[发明专利]基于同步挤压小波变换的高压直流输电线路故障测距方法

说明书

本公开提出了基于同步挤压小波变换的高压直流输电线路故障测距方法，获取故障输电线路的电流行波信号；对电流行波信号进行解耦，获得线模分量；对线模分量进行变分模态分解，获得不同频率段的信号；对最高频率信号进行同步挤压小波变换，识别单分量信号的瞬时频率，得到时间频率图；利用时间频率图首个突变点确定故障初始行波到达时刻及对应的瞬时频率，确定瞬时频率对应的线模波速度；通过测距公式计算故障点到整流端的距离。该方法精度较高，而且抗过渡电阻能力强。

技术领域

本公开涉及电力系统线路保护技术领域，特别是涉及基于同步挤压小波变换的高压直流输电线路故障测距方法。

背景技术

高压直流输电是利用稳定的直流电进行电力的传输，具有无感抗、无容抗、无需同步运行、可以快速调节功率等优点，与交流输电相比，直流输电的输送电容量更高、输电的距离更远、电流网络的建立更加容易、高压功率的调节更加方便，被广泛的应用在大功率远距离的直流输电之中，高压直流输电线路相较于交流输电更适合我国地缘辽阔的特点。由于架空输电线路暴露在空气中，工作条件恶劣，是整个输电系统中发生故障概率最高的元件，直流线路发生故障会危害电气设备的安全运行，中断功率的正常传输，直流系统闭锁、停运会引发系统电压和频率稳定问题甚至造成大停电。所以直流输电线路故障测距、故障清除和恢复，对保障设备安全、提高供电可靠性、维持整个系统的稳定性尤为重要。

任何测距原理都是基于线路模型，利用电气量和故障距离的关系来构造的。就高压直流输电线路而言，其长度决定了必须基于分布参数模型来推导测距公式，因此，描述分布参数线路电气特征的波动方程成为了测距的基础。波动方程的达朗贝尔解说明电压、电流均是由前行波和反行波叠加形成的，行波是既与时间相关又与距离相关的物理量，且传播距离和传播时间受波速度的约束，因此固定观测点，通过行波到达的时间信息可以推算传播距离，这就是行波法的基本原理。行波会在线路边界和故障点之间来回折反射，在计及多次折反射的一个较长的时间范围内行波信号呈现周期性规律，因此行波信号的频率也可以反映线路边界到故障点的距离，这种利用暂态信号频域特征的测距方法称为固有频率法。根据时间换空间的思想，某一时刻下，线路某处的前行波可以用测量点处前行波的历史值得到，反行波可以用测量点处反行波的将来值得到。因此，通过测量点处电压和电流行波便可推知线路上任意一点的电压和电流值，结合故障点电压电流的特征便可进行故障定位，这种直接利用波动方程推导沿线电气量分布的方法就是故障分析法。行波法、固有频率法和故障分析法分别从时间、频率和空间三个角度建立起了可检测电气量和故障距离之间的关系，是直流输电线路的三种主流故障测距方法。

当直流输电线路发生故障时，故障行波中某一频率分量的传播速度v是与频率有关的复杂函数：

式中：ω为该频率分量的角频率，ω＝2πf；β(ω)为该频率分量的相位畸变系数，与线路单位长度参数有关。由于线路导线和大地在某一频率分量的电磁场作用下具有集肤效应，R0和L0将随频率变化而变化，而G0和C0几乎不受频率影响。某线路的电阻和电感的频变特性如图1所示。本申请所解决的是现有故障测距算法精度不高的问题。

发明内容

本说明书实施方式的目的是提供基于同步挤压小波变换的高压直流输电线路故障测距方法，采用一种基于行波瞬时频率且波头到达时刻与波速有机统一的故障测距思想。利用同步挤压小波变换形成故障暂态信号的时频图，依据时频图标定行波到达时刻与该时刻特定的瞬时频率，再经由瞬时频率求取相应的波速度，形成高压直流线路故障测距实用算法。

本说明书实施方式提供基于同步挤压小波变换的高压直流输电线路故障测距方法，通过以下技术方案实现：

包括：

获取故障输电线路的电流行波信号；

对电流行波信号进行解耦，获得线模分量；

对线模分量进行变分模态分解，获得不同频率段的信号；