一种输电线路分布式故障诊断自动化算法的制作方法

本发明涉及配电网检测技术领域，特别涉及一种输电线路分布式故障诊断自动化算法。

背景技术：

输电线路故障发生后，故障行波从故障点触发在线路上进行传播，在遇到阻碍还会产生折射、反射等，利用故障行波的传播和反射特性，对输电线路故障定位常用单端定位法，采用采集故障行波首波和反射波的方式，根据首波和反射波采集时间以及行波波速，就可以对故障点来进行定位，由于线路上存在伪波及行波的畸变等，造成采集到的反射波形不明显，难以从单个采集装置采集到的波形数据判断反射波波峰，从而难以确定采集到反射波的时间，导致故障点的定位不精确。

技术实现要素：

鉴以此，本发明提出一种输电线路分布式故障诊断自动化算法，能够明确反射波的采集时间，进一步提升了对故障点定位的精确度，减少定位误差。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种输电线路分布式故障诊断自动化算法，包括以下步骤：

步骤s1、获取位于故障点同一侧的若干个行波采集装置采集的波形数据；

步骤s2、建立横轴为波形采集时间、纵轴为波形幅值的坐标系，并将波形数据拟合到坐标系中；

步骤s3、连接所有波形的首波波峰最大值并拟合得到一条直线；

步骤s4、将直线沿横轴向远离首波波峰的方向平移；

步骤s5、计算直线平移过程中与所有波形相交的交点的均方差值；

步骤s6、获取均方差值最小处的交点，根据交点计算故障点距离。

优选的，所述步骤s1中采集的波形数据用长度为i的数列yn[i]表示，其中n为行波采集装置的数量，n≥3，yn[i]为第n个行波采集装置采集的波形。

优选的，在所述步骤s1中，根据采集到的故障行波的时间快慢来确定故障点同侧距离最近的若干个行波采集装置，并获取所述若干个行波采集装置的波形数据。

优选的，所述步骤s2将波形数据拟合到坐标系中的具体步骤为：将波形数据按其对应的行波采集装置距离故障点的远近关系由上至下或由下至上拟合在坐标系中。

优选的，所述步骤s3的具体步骤为：连接所有波形的首波波峰，根据任意两个首波波峰的坐标值计算得到直线，直线的表达式为y＝kx+b，其中k为直线的斜率，b为截距。

优选的，所述步骤s5的具体步骤为：根据直线平移过程中与波形相交的交点的纵坐标值进行均方差值的计算，其中均方差值的计算公式为：

其中n为行波采集装置的数量，n≥3，an为直线移动过程中与第n个波形相交的交点的纵坐标值。

优选的，所述步骤s6的具体步骤为：获取均方差值最小处的交点的横坐标值，根据横坐标值计算故障点距离变电站的距离l，其中v为行波波速，bn为均方差值最小处的交点的横坐标值与首波波峰点的横坐标值的差。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种输电线路分布式故障诊断自动化算法，采用多个行波采集装置对故障行波进行采集，并将采集到的波形拟合到坐标系中，通过将所有波形的首波波峰最大值连接拟合成一条直线，并对直线进行平移，在平移的过程中获取直线与波形相交的交点的均方差值，均方差值最小处的交点的横坐标即为反射波的采集时间，从而可以确定反射波的采集时间，从而计算得到故障点距离变电站的距离。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种输电线路分布式故障诊断自动化算法的一个实施例的流程图；

图2为本发明的一种输电线路分布式故障诊断自动化算法的一个实施例的行波采集装置的位置设置示意图；

图3为本发明的一种输电线路分布式故障诊断自动化算法的一个实施例的行波采集装置采集的波形图。

具体实施方式

为了更好理解本发明技术内容，下面提供一具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。

参见图1，本发明提供的一种输电线路分布式故障诊断自动化算法，包括以下步骤：

步骤s1、获取位于故障点同一侧的若干个行波采集装置采集的波形数据；

步骤s2、建立横轴为波形采集时间、纵轴为波形幅值的坐标系，并将波形数据拟合到坐标系中；

步骤s3、连接所有波形的首波波峰最大值并拟合得到一条直线；

步骤s4、将直线沿横轴向远离首波波峰的方向平移；

步骤s5、计算直线平移过程中与所有波形相交的交点的均方差值；

步骤s6、获取均方差值最小处的交点，根据交点计算故障点距离。

本发明对于故障点距离的计算采用的仍然时行波单端定位法，因此在整个算法的计算过程中，需要将行波采集装置设定在故障点的同一侧，如图2所示，其中1、2、3为行波采集装置，p点为故障点，m、n为变电站，故障行波从p点向线路两端传播，行波采集装置1-3分别采集到故障行波的首波，故障行波经过变电站m后反射回故障点p，在反射的过程中，行波采集装置1-3会分别采集到反射波，而由于线路上存在伪波以及行波的畸变等，会导致行波采集装置采集到的反射波波形不够明显，从而难以从单个行波采集装置采集到的波形数据判断反射波波峰，从而难以确定反射波的采集时间，最终就会影响到故障点距离的计算，如图2所示，t1为行波采集装置1采集到首波的时间，t2为行波采集装置1采集到反射波的时间，应用行波单端定位法可以计算出故障点p与行波采集装置1之间的距离为其中v为行波波速，然而由于上述所述的反射波的采集时间难以确定，因此无法精确定位故障点。

为此，本发明将3个行波采集装置采集到的波形数据拟合到坐标系中，如图3所示，其中横轴为波形采集时间，纵轴为波形幅值，根据行波匀速传播原理，可以将三个行波采集装置采集到的首波波峰最大值进行连线，拟合得到一条直线，然后将这条直线沿着横轴向右边进行平移，同时计算直线与三组波形交点的均方差值，在均方差值最小处的交点即为反射波的波头，交点的横坐标即为反射波的采集时间，根据反射波的采集时间即可计算得到故障点距离变电站的距离，从而精确定位故障点。

具体的，上述实施例中选取行波采集装置的数量为3个，但是本发明并不局限于三个行波采集装置，选取三个行波采集装置是比较常规的选择，同样的选择4个或5个行波采集装置仍然是可以实现本发明的功能的。

优选的，所述步骤s1中采集的波形数据用长度为i的数列yn[i]表示，其中n为行波采集装置的数量，n≥3,yn[i]为第n个行波采集装置采集的波形。

以三个行波采集装置为例，行波采集装置采集的波形数据分别为y1[i]、y2[i]、y3[i]，其中第一个行波采集装置和第二个行波采集装置之间的距离设定为s1，第一个行波采集装置和第三个行波采集装置之间的距离设定为s2，则三个行波采集装置采集的波形数据绘制在同一个坐标系里的3条曲线分别为y1[i]、y2[i]+s1、y3[i]+s2，然后在曲线图当中连接三条曲线的首波波峰点并拟合得到直线y。

具体的，为了使行波采集装置采集的波形可以在坐标图中有序的排列，可以选择将s1和s2的比例设置成1:1，则三条波形的间距为1：1：1，可以方便后续的直线平移过程中数据的计算。

优选的，在所述步骤s1中，根据采集到的故障行波的时间快慢来确定故障点同侧距离最近的若干个行波采集装置，并获取所述若干个行波采集装置的波形数据。

具体的，本发明是需要选择位于故障点同一侧的多个行波采集装置采集的波形数据进行处理，因此当线路故障发生时，根据采集到的故障行波的时间快慢来确定故障点同侧距离最近的行波采集装置，然后再获取确定后的行波采集装置的波形数据。

优选的，所述步骤s2将波形数据拟合到坐标系中的具体步骤为：将波形数据按其对应的行波采集装置距离故障点的远近关系由上至下或由下至上拟合在坐标系中。

为了保证坐标系内波形数据的首波波峰可以连成一条直线，波形数据在坐标系内的位置需要按照大小关系排列，此处所述的大小关系为行波采集装置距离故障点的距离大小关系，如图3所示，位于最下方的为第一个行波采集装置采集的波形数据，位于中间的为第二个行波采集装置采集的波形数据，位于上方的为第三个行波采集装置采集的波形数据，即图3所示为将波形数据按其行波采集装置距离故障点的距离较近的关系由下至上拟合在坐标系中，同理也可以按照距离较远的关系来由上至下或由下至上进行拟合。

优选的，所述步骤s3的具体步骤为：连接所有波形的首波波峰，根据任意两个首波波峰的坐标值计算得到直线，直线的表达式为y＝kx+b，其中k为直线的斜率，b为截距。

由于行波的波速时匀速传播的，所以对于三条波形曲线而言，可以将三条波形曲线的首波波峰连接起来得到直线y，直线y的表达式为y＝kx+b，其中k和b为常数，可以根据任意两个首波波峰的坐标值计算得到。

优选的，所述步骤s5的具体步骤为：根据直线平移过程中与波形相交的交点的纵坐标值进行均方差值的计算，其中均方差值的计算公式为：

其中n为行波采集装置的数量，n≥3，an为直线移动过程中与第n个波形相交的交点的纵坐标值。

直线y在移动时，其表达式用y＝k(x-i)+b来表示，直线在平移的过程中，与三条波形曲线始终处于相交状态，在移动的过程中不断计算相交的交点的均方差值，在均方差值最小处即确定最靠近反射波波头的直线，并确定最小均方差处的波头为反射波波头，从而可以确定反射波的采集时间。

具体的，本发明对于直线移动过程中的均方差值的计算即采集直线与三条波形曲线的交点的纵坐标值，并带入到均方差值的计算公式中，不断的对均方差值进行比对，在均方差值最小处停止直线的平移，从而确定反射波的采集时间。

当行波采集装置的数量为3个时，上述均方差值的计算公式为：

上述式子中，a1为直线移动过程中与第一个行波采集装置采集的波形数据相交的交点的纵坐标值，a2为直线移动过程中与第二个行波采集装置采集的波形数据相交的交点的纵坐标值，a3为直线移动过程中与第三个行波采集装置采集的波形数据相交的交点的纵坐标值。

优选的，所述步骤s6的具体步骤为：获取均方差值最小处的交点的横坐标值，根据横坐标值计算故障点距离变电站的距离l，其中v为行波波速，bn为均方差值最小处的交点的横坐标值与首波波峰点的横坐标值的差。

获取均方差值最小处的交点的横坐标值后，根据行波单端定位法可以计算得到故障点距离变电站之间的距离，由于设置了三个行波采集装置，因此可以分别根据三个行波采集装置采集的波形数据来进行故障点距离变电站距离的计算，计算完3个距离后，取平均值，得到故障点定位的优化值，实现对故障点的精确定位。

具体的，故障点距离变电站的距离l的计算公式为：当n取3时，其中b1为第一个行波采集装置采集到反射波的时间与采集到首波的时间的时间差，b2、b3以此类推，最终取平均值后可以得到故障点定位的优化值。

本发明的一种输电线路分布式故障诊断自动化算法，根据对多个采集波形的比对，能够明确行波单端定位法中的反射波波头，避免了单个行波采集装置可能面临的反射波由于畸变或干扰波而无法确定的问题，明确了反射波的采集时间，使行波单端定位法得以实施，同时多个定位计算结果取平均值，进一步提升了对故障点定位的精确度，减小定位误差。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。