基于CA-WMM的混合直流线路故障测距方法及系统

技术领域

本公开属于电力系统线路保护相关技术领域，尤其涉及基于CA-WMM的混合直流线路故障测距方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

柔性直流输电是一种小型、高效、控制灵活的新型直流输电技术，由于其不存在换相失败的情况、开关频率低、谐波含量少等优点在新能源并网、孤岛供电、城市电网改造等诸多领域有广阔的应用前景。在孤岛供电及城市电网改造中，由于地形的限制和城市内土地面积的紧张，出现了由多段架空线和电缆混合而成的输电线路。由于架空线与电缆的波阻抗不同，其行波速度不相同而且行波的传播路径更加复杂，传统的算法已经不再适用，混合输电线路的出现给行波故障测距技术带来了新的挑战。

对于混合线路的故障测距，大多是采用时间差判断故障的区段，然后进行故障测距。但是其整定值利用经验值得到，在判定故障区段时已经存在了误差，导致后续无法准确计算线路的故障距离。

现有技术中存在当一条母线上同时有电缆与架空线等多条线路时，利用相关系数选择具体那一条线路发生故障，但是针对由多段架空线与电缆混合连接一条线路，无法判断该条线路上哪一段发生故障。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本公开提供了基于CA-WMM的混合直流线路故障测距方法，能够确定故障点所在的线路以及故障点距离线路两端的故障距离，CA指相关分析，WMM指小波变换模极大值。

为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

第一方面，公开了基于CA-WMM的混合直流线路故障测距方法，包括：

获取混合直流线路的两端和线路连接点的故障电流行波并提取线模分量；

计算两端电流与连接点线模电流的互相关系数并对两组系数进行比较判断，确定发生故障的区段是电缆故障还是架空线故障；

确定固定故障点所在线路后计算故障点距离线路两端的故障距离。

进一步的技术方案，采用Karenbauer相模变换矩阵对电流分量进行解耦，提取故障电流的线模分量。

进一步的技术方案，确定固定故障点所在线路后，针对故障点所在线路计算起所在线路端的距离。

进一步的技术方案，线路A端电流与连接点P电流的互相关系数ρ

第二方面，公开了基于CA-WMM的混合直流线路故障测距系统，包括：

线模分量提取模块，获取混合直流线路的两端和线路连接点的故障电流行波并提取线模分量；

故障的区段判断模块，计算两端电流与连接点线模电流的互相关系数并对两组系数进行比较判断，确定发生故障的区段是电缆故障还是架空线故障；

故障距离计算模块，确定固定故障点所在线路后计算故障点距离线路两端的故障距离。

进一步的技术方案，采用Karenbauer相模变换矩阵对电流分量进行解耦，提取故障电流的线模分量。

进一步的技术方案，确定固定故障点所在线路后，针对故障点所在线路计算起所在线路端的距离。

进一步的技术方案，线路A端电流与连接点P电流的互相关系数ρ

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

目前相关分析多用于配电网故障选线、故障选相与电机的故障诊断等方面，应用于故障测距领域的不多，但是该方法原理简单，计算量小；在测距过程中只需要三个测点的电流信息，通过计算其互相关系数判定故障发生的区段，不需要由经验值得到的判定阈值，算法的准确性高、可靠性强。

本公开技术方案利用相关系数识别这一条线路上哪一段发生故障，再利用WMM(小波变换模极大值)识别突变点进一步精确故障位置。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本发明的故障定位流程图；

图2为两段直流混合线路测距模型；

图3(a)为线路A端测点线模电流；

图3(b)为线路B端测点线模电流；

图3(c)为线路连接点P测点线模电流；

图4(a)为线路A端测点WMM结果；

图4(b)为线路B端测点WMM结果；

图4(c)为线路连接点P测点WMM结果。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

本实施例公开了基于CA-WMM的混合直流线路故障测距方法，故障测距流程如图1所示。计算测点之间的互相关系数，通过比较互相关系数大小，其较小的相关系数对应的两个测点之间的线路即为故障点所在的线路；在准确的判定故障区段之后，利用测距公式计算故障点距离线路两端的故障距离。

具体步骤包括：

步骤1、采集输电线路两端和线缆连接点处的电流信号；

步骤2、对电流信号进行解耦，获得线模分量；

步骤3、分别计算两端电流与连接点线模电流的互相关系数；

步骤4、比较互相关系数判断发生故障的区段；

步骤5、利用小波模极大值确定波头到达时刻；

步骤6、根据故障区段选择测距公式，计算故障距离。

在具体例子中，如图2所示，直流线路由一段架空线路与一段电缆组成，当输电线路内部发生故障时，采集A、B两端和线路连接点P的故障电流行波信号，采样频率为1MHz。

步骤2中，由于直流线路正负极存在耦合关系，行波分量不相互独立，采用Karenbauer相模变换矩阵对电流分量进行解耦，时域下相模变换及反变换的关系如式(1)所示:

Karenbauer相模变换矩阵如式(2)所示:

将故障电流进行解耦，可得到如下表达式

式中，i

步骤3中，互相关函数可以反映两个信号中共有的频率成分，能相对完整的的保留相位方面信息，有增强两信号之间的较大共有成分、抑制较小共有成分、消除无关成分的能力。对于两个一维信号x(n)、y(n)，其互相关函数r

式中，N为两个信号的采样点数，j为采样时间时差，本发明在进行互相关分析时，是对两个确定的一维数组(信号)做分析，不考虑两者之间的时差，所以式中j取值为0。

由于本发明需要对三个测点采集到的电流信号两两做互相关分析，因此有必要对每次分析后的结果进行归一化处理，使数值同一，方便比较。

信号x(n)、y(n)的均方根值为

式中，N为两个信号的采样点数。

因此，互相关可以归一化表示为

即

式中ρ

需要说明的是，本发明计算的是采集到的电流线模分量的相关系数，不同于现有技术中计算的小波分解之后的小波系数的相关系数；本发明计算的是线路两端点以及连接点处的电流突变量，不同于现有技术中计算的同一端连接的不同线路的电流。

步骤4中，根据公式(7)分别计算线路A端电流与连接点P电流的互相关系数ρ

以图2所示故障为例，求得ρ

步骤5中，小波变换由于具有时频局部化的特性而非常适合于突变信号的检测，目前已被广泛用于提取电力系统各种故障和扰动的暂态特征。

需要说明的是，现有技术中是利用信号分解后的小波系数，且采用的方法是离散小波变换，在计算故障距离时需要计算三次故障距离，并利用权值得到最后的结果。本申请采用的是小波变换模极大值，是经过连续小波变换后计算模极大值识别信号的突变点，只需要计算一次故障距离，不需要权重的计算。

平稳小波变换(SWT)每个小波尺度的长度都与所分析的信号相同，在尺度重构的过程中不会发生混频。由于其平移不变性，其已广泛应用于信号的奇异性检测。

SWT由分解和重构两个过程构成，分解过程通过J次迭代把时间序列信号数据x[n](记为a

c(x[n])＝[a

其中

a

b

H

G

式中，分解级数j＝1，2，…，J；H

设时间序列信号数据x[n]的小波变换结果是|Wf(x)|，如果存在x

|Wf(x)|≤|Wf(x

图3(a)-图3(c)、图4(a)-图4(c)分别为线路A、B两端和连接点P处的线模电流及WMM。

步骤6中，假设t

当由互相关系数判定故障发生在架空线路时，利用公式(14)计算故障点距离A端的距离

当判定故障发生在电缆时，利用公式(15)计算故障点距离B端的距离。

通过搭建混合输电线路PSCAD模型，线路总长560km，其中架空线长500km，电缆长60km，架空线波速297.75km/ms，电缆波速194.55km/ms。得到故障数据，故障定位结果如表1所示。

表1仿真结果

实施例二

本实施例的目的是提供一种计算装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。

实施例三

本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行上述方法的步骤。

实施例四

本实施例的目的是提供基于CA-WMM的混合直流线路故障测距系统，包括：

线模分量提取模块，获取混合直流线路的两端和线路连接点的故障电流行波并提取线模分量；

故障的区段判断模块，计算两端电流与连接点线模电流的互相关系数并对两组系数进行比较判断，确定发生故障的区段是电缆故障还是架空线故障；

故障距离计算模块，确定固定故障点所在线路后计算故障点距离线路两端的故障距离。

以上实施例二、三和四的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本公开中的任一方法。

本领域技术人员应该明白，上述本公开的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本公开不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。