本發(fā)明涉及一種針對(duì)低信噪比感應(yīng)雷過(guò)電壓的初始波頭辨識(shí)方法，屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。

背景技術(shù)：

1、雷電是一種常見(jiàn)的自然現(xiàn)象，其蘊(yùn)含的巨大能量在瞬時(shí)爆發(fā)會(huì)擊毀建筑物、威脅到人民安全，特別是對(duì)電網(wǎng)的電力設(shè)備，配電線路等造成巨大損害。且隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，用電量也持續(xù)上升，這意味著需要敷設(shè)額外的配電線路來(lái)保證電能的供應(yīng)。此時(shí)保障配電線路的穩(wěn)定運(yùn)行就顯得尤為重要，配電線路發(fā)生感應(yīng)雷過(guò)電壓可能直接威脅系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，因此準(zhǔn)確識(shí)別配電線路的故障，并排除，有利于電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

2、而配電線路出現(xiàn)感應(yīng)雷過(guò)電壓，就意味著雷擊發(fā)生在線路附近，這會(huì)在配電線路上產(chǎn)生電磁脈沖，這些脈沖可能會(huì)干擾行波信號(hào)的傳輸，從而影響行波定位器定位精度。而且雷擊產(chǎn)生時(shí)伴隨的強(qiáng)烈噪聲會(huì)使行波信號(hào)難以觀測(cè)，識(shí)別波頭難度增大。因此有必要結(jié)合多方面的數(shù)據(jù)，對(duì)出現(xiàn)感應(yīng)雷過(guò)電壓的配電線路進(jìn)行波頭辨別，減小行波定位器的定位誤差，提高雷擊時(shí)的故障定位精度。

3、雷電檢測(cè)與定位系統(tǒng)(ldls)是我國(guó)雷電技術(shù)領(lǐng)域最廣泛的雷電監(jiān)測(cè)技術(shù)手段。我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的ldls已經(jīng)覆蓋了絕大多數(shù)省市且形成了完善的雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)。該系統(tǒng)檢測(cè)范圍廣，有效監(jiān)測(cè)半徑處于30km～300km；精度高，誤差小于1km。能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)云對(duì)地閃電(地閃)的時(shí)間、經(jīng)緯度、雷電流幅值、極性、回?fù)舸螖?shù)等等。根據(jù)雷電定位原理不同，雷電定位法可以大致分為方向定位法、時(shí)差定位法和綜合定位法，其中的定位法最少就需要兩個(gè)雷電探測(cè)子站。對(duì)于行波定位法，故障定位通過(guò)測(cè)量電流、電壓和線路阻抗參數(shù)來(lái)計(jì)算到故障點(diǎn)的距離。根據(jù)基本原理不同，故障定位可分為兩種:行波法和阻抗計(jì)算法。行波法是電力系統(tǒng)中精度最高、應(yīng)用最廣泛的故障定位技術(shù)。在雷電環(huán)境下單單利用行波定位器去識(shí)別雷擊首波頭是十分困難的，首波頭的誤判將直接導(dǎo)致定位失敗。本發(fā)明提出一種針對(duì)低信噪比感應(yīng)雷過(guò)電壓的初始波頭綜合辨識(shí)方法研究，對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)配電線路上出現(xiàn)感應(yīng)雷過(guò)電壓時(shí)，由于雷電噪聲過(guò)大行波定位裝置難以識(shí)別首波頭的問(wèn)題，提出根據(jù)遠(yuǎn)方雷電探測(cè)子站的定位誤差區(qū)間對(duì)故障行波初始波頭進(jìn)行辨識(shí)，提高波頭辨識(shí)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了在雷雨天氣造成的多噪聲情況下，也能在行波故障定位器上準(zhǔn)確識(shí)別故障的首波頭，從而提高故障定位的精度。當(dāng)雷雨天氣噪聲過(guò)大，故障行波波頭難以辨識(shí)時(shí)，首先利用遠(yuǎn)方的雷電探測(cè)子站與雷擊所影響的配電線路兩側(cè)桿塔的經(jīng)緯度求出遠(yuǎn)方雷電探測(cè)子站在線路上所定位的可能的雷擊范圍。再利用雷電探測(cè)子站發(fā)出探測(cè)的時(shí)刻求出初始雷擊發(fā)生時(shí)刻。最后利用可能的雷擊范圍與雷擊發(fā)生時(shí)刻求出行波故障定位器可能出現(xiàn)的故障首波頭的時(shí)間范圍，實(shí)現(xiàn)首波頭辨識(shí)。

2、具體步驟如下：

3、step1確定雷電探測(cè)子站、發(fā)生感應(yīng)雷過(guò)電壓配電線路左右兩側(cè)桿塔的經(jīng)緯度，將三個(gè)經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)化成笛卡爾空間坐標(biāo)，求得雷電探測(cè)子站在故障配電線路上的垂直投影點(diǎn)q的笛卡爾坐標(biāo)，并將其轉(zhuǎn)化回經(jīng)緯坐標(biāo)；

4、step1.1：假設(shè)在某一條具有單端行波故障定位器的配電線路上第y個(gè)桿塔與第y+1個(gè)桿塔之間的配電線路上發(fā)生感應(yīng)雷過(guò)電壓，此時(shí)說(shuō)明配電線路附近出現(xiàn)雷擊，雷電探測(cè)子站依據(jù)定向法會(huì)指出雷擊的方向，若雷擊發(fā)生位置離雷電探測(cè)子站較遠(yuǎn)且山地較多，則所指出雷擊方向的偏差角度會(huì)較大，算入誤差角度從而形成一個(gè)小扇形的范圍，得到倆桿塔之間配電線路上附近可能的雷擊區(qū)域。根據(jù)雷電探測(cè)站與兩桿塔的經(jīng)緯度，我們可以利用如下公式將三個(gè)點(diǎn)的經(jīng)緯度轉(zhuǎn)化為大地空間直角坐標(biāo)系。

5、

6、式中：x、y、z為經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換后的三維坐標(biāo)(x,y,z)。n為卯酉圈曲率半徑h為目的點(diǎn)離地高度，e2為0.006694是橢球第一偏心率，b為緯度，l為經(jīng)度。

7、step1.2:利用大地空間直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)求出雷電探測(cè)子站在配電線路的垂直投影點(diǎn)。設(shè)求得后的雷電探測(cè)子站轉(zhuǎn)換后的大地坐標(biāo)p為(x,y,z)、靠近行波故障定位器的桿塔大地坐標(biāo)a為(x1,y1,z1)、對(duì)端桿塔的大地坐標(biāo)b為(x2,y2,z2)?？傻玫姆较蛳蛄糠謩e為：

8、

9、則p點(diǎn)在配電線路上的垂直投影點(diǎn)q的坐標(biāo)(x3,y3,z3)可以由下式得出：

10、

11、step1.3:求得q點(diǎn)的大地坐標(biāo)之后通過(guò)以下公式將q點(diǎn)的經(jīng)緯度(lq,bq)換算出來(lái)：

12、

13、式中：b為緯度，l為經(jīng)度，n為卯酉圈曲率半徑，(x3,y3,z3)是q點(diǎn)的空間直角坐標(biāo)，a為卯酉圈橢圓的長(zhǎng)半軸為6378.137km，b為卯酉圈橢圓的短半軸為6356.753km，e2為0.006694是橢球第一偏心率，e'2為0.006739是橢球第二偏心率，θ'是q點(diǎn)和地球質(zhì)心連線與赤道面的夾角。

14、step2根據(jù)雷電探測(cè)子站與投影點(diǎn)q連線的方位角β以及雷電探測(cè)子站探測(cè)雷擊的射線方位角α，計(jì)算雷電探測(cè)子站和投影點(diǎn)連線與雷電探測(cè)子站發(fā)出探測(cè)雷擊的射線間的夾角λ，然后計(jì)算雷電探測(cè)子站與故障配電線路的垂直距離d，再根據(jù)誤差角度與垂直距離d計(jì)算出哪段區(qū)間的配電線路附近出現(xiàn)雷擊，求得行波故障定位器到區(qū)間兩端的距離。

15、step2.1：利用p、q兩點(diǎn)的經(jīng)緯度計(jì)算出兩點(diǎn)連成直線相對(duì)于正北方順時(shí)針的夾角θ：

16、β＝arctan(sin(lq-lp)×cosbq，cosbp×sinbq-sinbp×cosbq×cos(lq-lp))

17、θ＝90°+|β|

18、式中：β為雷電探測(cè)子站p與其在配電線路的投影q連線的方位角。lp、bp為p點(diǎn)的經(jīng)緯度，lq、bq為q點(diǎn)的經(jīng)緯度。

19、step2.2：利用發(fā)生雷電時(shí)雷電探測(cè)子站指出的落雷方向射線與雷電探測(cè)子站和投影點(diǎn)q連線之間的夾角λ：

20、λ＝|α-θ|

21、式中：λ為雷電探測(cè)子站測(cè)定的落雷方向射線與雷電探測(cè)子站和配電線路垂直連線的夾角，α為雷電探測(cè)子站所測(cè)雷電方位角。

22、step2.3：算入大地曲率計(jì)算出雷電探測(cè)子站與配電線路的垂直距離d：

23、

24、式中：r代表地球的平均半徑一般取6371.393km，lp、bp為p點(diǎn)的經(jīng)緯度，lq、bq為q點(diǎn)的經(jīng)緯度。

25、step2.4：根據(jù)雷電探測(cè)子站的角度偏差計(jì)算出附近可能出現(xiàn)雷擊的配電線路：

26、

27、式中：m1、m2是雷電探測(cè)子站角度范圍與配電線路相交出的兩個(gè)點(diǎn)，dm1、dm2分別是垂直投影點(diǎn)q到m1、m2兩點(diǎn)的距離，λ為雷電探測(cè)子站測(cè)定的落雷方向射線與雷電探測(cè)子站和配電線路垂直連線的夾角。

28、step2.5：由于第y個(gè)桿塔與第y+1個(gè)桿塔之間的配電線路上發(fā)生感應(yīng)雷過(guò)電壓。根據(jù)靠近行波故障定位器桿塔的經(jīng)緯度與q點(diǎn)的經(jīng)緯度計(jì)算m1、m2到配電線路首端行波故障定位器的距離。

29、

30、

31、式中：da為行波故障定位器到第y個(gè)桿塔的配電線路的長(zhǎng)度。r代表地球的平均半徑，la、ba為第y個(gè)桿塔經(jīng)緯度，lq、bq為q點(diǎn)的經(jīng)緯度。daq為第y個(gè)桿塔到雷電探測(cè)子站投影點(diǎn)q的距離，dm1、dm2分別是垂直投影點(diǎn)q到m1、m2兩點(diǎn)的距離。dm1、dm2分別是行波故障定位器到m1、m2兩點(diǎn)的距離。

32、step3通過(guò)雷探測(cè)子站談到雷擊的時(shí)刻與雷電距離、電磁波傳播速度，求得雷擊出現(xiàn)的時(shí)刻；用雷擊出現(xiàn)的時(shí)刻與雷擊區(qū)間到達(dá)行波故障定位器所需時(shí)間，定位出雷擊首波頭出現(xiàn)的時(shí)間區(qū)間。

33、step3.1：利用雷電探測(cè)子站發(fā)出定向的時(shí)刻來(lái)計(jì)算雷電出現(xiàn)的初始時(shí)間。

34、

35、式中：t為雷電探測(cè)子站定向瞬間的時(shí)刻；d為雷電探測(cè)子站與發(fā)生感應(yīng)雷過(guò)電壓的配電線路的垂直距離，v是雷電磁波傳播速度約為3×108m/s，λ為雷電探測(cè)子站定位的落雷方向射線與雷電探測(cè)子站和配電線路垂直連線的夾角，t0為雷擊的時(shí)刻。

36、step3.2：計(jì)算行波時(shí)窗范圍：

37、

38、式中：t0為雷擊的時(shí)刻、dm1、dm2分別是行波故障定位器到m1、m2兩點(diǎn)的距離，v'是行波波速為298m/μs，t1、t2分別是行波故障定位器上可以準(zhǔn)確觀測(cè)的行波波頭的時(shí)間范圍[t1,t2]。

39、本發(fā)明在雷暴天氣下，配電線路發(fā)生感應(yīng)雷過(guò)電壓后，首先根據(jù)雷電探測(cè)子站的粗略定位判定發(fā)生感應(yīng)雷過(guò)電壓的配電線路區(qū)間，之后根據(jù)區(qū)間兩側(cè)的邊界點(diǎn)，推算行波到達(dá)線路末端的時(shí)間范圍區(qū)間。依據(jù)該時(shí)間范圍區(qū)間，在線路首端檢測(cè)到的行波暫態(tài)波形中標(biāo)定奇異性最大的點(diǎn)為行波初始波頭。具有如下有益效果：

40、1)算入雷電探測(cè)子站的誤差區(qū)間，在雷擊噪聲環(huán)境下也能于行波故障定位器上準(zhǔn)確識(shí)別首波頭。

41、2)從多維數(shù)據(jù)的角度對(duì)感應(yīng)雷過(guò)電壓的故障行波進(jìn)行標(biāo)定，提升了測(cè)距精度。