本發(fā)明屬于電網(wǎng)故障檢測(cè)，尤其是基于波速度比例因子的混合多端直流輸電線路故障測(cè)距方法。

背景技術(shù)：

1、在我國(guó)能源供給與負(fù)荷需求呈逆向分布的背景下，高壓直流輸電是促進(jìn)資源合理配置、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、推動(dòng)電力清潔低碳發(fā)展的重要技術(shù)支撐?，F(xiàn)有直流輸電方式中，基于電網(wǎng)換相換流器(line?commutated?converter,lcc)的直流輸電技術(shù)成熟，但逆變側(cè)易發(fā)生換相失??；而基于模塊化多電平換流器(modular?multilevel?converter,mmc)的直流輸電技術(shù)無換相失敗問題，但容量提升困難；為此，結(jié)合lcc及mmc優(yōu)勢(shì)的混合多端直流輸電憑借其運(yùn)行方式靈活，輸送損耗低、容量大等特點(diǎn)成為近年來電力遠(yuǎn)距離、大容量輸送的新手段，且已在昆柳龍?zhí)馗邏夯旌隙喽酥绷鬏旊姽こ讨谐晒?yīng)用。然而由于其輸送距離遠(yuǎn)，途徑地形復(fù)雜，直流線路故障概率高，人工巡線困難，其在故障測(cè)距領(lǐng)域仍面臨技術(shù)難題，因此需研究快速準(zhǔn)確的故障測(cè)距方法用于指導(dǎo)故障排查，保障電力系統(tǒng)快速恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)。

2、現(xiàn)有直流輸電故障測(cè)距方法主要包括行波法、固有頻率法以及故障分析法三類。其中行波法由于不易受運(yùn)行方式影響且無需提取固有頻率，已得到了廣泛的研究和應(yīng)用，其關(guān)鍵在于行波波頭的標(biāo)定及波速度的選取。

3、針對(duì)波頭標(biāo)定的問題，現(xiàn)有波頭標(biāo)定方法多基于小波變換、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解、以及hilbert變換等算法。上述方法普遍計(jì)算復(fù)雜，且其中hilbert變換存在負(fù)頻率的問題，改進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)算法缺乏明確的理論依據(jù)且算法參數(shù)選擇困難，對(duì)標(biāo)定結(jié)果影響較大。針對(duì)波速度選取困難的問題，現(xiàn)有雙端測(cè)距法大多通過消除測(cè)距公式中的波速度變量以避免波速的選取，其忽略了行波向線路兩端傳播的速度差異，當(dāng)故障靠近線路邊界時(shí)上述方法可能存在較大誤差。此外，針對(duì)混合多端直流輸電系統(tǒng)此類支路數(shù)較多，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)，由于相鄰線路的影響其折反射波頭標(biāo)定困難，現(xiàn)有通過標(biāo)定反射波消除波速度影響的測(cè)距方案在混合多端系統(tǒng)中難以直接適用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出基于波速度比例因子的混合多端直流輸電線路故障測(cè)距方法，通過結(jié)合魯棒局部均值分解和多分辨率奇異值，實(shí)現(xiàn)了具有零偏移優(yōu)勢(shì)的波頭標(biāo)定，此外在利用單一測(cè)點(diǎn)時(shí)差特性判別故障支路的基礎(chǔ)上，通過方程聯(lián)立求解的方式實(shí)現(xiàn)了快速準(zhǔn)確的故障測(cè)距。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、基于波速度比例因子的混合多端直流輸電線路故障測(cè)距方法，包括以下步驟：

4、步驟1、仿真采樣多組已知故障點(diǎn)的故障電壓行波數(shù)據(jù)樣本，并利用clark變換將其解耦為線模及零模分量；

5、步驟2、基于魯棒局部均值分解rlmd提取故障電壓行波的pf1(t)分量，并構(gòu)造hankel矩陣；

6、步驟3、基于多分辨率奇異值分解mrsvd提取pf1(t)的第二層細(xì)節(jié)分量d2，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)線模、零模行波到達(dá)兩端測(cè)點(diǎn)時(shí)刻的標(biāo)定；

7、步驟4、結(jié)合樣本標(biāo)定結(jié)果計(jì)算不同故障點(diǎn)對(duì)應(yīng)的α，并利用pchip插值求解α(x)擬合曲線；

8、步驟5、采樣待求故障點(diǎn)的故障數(shù)據(jù)并標(biāo)定其行波到達(dá)時(shí)刻；

9、步驟6、根據(jù)故障分支判據(jù)判斷故障線路；

10、步驟7、基于待求故障點(diǎn)的標(biāo)定結(jié)果求取α(x)計(jì)算曲線，與擬合曲線聯(lián)立求解后得到故障距離。

11、而且，所述步驟2的具體實(shí)現(xiàn)方法為：魯棒局部均值分解rlmd自適應(yīng)地將故障電壓行波x(t)分解為一系列乘積函數(shù)分量pf和一個(gè)殘差分量ε(t)：

12、

13、其中，k為分解個(gè)數(shù)，pfk(t)表示第k個(gè)pf分量；

14、使用長(zhǎng)度為n的分量pf1＝[pf1(1),…,pf1(n)]構(gòu)造hankel矩陣h：

15、

16、而且，所述步驟3的具體實(shí)現(xiàn)方法為：多分辨率奇異值分解mrsvd將hankel矩陣h分離出近似分量和細(xì)節(jié)分量：

17、h＝psqt＝ha+hd

18、其中，p、q分別為左、右正交矩陣；s＝diag(σa,σd)為奇異值矩陣，其中數(shù)值大的σa對(duì)應(yīng)近似分量的奇異值，數(shù)值小的σd對(duì)應(yīng)細(xì)節(jié)分量的奇異值；ha、hd∈b2×(n-1)分別為近似矩陣與細(xì)節(jié)矩陣，將近似矩陣ha和細(xì)節(jié)矩陣hd進(jìn)行一層分解后得到近似分量a1和細(xì)節(jié)分量d1，其中a1反應(yīng)了信號(hào)的整體趨勢(shì)，d1反應(yīng)了信號(hào)的細(xì)節(jié)信息，用于行波波頭的提取，再次利用a1再次構(gòu)造hankel矩陣，重復(fù)上述步驟s次，得到包括s個(gè)近似分量和s個(gè)細(xì)節(jié)分量的多尺度分解信號(hào)。通過直接觀察細(xì)節(jié)分量的波形從而確定模極大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，該時(shí)刻為所求的行波到達(dá)時(shí)刻。

19、而且，所述步驟4的具體實(shí)現(xiàn)方法為：對(duì)于設(shè)置的多組故障距離已知的樣本集，結(jié)合標(biāo)定得到的行波到達(dá)時(shí)刻計(jì)算不同分量的波速度，并求解出對(duì)應(yīng)的α：

20、α＝(1/vm1-1/vm0)/(1/vn1-1/vn0)

21、對(duì)于上式計(jì)算得到的對(duì)應(yīng)不同故障位置的α，基于分段三次hermit插值pchip求解α(x)擬合曲線：根據(jù)給定的n個(gè)插值節(jié)點(diǎn)ei(i＝1,...,n)及對(duì)應(yīng)函數(shù)值yi，基于matlab估算出正確反映離散點(diǎn)形狀和變化趨勢(shì)一階導(dǎo)數(shù)mi，進(jìn)而用于構(gòu)造分段三次hermite插值函數(shù)h(e)，使其滿足h(ei)＝y(tǒng)i，h′(ei)＝mi，且h(e)在每一區(qū)間[ei,ei+1]內(nèi)均為三次多項(xiàng)式，其插值基函數(shù)為：

22、

23、其中，

24、而且，步驟5的實(shí)現(xiàn)方法為：當(dāng)線路上實(shí)時(shí)發(fā)生一故障時(shí)，采集該待求故障點(diǎn)相應(yīng)的故障電壓行波，利用與步驟2-3相同的標(biāo)定方法對(duì)行波時(shí)刻進(jìn)行標(biāo)定。

25、而且，步驟6中故障分支判據(jù)為：

26、

27、δtmn＝tmn1-tmn0

28、δtm＝δtmn-δtn

29、其中，δtmn為在線路l1上傳播時(shí)兩端線模、零模時(shí)間差，tmn1、tmn0分別表示線模、零模行波在線路l1全長(zhǎng)上傳播所需的時(shí)間，δtm為線模、零模行波到達(dá)m測(cè)點(diǎn)的時(shí)間差，δtn為線模、零模行波到達(dá)n測(cè)點(diǎn)的時(shí)間差。

30、而且，所述步驟7的具體實(shí)現(xiàn)方法為：基于步驟5的行波標(biāo)定結(jié)果求解α(x)計(jì)算曲線：

31、

32、其中，l1表示線路l1的長(zhǎng)度。

33、將該計(jì)算曲線與步驟4所得的擬合曲線聯(lián)立解方程即可求得故障距離。

34、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

35、1、本發(fā)明通過分析波速度的沿線變化特性，充分利用同一測(cè)點(diǎn)處不同模量波速度變化趨勢(shì)相同而變化快慢不同的特點(diǎn)，定義能夠間接反應(yīng)故障距離的波速度比例因子。其次分別采用插值擬合及定量推導(dǎo)的方法求解該比例因子隨故障距離變化的擬合曲線與計(jì)算曲線，利用其單調(diào)性差異提出聯(lián)立曲線求解故障距離的測(cè)距方案。為準(zhǔn)確標(biāo)定故障行波，提出一種結(jié)合魯棒局部均值分解與多分辨奇異值分解的波頭標(biāo)定方法，并利用標(biāo)定結(jié)果設(shè)計(jì)基于時(shí)差特性的故障支路識(shí)別判據(jù)。該方法測(cè)距精度較高，計(jì)算量小，不受同步誤差影響，且具有較強(qiáng)的耐過渡電阻(500ω)和抗噪聲(20db)能力，在不同線路中的適用性強(qiáng)。

36、2、本發(fā)明通過定義波速度比例因子引入了不同方向、模量的行波波速，消除了同步誤差的影響，克服了傳統(tǒng)行波測(cè)距方法因忽略向線路兩端傳播波速度差異引起的測(cè)距誤差大的缺陷。

37、3、本發(fā)明基于rlmd-mrsvd的行波標(biāo)定方法具有計(jì)算量小、奇異點(diǎn)零偏移等優(yōu)勢(shì)。基于標(biāo)定結(jié)果設(shè)計(jì)的故障支路識(shí)別判據(jù)僅利用了單一測(cè)點(diǎn)在不同線路故障下的時(shí)差特性，對(duì)數(shù)據(jù)量要求低且不易受同步誤差、運(yùn)行方式的影響。

38、4、本發(fā)明基于本發(fā)明所提測(cè)距方法在故障發(fā)生后僅需對(duì)故障行波進(jìn)行標(biāo)定并聯(lián)立求解簡(jiǎn)單的一元一次方程組即可實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距，精度較高且計(jì)算量小，計(jì)算速度快，克服了迭代測(cè)距法計(jì)算次數(shù)多、基于人工智能算法的測(cè)距方法樣本需求高等不足。

39、5、本發(fā)明無需標(biāo)定折反射波頭，在拓?fù)鋸?fù)雜的混合多端直流輸電系統(tǒng)中適用性強(qiáng)。仿真結(jié)果表明所提方案在不同故障條件下均具有較高的測(cè)距精度，受噪聲(20db)影響較小，耐過渡電阻能力強(qiáng)(500ω)，在線路長(zhǎng)度變化、線路參數(shù)波動(dòng)的情況下仍具有高于傳統(tǒng)雙端行波測(cè)距法的精度。