输电线路双端故障测距系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力领域，尤其涉及一种输电线路双端故障测距系统。
【背景技术】
[0002] 随着区域电网的互联建设等，高压输电线路不断增多，而由于输电走廊途径地区 的气候和地形条件等因素的影响，输电线路是电力系统中易于发生故障的环节，及时找出 故障位置、排除故障能有效提高系统的供电可靠性，同时对系统的安全稳定和经济运行有 重要作用。国内外学者对故障测距技术进行了广泛的研究，提出了多种原理方法，其中双端 量法测距技术同时利用故障线路两端的电气量实现故障定位，不受故障类型和过渡电阻等 因素的影响，具有很高精度。
[0003] 现有的双端故障测距算法主要有两种，一种是不需要双端数据同步的算法，不过 利用不同步数据的时域算法会受到算法过程中产生误差的影响，算法复杂；另一种是利用 同步数据的计算方法，但是依赖基于GPS采样装置的严格数据同步。
[0004] 实际应用中，一些线路尚未安装GPS装置或者GPS装置时钟同步失效等问题都会 引起双端数据的不同步采样，都将影响测距方法的精度。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种输电线路双端故障测距系统，无需GPS装置即可实现输电线路双 端故障测距系统。
[0006] 本发明实施例采用如下技术方案：
[0007] -种输电线路双端故障测距系统，包括高频数据采集模块、工频数据采集模块、控 制逻辑电路模块、A/D转换模块、计算机装置；
[0008] 所述高频数据采集模块，用于采集高频数据；
[0009] 所述低频数据采集模块，用于采集低频数据；
[0010] 所述高频数据采集模块和所述工频数据采集模块的数据采集受到控制逻辑电路 模块的同步控制，保证采集数据的同时性；
[0011] A/D转换模块，用于对所述高频数据采集模块采集的高频数据进行转换，以及对所 述低频数据采集模块采集的低频数据进行转换；
[0012] 计算机装置，用于根据转换后的数据进行故障测距。
[0013] 可选的，还包括：
[0014] 数据存储模块，用于存储所述A/D转换模块转换后的数据。
[0015] 可选的，所述高频数据采集模块包括：罗氏线圈、取样电路；
[0016] 罗氏线圈对线路上的电流信号进行采样，罗氏线圈连接信号取样电路。
[0017] 可选的，所述取样电路，用于将输电线路行波信号按不同变比进行多路采集，取样 电路的最小输出电压不超过A/D转换模块输入电压。
[0018] 可选的，所述计算机装置包括滤波模块、奇异点识别模块、数据对时模块、故障定 位模块；
[0019] 所述滤波模块、所述奇异点识别模块及所述数据对时模块，用于故障数据的准确 对时；
[0020] 所述故障定位模块，用于进行故障定位。
[0021] 可选的，所述数据对时模炔基于Gabor原子库的MP算法，具体包括：
[0022] 建立Gabor原子库，Gabor原子由高斯窗函数经过调制而成，高斯窗调制的Gabor 原子具有时频分辨率和灵活的时频积，能够准确的捕捉信号的时频细节，使用实数形式的 Gabor原子完成基展开，Gabor实数原子表达式为：
[0024] 式中，常数Ka为原子归一化因子；定义
SgY(t)的索引，其中s为尺 度参数，u为位移因子，ω为频率因子，φ为相位因子；
为高斯窗函数，定义 Γ = R+XR2X [0, 2 π ), a e Γ ；
[0025] 从原子库中依照索引扫描找到本次迭代中与当前分析信号内积最大的原子，从当 前信号中抽出本次匹配最佳原子的能量，形成新的残余信号，依此循环，每一步都从原子库 中找出一个最优原子来线性表出信号；
[0026] 进行N次迭代后，忽略残余信号能量，s'（η)可以用下式表示：
[0028] 其中，满足条件
[0030] 其中，s'（η)为信号总能量，R1s为第一次迭代的起始信号能量，Rms为第m次迭代 的信号能量，gam为原子库中第m次抽取的最佳匹配原子，Rm+1s = Rms-〈Rms, gam>gam为第m 次迭代后将获得的最佳匹配原子从残余信号中抽取出去形成新的残余信号，<Rms，g°m>为 与R ms内积最大的原子；
[0031] Gabor实数原子做傅立叶变换后得到
为中心，且其有效范围与原子尺度s成反比。
[0034] 可选的，所述故障定位模块进行计算，确定线路中故障点距测试单元安装点的距 离，指导现场迅速查找故障点并有效消除；
[0035] 阻抗法电压方程如下：
[0041] 其中，Z为线路单位长度的阻抗；Dmf为M端到故障点F的距离，CZw、L为厘端测 量到的电压、电流；&为N端测量到的电流；Rf为故障点的过渡电阻；4为故障点的短路 电流。
[0042] 基于上述技术方案，本发明实施例对高频数据进行转换，以及对低频数据进行转 换，根据转换后的数据进行故障测距，从而无需GPS装置即可实现输电线路双端故障测距 系统。
【附图说明】
[0043] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发 明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根 据这些附图获得其他的附图。
[0044] 图1为本发明实施例的输电线路双端故障测距系统的结构示意图；
[0045] 图2为本发明实施例的高频数据采集模块内部原理图；
[0046] 图3为本发明实施例的原子分解对信号处理后的时频分布图；
[0047] 图4为本发明实施例的迭代获得的各原子的参数量；
[0048] 图5为本发明实施例的单相线路接地故障原理图。
【具体实施方式】
[0049] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明 一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有 做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0050] 本发明实施例首先利用数据采集装置分别获得故障线路两端的不同采样频率的 两组数据，每侧采样点的两组数据基于同一个时钟，保证本侧采样数据的同时性，将两侧 的采集数据通过信道传输到计算机装置，再基于一种新的分析非线性、非平稳信号的方 法--时频原子算法对采集到的高频双端故障信号进行波头识别，分析对时，将对时后的 低频采样同步数据作为基于同步数据的双端测距算法的基础数据进行计算，即可得出故障 点的准确位置。
[0051] 实施例1
[0052] 如图1所示，本发明实施例提供一种输电线路双端故障测距系统，包括高频数据 采集模块、工频数据采集模块、控制逻辑电路模块、A/D转换模块、计算机装置；
[0053] 所述高频数据采集模块，用于采集高频数据；
[0054] 所述低频数据采集模块，用于采集低频数据；
[0055] 所述高频数据采集模块和所述工频数据采集模块的数据采集受到控制逻辑电路 模块的同步控制，保证采集数据的同时性；
[0056] A/D转换模块，用于对所述高频数据采集模块采集的高频数据进行转换，以及对所 述低频数据采集模块采集的低频数据进行转换；
[0057] 计算机装置，用于根据转换后的数据进行故障测距。
[0058] 可选的，还包括：
[0059] 数据存储模块，用于存储所述A/D转换模块转换后的数据。
[0060] 可选的，所述高频数据采集模块包括：罗氏线圈、取样电路；
[0061] 罗氏线圈对线路上的电流信号进行采样，罗氏线圈连接信号取样电路。
[0062] 可选的，所述取样电路，用于将输电线路行波信号按不同变比进行多路采集，取样 电路的最小输出电压不超过A/D转换模块输入电压。
[0063] 可选的，所述计算机装置包括滤波模块、奇异点识别模块、数据对时模块、故障定 位模块；
[0064] 所述滤波模块、所述奇异点识别模块及所述数据对时模块，用于故障数据的准确 对时；
[0065] 所述故障定位模块，用于进行故障定位。
[0066] 可选的，所述数据对时模炔基于Gabor原子库的MP算法，具体包括：
[0067] 建立Gabor原子库，Gabor原子由高斯窗函数经过调制而成，高斯窗调制的Gabor 原子具有时频分辨率和灵活的时频积，能够准确的捕捉信号的时频细节，使用实数形式的 Gabor原子完成基展开，Gabor实数原子表达式为：
[0069] 式中，常数Ka为原子归一化因子；定义Λ = 的为gY(t)的索引，其中s为尺 度参数，U为位移因子，ω为频率因子，φ为相位因子；
为高斯窗函数，定义 Γ = R+XR2X [0, 2 π ), a e Γ ；
[0070] 从原子库中依照索引扫描找到本次迭代中与当前分析信号内积最大的原子，从当 前信号中抽出本次匹配最佳原子的能量，形成新的残余信号，依此循环，每一步都从原子库 中找出一个最优原子来线性表出信号；
[0071] 进行N次迭代后，忽略残余信号能量，s'（η)可以用下式表示：
[0073] 其中，满足条件
[0075] 其中，s'（η)为信号总能量，R1S为第一次迭代的起始信号能量，Rms为第m次迭代 的信号能量，g am为原子库中第m次抽取的最佳匹配原子，Rm+1s = Rms-〈Rms, gam>gam为第m 次迭代后将获得的最佳匹配原子从残余信号中抽取出去形成新的残余信号，<Rms，ga，为 与R ms内积最大的原子；
[0076] Gabor实数原子做傅立叶变换后得到
为中心，且其有效范围与原子尺度s成反比。
[0079] 可选的，所述故障定位模块进行计算，确定线路中故障点距测试单元安装点的距 离，指导现场迅速查找故障点并有效消除；