基于原子分解和行波自然频率的单端故障测距方法

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1、第34卷第5期电力自动化设备Ｖｏｌ．34Ｎｏ．5２０14年5月ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔMay２０14基于原子分解和行波自然频率的单端故障测距方法徐高，龚庆武，李勋，张英杰（武汉大学电气工程学院，湖北武汉430072）摘要：提出了一种基于原子分解和行波自然频率的单端故障测距方法，首先采用FIR滤波器对故障电流进行滤波，得到主自然频率粗略成分，再运用原子分解算法辨识出主自然频率粗略值，利用该频率值反馈调整FIR滤波器的参数并对故障电流重新滤波，最后采用原子分解算法精确辨识行波主自然频率值并求得故障距离。EMTP联合MATLAB的仿真结果表明，该方法具有很高

2、的测距精度和可靠性，基本不受过渡电阻、故障类型及故障距离的影响。关键词：输电线路；故障测距；自然频率；原子分解；FIR滤波；鲁棒性中图分类号：TM７７文献标识码：ＡDOI：10.3969／j.issn.1006－6047.2014.05.0210引言算法的基础上提出利用构造的原子库进行信号处理的办法，称为原子分解法［16］。该方法在暂态行波信号随着电力系统规模越来越大，高压、远距离输处理方面有很好的自适应性，具有较强的时频分辨电得到越来越多的应用。受环境、自然灾害、人为因能力，能够对信号进行准确的分析。原子分解算法已素等影响，电力系统易发生各种类型的短路故障，准在电力系统中的电能质量分析［1

3、7鄄18］、低频振荡模式确快速地排除短路故障将大幅提高电力系统的供电辨识［19鄄20］以及自适应重合闸判定［21］等领域有较为广可靠性。为此，学者们提出了很多方法［1鄄6］。其中广泛泛的应用。本文方法利用原子分解法对故障行波信应用的是基于暂态行波的故障测距方法［5鄄6］，该类方号进行处理，能准确获取行波主自然频率值，从而精法测距精度高、稳定性好，但易受过渡电阻及行波色确测量故障点位置。仿真结果表明，该测距方法具有散的影响，其难点在于如何准确捕获行波波头［7］。较强的鲁棒性和准确性，基本不受故障类型、故障距20世纪70年代Swift发现线路终端为理想开离、过渡电阻的影响。路或者短路，线路发生短

4、路时故障电流中主频率成分与故障距离存在线性关系［8］。文献［9鄄15］在文献1原子分解［8］的基础上对这一现象进行了深入的研究，提出了1.1基本概念利用行波主自然频率进行故障定位的方法，分析了傅里叶变换和小波变换都能较好地对信号进行系统参数、故障距离与行波主自然频率的关系，使得分析处理，但二者都没有从信号本身的特征出发，仅该方法进一步成熟。利用行波主自然频率进行故障仅利用一组固定的函数或向量集合来表示任意信定位的关键在于如何准确地捕捉短路后的行波主自号［17鄄20］。固定的函数组或向量集合能展开的函数是然频率值。文献［13］利用离散傅里叶变换（DFT）对有限的，其表达信号的能力范围也是有限的

5、。要想完故障频谱进行分析，但是受限于DFT分辨率，该方整地表达各类信号，函数的展开基应该从具体信号法很难在测距精度上有很好的表现，尤其是在故障距离较长、主自然频率较低时［9］。小波分析和多信号的特征出发选取，这就需要构建一个超完备的展开分析方法也可用于行波主自然频率的提取，但是这函数集合。这种超完备集合中的基称为原子，由原子组成的展开函数集合称为原子库［17］些信号处理方法很难从本质上反映故障行波的频。谱，其提取出的行波主自然频率值均存在一定要提高对信号的分析辨识能力，原子库必须是的误差［11，15］。此外，以往学者在仿真时往往将输电高度冗余的，这使得分解结果非常稀疏，这个过程即称为稀疏分解

6、［18］线路系统母线端的阻抗理想化，没有考虑系统端等。实现稀疏分解的关键在于如何建效阻抗较大时对测距精度的影响。立一个合适的原子库以及如何从原子库中寻找到最优匹配信号［20］Mallat和Zhang在匹配追踪MP（MatchingPursuit）。1.2原子库的构建及MP算法收稿日期：２013－05－27；修回日期：２014－04－01原子分解算法中较常用的是Gabor原子，本文基金项目：国家“十一五”科技支撑计划资助项目（2013BAA鄄构建Gabor原子库。Gabor原子的实数表达式为［16］02B01）：ProjectsupportedbytheScientificandTechnic

7、alSupportingKγ，t-τProgramsofChinaduringthe“11thFive鄄yearPlan”Periodgγ，（t）=gs#cos（ξt+）（1）姨ss（2013BAA02B01）电力自动化设备第34卷其中，g（t）为高斯窗函数；Kγ，为原子归一化因子；sEAZABZEBAdLB为尺度因子；τ为位移因子；ξ为频率因子；为相位因子；原子的索引γ=（s，τ，ξ，）。为使原