[发明专利]一种配电网故障行波波头的辨识方法

摘要

本发明公开了一种配电网故障行波波头的辨识方法。对故障电压行波进行凯伦贝尔变换得到故障电压线模分量，接着构建行波波头数学模型，根据该模型构造行波信号状态方程和观测方程，然后运用无迹卡尔曼滤波对故障电压行波去噪，并根据收敛的状态变量得到故障行波到达时刻。本发明能够在信噪比低的情况下依旧准确辨识行波波头，具有很好的工程应用前景。

主权项

1.一种配电网故障行波波头的辨识方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1：对故障采集器得到的三相故障电压行波进行凯伦贝尔变换，得到线模电压分量，其中，凯伦贝尔变换为：式中u₁,u₂为线模电压，u₀为零模电压，u_a,u_b,u_c为各相电压；步骤2：构建行波波头数学表达式，其表达式可以由以下函数表征：其中，u(k)为k时刻故障线模电压信号的值，T是行波到达故障检测装置的时刻，当k＜T时，故障行波还没有到达，系统正常，A_s表示基波信号的幅值，ω_c为基波信号的角频率，为基波信号的初始相角；当k>T时，信号发生突变，在基波信号的基础上，叠加了暂态行波，其中A_e表示初始暂态行波波头的幅值，T_s为行波衰减时间常数；步骤3：根据步骤2构建的行波信号表达式，选取状态变量构建离散化的行波信号状态方程和观测方程如下：x(k)＝x(k‑1) k＝1,2...u(k)＝H[x(k‑1),k]+V(k) k＝1,2...式中，x(K)为k时刻系统状态变量，x(k‑1)为k‑1时刻系统状态变量，H[]表示故障电压信号u(k)与状态变量的函数关系，V(K)表示观测噪声；步骤4：运用无迹卡尔曼滤波对故障行波电压进行处理，得到去噪的行波和状态变量T的收敛值；4‑1、初始化状态变量均值：其中，x₀为初始值，为初始向量均值，P₀是初始协方差矩阵；4‑2、计算sigma采样点：其中L为状态空间的维数，为6，则sigma点的个数为2L+1＝13；为第k‑1时刻的状态变量均值；X_i(k‑1)为第k‑1时刻的sigma点集；Sigma点对应的权重系数为：其中，λ为比例系数，改变λ的大小可以调节sigma点与均值点之间的距离；4‑3、计算状态变量均值的一步估计，将k‑1时刻的sigma点分别代入状态方程，得到k时刻的sigma点集以及其对应的均值4‑4、计算协方差矩阵的一步估计：4‑5、获得卡尔曼增益：其中，是观测点集，是观测点集的均值，P_U(k),U(k)是观测向量的自相关矩阵，P_X(k),U(k)是观测向量与状态向量的互相关矩阵，K_k为卡尔曼增益；4‑6、更新状态估计值和协方差矩阵：式中u(k)为步骤1变换得到的故障行波线模分量在k时刻的值；完成k时刻的状态变量和协方差矩阵的更新后，返回步骤4‑2，进行k+1时刻的估算；当k＝N，N为故障信号的采样点数，状态变量和协方差矩阵停止更新，此时输出变换得到的电压信号U(k)和状态变量T的值，此时的U(k)为去噪后的行波信号，T为故障行波波头到达检测装置的时刻。