[发明专利]一种基于特征点辨识和线性插值的故障行波滤波方法

摘要

本发明公开了一种基于特征点辨识和线性插值的故障行波滤波方法，提高基于HHT的配电网单相接地故障测距技术的实用性；首先，故障后使用电压互感器采集故障点上游M端和故障点下游N端的三相电压行波信号；其次，相模变换，得到线模电压行波；然后，采用基于特征点辨识和线性插值的滤波算法对线模电压行波信号进行滤波；最后，用基于HHT的双端行波测距方法进行故障测距。本发明方法可以有效滤除实测的故障电压行波信号中的噪声，解决了HHT标定受扰行波波头到达时间不准的问题。

主权项

一种基于特征点辨识和线性插值的故障行波滤波方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：当配电网发生单相接地故障时，通过电压互感器测量故障点上游M端和故障点下游N端的三相电压行波，记为u_Ma、u_Mb、u_Mc和u_Na、u_Nb、u_Nc；步骤2：相模变换，得到线模电压行波：采用凯伦贝尔公式实现相模变换，公式如下：$\left[\begin{array}{c}{u}_{M0}\\ u_{M1}\\ u_{M2}\end{array}\right]=\frac{1}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ 1& -1& 0\\ 1& 0& -1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_{Ma}\\ u_{Mb}\\ u_{Mc}\end{array}\right]---\left(1\right)$$\left[\begin{array}{c}{u}_{N0}\\ u_{N1}\\ u_{N2}\end{array}\right]=\frac{1}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ 1& -1& 0\\ 1& 0& -1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{u}_{Na}\\ u_{Nb}\\ u_{Nc}\end{array}\right]---\left(2\right)$其中u_M0和u_N0表示M端和N端的零模电压行波，在三相线路和大地之间传播，u_M1、u_N1表示M端和N端的一模电压行波，u_M2、u_N2表示M端和N端的二模电压行波，一模和二模电压行波均称为线模电压行波，二者计算方法不同，但具有相同的物理意义，均表示在线路相与相之间传播的行波；取u_M1和u_N1用于故障测距；步骤3：对线模电压行波信号滤波：采用基于特征点辨识和线性插值的滤波算法，特征点指线模电压行波波形中突变的起始点和极值点；滤波过程又细分为①、②两步：①识别突变起始点和极值点：下面通过移动数据窗的方式给出识别这些点的方法，设置一定宽度的数据窗，取数据窗内点数为21；线模电压行波数据的前一段全是白噪声，因而取前5个数据窗内的点，最大幅值定义为白噪声幅值；向后移动数据窗，当数据窗中的点幅值依次增加，且最后一个点与第一个点的幅值差大于白噪声幅值时，此时数据窗中第一个点即为突变的起始点；继续移动数据窗，当数据窗中点的值为窗中所有点中的最大值或最小值时，该点即为要保留的极值点；移动数据窗从线模电压行波第一个点直到最后一个点，即能够根据上述判断规则辨识出突变的起始点和所有极值点；②通过线性插值重构波形，达到滤波的目的；识别出突变的起始点和极值点后，通过线性插值得到这些点之间的数据，突变的起始点之前的数据和最后一个极值点之后的数据置零，这样就能重构线模电压行波波形，从而起到滤波的效果；步骤4：用基于HHT的双端行波测距方法进行故障测距：测距过程又细分为①、②两步：①用HHT标定线模电压行波初始波头到达测量点的时间：Hilbert‑Huang变换即HHT是近年来应用于非平稳信号分析的一种新方法，由经验模态分解即Empirical Mode Decomposition,EMD和Hilbert变换两部分组成；HHT的步骤是：首先对线模电压信号进行EMD分解，得到一系列固有模态分量imf1,imf2……；然后对imf1分量进行Hilbert‑Huang变换，求出瞬时频率随时间的变化关系，瞬时频率最大值对应的时间作为故障行波到达测量点的时间；②计算故障点到两端测量点的距离：根据①标定故障后线模电压行波到达M端和N端的时间记为t₁和t₂，因为线模行波以接近光速的速度传播，故近似取线模行波波速v＝300m/us，用l表示M端和N端之间的距离；故障点到M端的距离x_M为：$x_M=\frac{(t_1-t_2)v+l}{2}---\left(3\right)$