基于壓縮傳感技術(shù)的故障定位裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示故障定位裝置，包括故障信號捕獲單元，當(dāng)該電力系統(tǒng)的電力傳輸線發(fā)生故障時，該故障信號捕獲單元用于在一個預(yù)設(shè)的第一信號測量點處捕獲來自故障點的故障信號；信號壓縮傳感單元，基于壓縮傳感技術(shù)對該故障信號捕獲單元捕獲的故障信號進(jìn)行壓縮傳感處理；信號傳輸單元，用于將壓縮傳感處理后的信號進(jìn)行傳輸或存儲；信號重構(gòu)單元，基于該壓縮傳感處理后的信號對該故障信號進(jìn)行重構(gòu)；及故障位置計算單元，基于重構(gòu)的故障信號計算該故障點的位置。本發(fā)明還揭示有故障定位方法。
【專利說明】基于壓縮傳感技術(shù)的故障定位裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開的實施方式涉及電力系統(tǒng)上的故障定位裝置和方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在電力系統(tǒng)中，例如在下一代智能電網(wǎng)的實現(xiàn)中，故障的自動定位已經(jīng)成為一個非常重要的環(huán)節(jié)。自動故障定位的目標(biāo)是在故障發(fā)生后通過故障點產(chǎn)生的故障信號來快速定位該故障點，以免使該故障影響整個電力系統(tǒng)的正常工作或損壞電力系統(tǒng)設(shè)備。
[0003]最常見的電力系統(tǒng)故障為短路故障，通常發(fā)生在輸電網(wǎng)或配電網(wǎng)的電力傳輸線上。傳統(tǒng)的故障定位是通過人工巡線的方式查找出故障發(fā)生的位置，這種人工的方法效率極低且成本很高。為此，需要設(shè)計自動化的故障定位裝置及方法來完成故障定位。
[0004]現(xiàn)有的一些自動故障定位技術(shù)通常分為兩大類,分別為阻抗法(impedance-basedmethod)和行波法(traveling wave method)。該兩種方法均是分析從一個故障點到一個信號測量點之間的距離。阻抗法是根據(jù)計算從信號測量點到故障點之間的總的阻抗或電抗來評估故障點的位置，但由于電力傳輸線上的阻抗或電抗不是絕對均勻的，故應(yīng)用此種方法的測試精度不高，很難滿足精確定位的要求。
[0005]行波法是根據(jù)在故障點產(chǎn)生的行波或主動的檢測信號在故障點反射的行波在電力傳輸線中的傳播時間來計算故障點的位置的，盡管應(yīng)用該方法避免了電力傳輸線本身特征不確定的影響，但若要獲得較高的精度，需要較高的數(shù)據(jù)采樣率。對于數(shù)字測量系統(tǒng)而言，決定精度的一個關(guān)鍵因素就是采樣率的高低，根據(jù)尼奎斯特(Nyquist)采樣定律，采樣率需要大于原始信號的最大設(shè)定頻率的兩倍才能獲得較高的精度。然而，較高的數(shù)據(jù)采樣率必然要求故障定位裝置在設(shè)計上滿足高采樣率要求，并且在后續(xù)數(shù)據(jù)傳輸或存儲時需要傳輸或存儲較大數(shù)量級的數(shù)據(jù)，從而帶來傳輸帶寬和存儲空間的要求。而且還會提高數(shù)據(jù)傳輸或存儲等過程中的電能消耗。
[0006]因此，有必要提供一種改進(jìn)的故障定位裝置及方法以解決至少上述技術(shù)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于上述提及之技術(shù)問題，本發(fā)明的一個方面在于提供一種故障定位裝置。該故障定位裝置包括:
[0008]故障信號捕獲單元，當(dāng)該電力系統(tǒng)的電力傳輸線發(fā)生故障時，該故障信號捕獲單元用于在一個預(yù)設(shè)的第一信號測量點處捕獲來自故障點的故障信號；
[0009]信號壓縮傳感單元，基于壓縮傳感技術(shù)對該故障信號捕獲單元捕獲的故障信號進(jìn)行壓縮傳感處理；
[0010]信號傳輸單元，用于將壓縮傳感處理后的信號進(jìn)行傳輸或存儲；
[0011]信號重構(gòu)單元，基于該壓縮傳感處理后的信號對該故障信號進(jìn)行重構(gòu)；及
[0012]故障位置計算單元，基于重構(gòu)的故障信號計算該故障點的位置。
[0013]本發(fā)明的另一個方面在于提供一種故障定位方法。該故障定位方法包括:
[0014]在一個預(yù)設(shè)的第一信號測量點處捕獲來自故障點的故障信號；
[0015]基于壓縮傳感技術(shù)對該捕獲的故障信號進(jìn)行壓縮傳感處理；
[0016]基于壓縮傳感處理后的信號對該故障信號進(jìn)行重構(gòu)；及
[0017]基于重構(gòu)的故障信號計算該故障點的位置。
[0018]本發(fā)明提供的故障定位裝置及方法，通過將壓縮傳感技術(shù)與行波法故障定位方法進(jìn)行結(jié)合，即對通過行波法捕獲的故障信號進(jìn)行壓縮傳感處理后再進(jìn)行后續(xù)的重構(gòu)及定位計算，從而使信號的采樣率較現(xiàn)有的尼奎斯特采樣方法的采樣率大大降低，進(jìn)而也使信號的傳輸與存儲要求大大降低了，同時也減小了因信號傳輸與存儲過程而需要的能量損耗。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]通過結(jié)合附圖對于本發(fā)明的實施方式進(jìn)行描述，可以更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
[0020]圖1所示為本發(fā)明應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的故障定位裝置的一種實施方式的模塊示意圖。
[0021]圖2a所不為在一個電力系統(tǒng)中當(dāng)電力傳輸線上發(fā)生故障時一個行波信號從故障點產(chǎn)生并向一個信號測量點傳輸?shù)氖疽鈭D。
[0022]圖2b所不在一個電力系統(tǒng)中當(dāng)電力傳輸線上發(fā)生故障時一個行波信號從故障點產(chǎn)生并分別向兩個信號測量點傳輸?shù)氖疽鈭D。
[0023]圖3a為圖2a中的產(chǎn)生的行波信號的波形示意圖。
[0024]圖3b為圖3a中方框內(nèi)波形的放大圖。
[0025]圖4所示為圖1的故障定位裝置中的信號預(yù)處理單元的一種實施方式的示意圖。
[0026]圖5a所示為圖1的電力系統(tǒng)在故障點產(chǎn)生的故障信號的波形示意圖。
[0027]圖5b所示為圖5a的故障信號經(jīng)過預(yù)處理后的波形示意圖。
[0028]圖6所示為圖1的故障定位裝置中的信號壓縮傳感單元的一種實施方式的示意圖。
[0029]圖7a所示為圖6所示的信號壓縮傳感單元中的一個信號處理通道的一種實施方式的信號流程框圖。
[0030]圖7b所示為圖6所示的信號壓縮傳感單元中的一個信號處理通道的另一種實施方式的信號流程框圖。
[0031]圖8所示為本發(fā)明應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的故障定位方法的一種實施方式的流程示意圖。
[0032]圖9分別所示為對應(yīng)圖5b信號六組模擬仿真的重構(gòu)圖像。
[0033]圖10所示為本發(fā)明應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的故障定位裝置的另一種實施方式的模塊示意圖。
[0034]圖11所示為在一個電力系統(tǒng)中當(dāng)電力傳輸線上發(fā)生故障時一個主動的檢測信號從一個信號測量點注入，向故障點傳輸并反射的示意圖。
[0035]圖12為應(yīng)用圖10故障定位裝置的產(chǎn)生的故障信號的波形示意圖。

【具體實施方式】
[0036]本發(fā)明揭露的一個或者多個實施方式涉及壓縮傳感信號處理機(jī)制，以用于處理電力系統(tǒng)發(fā)生故障時故障點的定位問題。其中，該術(shù)語“壓縮傳感(compressed sensing, CS)”為一種信號處理技術(shù)，用于高效的獲取并重構(gòu)信號。本發(fā)明將應(yīng)用壓縮傳感技術(shù)解決電力系統(tǒng)發(fā)生故障時需要快速、及時地處理大容量的故障信號的問題。
[0037]以下將描述本發(fā)明的一個或者多個【具體實施方式】。首先要指出的是，在這些實施方式的具體描述過程中，為了進(jìn)行簡明扼要的描述，本說明書不可能對實際的實施方式的所有特征均作詳盡的描述。應(yīng)當(dāng)可以理解的是，在任意一種實施方式的實際實施過程中，正如在任意一個工程項目或者設(shè)計項目中，為了實現(xiàn)開發(fā)者的具體目標(biāo)，或者為了滿足系統(tǒng)相關(guān)的或者商業(yè)相關(guān)的限制，常常會做出各種各樣的具體決策，而這也會從一種實施方式到另一種實施方式之間發(fā)生改變。此外，還可以理解的是，雖然這種開發(fā)過程中所作出的努力可能是復(fù)雜并且冗長的，然而對于與本發(fā)明公開的內(nèi)容相關(guān)的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本公開揭露的技術(shù)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一些設(shè)計，制造或者生產(chǎn)等變更只是常規(guī)的技術(shù)手段，不應(yīng)當(dāng)理解為本公開的內(nèi)容不充分。
[0038]除非另作定義，在本說明書和權(quán)利要求書中使用的技術(shù)術(shù)語或者科學(xué)術(shù)語應(yīng)當(dāng)為本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本說明書以及權(quán)利要求書中使用的“第一”或者“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來區(qū)分不同的組成部分?！耙粋€”或者“一”等類似詞語并不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個?！盎蛘摺卑ㄋ信e的項目中的任意一者或者全部?！鞍ā被蛘摺鞍钡阮愃频脑~語意指出現(xiàn)在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵蓋出現(xiàn)在“包括”或者“包含”后面列舉的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件?！斑B接”或者“相連”等類似的詞語并非限定于物理的或者機(jī)械的連接，而是可以包括電性的連接，不管是直接的還是間接的。此外，“電路”或者“電路系統(tǒng)”以及“控制器”等可以包括單一組件或者由多個主動元件或者被動元件直接或者間接相連的集合，例如一個或者多個集成電路芯片，以提供所對應(yīng)描述的功能。
[0039]圖1所示為本發(fā)明應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的故障定位裝置的一種實施方式10的模塊示意圖。在下面的描述中，為了更好的理解本發(fā)明的較佳實施方式，該電力系統(tǒng)的其他部分均未意出來。該電力系統(tǒng)可以為任何類型的電力系統(tǒng)，例如城市電網(wǎng)系統(tǒng)、農(nóng)村電網(wǎng)系統(tǒng)等?？梢匀菀桌斫獾氖?，該故障定位裝置10可以被設(shè)置于任何合適的檢測位置上進(jìn)行故障定位檢測。例如，該故障定位裝置10可以被設(shè)置于電力系統(tǒng)中的一個變電站中。
[0040]在圖1所示的實施方式中，該故障定位裝置10包括一個故障信號捕獲單元11、一個信號預(yù)處理單兀12、一個信號壓縮傳感單兀13、一個信號傳輸單兀14、一個信號重構(gòu)單元15及一個故障定位計算單元16。
[0041]在一些實施方式中，該故障定位裝置10基于壓縮傳感技術(shù)并結(jié)合A類型行波法或B類型行波法來計算電力系統(tǒng)中電力傳輸線上的故障點的位置。在其他實施方式中，該故障定位裝置10還可基于壓縮傳感技術(shù)并結(jié)合其它類型的行波法來計算故障點位置，后續(xù)對應(yīng)圖11的段落將給出結(jié)合C類型行波法的實施例。
[0042]該故障信號捕獲單元11用于在電力系統(tǒng)的電力傳輸線上設(shè)置一個信號測量點。圖2a所示為在一個電力系統(tǒng)中設(shè)置了一個信號測量點“M”。在一些實施方式中，該信號測量點“M”為在電力系統(tǒng)中的一個變電站中選取的測量點。其他實施方式中，該信號測量點“Μ”還可在電力系統(tǒng)上的電力傳輸線的其他地方進(jìn)行選取，如在電力傳輸線的節(jié)點上進(jìn)行設(shè)置等。當(dāng)一個故障(如短路故障)發(fā)生時，該故障點“F”位于該信號測量點“Μ”與另一遠(yuǎn)端點“N”之間，且在該故障點“F”處將產(chǎn)生一個電流或電壓信號的突變，該突變將導(dǎo)致該故障點“F”處產(chǎn)生一個行波信號21 (即故障信號)，且該故障信號21由該故障點“F”處向該信號測量點“Μ”處傳播，然后再從該信號測量點“ ‘“Μ”處反射回該故障點“F”，并依次往復(fù)(參見圖2a)。該往返傳播于該故障點“F”與信號測量點“Μ”之間的故障信號21即被在后續(xù)的信號處理過程中用于計算故障點“F”的具體位置，例如基于壓縮傳感技術(shù)并結(jié)合A類型行波法進(jìn)行計算。
[0043]在另一個實施方式中，該故障信號捕獲單兀11用于在電力系統(tǒng)的電力傳輸線上設(shè)置一對信號測量點，例如分別設(shè)置測量點“Μ”及“N”，基于壓縮傳感技術(shù)并結(jié)合B類型行波法進(jìn)行計算。圖2b所示為在一個電力系統(tǒng)中設(shè)置了兩個信號測量點“Μ”及“N”。當(dāng)一個故障(如短路故障)發(fā)生時，該故障點“F”位于該信號測量點“M”與“N”之間，且在該故障點“F”處將產(chǎn)生一個電流或電壓信號的突變，該突變將導(dǎo)致該故障點“F”處產(chǎn)生一個行波信號21 (即故障信號)，且該故障信號21由該故障點“F”處分別向該信號測量點“M”及“N”處傳播(參見圖2b)。該傳播于該故障點“F”與信號測量點“Μ”之間的故障信號21及傳播于該故障點“F”與信號測量點“N”之間的故障信號21即被在后續(xù)的信號處理過程中用于計算故障點“F”的具體位置，例如基于壓縮傳感技術(shù)并結(jié)合B類型行波法進(jìn)行計算。
[0044]對于圖2a所示的A類型行波法，假設(shè)該故障信號21第一次從該故障點“F”到達(dá)信號測量點“M”是在第一時間點h，該故障信號21第二次從該故障點“F”到達(dá)信號測量點“M”是在第二時間點t2，該故障點“F”到信號測量點“M”之間的故障位置距離L1可通過如下公式計算得出其中V代表該故障信號21在電力傳輸線中的傳播速度。
[0045]對于圖2b所示的B類型行波法，假設(shè)該故障信號21第一次從該故障點“F”到達(dá)信號測量點“M”是在第一時間點h，該故障信號21第一次從該故障點“F”到達(dá)信號測量點“N”是在第二時間點t2，該故障點“F”到信號測量點“M”之間的故障位置距離L1可通過如下公式計算得出=L1= [L+v (t2-ti) ] /2— (2)，其中V代表該故障信號21在電力傳輸線中的傳播速度，L為該對信號測量點“M”及“N”之間的距離，其為已知值。
[0046]請參考圖3a，為圖2a中的產(chǎn)生的故障信號21的波形示意圖。作為一個例子，圖3a示意了在大約t=3ms的時候產(chǎn)生該故障信號21，即在大約t=3ms時故障發(fā)生了。為了方便解釋，圖3b示意了圖3a中方框內(nèi)波形的放大圖，且調(diào)整了時間原點。圖3b中產(chǎn)生的呈階梯狀的波形圖正是由于該故障信號21在該故障點“F”與測量點“M”之間的來回傳輸而產(chǎn)生的。因此，每兩個階梯信號之間的時間差即代表由故障點“F”到測量點“M”傳輸?shù)墓收闲盘?1的一個傳輸來回時間。該傳輸來回時間被用于根據(jù)上述公式(I)計算故障點“F”與測量點“M”之間的距離。對于B類型行波法也應(yīng)用相似的方法計算，這里不再贅述。
[0047]該故障信號捕獲單元11還用于捕獲該故障信號21 (例如圖3b示意的信號)，即在測量點“M”處捕獲從故障點“F”處傳輸?shù)墓收闲盘?1。該信號預(yù)處理單元12用于接收該故障信號捕獲單元11捕獲的故障信號21并對其進(jìn)行信號的預(yù)處理，以便于后續(xù)進(jìn)行信號的壓縮傳感處理。在一些實施方式中，如果經(jīng)該故障信號捕獲單元11捕獲的故障信號21可直接進(jìn)行后續(xù)的壓縮傳感處理，則可不設(shè)置該信號預(yù)處理單元12。在非限定的實施方式中，應(yīng)用該A類型及B類型行波法所捕獲的故障信號21通常需要進(jìn)行預(yù)處理步驟，但不絕對，有時也不需要進(jìn)行預(yù)處理步驟。而應(yīng)用C類型行波法所捕獲的故障信號21通?？刹恍枰M(jìn)行預(yù)處理步驟，但有時仍需要進(jìn)行預(yù)處理，具體根據(jù)實際的信號處理要求而定。
[0048]參考圖4，為該信號預(yù)處理單元12的一種實施方式的示意圖。該信號預(yù)處理單元12包括一個信號輸入端‘A’及一個信號輸出端‘B’。該信號輸入端‘A’用于接收由該故障信號捕獲單元11捕獲的故障信號，該信號輸出端‘B’則用于將預(yù)處理后的故障信號輸出出去。為了對捕獲的故障信號，如圖3b所示的故障信號進(jìn)行預(yù)處理操作，該信號預(yù)處理單元12進(jìn)一步包括一個延遲器122及一個減法元件124。該信號輸入端‘A’通過該減法元件124與該信號輸出端‘B’相連，該延遲器122連接在該輸入端‘A’與該減法元件124之間。在其他實施方式中，該信號預(yù)處理單元12可能還包括其他預(yù)處理元件，例如信號濾波元件、信號去噪元件等。
[0049]為了方便解釋，該捕獲的故障信號被表示為Xtl(t)，例如為一個階梯波形信號(參見圖5a)，預(yù)處理后的信號被表示為X (t)，例如為一個脈沖信號(參見圖5b)。該延遲器122用于將該輸入信號Xtl (t)延遲一個預(yù)設(shè)的時間段T，其中1/T彡2fm, fm為該故障信號X(l(t)中最大的設(shè)定頻率，即該時間段T等于或小于該故障信號Xtl (t)的尼奎斯特采樣時間，該最大的設(shè)定頻率為需要記錄的最大頻率，該最大頻率的選取滿足實際的檢測需要即可，檢測要求高時，可設(shè)定較高的最大頻率，檢測要求低時，最大頻率可相應(yīng)降低，具體根據(jù)實際需要調(diào)整。該減法元件124用于將該輸入信號Xtl(t)與延遲后的信號Xtl(t-T)進(jìn)行相減后輸出，即輸出端‘B’輸出的信號為X(t) =Xtl(t)-Xtl(t-T)。如此，該輸出信號X(t)由原始的階梯波形信號xo(t)變?yōu)榱艘粋€脈沖信號，該脈沖信號x(t)不管是在時域還是頻域上相較于原始信號Xo(t)均更稀疏(sparser)，即更加有利于進(jìn)行壓縮傳感處理。其他實施方式中，該原始信號Xtl(t)還可通過其他合適的裝置或算法進(jìn)行稀疏化處理，以方便后續(xù)壓縮傳感處理。
[0050]參考圖6，為信號壓縮傳感單元13的一種實施方式的示意圖。該信號壓縮傳感單元13基于壓縮傳感技術(shù)，即同時采集與壓縮該預(yù)處理后的信號x(t)。在該實施方式中，該信號壓縮傳感單元13包括一個用于接收該預(yù)處理后的信號x(t)的輸入端‘C’及多路條信號處理通道131。每一個信號處理通道131具有類似的配置，故后續(xù)僅詳細(xì)描述其中之一。
[0051]參考圖7a，為其中一個信號處理通道131的一種實施方式的示意圖。該信號處理通道131包括一個乘法器1311、一個積分器1312、一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器1313及一個隨機(jī)脈沖產(chǎn)生器1314。
[0052]該乘法器1311接收該預(yù)處理后的信號x(t)及由該隨機(jī)脈沖產(chǎn)生器1314產(chǎn)生的一個隨機(jī)混合脈沖信號P (t)，并將該兩信號x(t)及P (t)進(jìn)行相乘處理。在一些實施方式中，該隨機(jī)混合脈沖信號P (t)基于如下公式產(chǎn)生:
[0053]P(t) = ΣηεζΡηΡοα-πΤ)(3)
[0054]其中，Pn為一個隨機(jī)+/-1序列(或0/1序列，或其他多水平的隨機(jī)序列)，該隨機(jī)脈沖產(chǎn)生器1314還可能事先預(yù)編碼成已知的隨機(jī)序列。PJt)為幅值為T的矩形脈沖(Kt)滿足O彡t彡Τ)，η為自然數(shù)。該乘積x(t)P(t)產(chǎn)生后傳輸至該積分器1312。
[0055]該積分器1312用于在時間段LRT內(nèi)對該乘積x(t)P(t)進(jìn)行累加處理(這里用積分算法進(jìn)行累加處理)。其中，L為該多路信號處理通道131的數(shù)量，R為一個預(yù)設(shè)的壓縮t匕，該壓縮比R大于1，即將信號x(t)進(jìn)行一定比率的壓縮，以降低需要采集存儲和傳輸?shù)男盘柫?，壓縮比越大，后續(xù)需要處理的信號量就越小。該模數(shù)轉(zhuǎn)換器1313用于對該積分器1312輸出的信號進(jìn)行采樣，采樣率為原始信號x(t)的尼奎斯特采樣率的1/LR。其中，輸出信號ym與輸入信號x(t)之間的關(guān)系大致等效為以下離散時間系統(tǒng):
[0056]ym= H -TnPn
n-mLR
[0057]其中，Xn為輸入信號X⑴的離散表示，ym為以隨機(jī)數(shù)Pn為系數(shù)的xmUi，…，
xIiiLE+ (LE-1)
隨機(jī)線性組合。在其他實施方式中，該積分器1312還可被其他信號整合模塊替代，例如在圖7b的實施方式中，該積分器1312被一個模擬濾波器所替代，同樣完成信號的累加處理。
[0058]再次參考圖6，該每一個信號處理通道131均包括一個乘法器1311、一個信號整合模塊1312及一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器1313。該L個信號處理通道131基于不同的隨機(jī)混合脈沖信號[PiahPyth^Pdt)]共同分別接收同一輸入信號x(t)，即通過信號整合模塊1312完成信號的累加處理。該L個信號處理通道131的模數(shù)轉(zhuǎn)換器1313的采樣時間點分別為mLRT, (mL+l)RT,…，(mL+L_l)RT，即任意兩個信號處理通道131的采樣值均不重疊，例如yml與Yni2之間不重疊。
[0059]由上可知，每一個信號處理通道131的采樣頻率fs僅為傳統(tǒng)尼奎斯特采樣頻率&的1/LR倍，即該L個信號處理通道131的整體采樣頻率f為傳統(tǒng)尼奎斯特采樣頻率&的1/R倍。也就是說，相較于傳統(tǒng)的信號采樣方法，應(yīng)用本發(fā)明方法，可將采樣頻率降低R倍，進(jìn)而也使信號的傳輸與存儲要求大大降低了，同時也減小了因信號傳輸與存儲而需要的能量損耗。
[0060]請再次參考圖1，該信號傳輸單元14用于將從該壓縮傳感單元13采樣的信號進(jìn)行傳輸至該信號重構(gòu)單元15。在一些實施方式中，該信號傳輸單元14還可包括信號存儲元件，用于臨時存儲采樣的信號。由于該采樣的信號是基于壓縮傳感技術(shù)獲得的，因此上述信號的傳輸或存儲的要求大大降低，由此可提高效率。在其他實施方式中，該信號存儲或傳輸?shù)倪^程中，可能還包含數(shù)據(jù)編碼及解碼等處理步驟，這里不詳細(xì)說明。
[0061]該信號重構(gòu)單元15用于對原始的故障信號21或者經(jīng)過預(yù)處理后的故障信號(例如圖5b中的信號)進(jìn)行重構(gòu)運算。該重構(gòu)運算可通過合適的算法進(jìn)行，例如基追蹤(basispursuit, BP)算法、正交匹配追蹤(orthogonal matching pursuit, OMP)算法、最小角度擬合(least angle regress1n, LARS)算法、總變差(total variat1n, TV)算法等，這里不作詳細(xì)說明。
[0062]請參考圖9，為對應(yīng)圖5b信號的六組模擬仿真的重構(gòu)圖像。該六組模擬仿真的重構(gòu)圖像具有不同的壓縮比R、信號處理通道數(shù)量L及每一個信號處理通道131的采樣頻率fs。具體地，在圖9的‘a(chǎn)’仿真圖像中，R=2，L=16，fs=32kHz，相對應(yīng)的均方誤差為0.17018;在圖9的‘b’仿真圖像中，R=2，L=8，fs=64kHz，相對應(yīng)的均方誤差為0.20462 ；在圖9的‘C，仿真圖像中，R=2, L=4, fs=128kHz，相對應(yīng)的均方誤差為0.33059 ;在圖9的‘d’仿真圖像中，R=4，L=16，fs=16kHz，相對應(yīng)的均方誤差為0.38666;在圖9的‘e，仿真圖像中，R=4，L=8，fs=32kHz，相對應(yīng)的均方誤差為0.40301 ;在圖9的‘f’仿真圖像中，R=4, L=4, fs=64kHz，相對應(yīng)的均方誤差為0.97493。上述仿真結(jié)果均滿足重構(gòu)后的信號處理需要，可見應(yīng)用本發(fā)明故障定位裝置10可滿足數(shù)據(jù)的重構(gòu)要求。
[0063]該故障定位計算單元16用于基于上述重構(gòu)的數(shù)據(jù)計算該故障點‘F’的具體位置?？梢岳斫獾氖?，通過合適的故障定位算法，例如上述提及的‘A’類型或‘B’類型行波法計算故障點‘F’的位置，具體計算過程不再贅述。
[0064]請參考圖8，為本發(fā)明應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的故障定位方法80的一種實施方式的流程示意圖。對應(yīng)于執(zhí)行該故障定位裝置10中的故障信號捕獲單元11、信號預(yù)處理單元12、信號壓縮傳感單元13、信號傳輸單元14、信號重構(gòu)單元15及故障定位計算單元16，該方法80包括步驟81:捕獲故障信號；步驟82:預(yù)處理故障信號；步驟83:壓縮傳感預(yù)處理后的故障信號；步驟84:傳輸壓縮傳感后的故障信號；步驟85:重構(gòu)故障信號；步驟86:基于重構(gòu)數(shù)據(jù)計算故障位置。根據(jù)上述說明可知，在一些實施方式中，該步驟82也可根據(jù)需要省略。
[0065]請參考圖10，為本發(fā)明應(yīng)用于電力系統(tǒng)中的故障定位裝置的另一種實施方式100的模塊示意圖。相較于圖1的實施方式10，該故障定位裝置100也包括一個故障信號捕獲單元110、一個信號壓縮傳感單元130、一個信號傳輸單元140、一個信號重構(gòu)單元150及一個故障定位計算單元160，但刪除了信號預(yù)處理單元。
[0066]該故障信號捕獲單元110用于在電力系統(tǒng)的電力傳輸線上設(shè)置一個信號測量點。圖11所示為在一個電力系統(tǒng)中設(shè)置了一個信號測量點“M”。在一些實施方式中，該信號測量點“M”為在電力系統(tǒng)中的一個變電站中選取的測量點。其他實施方式中，該信號測量點“M”還可在電力系統(tǒng)上的電力傳輸線的其他地方進(jìn)行選取，如在電力傳輸線的節(jié)點上進(jìn)行設(shè)置等。在檢測過程中，該故障信號捕獲單元110主動產(chǎn)生一個檢測信號111，并將該主動檢測信號111從該信號測量點“M”注入并向一個遠(yuǎn)端點“N”處傳輸。當(dāng)一個故障(如短路故障)發(fā)生時，且該故障點“F”位于該信號測量點“M”與遠(yuǎn)端點“N”之間，該主動的檢測信號111將被在該故障點“F”反射形成故障信號后傳輸回該信號測量點“M”，然后再從該信號測量點“‘“M”處反射回該故障點“F”，并依次往復(fù)(參見圖11)。該往返傳播于該故障點“F”與信號測量點“M”之間的主動檢測信號(亦故障信號)111即被在后續(xù)的信號處理過程中用于計算故障點“F”的具體位置，例如基于壓縮傳感技術(shù)并結(jié)合C類型行波法。與之前A或B類型行波法相比，該C類型行波法主動地產(chǎn)生一個檢測信號111在經(jīng)故障點反射成故障信號，在一些實施方式中，該主動的檢測信號111為脈沖波信號，如此一來可不對該檢測信號111進(jìn)行預(yù)處理即可滿足后續(xù)壓縮傳感處理的需要。
[0067]請參考圖12，為應(yīng)用圖10故障定位裝置110的產(chǎn)生的故障信號的波形示意圖。圖12中的故障信號的波形與圖5b預(yù)處理后的脈沖信號的波形相似，且后續(xù)的處理過程也相似，這里不再贅述。其他實施方式中，該主動的故障信號111還可根據(jù)需要選取其他類型的信號，不拘泥于本實施方式給出的例子。
[0068]雖然結(jié)合特定的實施方式對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，對本發(fā)明可以作出許多修改和變型。因此，要認(rèn)識到，權(quán)利要求書的意圖在于涵蓋在本發(fā)明真正構(gòu)思和范圍內(nèi)的所有這些修改和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種故障定位裝置，用于定位電力系統(tǒng)中的故障位置，其特征在于:該故障定位裝置包括: 故障信號捕獲單元，當(dāng)該電力系統(tǒng)的電力傳輸線發(fā)生故障時，該故障信號捕獲單元用于在一個預(yù)設(shè)的第一信號測量點處捕獲來自故障點的故障信號； 信號壓縮傳感單元，基于壓縮傳感技術(shù)對該故障信號捕獲單元捕獲的故障信號進(jìn)行壓縮傳感處理； 信號傳輸單元，用于將壓縮傳感處理后的信號進(jìn)行傳輸或存儲； 信號重構(gòu)單元，基于該壓縮傳感處理后的信號對該故障信號進(jìn)行重構(gòu)；及 故障位置計算單元，基于重構(gòu)的故障信號計算該故障點的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的故障定位裝置，其特征在于:該故障信號在該故障點處產(chǎn)生并傳輸至該第一信號測量點。
3.如權(quán)利要求2所述的故障定位裝置，其特征在于:該故障定位裝置還包括信號預(yù)處理單元，用于將捕獲的故障信號預(yù)處理為脈沖信號后再進(jìn)行壓縮傳感處理。
4.如權(quán)利要求3所述的故障定位裝置，其特征在于:該信號預(yù)處理單元包括: 延遲器，用于將該捕獲的故障信號延遲一個預(yù)設(shè)的時間段T，其中1/T彡2fm，fm為該故障信號中最大的設(shè)定頻率；及 減法器，用于將該捕獲的故障信號與延遲后的信號進(jìn)行相減后輸出。
5.如權(quán)利要求1所述的故障定位裝置，其特征在于:該故障信號捕獲單元還用于主動在該第一信號測量點處注入一個檢測信號并沿電力傳輸線進(jìn)行傳播，該故障信號為該主動的檢測信號在該故障點處反射后的信號。
6.如權(quán)利要求1所述的故障定位裝置，其特征在于:該故障信號捕獲單元還用于在一個預(yù)設(shè)的第二信號測量點處捕獲來自故障點的故障信號，該故障點位于該第一信號測量點與第二信號測量點之間。
7.如權(quán)利要求1所述的故障定位裝置，其特征在于:該信號壓縮傳感單元包括若干信號處理通道。
8.如權(quán)利要求7所述的故障定位裝置，其特征在于:每一信號處理通道包括: 乘法器，用于將該捕獲的故障信號與一個隨機(jī)混合脈沖信號進(jìn)行相乘處理； 信號整合模塊，用于在時間段LRT內(nèi)對上述乘積進(jìn)行累加處理，其中L為該若干信號處理通道的數(shù)量，R為一個預(yù)設(shè)的壓縮比，1/T ^ 2fm, fm為該故障信號中最大的設(shè)定頻率；及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于對該信號整合模塊輸出的信號進(jìn)行采樣，采樣率為該故障信號的尼奎斯特采樣率的1/LR。
9.如權(quán)利要求8所述的故障定位裝置，其特征在于:該隨機(jī)混合脈沖信號P(t)基于如下公式產(chǎn)生:P(t) = Ση^ΡΖα-ηΤ)，其中，Pn為一個隨機(jī)序列，PJt)為幅值為T的矩形脈沖，且O彡t彡Τ，η為自然數(shù)。
10.如權(quán)利要求9所述的故障定位裝置，其特征在于:該L個信號處理通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣時間點分別為mLRT, (mL+l)RT,...，(mL+L_l)RT，m為自然數(shù)。
11.如權(quán)利要求8所述的故障定位裝置，其特征在于:該信號整合模塊包括積分器或模擬濾波器。
12.—種故障定位方法，用于定位電力系統(tǒng)中的故障位置，其特征在于:該故障定位方法包括: 在一個預(yù)設(shè)的第一信號測量點處捕獲來自故障點的故障信號； 基于壓縮傳感技術(shù)對該捕獲的故障信號進(jìn)行壓縮傳感處理； 基于壓縮傳感處理后的信號對該故障信號進(jìn)行重構(gòu)；及 基于重構(gòu)的故障信號計算該故障點的位置。
13.如權(quán)利要求12所述的故障定位方法，其特征在于:該捕獲故障信號的步驟包括:捕獲在該故障點處產(chǎn)生并傳輸至該第一信號測量點處的故障信號。
14.如權(quán)利要求13所述的故障定位方法，其特征在于:在對故障信號進(jìn)行壓縮傳感處理之前對該故障信號進(jìn)行預(yù)處理。
15.如權(quán)利要求14所述的故障定位方法，其特征在于:對該故障信號進(jìn)行預(yù)處理包括: 將該捕獲的故障信號延遲一個預(yù)設(shè)的時間段T，其中1/T ^ 2fm, fm為該故障信號中最大的設(shè)定頻率；及 將該捕獲的故障信號與延遲后的信號進(jìn)行相減后輸出。
16.如權(quán)利要求12所述的故障定位方法，其特征在于:該捕獲故障信號的步驟包括: 主動在該第一信號測量點處注入一個檢測信號并沿電力傳輸線進(jìn)行傳播；及 在該主動的檢測信號經(jīng)該故障點處反射為一故障信號后于該第一信號測量點處捕獲。
17.如權(quán)利要求12所述的故障定位方法，其特征在于:該進(jìn)行壓縮傳感處理的步驟包括:提供若干信號處理通道同時對該故障信號進(jìn)行壓縮傳感處理。
18.如權(quán)利要求17所述的故障定位方法，其特征在于:每一信號處理通道中進(jìn)行壓縮傳感處理的步驟包括: 將該捕獲的故障信號與一個隨機(jī)混合脈沖信號進(jìn)行相乘處理； 在時間段LRT內(nèi)對上述乘積進(jìn)行累加處理，其中L為該若干信號處理通道的數(shù)量，R為一個預(yù)設(shè)的壓縮比，1/T ^ 2fm, fm為該故障信號中最大的設(shè)定頻率；及 對該信號整合模塊輸出的信號進(jìn)行采樣，采樣率為該故障信號的尼奎斯特采樣率的I/LR。
19.如權(quán)利要求18所述的故障定位方法，其特征在于:該隨機(jī)混合脈沖信號P(t)基于如下公式產(chǎn)生:P(t) = Ση^ΡΖα-ηΤ)，其中，Pn為一個隨機(jī)序列，PJt)為幅值為T的矩形脈沖，且0<t<T，n為自然數(shù)。
20.如權(quán)利要求19所述的故障定位方法，其特征在于:該L個信號處理通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣時間點分別為mLRT，(mL+l)RT,…，(mL+L_l)RT，m為自然數(shù)。
【文檔編號】G01R31/08GK104297626SQ201310297907
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月16日
【發(fā)明者】何立漢, 吳之林, 薛雅, N.S.艾耶 申請人:通用電氣公司