基于逆变型电源SPWM特征信号注入的故障测距方法及系统与流程

基于逆变型电源spwm特征信号注入的故障测距方法及系统
技术领域
1.本发明属于高压交流输电线路保护与控制领域，尤其涉及一种基于逆变型电源spwm特征信号注入的故障测距方法及系统。


背景技术：

2.目前，随着新能源的占比在现有电网中越来越大，以及电力电子器件在电网中的大量应用，电力系统继电保护对传统故障测距的精度提出了更高的要求。对于利用故障点本身产生的行波信号进行单端测距(a类)以及双端测距(b类)而言，其采用的是被动式测距且利用的故障行波具有较大的衰减系数，在首波头及二次反射行波波头提取方面存在技术难度，使得测距结果不精确，达不到新能源并网背景下对电力系统故障测距可靠性与精确度的要求。
3.与此同时，新能源在电网中的比例提高以及大量控制精度更高的电力电子设备的应用，为控保协同迎来了新机遇，对传统电力系统保护而言也迎来了优化的契机，电力电子设备灵活的控制策略能够使未来电力系统有着更加丰富控制手段。本发明所提一种基于逆变型电源spwm(正弦脉宽调制)实施特征信号注入的故障测距方法便是基于此思路，利用主动注入信号对线路故障实施测距，不仅不影响电能质量，且拥有优异的测距精度。
4.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
5.(1)被动式测距且利用的故障行波具有较大的衰减系数，在首波头及二次反射行波波头提取方面存在技术难度；
6.(2)测距结果不精确，达不到新能源并网背景下对电力系统故障测距可靠性与精确度的要求。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于逆变型电源spwm特征信号注入的故障测距方法及系统。
8.本发明是这样实现的，一种基于逆变型电源spwm特征信号注入的故障测距方法，
9.基于逆变型电源正弦脉宽调制特征信号注入的行波测距新方法采取主动式检测；首先，根据实时监测数据判断注入条件，若条件满足，则对线路延时实施注入特征信号；其次，对注入特征信号后的复合电压信号进行处理，得到故障测距所需的数据系列；最后根据改进的滤波算法对处理后的数据系列进行奇异点分析，得出注入信号与反射波到达时刻的时间差，继而计算得到故障距离。
10.进一步，包括：
11.s1、实时采集保护安装处电压及电流数据，若电压及电流数据满足故障启动判据，则变流器附加控制模块满足特征信号注入条件，否则不满足。
12.s2、满足注入条件后，变流器附加控制模块向输电线路注入高频特征信号，记录注入时刻t0；
13.s3、对注入高频特征信号后采集的复合电压数据开展相模变换，并对变换后结果进行滤波处理；
14.s4、结合数学形态学基本算子构造奇异点检测算法，对滤波后的数据系列进行奇异点检测；
15.s5、根据奇异点检测结果确定注入特征信号反射回保护安装处的时刻，记录该时刻为t1，计算t0与t1的时间差，并据此计算得到故障距离。
16.进一步，所述监测保护安装处电压及电流数据具体为：
17.对线路运行状态进行监测及数据采集，采样频率100khz，形成以0.2s为窗长的三相电压及电流数据组[ua,ub,uc]、[ia,ib,ic]，对所述电压及电流数组进行相模变换得到所需线模量；
[0018]
对线路检测采样所得的数据组[ua,ub,uc]、[ia,ib,ic]采用傅氏变换得出三相电压及电流幅值数组[u
ma
,u
mb
,u
mc
]、[i
ma
,i
mb
,i
mc
]，对三相电流幅值数据[i
ma
,i
mb
,i
mc
]进行比较，取对应相电流幅值最大值为if，取对应相电压幅值最小值设为uf。
[0019]
进一步，所述相模变换的变换矩阵为：
[0020][0021]
[a0,a1,a2]
t
＝s-1
[aa,ab,ac]
t
[0022]
式中，a分别为采集的数据组，aa、ab、ac分别为对应的a、b、c三相电压、电流的采集数据组；a0、a1、a2分别为对应的0模量u0(t)、i0(t)，线模1模量u1(t)、i1(t)和线模2模量u2(t)、i2(t)。
[0023]
进一步，所述故障启动判据为：
[0024][0025]
|δu1|＝|u1(t)-u1(t-tk)|
[0026]
式中，if与uf为故障线路保护安装处工频电压和工频电流的幅值最大与最小值；in与un为线路额定运行电压与额定运行电流；tk为前溯时间。
[0027]
进一步，所述步骤s2若不满足故障启动判据，则判定无故障的发生；否则，认为线路发生故障，即满足特征信号的注入条件，通过变流器附加控制模块向输电线路注入高频特征信号，并记录注入时刻t0。
[0028]
进一步，所述步骤s2在满足故障启动判据后，判定线路上发生故障，并通过变流器附加控制模块开始向线路注入特征信号，具体为：
[0029]
通过变流器实现控制特征信号的注入，逆变型电源电压[ua,ub,uc]的输出以基于载波与调制波作数值比较的spwm实现调制，控制系统电压的输出波形；
[0030]
逆变型电源内部采用外环功率、内环电流控制，采用双环控制环节产生的工频三相调制波实现控制系统电压[ua,ub,uc]的稳定输出，
[0031]
故障引发的暂态量在延时τ时刻到达，将附加控制模块控制开关由ctr0切换至
ctr1，在所述工频三相调制波基础上叠加幅值和频率分别为m'、ω'的正弦电压信号u
ha
、u
hb
、u
hc
，随后经由spwm进行调制输出工频和特征频率信号叠加的复合电压。
[0032]
进一步，所述spwm调制后输出电压为：
[0033][0034]
式中，u
fa
、u
fb
、u
fc
为故障时线路的电压瞬时值；m、ω分别为原有基频相电压幅值与角频率。
[0035]
进一步，所述复合电压为：
[0036][0037]
式中，δua、δub、δuc为注入特征信号后的三相复合电压信号；m'、ω'分别为注入特征信号的幅值与角频率；r(t)为随时间t的注入特征信号函数：
[0038]
r(t)＝u(t-t
0-τ)-u(t-t
0-t-τ)
[0039]
式中，t0、t分别为特征信号的开始注入时刻、注入持续时间；τ为延迟时间；u(t)为阶跃函数。
[0040]
进一步，所述步骤s3相模变换为：
[0041]
[u0,u1,u2]
t
＝s-1
[δua,δub,δuc]
t
[0042][0043]
式中，u0、u1、u2数组分别为电压故障行波的0模、1模及2模；
[0044]
所述电压故障行波1模分量的变化量δu1为：
[0045]
δu1＝u1(t)-u1(t-tk)
[0046]
式中，tk为前溯时刻，tk取值为工频周期的整数倍。
[0047]
进一步，所述步骤s3滤波处理使用带通滤波器，对所述δu1进行滤波来滤除低频信号，具体为：
[0048]
带通滤波器选用矩形窗函数，滤波器的延时与采样率及通带截止频率有关，带通滤波器的通带截止频率ws，阻带截止频率为w
p
；δu1的带通滤波函数为：
[0049][0050][0051]
式中，δu'1(j)为δu1在位置j处的初步滤波结果；n为滤波数据窗长；δu1(i)为序列δu1中的第i个采样点对应的值；wc为带通滤波器截止频率中值下的角频率；hd(j-i)对应为j-i处的滤波器的系数。
[0052]
进一步，所述步骤s4滤波处理后的数据为δu'1，对δu'1开展奇异点检测，具体为：
[0053]
(1)构造奇异点检测算法：
[0054][0055]
式中，
·
和分别表示闭运算以及开运算；g表示为所采用数学形态学的结构元素；
[0056]
(2)对m(i)进一步膨胀与腐蚀，获得辨别反射波波头到达时刻的形态学算法：
[0057][0058]m(e)
(i)＝(m(i)
⊙
g)(i)
[0059]
式中，和
⊙
分别表示膨胀以及腐蚀运算；
[0060]
(3)对m
(d)
(i)和m
(e)
(i)的结果设置下式所示约束条件，进而识别波头：
[0061]
δmd(i)＝m
(d)
(i)-m
(d)
(i-1)＞λ
[0062]
δme(i)＝m
(e)
(i)-m
(e)
(i-1)＜-λ
[0063]
式中，λ是阈值判定值；
[0064]
(4)m
(d)
(i)和m
(e)
(i)满足所述约束条件时，算法检测到注入特征信号反射波的奇异点，将检测时刻定为t1。
[0065]
进一步，所述步骤s5对计算结果进行补偿具体为：
[0066]
lm＝v1*δt*α＝v1*(t
1-t0)(1+β(t
m-25))
[0067]
式中，lm为故障点距保护安装处的距离；δt为特征信号注入时刻与反射波到达时刻的时间差；v1为注入特征信号的波速，根据实验测试得到v1的值；α为加入了温度补偿系数后的整定系数；β为温度补偿系数；tm为实际测量温度。
[0068]
本发明的另一目的在于提供一种基于逆变型电源内部spwm特征信号注入的故障测距系统，所述基于逆变型电源内部spwm特征信号注入的故障测距系统包括：
[0069]
信息采集模块，用于实时采集运行线路的三相电压及电流运行数据；
[0070]
信号处理模块，用于相模变换、傅氏变换处理以得出所用模量数据以及电压电流幅值信息，开展故障启动和注入条件判别；
[0071]
滤波模块，用于相模变换，截取特定频率下的模量数据，并对模量数据进行初步滤波；
[0072]
形态学处理模块，用于对滤波后数据进行形态学处理，凸显特定频率下的信号奇异值信息；
[0073]
阈值判定模块，用于将计算结果与阈值进行对比，判定数据是否满足阈值条件；
[0074]
信号传输模块，用于联结不同模块并实现不同模块之间的信息交互。
[0075]
阈值判定模块，用于将计算结果与阈值进行对比，判定数据是否满足阈值条件；
[0076]
信号传输模块，用于联结不同模块并实现不同模块之间的信息交互。
[0077]
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行所述基于逆变型电源spwm特征信号注入的故障测距方法的步骤。
[0078]
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述基于逆变型电源spwm特征信号注入的故障测距系统。
[0079]
结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优
点及积极效果为：
[0080]
本发明针对线路故障后传统行波故障测距由故障行波信号在输电线路传播的衰减所引起的测距误差问题，提出一种基于逆变型电源内部附加控制spwm特征信号注入的故障测距方法。本发明通过设计带通滤波器对注入特征信号后的复合电压信号进行初步处理，得出线路测距相关参数；对滤波处理后的数据采用形态学对其进行奇异点分析，得出注入信号与反射波达到时刻的时间差，本发明提供的方法不仅避免了传统故障行波易受随机性干扰和随机误差的影响，提高了故障测距的准确性。
[0081]
本发明所提的基于逆变型电源内部spwm(正弦脉宽调制)特征信号注入的行波测距方法采取主动式检测，引入能够反映全故障类型的线模变换矩阵，并构造了带通滤波器对数据进行预处理，且构造形态学算法对数据处理以准确得到所需的奇异点信息，避免了故障后产生的行波信号存在衰减以及二次反向行波波头提取精度不足等问题。由于采取与线路正常工作状态所不同频率、幅值的特征信号，故不影响电能质量，且拥有优异的测距精度。
[0082]
本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：
[0083]
本发明的技术方案在国内外业内未见报道，填补了技术空白。首先，在故障电压电流幅值判据的基础上引入模量判据，对故障进行精确启动识别；其次，识别出故障后向控制器发送切换信号，实现对输电线路的特征信号注入；之后，对保护安装处采集的电压电流数据进行相模变换并设计滤波器对所得的线模分量数据进行初步滤波处理；最后，采用新构造的形态学滤波算法处理前述滤波后数据，以准确检测信号奇异点和确定反射波到达时刻，并基于检测结果进行测距分析。
附图说明
[0084]
图1是本发明实施例提供的基于逆变型电源spwm特征信号注入的故障测距方法流程图；
[0085]
图2是本发明实施例提供的交流输电线路结构图；
[0086]
图3是本发明实施例提供的注入策略示意图；
[0087]
图4是本发明实施例提供的故障时注入特征信号波形图，(a)区内故障时注入特征信号波形图，(b)区外故障时注入特征信号波形图；
[0088]
图5是本发明实施例提供的区内故障时结果图，(a)区内故障时暂态波形δu1图，(b)对δu1进行带通滤波器结果图δu'1，(c)形态学处理结果图；
[0089]
图6是本发明实施例提供的区外故障时结果图，(a)区外故障时暂态波形δu1图，(b)对δu1进行带通滤波器结果图δu'1，(c)形态学处理结果图。
具体实施方式
[0090]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0091]
为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
[0092]
如图1所示，本发明实施例提供的基于逆变型电源spwm特征信号注入的故障测距方法包括以下步骤：
[0093]
s1、实时监测保护安装处电压及电流数据，根据故障启动判据判断故障是否发生，进而判断变流器附加控制模块是否需要注入特征信号；
[0094]
s2、变流器附加控制模块向输电线路注入高频电压特征信号，记录注入时刻为t0；
[0095]
s3、对保护安装处采集的保护电压、电流数据开展相模变换，并对变换后的数据进行滤波处理；
[0096]
s4、结合数学形态学基本算子构造奇异点检测算法，对滤波处理后的数据进行奇异点检测；
[0097]
s5、确定注入特征信号反射回保护安装处的时刻，记录该时刻为t1，计算t0与t1的时间差，并对计算结果进行补偿得到故障距离。
[0098]
进一步，所述实时监测保护安装处电压及电流数据具体为：
[0099]
对线路运行状态进行实时监测及数据采集，采样频率100khz，形成以0.2s为窗长的三相电压及电流数据组[ua,ub,uc]、[ia,ib,ic]，对上述电压及电流数组进行相模变换得到所需线模量；
[0100]
对线路实时检测采样所得的数据组[ua,ub,uc]、[ia,ib,ic]采用傅氏变换得出三相电压及电流幅值数组[u
ma
,u
mb
,u
mc
]、[i
ma
,i
mb
,i
mc
]，对三相电流幅值数据[i
ma
,i
mb
,i
mc
]进行比较，取对应相电流幅值最大值为if，取对应相电压幅值最小值设为uf。
[0101]
进一步，所述相模变换能够反映全故障类型，变换矩阵为：
[0102][0103]
[a0,a1,a2]
t
＝s-1
[aa,ab,ac]
t
[0104]
式中，a分别为采集的数据组，aa、ab、ac分别为对应的a、b、c三相电压、电流的采集数据组；a0、a1、a2分别为对应的0模量u0(t)、i0(t)，线模1模量u1(t)、i1(t)和线模2模量u2(t)、i2(t)。
[0105]
进一步，所述故障启动判据为：
[0106][0107]
|δu1|＝|u1(t)-u1(t-tk)|
[0108]
式中，if与uf为故障线路保护安装处工频电压和工频电流的幅值最大与最小值；in与un为线路额定运行电压与额定运行电流；tk为前溯时间。
[0109]
进一步，所述步骤s2在满足故障启动判据后，判定线路上发生故障，并通过变流器附加控制模块开始向线路注入特征信号，具体为：
[0110]
通过变流器实现控制特征信号的注入，逆变型电源电压[ua,ub,uc]的输出以基于载波与调制波作数值比较的spwm实现调制，控制系统电压的输出波形；
[0111]
逆变型电源内部采用外环功率、内环电流控制，采用双环控制环节产生的工频三
相调制波实现控制系统电压[ua,ub,uc]的稳定输出，
[0112]
故障引发的暂态量在延时τ时刻到达，将附加控制模块控制开关由ctr0切换至ctr1，在所述工频三相调制波基础上叠加幅值和频率分别为m'、ω'的正弦电压信号u
ha
、u
hb
、u
hc
，随后经由spwm进行调制输出工频和特征频率信号叠加的复合电压。
[0113]
进一步，所述spwm调制后后输出电压为：
[0114][0115]
式中，u
fa
、u
fb
、u
fc
即为故障时线路的电压瞬时值；m、ω分别为原有基频相电压幅值与角频率。
[0116]
进一步，所述复合电压为：
[0117][0118]
式中，δua、δub、δuc为注入特征信号后的三相复合电压信号；m'、ω'分别为注入特征信号的幅值与角频率；r(t)为随时间t的注入特征信号函数：
[0119]
r(t)＝u(t-t
0-τ)-u(t-t
0-t-τ)
[0120]
式中，t0、t分别为特征信号的开始注入时刻、注入持续时间；τ为延迟时间；u(t)为阶跃函数。
[0121]
进一步，所述步骤s3相模变换为：
[0122]
[u0,u1,u2]
t
＝s-1
[δua,δub,δuc]
t
[0123][0124]
式中，u0、u1、u2数组分别为电压故障行波的0模、1模及2模。
[0125]
进一步，所述电压故障行波1模分量的变化量δu1为：
[0126]
δu1＝u1(t)-u1(t-tk)
[0127]
式中，tk为前溯时刻，tk取值为工频周期的整数倍。
[0128]
进一步，所述步骤s3滤波处理使用带通滤波器，对所述δu1进行滤波来滤除低频信号，具体为：
[0129]
带通滤波器选用矩形窗函数，滤波器的延时与采样率及通带截止频率有关，带通滤波器的通带截止频率ws，阻带截止频率为w
p
；δu1的带通滤波函数为：
[0130][0131][0132]
式中，δu'1(j)为δu1在位置j处的初步滤波结果；n为滤波数据窗长；δu1(i)为序
列δu1中的第i个采样点对应的值；wc为带通滤波器截止频率中值下的角频率；hd(j-i)对应为j-i处的滤波器的系数。
[0133]
进一步，所述步骤s4滤波处理后的数据为δu'1，对δu'1开展奇异点检测，具体为：
[0134]
(1)构造奇异点检测算法：
[0135][0136]
式中，
·
和分别表示闭运算以及开运算；g表示为所采用数学形态学的结构元素；
[0137]
(2)对m(i)进一步膨胀与腐蚀，获得辨别反射波波头到达时刻的形态学算法：
[0138][0139]m(e)
(i)＝(m(i)
⊙
g)(i)
[0140]
式中，和
⊙
分别表示膨胀以及腐蚀运算；
[0141]
(3)对m
(d)
(i)和m
(e)
(i)的结果设置下式所示约束条件，进而识别波头：
[0142]
δmd(i)＝m
(d)
(i)-m
(d)
(i-1)＞λ
[0143]
δme(i)＝m
(e)
(i)-m
(e)
(i-1)＜-λ
[0144]
式中，λ是阈值判定值；
[0145]
(4)m
(d)
(i)和m
(e)
(i)满足所述约束条件时，算法检测到注入特征信号反射波的奇异点，将检测时刻定为t1。
[0146]
进一步，所述步骤s5考虑到随着温度升高而对波速v1有着间接抬升的影响，测距计算时需要考虑对其结果进行补偿，对计算结果进行补偿具体为：
[0147]
lm＝v1*δt*α＝v1*(t
1-t0)(1+β(t
m-25))
[0148]
式中，lm为故障点距保护安装处的距离；δt为特征信号注入时刻与反射波到达时刻的时间差；v1为注入特征信号的波速，根据实验测试得到v1的值；α为加入了温度补偿系数后的整定系数；β为温度补偿系数；tm为实际测量温度。
[0149]
本发明实施例还提供一种基于逆变型电源内部spwm特征信号注入的故障测距系统包括：
[0150]
信息采集模块，用于采集电流和电压信息；
[0151]
信号处理模块，用于对数据进行傅氏变换和相模变换处理；
[0152]
信号传输模块，用于在不同模块之间进行信息传输；
[0153]
滤波模块，用于对数据进行滤波处理；
[0154]
形态学处理模块，用于对数据进行形态学处理；
[0155]
阈值判定模块，用于将数据与阈值进行对比，判定数据是否满足阈值条件。
[0156]
为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。
[0157]
图2是基于pscad仿真平台搭建的220kv交流输电线路结构图。图中，u即为注入特征信号后的电压及传播路径；g为传统电源系统；对地等效电容为c2＝c1＝0.05μf；线路长度l＝100km；在不同故障区域k1(本级线路mn故障)、k2(下级线路故障点)设置故障；单位长度正序线路电阻、电感分别为0.125ω/km与1.04mh/km；单位长度零序线路电阻、电感分别为0.323ω/km与3.684mh/km，额定运行频率50hz。设置故障发生时间为1s，注入时刻取故障发生后3ms，持续注入时间为0.2s。
[0158]
现以图2所示输电系统对区内及区外故障进行实例说明，阐述本发明实施例的实
施方式。
[0159]
实施例1：本线路区内故障
[0160]
s1、以在距母线50km单相接地故障为例。以采样率为100khz对线路运行状态进行实时监测及数据采集，形成以0.2s为窗长的三相电压及电流数据组[ua,ub,uc]、[ia,ib,ic]，通过对其进行傅氏变换得出三相电压电流数据[u
ma
,u
mb
,u
mc
]、[i
ma
,i
mb
,i
mc
]并比较其大小，找出最大电流值并令if＝max(i
ma
,i
mb
,i
mc
)，并令其对应相电压为uf。
[0161]
当a相接地故障后，[i
ma
,i
mb
,i
mc
]分别为[1.5,1.1,0.42]，因此故障电流值为if＝1.5ka，额定电流为in＝0.6ka，故满足if》1.2in＝0.72；而对比图4所示的故障后数据，故障相电压骤降至uf＝ua＝90.79kv，而经理论分析及计算可知|δu1|＝10kv，额定电压为un＝220kv，显然满足式下式电压电流判据：
[0162][0163]
满足判据之后向图3中辅助控制器件发出切换信号。
[0164]
s2、接收到s1中所发出的切换信号后，为保障由故障产生行波对测距的影响，时延τ取3ms，时延后将图3所示典型双环控制环节中辅助控制器件的控制开关由ctr0投切至ctr1，此时，将会在原来输出电压u
fa
、u
fb
、u
fc
的基础上叠加一个短时高频正弦信号u
ah
、u
bh
、u
ch
，注入频率为15khz的正弦信号后得到如下式复合信号：
[0165][0166]
式中，u
fa
、u
fb、ufc
为故障后线路三相电压；u
ah
、u
bh、uch
为注入的短时高频正弦信号。
[0167]
对特征信号注入期间记录注入时刻为t0＝1.0032；持续注入时间t取0.2s。而时延τ取3ms，故随时间t的注入特征信号函数r(t)为：
[0168]
r(t)＝u(t-1.0032-0.003)-u(t-1.0032-0.2-0.003)
[0169]
＝u(t-1.0002)-u(t-0.8002)
[0170]
其结果可见图4(a)所示，图中，故障发生3ms后，可见由故障点处引起的暂态量已基本消弭，此时在新能源系统端实现持续注入时间t＝0.2s的正弦信号，也即能够充当在系统侧加入故障分量的角色，同传统故障分量一致，也属于故障暂态量，在注入时引起波动，对其进行分析计算故障距离。
[0171]
s3、步骤s2中注入时刻t0已知，为1.0032s，其中0.2ms为仿真开关动作时延，对采样所得复合信号δua、δub、δuc进行相模变换如下式
[0172][0173]
[u0,u1,u2]
t
＝s-1
[δua,δub,δuc]
t
[0174]
|δu1|＝|u1(t)-u1(t-tk)|
[0175]
式中前溯时刻tk取值一般为工频周期的整数倍，本发明取值为0.1s；
[0176]
所得结果δu1见图5(a)所示，图中可以看出，在故障发生3m后，基本无故障点处的暂态量的干扰，同上述分析结果一致。
[0177]
进一步对δu1滤波为经通带为[w
p
＝6khz、ws＝24khz]的矩形窗带通滤波器的结果为：
[0178][0179][0180]
滤波后结果δu'1见图5(b)所示，对比图5(a)δu1，经过滤波后的数据更加明显，故在此基础上对其进行分析得出结果将会更加明确。
[0181]
s4、对由步骤s3中初步处理结果δu'1采用形态学处理进行进一步的分析，形态学处理函数为：
[0182][0183]
本发明所要处理的一维数据适用扁平结构进行分析，故取结构元素g为长度为3的扁平结构且元素为0。
[0184]
已求得m(i)，按照如下约束式计算δmd(i)、δme(i)：
[0185][0186]m(e)
(i)＝(m(i)
⊙
g)(i)
[0187]
δmd(i)＝max{m
(d)
(i)-m
(d)
(i-1)}＝0.52＞0.1,i＝1...n
l
[0188]
δme(i)＝min{m
(e)
(i)-m
(e)
(i-1)}＝-0.15＜-0.1,i＝1...n
l
[0189]
式中，n
l
为窗内数据长度，采样率100khz，窗长0.2s，故数据n
l
＝20000。
[0190]
显然两者满足上式约束条件，也即，利用图5(c)所示最终处理结果能够精确的反映出故障信息；
[0191]
由图5(c)中可知，t1、t0分别为经过形态学处理后所得结果的最大值点及次最大值点对应时刻，图中也能够看出注入时刻为t0＝1.00323s，同样地能够得出由故障点反射回特征信号信息t1＝1.00356。
[0192]
s5、经由上述步骤s4得出特征信号引起的分量反射波到达母线m的时刻t1＝1.00356、t0＝1.00323s、v1＝299.603
×
103km/s为波速度，取注入特征信号频率15khz下的取值，环境实测温度为tm＝25℃，温度补偿系数β取值为0.001％，可经由下式
[0193]
lm＝v1*(t
1-t0)(1+β(t
m-25))
[0194]
＝299603*(1.00356-1.00323)*(1+0.001％*(25-25))
[0195]
＝49.43km
[0196]
计算出的故障距离与实际故障距离50km相差仅有0.57km，误差约为1.1％。显然满足测距要求。
[0197]
实施例2：下级线路k2点故障
[0198]
s1、以在k2点距n母线50km处故障为例。同样的对线路实时检测得到以0.2s为窗长的三相电压电流数组数据[ua,ub,uc]、[ia,ib,ic]，通过对其进行傅氏变换得出三相电压电
流数据[u
ma
,u
mb
,u
mc
]、[i
ma
,i
mb
,i
mc
]比较其大小并令if＝max(i
ma
,i
mb
,i
mc
)＝max(1.4,0.9,0.7)＝1.4ka，令其对应相电压为uf＝u
ma
＝120.8kv，而额定电流in＝0.6ka，额定电压un＝220kv，而经理论分析及计算可知|δu1|＝7kv，显然满足式下式电压电流判据：
[0199][0200]
故其必然满足故障上式判据的启动条件，之后向图3中辅助控制器件发出切换信号。
[0201]
s2、接收到s1中所发出的切换信号后，为保障由故障产生行波对测距的影响，时延τ取3ms，时延后将图3所示典型双环控制环节中辅助控制器件的控制开关由ctr0投切至ctr1，此时，将会在原来输出电压u
fa
、u
fb
、u
fc
的基础上叠加一个短时高频正弦信号u
ah
、u
bh
、u
ch
，注入频率为15khz的正弦信号后得到如下式复合信号：
[0202][0203]
式中，u
fa
、u
fb
、u
fc
为故障后线路三相电压；u
ah
、u
bh
、u
ch
为注入的短时高频正弦信号。
[0204]
对特征信号注入期间记录注入时刻为t0＝1.0032；持续注入时间t取0.2s。
[0205]
而时延τ取3ms，故随时间t的注入特征信号函数r(t)为：
[0206]
r(t)＝u(t-1.0037-0.003)-u(t-1.0037-0.2-0.003)
[0207]
＝u(t-1.0007)-u(t-0.8007)
[0208]
注入后其结果可见图4(b)所示，图中，故障发生3ms后，可见由故障点处引起的暂态量已基本消弭，此时在新能源系统端实现持续注入时间t＝0.2s的正弦信号，在注入时引起波动，之后对由电源侧引起的行波进行故障测距。
[0209]
s3、步骤s2中注入时刻t0已知，为1.0037s，对采样所得复合信号δua、δub、δuc进行相模变换如下式：
[0210][0211]
[u0,u1,u2]
t
＝s-1
[δua,δub,δuc]
t
[0212]
|δu1|＝|u1(t)-u1(t-tk)|
[0213]
式中前溯时刻tk取值一般为工频周期的整数倍，本发明取值为0.1s。
[0214]
所得结果δu1见图6(a)所示，图中可以看出，在故障发生3m后，基本无故障点处的暂态量的干扰，同由图4(b)展示及上述分析结果一致。
[0215]
进一步对δu1滤波为经通带为[w
p
＝6khz、ws＝24khz]的矩形窗带通滤波器的结果为：
[0216]
[0217][0218]
滤波后结果δu'1见图6(b)所示，对比图6(a)δu1，经过滤波后的数据更加明显，故在此基础上对其进行分析得出结果将会更加明确。
[0219]
s4、对由步骤s3中初步处理结果δu'1采用形态学处理进行进一步的分析，形态学处理函数为：
[0220][0221]
本发明所要处理的一维数据适用扁平结构进行分析，故取结构元素g为长度为3的扁平结构且元素为0。
[0222]
已求得m(i)，按照如下约束式计算δmd(i)、δme(i)：
[0223][0224]m(e)
(i)＝(m(i)
⊙
g)(i)
[0225]
δmd(i)＝max{m
(d)
(i)-m
(d)
(i-1)}＝0.6＞0.1,i＝1...n
l
[0226]
δme(i)＝min{m
(e)
(i)-m
(e)
(i-1)}＝-0.23＜-0.1,i＝1...n
l
[0227]
式中，n
l
为窗内数据长度，采样率100khz，窗长0.2s，故数据n
l
＝20000。
[0228]
显然两者满足上式约束条件，也即，利用图6(c)所示最终处理结果能够精确的反映出故障信息；
[0229]
由图6(c)中可知，t1、t0分别为经过形态学处理后所得结果的最大值点及次最大值点对应时刻，图中能够看出注入时刻为t0＝1.0037s，同样地能够得出次极大值点对应时刻为t1＝1.00437。
[0230]
s5、将上述极大值及次极大值对应时刻t0、t1在常温下按照式，温度补偿系数β取值为0.001％：
[0231]
lm＝v1*(t
1-t0)(1+β(t
m-25))
[0232]
＝299603*(1.00437-1.0037)*(1+0.001％*(25-25))
[0233]
＝100.367km
[0234]
因为计算lm得100.367km，超过本线路长度l时，说明故障发生在下级线路，在次级波头的基础上可再次选择次一级波头对应时间，如图6(c)红圈所示t1＝1.00472s，同样的t0＝1.0037s，v1＝299.603
×
103km/s且为常温25℃下，故可经由上式计算出实际故障距离为lm＝152.8km，与实际故障相差仅有2.8km，误差为1.87％，即区外故障时仍能够在一定条件下满足测距要求。
[0235]
本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。
[0236]
现对线路在不同过渡电阻情况下，列表说明测距结果，见表1所示，由表1测距结果可知本发明采用的主动式行波测距在不同过渡电阻及情况下对测距效果基本没有影响，且测距精度高，适用于远距离输电。结合上述分析及仿真调试验证了本发明的有效性。
[0237]
表1本发明实施例测距结果
[0238][0239]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本技术实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。
[0240]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实
现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0241]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0242]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0243]
尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
[0244]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。