝數(shù)，使得線路中流過最大預(yù) 測(cè)電流時(shí)，取樣電路的最小輸出電壓不超過A/D轉(zhuǎn)換模塊輸入電壓，這樣可以保證不會(huì)因 為A/D輸入飽和造成采集到的信號(hào)全部失真。采集到的高頻和工頻數(shù)據(jù)由控制邏輯電路控 制傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，由軟件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，軟件系統(tǒng)包括濾波模塊、奇異點(diǎn)識(shí)別模塊、 數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)模塊及故障定位模塊，前三個(gè)模塊負(fù)責(zé)故障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確對(duì)時(shí)。
[0090] 本發(fā)明實(shí)施例中對(duì)時(shí)算法基于Gabor原子庫(kù)的MP算法，具體過程如下：
[0091] 首先建立Gabor原子庫(kù),Gabor原子是由高斯窗函數(shù)經(jīng)過調(diào)制而成的，高斯窗調(diào)制 的Gabor原子具有很高的時(shí)頻分辨率和靈活的時(shí)頻積，能夠準(zhǔn)確的捕捉信號(hào)的時(shí)頻細(xì)節(jié)。 使用實(shí)數(shù)形式的Gabor原子完成基展開，Gabor實(shí)數(shù)原子為：
[0093] 式中，常數(shù)Ka為原子歸一化因子；定義
SgY(t)的索引，其中s為尺 度參數(shù)，u為位移因子，ω為頻率因子，φ為相位因子；
為高斯窗函數(shù)。定義 Γ = R+XR2X [0, 2 π )，a e Γ。
[0094] 從原子庫(kù)中依照索引掃描找到本次迭代中與當(dāng)前分析信號(hào)內(nèi)積最大的原子，然后 從當(dāng)前信號(hào)中抽出本次匹配最佳原子的能量，形成新的殘余信號(hào)，依此循環(huán)，每一步都從原 子庫(kù)中找出一個(gè)最優(yōu)原子來線性表出信號(hào)。
[0095] 進(jìn)行N次迭代后，忽略殘余信號(hào)能量，s'（η)可以用下式表示：
6.
[0098] 由于計(jì)算量的限制，必須在誤差允許的范圍內(nèi)舍棄殘余信號(hào)而獲得近似最佳的原 子。因?yàn)殡S著分解的不斷進(jìn)行，所余的殘余信號(hào)的能量會(huì)逐漸變?nèi)?，這就保證了算法的收斂 性。
[0099] 高斯窗調(diào)制的Gabor原子具有很高的時(shí)頻分辨率和靈活的時(shí)頻積，能夠準(zhǔn)確的捕 捉信號(hào)的時(shí)頻細(xì)節(jié)；將式（1)原子表達(dá)式做傅立葉變換：
[0101] 由上式可以看出，k(@)l是以W = ?為中心的，且其有效范圍與原子尺度S成反 t匕。當(dāng)尺度因子S很小時(shí)，表示原子在時(shí)域范圍聚焦，而在頻域范圍有較寬的連續(xù)頻譜，因 而能夠很好的匹配信號(hào)突變點(diǎn)的頻譜特性。
[0102] 信號(hào)在傳播和接收過程中很容易受到噪聲的干擾，MP算法可以用在時(shí)頻方面具有 很好局部性的時(shí)頻原子來進(jìn)行非平穩(wěn)信號(hào)的刻畫，由于噪聲信號(hào)頻率高但能量低，在選取 匹配原子過程中內(nèi)積值太低，不會(huì)被選中，所以在近似匹配度下，原子分解的得到的原子難 以與噪聲信號(hào)獲得很好的匹配，MP算法具有一定的濾除噪聲的能力。例如，含有30分貝白 噪聲的信號(hào)，在含有噪聲的情況下，原子分解法的重構(gòu)信號(hào)可以對(duì)突變點(diǎn)進(jìn)行跟蹤，依然可 以有效的檢測(cè)出奇異點(diǎn)的所在，也就是說在含有噪聲干擾的情況下采用原子分解進(jìn)行奇異 點(diǎn)的捕捉不失其有效性。
[0103] 參考圖3,波形發(fā)生突變，即奇異點(diǎn)的產(chǎn)生，此時(shí)波形中包含有豐富的頻率分量，由 圖3可以看出，在故障發(fā)生的時(shí)刻，波形發(fā)生突變，即奇異點(diǎn)的產(chǎn)生，此時(shí)波形中包含有豐 富的頻率分量，而在其他時(shí)刻波形中的頻率分量尤其是高頻分量的含量很少，所以可以看 出頻譜圖中奇異點(diǎn)處有明顯的指示。除了奇異點(diǎn)產(chǎn)生的其他時(shí)刻波形中的頻率分量尤其是 高頻分量的含量很少，所以可以根據(jù)原子分解后的迭代結(jié)果如圖4,查找尺度最小的原子找 出奇異點(diǎn)的時(shí)域中心即可獲得故障信號(hào)奇異點(diǎn)的發(fā)生時(shí)刻。根據(jù)故障時(shí)刻的唯一性特征， 進(jìn)行雙端數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確對(duì)時(shí)，對(duì)時(shí)精度為微妙級(jí)。
[0104] 本發(fā)明實(shí)例中對(duì)于得到的精確對(duì)時(shí)的數(shù)據(jù)，可利用故障定位模塊進(jìn)行計(jì)算，找出 線路中故障點(diǎn)距測(cè)試單元安裝點(diǎn)的距離，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)迅速查找故障點(diǎn)并有效消除。故障定位 算法是基于雙端故障數(shù)據(jù)同步的阻抗法。阻抗法由于利用工頻穩(wěn)態(tài)向量作為計(jì)算分析依 據(jù)，因此對(duì)電壓、電流傳感器的要求較低。雙端量阻抗法測(cè)距則除了需要本端電壓、電流外， 還必須至少知道對(duì)端的電流量或者是電壓電流量，通過雙端的數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。利用 雙端數(shù)據(jù)的阻抗法測(cè)距原理上可以消除過渡電阻的影響，比單端阻抗法測(cè)距精度要高。
[0105] 參考圖5,阻抗法電壓方程如下：
[0107] 由于知道了對(duì)端的電流量，上式可改寫為：
[0109] 對(duì)上式兩端取虛部，整理可得
[0111] 由上式可知，測(cè)距結(jié)果Dmf不受過渡電阻影響。但是為了得到準(zhǔn)確的t ,必須要求 兩端的電流量和4嚴(yán)格同步。
[0112] 本發(fā)明實(shí)施例對(duì)高頻數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以及對(duì)低頻數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，根據(jù)轉(zhuǎn)換后的數(shù) 據(jù)進(jìn)行故障測(cè)距，從而無需GPS裝置即可實(shí)現(xiàn)輸電線路雙端故障測(cè)距系統(tǒng)。
[0113] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和 范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)， 則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種輸電線路雙端故障測(cè)距系統(tǒng)，其特征在于，包括高頻數(shù)據(jù)采集模塊、工頻數(shù)據(jù)采 集模塊、控制邏輯電路模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、計(jì)算機(jī)裝置； 所述高頻數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集高頻數(shù)據(jù)； 所述低頻數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集低頻數(shù)據(jù)； 所述高頻數(shù)據(jù)采集模塊和所述工頻數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)采集受到控制邏輯電路模塊 的同步控制，保證采集數(shù)據(jù)的同時(shí)性； A/D轉(zhuǎn)換模塊，用于對(duì)所述高頻數(shù)據(jù)采集模塊采集的高頻數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，W及對(duì)所述低 頻數(shù)據(jù)采集模塊采集的低頻數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換； 計(jì)算機(jī)裝置，用于根據(jù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行故障測(cè)距。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括： 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)所述A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述高頻數(shù)據(jù)采集模塊包括；羅氏線圈、 取樣電路； 羅氏線圈對(duì)線路上的電流信號(hào)進(jìn)行采樣，羅氏線圈連接信號(hào)取樣電路。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述取樣電路，用于將輸電線路行波信號(hào) 按不同變比進(jìn)行多路采集，取樣電路的最小輸出電壓不超過A/D轉(zhuǎn)換模塊輸入電壓。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)裝置包括濾波模塊、奇異 點(diǎn)識(shí)別模塊、數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)模塊、故障定位模塊； 所述濾波模塊、所述奇異點(diǎn)識(shí)別模塊及所述數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)模塊，用于故障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確對(duì) 時(shí)； 所述故障定位模塊，用于進(jìn)行故障定位。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)對(duì)時(shí)模炔基于Gabor原子庫(kù)的 MP算法，具體包括： 建立G油or原子庫(kù)，G油or原子由高斯窗函數(shù)經(jīng)過調(diào)制而成，高斯窗調(diào)制的G油or原子 具有時(shí)頻分辨率和靈活的時(shí)頻積，能夠準(zhǔn)確的捕捉信號(hào)的時(shí)頻細(xì)節(jié)，使用實(shí)數(shù)形式的Gabor 原子完成基展開，G油or實(shí)數(shù)原子表達(dá)式為：式中，常數(shù)K。為原子歸一化因子；定義"==パ，パ，ι''Wク)為gγ(t)的索引，其中S為尺度參 數(shù)，U為位移因子，ω為頻率因子，Φ為相位因子；剪V?2為高斯窗函數(shù)，定義Γ= rXR^X[0, 2 31),αeΓ； 從原子庫(kù)中依照索引掃描找到本次迭代中與當(dāng)前分析信號(hào)內(nèi)積最大的原子，從當(dāng)前信 號(hào)中抽出本次匹配最佳原子的能量，形成新的殘余信號(hào)，依此循環(huán)，每一步都從原子庫(kù)中找 出一個(gè)最優(yōu)原子來線性表出信號(hào)； 進(jìn)行N次迭代后，忽略殘余信號(hào)能量，s'（η)可W用下式表示：其中，滿足條件其中，s'（η)為信號(hào)總能量，Ris為第一次迭代的起始信號(hào)能量，iTs為第m次迭代的信 號(hào)能量，gam為原子庫(kù)中第m次抽取的最佳匹配原子，Rm"S=RmS-<RmS，gam〉gam為第m次迭 代后將獲得的最佳匹配原子從殘余信號(hào)中抽取出去形成新的殘余信號(hào)，<irs，g。。〉為與rs 內(nèi)積最大的原子； Gabor實(shí)數(shù)原子做傅立葉變換后得到ga(?)lW躍=掛為中必，且其有效范圍與原子尺度S成反比。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述故障定位模塊進(jìn)行計(jì)算，確定線路中 故障點(diǎn)距測(cè)試單元安裝點(diǎn)的距離，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)迅速查找故障點(diǎn)并有效消除； 阻抗法電壓方程如下：其中，Z為線路單位長(zhǎng)度的阻抗；Dmp為Μ端到故障點(diǎn)F的距離；、4為Μ端測(cè)量到 的電壓、電流；4為Ν端測(cè)量到的電流恥為故障點(diǎn)的過渡電阻；/,為故障點(diǎn)的短路電流。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種輸電線路雙端故障測(cè)距系統(tǒng)，包括高頻數(shù)據(jù)采集模塊、工頻數(shù)據(jù)采集模塊、控制邏輯電路模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、計(jì)算機(jī)裝置；所述高頻數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集高頻數(shù)據(jù)；所述低頻數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集低頻數(shù)據(jù)；所述高頻數(shù)據(jù)采集模塊和所述工頻數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)采集受到控制邏輯電路模塊的同步控制，保證采集數(shù)據(jù)的同時(shí)性；A/D轉(zhuǎn)換模塊，用于對(duì)所述高頻數(shù)據(jù)采集模塊采集的高頻數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以及對(duì)所述低頻數(shù)據(jù)采集模塊采集的低頻數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換；計(jì)算機(jī)裝置，用于根據(jù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行故障測(cè)距。無需GPS裝置即可實(shí)現(xiàn)輸電線路雙端故障測(cè)距系統(tǒng)。
【IPC分類】G01R31/08
【公開號(hào)】CN105319479
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410232805
【發(fā)明人】劉曉飛, 王天正, 王琪, 高磊, 閆杰, 董理科
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院
【公開日】2016年2月10日
【申請(qǐng)日】2014年5月29日