基于单端行波信号分析的配电网故障测距算法
廖彬宇舒勤
(四川大学电气信息学院,四川成都610065)
摘要:对于辐射较配电网其三相线路上发生单相接地故障时,效障点反射的电压行波和线路末端反射的电压行波具有相同的极性,仅依靠极性转点无法准确识别出故障点反射波.针对这个问题,对配电网线路末端所连接的配电变压器进行了分析,发现电压行波在配电变 压器处的反射具有幅值较大和极性翻转的特性,利用这一性质,可有效识别第二个行波波头是来自于故障点还是线路末端,再利用故障线路的电流行波的幅值比较大的转点准确选择出故障线路,最后利用小波变换模极大值检测行波波头到达测量端的准确时刻从而计算出放降距离,基于此可构造针对辐射状配电网的单端故障测距算法.大量仿真验证表明,此方法有效,准确,可靠.
关键调:幅射状配电网:单相接地:线模行波:行波极性
中图分类号:TM773 文献标识码:A
文章编号:1007-9416(2017)02-0123-04
Abstract:When singlephasetoground fult occus on threephase power adial disribution nework the voltage taveling wave refected bythe fault pont and the voltage taveling wave refected by the end ofthe line have the same polarity it is impible to accurately idenify the refectedwave of the fault point only through polarity. Aining at this problem by analyzing the disribution trarsfomer connected to the end of disibution nerwork it is found that the reflection of volage raveling wave at the disribution taommer has the characteristics of lage amplitude nd polarityreversal by using this propety which can be used to effectively identify the traveling wave from fault point and opposite terminal μnd by using theacce tme ofte taveling wae aiving te mring had o allae the fl disace bsd on ths ppoe mehd f radil disbtin characteristic of the current taveling wave of the fiult line to selected the fault line. Finally the wavelet transfomm modulus maxima is used to detect therobst and accurate singlended fault location algorithms can be stuctured. A large number of EMTP siulation cases were carried out verifying the poo sppo aqau pe emoe uea
Key Words:radial disribution nework;singlephasetoground; denxification of traveling wave; polariry of traveling wave
以及环状网,其中辐射状网结构为多条线路连接到一条母线上,如可靠性. 果其中某一条线路发生单相接地故障,就会涉及到故障选线和故障测距等问题.因此对单相接地故障的研究是很有必要的,其中故障选线主要是通过故障线路电流行波的幅值比非故障线路电流行波 幅值大的特点来实现的,而目前的故障测距算法主要有阻抗法和行波法,其中行波法又分为单端法和双端法,面单端测距算法具有成本低,不需要全球定位系统(GPS),不受时间同步等因素的影响等优点,也存在有波头性质识别困难的缺点.
目前,我国的中低压电压配电网一般采用中性点非直接接地的小选出故障线路,再利用电压行波在故障线路末端配电变压器的反运行方式,其主要包括有不接地和经消弧线圈接地,又可以称为小射特性识别出第二个行波波头是来自于故障点的反射还是线路末电流接地系统.配电网的主要网架形式可以分为辐射状网,树状网端的反射,从面实现单端故障测距,仿真验证了该方法的有效性和
1单端故障测距法原理
单端故障测距算法即A型现代行波故障测距原理.它是利用测量端检测的第一个行波波头与第一个故障点反射波之间的时间差是单端故障测距的关键,辐射状配电网线路上发生故障时,第一个 来计算测量点到故障点的距离的,所以准确的识别出故障点反射波故障点反射行波到达测量端的传插路径如图1所示.
单端行波测距主要是通过对前两个波头性质的识别来实现测距的,但是仅通过型波波头极性的特征有时无法准确识别第二个波用零模分量和线模分量第二个波头的正负极性特点,实现对第二个 头的性质.目前有很多文献对单端故障测距进行了研究,文献3]利波头的性质识别,但是因为零模分量在传播过程中的衰减非常严重,所以会降低此方法的可靠性.文献4]利用初始反极性波实现对第二个波头性质的识别,但是如果考虑到非故障线路反射波的影响 这种方法就将失效.
图1故障点反射波
本文在对故障行波折、反射过程分析的基础上,提出了针对配电网辐射状网络的单端故障测距算法,首先根据电流行波的幅值大
图2线路末端反射波
应用研究
线路末端反射波到达测量端的传播路径如图2所示.
波,也可能是来自于线路末端变压器的反射波.所以识别第二个行 由以上分析可知,第二个行波波头可能来自于故障点的反射波波头是来自于故障点还是线路末竭是单端故障测距算法的关键,种第二个行波波头的识别方法". 以下通过分析行波在故障线路上的折、反射过程和特点,提出了一
2行波在母线和变压器处的反射
故障发生后,故障点产生的电压行波、电流行波将会沿电力线不连续点,就会发生折、反射现象.
线路波阻抗变为Z,则电压行波和电流行波在该点的反射系数为: 行波沿波阻抗为Z的线路传播,经过某一点(阻抗不连续点)后
(a)1段线路电流行波小波变换
(1)
而电压行波和电流行波在该点的折射系数分别为:
(2)
母线一般都连有三条及以上的线路并称为三类母线,所以由(1)式可 (1)在M端母线处的反射.如图1所示,对于辐射状配电网,M端
(a)行波通过串联电感示意图
(b)2段线路电流行波小波变换
图3行波在串联电感处的传插特性
图5各段线路电流行波数据处理结果 (c)3段线路电流行波小波变换
图4辐射状配电网
万方数据
得,行波在M端的反射系数a为负数.
(5)
压器高压侧绕组时,变压器的磁化电感远远大于漏感,因此其分布 (2)在线路末端配电变压器处的反射.当高频电压行波传插到变电容的分流作用可以忽略.所以可以认为高频电压行波传播到变压器时,变压器的高压侧可以等效为串联电感,其模型如图3所示,行波在变压器高压侧的反射分析过程如下.
其中;r=- z z 为时间常数.
又因为-=,所以:
(6)
设一无限长直角波u人射到线路末端,Z.故障线路波阻抗,Z为线路末端等值波阻抗,L为线路等值电感,可以得到反射波为路如图3(b)所示. y,折射波为2,如图3x(a)所示.再根据被得逊法则可作出等效电
式(9)表明,当1=0时,4y=u.,可以理解为电感电流不能突变,1=0时刻相当于开路(2=00)随后反射电压行波根据时间 -²常数按指数规律变化,当时r=∞,y= 22
图3中:
此时的电感相当于开路其反射系数a=1,而当故障发生一段时间 由以上分析可知,故障发生瞬间因为电感上的电流不能突变,后反射行波开始根据时间常数按指数规律变化,使得反射系数的值逐渐减小最后可能变为负数.而表现在行波波形上就是故障线路对端反射波刚开始时与故障初始行波极性相同且幅值较大(反射系数
(3)
(4)
由(6)(7)式可得:
(b)小波变换模极大值
图6距离M端3km处数据处理结果
图7距离M端7km处数据处理结果
应用研究
为1),而后开始以指数形式衰减,使波头的极性发生明显的翻转.
3第二个行波波头识别方法
3.1行波的小波分析
大值,且小波信号系数的正负对应于行波信号的突变上升和下降. 小波变换可以反应行波信号中的突变点,表现为小波中的模极因此,可以利用小波变换对行波信号进行处理,以小波系数的幅值性的正负,所以可以利用故障线路的电流行波比较大的特点有效选 大小来表示行波信号的幅值大小,以小波系数的正负来表示行波极择出故障线路,再利用线路末端变压器对电压行波的反射特性有效识别出第二个行波波头的性质,而且小波变换还具有一定的排除噪声干扰的作用.本文采用DB1小波进行分析.
3.2行波新、反射过程分析
单相接地故障发生后,故障点产生的行波经过复杂的折、反射后到达测量端,所以测量竭检测到的行波信号是入射行波信号和测 量竭反射的行波信号的叠加.设故障点附加电源电势为U(0),经过对端反射系数为d,故障点折射系数为b.当初始行波到达测量端时,测量端反射信号为aU(-4),所以初始行波信号为:
由于M测量端母线为三类母线,其反射系数-10(a0与故障点反射波同极性,因此仅仅依靠极性的正负来识别故障点反射波是不行的.
线路末端的反射波刚开始为幅值很大的正极性行波,面后会发生一 但是根据以上对行波在变压器处的反射特性可知,来自于故障个明显的翻转,这样就与故障点反射波有非常明显的区别,所以可以利用行波在配电变压器处的反射特性来实现第二个行波波头的识别.
4仿真验证
进行仿真测试.辐射状配电网的仿真模型如图4所示,1段线路长度 为了验证以上的分析的正确性和有效性,利用pscad仿真软件L-12km,2段线路长度为L-10km,3段线路长度为0.1181Q/km,线间距为0.8m,导线档距中央离地高度7m,采样率 =11km,线型号选用LGJ240,直径2.16cm,导线直流电阻为为10MHz.对三相数据采用卡伦贝尔变换提取线模分量,取v=3x1Pm/s,并利用DB1小波对线模分量进行分析.
万方数据
(7)
(8)
S
(9)
参考文献
4.1故障发生在2段线路上距离M端3km处
择出故障线路,各段线路检测到的电流行波经小波处理后的结果 首先通过比较各段线路所检测到的电流行波的幅值大小来选如图5所示,
由以上仿真结果可知,2段线路初始电流行波小波系数幅值为0.003046,面1.3段线路初始电流行波小波系数幅值都为0.001542. 所以可以判定2段线路为故障线路.
M端检测到的电压行波波形以及其小波变换模极大值如图6所示.
发生翻转,因此可以判定第二个行波波头为故障点反射波,再根据 由仿真得到的图6分析可知,第二个行波波头幅值较小且没有小波变换结果,第一个行波波头到达时刻为t=0.0102ms,第二个行波波头到达时刻为t=0.0302mv则故障点到测量端的距离为:
4.2故障发生在1段线路距离M端7km处
同第一种情况通过各段电流行波初始行波小波系数幅值的大
M端检测到的电压行波波形以及其小波变换模极大值如图7所示.
了明显的翻转,因此可以判定第二个行波波头为故障线路末端反射 由仿真得到的图7分析可知,第二个行波波头幅值较大且发生波.再根据小波变换结果,第一个行波波头到达时刻为=0.0234ms,第二个行波波头到达时刻为r=0.0568mx,则故障点到测量端的距离为:
别第二个行波波头的性质,利用小波变换检测行波波头到达测量的 综上所述,根据行波在配电变压器处的反射特性,可以有效识时刻增加了测距的精度,从而针对辐射状配电网可以实现单端故障测距算法.
幅值大小特性实现故障选线,再利用电压行波在线路末端配电变压 对于辐射状配电网测量端母线连有多条线路,根据电流行波的器的反射特性,实现对第二个行波波头的识别,通过对第二个行波利用小波变换实现对行波波头幅值和到达测量端时刻的检测,提高 波头的识别,不会受到其他行波波头的干扰,具有较高的可靠性,再了算法的精度.大量仿真证明本文提出的算法可有效提高辐射状配电网单端故障测距的有效性,且具有一定实际应用价值.
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做出设计,在考虑独立部分的运行情况时还要从整体层面来人手,升,以免存在功能上的冲突导致部分现场使用功能不能实现.数据 确保最终的显示处理器能够更好地配合,在使用效率上得到明显提前期挖据整合全部完成后,可以进人到后期的功能框架组合阶段,根据显示处理器使用方向来对现场工作做出进一步完善.
4.2目标定义与数据准备
接下来需确定数据挖掘所针对的主体,确定目标范围后,数据挖据可以节省大量时间.数据显示处理器在开发中会根据未来的使 用需求来对其数据库进行完善,达到理想的运行使用效果,因此定义与数据准备成为了开展显示器开发的首步骤,将有用信息筛选整合后,设置一个用于开发的临时数据库,其内部存储信息全部为系 统功能设计所需要的.对于数据的比较分析,可以将数学算法与计算机系统相结合来进行,通过运算来确定数据信息是否是有用的,数据准备就绪后在接下来的开发应用中能够快速的从数据库中对 其进行提取,帮助节省更多时间,这也是提升工作效率的有效方法.将其作为设计进行的首要步骤,那么接下来的设计任务也都是在此基础上进行,所准备的数据会应用在后续程序开发中,目前数据挖 掘技术在一些大型系统开发研究中得到了广泛的应用,可以在短时间内完成基融框架的建设,这也是提升设计效果的有效措施方法.
4.3开发的结果解释与评估
数据挖据结果需与数据库内的信息做出比较,即使是自动完成
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奏具有一定的唯一性.通过对文本中存在的语言节奏进行分析,得知语言节奏是在时间序列上展开的,一篇文章中某一时刻语言节奏标记或者语言节奏单元的出现,是与之前出现过的语言节奏标 记和语言节奏单元概率相关的.因而,可以将语言节奏视为一个Markov过程,并进一步提取语言节奏的特征.由于每一类语言节奏中的节奏标记是有限的,所以在语言节奏Markov的过程中存在的状态也是有限的,因此,状态转移矩阵的规模就不会很大,对于文本 分析的工作是非常有利的,至此完成了语言节奏特征的提取过程.
4结语
通过实验验证,语言节奏的特征分析在文章话题同一性发现中组织在一起,提取语言节奏并进一步分析语言节奏特征.对于语言 同样具有良好的效果.通过将一个时间段的多个话题的多篇文档,节奏面言,通过语法节奏、情感节奏等综合特征可以大大提高文章
........................................................................................................ ...上接第126页
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5结语
参考文献
参考文献
础上进行全面定义分析,数据挖掘技术是对传统处理器开发技术的评估任务的,最终所得到的结果中仍然容易出现误差,这也是影响确定数据库中的有用信息并通过挖掘筛选来将其应用在程序汇编范围内依次进行,通过这种评估解释能够帮助再次确定数据库中的 一次创新,其特点是在运算速度上有明显的提升,可以在短时间内结果的主要原因,在此环境下所开展的各项评估任务要在额定数据中,应用需要配合程序汇编语言来进行,这种方法下才更具有使用有用信息,并为后续建设管理计划开展创造有利条件,数据库管理效率.将整体显示系统的设计分为若干个部分,对每一部分的功能可以基于网络环境下进行,虽然管理效率得到了提升,但同时所面 对的风险问题也因此面增多,这也决定了结果解释与评估在现场开工作任务完成效果,对于一些比较常见的功能隐患问题,通过这种 展更加重要,评估时间确定也是十分重要的,可能会影响到最终的方法解释与评估的进行,可以帮助筛选出信息中不合理或者误差比理器功能正常实现的前提下,在数据信息的稳定性上也得到了保 较大的部分,方便对接下来的开发研究方向进行调整,确保显示处障,这也是传统方法中所不具备的,是未来设计研发的主流方向.
率,这需要新的技术来自动、智能和快速地分析海量的原始数据,以 如何才能从数据中提取有价值的知识,进一步提高信息量利用使数据得以充分利用,由此引发了一个新的研究方向:数据挖掘与明显优势,基于数据挖掘的分析技术在金融、保险、电信等有大量数 知识发现的理论与技术研究,数据挖据技术在分析大量数据中具有据的行业已有着广泛的应用,数据挖据技术的运用还需要进一步加强研究.
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