基于S变换的输电线路行波故障定位的研究

发布时间：2019-07-17 06:38

【摘要】：改革开放以来，社会经济飞速发展，国家对电力的需求也急剧上升，对电力工业供电的可靠性和安全性也提出了更高的要求。高压输电线路是发电厂和用户之间的纽带，担负着传输电能的重要功能，是电力系统的核心。快速、准确地实现输电线路的故障定位对电力系统的安全和稳定运行具有重要意义。输电线路发生故障时会产生暂态行波，故障状态由正常分量和故障分量叠加而成，其中故障分量中包含了故障相关的各种信息。分析暂态行波信号在输电线路中的传输特性，对暂态行波信号进行解耦，经相模变换后得到相互独立的零模分量和线模分量。行波故障定位中无论选取何种模分量、何种方法进行行波故障定位，都必须先确定行波速度，行波速度是影响行波故障定位精度的主要因素之一，其大小与输电线路的参数密切相关。采用了区外故障确定波速的方法进行故障定位，仿真结果表明该方法在线模分量的条件下确定的波速具有较高的精确度。在此基础上，提出了一种基于S变换（ST）的输电线路故障行波定位方法，利用ST算法对提取线模分量的特征信息。将设置的多个故障点仿真得到的定位误差作为一个误差序列Δx进行分析：误差均值表示各算法的故障定位精度；标准偏差和极差（数据序列中最大值与最小值的差值）表示各算法的稳定性，其中标准偏差反映了数据的离散程度，极差反映了数据的波动范围。 ST中高斯窗函数固定不变，使其标定行波波头的精确度存在一定的影响，针对ST这一缺点，提出了改进的S变换（MST）。比较短时傅里叶变换，连续小波变换，ST和MST在行波故障定位中的应用，仿真结果表明：MST的稳定性和准确性是最令人满意的。在双端输电线路行波故障定位的基础上，进一步解决三端及三端以上的输电线路方式故障支路的判定及故障定位。针对故障支路的判定，提出故障判定矩阵，总结出故障支路判定的方法，选用京津唐500kV输电线路的实际参数建立模型进行试验。试验结果表明，故障支路判定方法是正确的。
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图片说明： (c) 短时傅里叶变换结果(d) 小波变换结果图3-1 原始信号x(t)的S变换及短时傅立叶变换和小波变换频谱图在图3-1(b)、(c)中不同颜色代表不同的信号强度。不难看出，S变换后及短时傅里叶变换和小波变换都能确定信号存在3个频率的成分，但是在获取每个频率成分在时间上的分布上，，在低频部分，S变换与短时傅立叶变换相比有更好的频率分辨率；而在高频部分，S变换与短时傅立叶变换相比有更好的时间分辨率。图(d)为采用Morlet小波的信号连续小波变换时频谱，其小尺度对应高频。可以看出S变换和小波变换都能检测到频率突变点，但S变换在低频处频率分辨率更好，频谱图可视化更高，同时S变换还避免了小波变换母小波和分解层数选择的问题。实验 2 输电线路行波经 S 变换和短时傅里叶变换与连续小波变换提取故障信息后
文内图片：图4-2双端电源输电系统仿真模型

图片说明：图 4-2 双端电源输电系统仿真模型4.2 波速的确定输电线路故障时产生的暂态行波可分解为地模分量和线模分量，由于地模分量的色散等原因，选取线模分量作为研究对象。但是无论选取何种模分量、何种方法进行行波故障定位，在进行故障位置运算前都需要先确定行波速度；行波速度是影响行波故障定位精度的主要因素之一，如式(2-8)所示其大小与输电线路的参数密切相关，波速主要受线路分布电容和分布电感的影响。本文利用区外故障确定波速的方法进行故障定位。利用区外故障，测得各算法的波速如表 4-1 所示：表 4-1 各种算法计算得到的波速算法 STFT CWT ST MST波速（105km） 2.975 2.986 2.988 2.9404.3 基于 S 变换的输电线路行波故障定位结合第 2 章节所叙述的行波基本理论以及行波法定位原理，可以得出基于 S 变换的输电线行波故障定位步骤，输电线路故障定位流程图如图 4-3。
【学位授予单位】：上海电力学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM755

【参考文献】