本发明涉及输电线路技术领域，尤其涉及一种输电线路闪络塔定位方法及系统。
背景技术：
输电线路的运行直接关系着大电网的安全与社会经济发展，然而实际运行过程中，由于各种原因导致输电线路绝缘子积污，线路绝缘强度大幅下降，在过电压下极易闪络，导致线路发生接地故障。线路故障发生后，若测距装置无法准确计算出故障闪络塔的位置，将造成运维人员无法及时查找和修复故障，造成线路不能快速复电，不仅给大电网的安全运行带来严峻考验，也给人民群众的日常生产活动造成严重的影响。
现有技术中，查找故障闪络塔的方法有：阻抗法、故障分析法和行波法。
阻抗法是假定输电线路为均匀传输线路，由故障时测量到的电压和电流量计算出故障回路的阻抗，根据不同故障类型下故障回路的阻抗与测量点到故障点的距离成正比的原理，计算出故障点的距离。
故障分析法是基于线路分布参数模型，通过对故障时记录的工频电压和电流量分析计算，得到故障点的距离。
行波法是利用高频暂态行波在线路上的传输速度与时间来进行故障点定位。
本发明人在实施本发明的过程中发现，现有技术中存在以下技术问题：
采用阻抗法时，需要满足忽略线路中的分布电容和漏电导的前提，以及假定输电线路为均匀传输线路，因此阻抗法的测量精度较低，测量误差较大；对于故障分析法，由于该方法基于线路分布参数模型，通过建立故障电压电流与故障距离的函数进行定位，此方法容易受系统运行方式、故障点过渡电阻及线路参数精确度的影响而导致测距精度较低，且存在测距伪根；行波法测距在实际使用中受到母线接线方式、相邻互感耦合或非线性元件等许多工程因素的制约，经常出现无法准确识别故障点反射波造成测距精度不高，甚至出现测距失败的问题。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种输电线路闪络塔定位方法及系统，能有效解决现有技术测距精度较低，测量误差较大，在实际使用中受系统运行方式和多种工程因素制约的问题。
本发明实施例提供一种输电线路闪络塔定位方法，包括如下步骤：
对故障相电流和闪络后各基塔入地电流进行滤波处理，得到故障相电流的滤波结果和闪络后各基塔入地电流的滤波结果；
对所述故障相电流的滤波结果进行分解，得到分解后的高频分量信号；
根据所述分解后的高频分量信号中的第一层高频分量信号计算可疑故障距离；
根据闪络后各基塔入地电流的滤波结果，确定可疑故障闪络塔对应的可疑故障闪络塔距离；
根据所述可疑故障距离和所述可疑故障闪络塔距离对故障闪络塔进行定位。
作为上述方案的改进，对故障相电流和闪络后各基塔入地电流进行滤波处理的方法为小波阈值去噪方法，具体如下：
采用db3小波对所述故障相电流进行分解，得到分解后的故障相电流的高频分量信号与低频分量信号；
令所述故障相电流高频分量系数为零，对所述故障相电流低频分量系数进行重构，得到所述故障相电流的滤波结果；
采用db3小波对所述闪络后各基塔入地电流信号进行分解，得到闪络后各基塔入地电流信号的高频分量信号与低频分量信号；
令所述闪络后各基塔入地电流信号高频分量系数为零，对所述闪络后各基塔入地电流信号低频分量进行重构，得到所述闪络后各基塔入地电流信号的滤波结果。
作为上述方案的改进，对所述故障相电流的滤波结果进行分解，得到分解后的高频分量信号的具体方法如下：
根据所述故障相电流的滤波结果构造hankel矩阵：
对构造的hankel矩阵进行二分递推奇异值分解，得到分解后的高频分量信号。
作为上述方案的改进，所述构造hankel矩阵和对构造的hankel矩阵进行二分递推奇异值分解，得到分解后的高频分量信号的具体方法如下：
令故障相电流的滤波结果i0＝[x1,x2,x3,...,xn]，n为采样点数，可得矩阵h，如下表达式(1)：
对矩阵h进行二分递推奇异值分解，可得到奇异值σa和奇异值σj，且满足σa>σj，奇异值σa和奇异值σj分别对应所述故障相电流的滤波结果的低频分量aj与高频分量dj；通过σa对应的低频分量aj构造h矩阵进行二分递推奇异值分解；
设进行j-1次分解后得到的低频分量为aj-1，令aj-1＝[aj-1,1,aj-1,2,...,aj-1,n]，利用aj-1构造矩阵hj，如下表达式(2)：
对矩阵hj进行二分递推奇异值分解，得到如下表达式(3)：
式中，uj＝(uj1,uj2)，uj∈r2×2，vj＝(vj1,vj2,...,vj(n-1))，vj∈r(n-1)×(n-1)，sj＝(diag(σaj,σdj),o)，sj∈r2×(n-1)，σaj、σdj分别为第j次二分递推奇异值分解后得到的奇异值，可得如下表达式(4)：
式中，uji∈r2×1，vji＝r(n-1)×1，i＝1、2，
根据表达式(4)求出信号第j次分解后的低频分量aj与高频分量dj，具体求解过程如下：
令
通过如下过程求解低频分量aj：
由表达式(5)可得，haj上下两行均含有(aj,2,aj,3,...,aj,n-1)，其中，第一行中aj,2＝σajuj1,1vj1,2，而第二行中aj,2＝σajuj1,2vj1,1，uj1,1、uj1,2为uj1的两个坐标，假设第一行中的元素序列(aj,2,aj,3,...,aj,n-1)为la1，第二行中由这些相同元素组成的序列为la2，对haj矩阵中表示aj同一数据的元素求取平均值后再作为aj中的数据，得到如下表达式(7)：
aj＝(aj,1,(la1+la2)/2,aj,n)(7)
同理可得如下表达式(8)：
dj＝(dj,1,(ld1+ld2)/2,dj,n)(8)
计算出aj和dj后，继续利用aj构造hankel矩阵进行二分递推奇异值分解，重复上述分解过程，直到故障电流信号分解成一系列高频分量信号与低频分量信号，此时滤波后的故障相电流信号可表示成如下表达式(9)：
i0＝aj+d1+d2+...+dj(9)
式中，d1为第一层高频分量信号，d2为第二层高频分量信号，dj为第j层高频分量信号，aj为第j层低频分量。
作为上述方案的改进，根据所述分解后的高频分量信号中的第一层高频分量信号计算可疑故障距离的具体方法如下：
根据第一层高频分量信号d1确定t0，并得到一系列可疑故障点反射波到达监测点的时刻t1、t2…tn；
通过定位计算公式(10)分别计算出第1、2、…、n基可疑故障闪络塔与监测点之间的距离分别为l1、l2、…、ln，定位公式(10)如下：
式中，lk为可疑故障点与首端监测点之间的距离，v为行波波速，tk为故障点反射波波头到达时刻，t0为故障电流行波首次到达监测点的时刻，k＝1、2、…、n。
作为上述方案的改进，根据闪络后各基塔入地电流的滤波结果，确定可疑故障闪络塔对应的可疑故障闪络塔距离的步骤为：
根据所述闪络后各基塔入地电流的滤波结果，确定入地电流最大的塔；根据入地电流最大的塔确定可疑故障闪络塔；确定所述可疑故障闪络塔对应的可疑故障闪络塔距离；具体如下：
设滤波后的沿线n基塔的入地电流分别为ig1、ig2、…、ign，且第k基塔的入地电流满足igk＝max(ig1,ig2,...,ign)，ith、lth为设定的阈值；
分别计算出|ig2-ig1|、|ig3-ig2|…|igk-1-igk-2|的值；
若第h基塔满足|igh-igh-1|≥ith，则将igh、igh+1、…、igk(h<k)对应的塔列为可疑故障闪络塔；
将igh、igh+1、…、igk(h<k)按从大到小的顺序进行排列，并按照排列顺序依次计算出对应的闪络后各基塔与线路首端监测点之间的距离，即所述可疑故障闪络塔对应的可疑故障闪络塔距离为lk、lk-1、…、lh。
作为上述方案的改进，根据所述可疑故障距离和所述可疑故障闪络塔距离确定故障闪络塔的具体方法如下：
分别计算|lk-l1|、|lk-l2|、…、|lk-ln|的值；
若满足δlk＝|lk-lm|≤lth且1≤m≤n，则将第k基塔确定为故障闪络塔；
若不满足δlk＝|lk-lm|≤lth且不满足1≤m≤n，则继续计算|lk-1-l1|、|lk-1-l2|、…、|lk-1-ln|的值，并重复上述判断过程，满足δl≤lth时停止计算，并将此时对应的塔确定为故障闪络塔。
本发明实施例二还提供了一种输电线路闪络塔定位系统，包括：
获取模块，用于获取故障相电流和闪络后各基塔入地电流；
滤波模块，用于对所述故障相电流和闪络后各基塔入地电流进行滤波处理；
分解模块，用于对所述故障相电流的滤波结果进行分解，得到分解后的高频分量信号；
计算模块，用于根据所述分解后的高频分量信号中的第一层高频分量信号计算可疑故障距离；
根据闪络后各基塔入地电流的滤波结果，确定可疑故障闪络塔对应的可疑故障闪络塔距离；
根据所述可疑故障距离和所述可疑故障闪络塔距离对故障闪络塔进行定位。
本发明实施例提供的一种输电线路闪络塔定位方法及系统，与现有技术相比，具有如下有益效果：
基于故障相电流和闪络后各基塔入地电流的滤波结果对闪络塔进行定位，由于故障相电流和闪络后各基塔入地电流可通过直接采集得到，因此测量精度较高，测量误差较低；通过对故障相电流和闪络后各基塔入地电流进行处理，确定可疑故障闪络塔和可疑故障闪络塔距离，根据可疑故障距离和所述可疑故障闪络塔距离对故障闪络塔进行定位，可有效避免系统运行方式和其余工程因素对定位结果的影响，避免当故障电流波形振荡明显、对端母线出线结构复杂或现场所测波形受其他因素影响较大时故障闪络塔定位不准确的问题，增加定位结果的可靠性和稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种输电线路闪络塔定位方法的流程示意图。
图2是是本发明实施例二提供的一种输电线路闪络塔定位系统的结构示意图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。
参见图1，是本发明实施例一提供的一种输电线路闪络塔定位方法的流程示意图，包括如下步骤：
s1、对故障相电流和闪络后各基塔入地电流进行滤波处理，得到故障相电流的滤波结果和闪络后各基塔入地电流的滤波结果；
其中，故障相电流和闪络后各基塔入地电流可通过现场采集得到。
对故障相电流和闪络后各基塔入地电流进行滤波处理的方法为小波阈值去噪方法，具体如下：
采用db3小波对故障相电流进行分解，得到分解后的故障相电流的高频分量信号与低频分量信号；
令故障相电流高频分量系数为零，对故障相电流低频分量系数进行重构，得到故障相电流的滤波结果；
采用db3小波对闪络后各基塔入地电流信号进行分解，得到闪络后各基塔入地电流信号的高频分量信号与低频分量信号；
令闪络后各基塔入地电流信号的高频分量系数为零，对闪络后各基塔入地电流信号低频分量进行重构，得到闪络后各基塔入地电流信号的滤波结果。
s2、对故障相电流的滤波结果进行分解，得到分解后的高频分量信号；
其中，得到分解后的高频分量信号方法为：根据所述故障相电流的滤波结果构造hankel矩阵，对构造的hankel矩阵进行二分递推奇异值分解，得到分解后的高频分量信号；具体如下：
令故障相电流的滤波结果i0＝[x1,x2,x3,...,xn]，n为采样点数，可得矩阵h，如下表达式(1)：
对矩阵h进行二分递推奇异值分解，可得到奇异值σa和奇异值σj，且满足σa>σj，奇异值σa和奇异值σj分别对应所述故障相电流的滤波结果的低频分量aj与高频分量dj；通过σa对应的低频分量aj构造h矩阵进行二分递推奇异值分解；
设进行j-1次分解后得到的低频分量为aj-1，令aj-1＝[aj-1,1,aj-1,2,...,aj-1,n]，利用aj-1构造矩阵hj，如下表达式(2)：
对矩阵hj进行二分递推奇异值分解，得到如下表达式(3)：
式中，uj＝(uj1,uj2)，uj∈r2×2，vj＝(vj1,vj2,...,vj(n-1))，vj∈r(n-1)×(n-1)，sj＝(diag(σaj,σdj),o)，sj∈r2×(n-1)，σaj、σdj分别为第j次二分递推奇异值分解后得到的奇异值，可得如下表达式(4)：
式中，uji∈r2×1，vji＝r(n-1)×1，i＝1、2，
根据表达式(4)求出信号第j次分解后的低频分量aj与高频分量dj，具体求解过程如下：
令
通过如下过程求解低频分量aj：
由表达式(5)可得，haj上下两行均含有(aj,2,aj,3,...,aj,n-1)，其中，第一行中aj,2＝σajuj1,1vj1,2，而第二行中aj,2＝σajuj1,2vj1,1，uj1,1、uj1,2为uj1的两个坐标，假设第一行中的元素序列(aj,2,aj,3,...,aj,n-1)为la1，第二行中由这些相同元素组成的序列为la2，对haj矩阵中表示aj同一数据的元素求取平均值后再作为aj中的数据，得到如下表达式(7)：
aj＝(aj,1,(la1+la2)/2,aj,n)(7)
同理可得如下表达式(8)：
dj＝(dj,1,(ld1+ld2)/2,dj,n)(8)
计算出aj和dj后，继续利用aj构造hankel矩阵进行二分递推奇异值分解，重复上述分解过程，直到故障电流信号分解成一系列高频分量信号与低频分量信号，此时滤波后故障相电流信号可表示成如下表达式(9)：
i0＝aj+d1+d2+...+dj(9)
式中，d1为第一层高频分量信号，d2为第二层高频分量信号，dj为第j层高频分量信号，aj为第j层低频分量。
s3、根据分解后的高频分量信号中的第一层高频分量信号计算可疑故障距离；
其中，具体方法如下：
根据第一层高频分量信号d1确定t0，并得到一系列可疑故障点反射波到达监测点的时刻t1、t2…tn；
通过定位计算公式(10)分别计算出第1、2、…、n基可疑故障闪络塔与监测点之间的距离分别为l1、l2、…、ln，定位公式(10)如下：
式中，lk为可疑故障点与首端监测点之间的距离，v为行波波速，根据经验值选取，tk为故障点反射波波头到达时刻，t0为故障电流行波首次到达监测点的时刻，k＝1、2、…、n。
s4、根据闪络后各基塔入地电流的滤波结果，确定可疑故障闪络塔对应的可疑故障闪络塔距离；
其中，确定可疑故障闪络塔对应的可疑故障闪络塔距离的步骤为：
根据所述闪络后各基塔入地电流的滤波结果，确定入地电流最大的塔；根据入地电流最大的塔确定可疑故障闪络塔；确定所述可疑故障闪络塔对应的可疑故障闪络塔距离；具体如下：
设滤波后的沿线n基塔的入地电流分别为ig1、ig2、…、ign，且第k基塔的入地电流满足igk＝max(ig1,ig2,...,ign)，ith、lth为设定的阈值；
分别计算出|ig2-ig1|、|ig3-ig2|…|igk-1-igk-2|的值；
若第h基塔满足|igh-igh-1|≥ith，则将igh、igh+1、…、igk(h<k)对应的塔列为可疑故障闪络塔；
将igh、igh+1、…、igk(h<k)按从大到小的顺序进行排列，并按照排列顺序依次计算出对应的闪络后各基塔与线路首端监测点之间的距离，即所述可疑故障闪络塔对应的可疑故障闪络塔距离为lk、lk-1、…、lh。
s5、根据可疑故障距离和可疑故障闪络塔距离对故障闪络塔进行定位；
其中，具体方法如下：
分别计算|lk-l1|、|lk-l2|、…、|lk-ln|的值；
若满足δlk＝|lk-lm|≤lth且1≤m≤n，则将第k基塔确定为故障闪络塔；
若不满足δlk＝|lk-lm|≤lth且不满足1≤m≤n，则继续计算|lk-1-l1|、|lk-1-l2|、…、|lk-1-ln|的值，并重复上述判断过程，满足δl≤lth时停止计算，并将此时对应的塔确定为故障闪络塔。
参见图2，是本发明实施例二提供的一种输电线路闪络塔定位系统的结构示意图，包括：
获取模块1，用于获取故障相电流和闪络后各基塔入地电流；
滤波模块2，用于对故障相电流和闪络后各基塔入地电流进行滤波处理；
分解模块3，用于对故障相电流的滤波结果进行分解，得到分解后的高频分量信号；
计算模块4，用于根据分解后的高频分量信号中的第一层高频分量信号计算可疑故障距离；
根据闪络后各基塔入地电流的滤波结果，确定可疑故障闪络塔对应的可疑故障闪络塔距离；
根据可疑故障距离和所述可疑故障闪络塔距离对故障闪络塔进行定位。
本发明实施例提供的一种输电线路闪络塔定位方法及系统，与现有技术相比，具有如下有益效果：
基于故障相电流和闪络后各基塔入地电流的滤波结果对闪络塔进行定位，由于故障相电流和闪络后各基塔入地电流可通过直接采集得到，因此测量精度较高，测量误差较低；通过对故障相电流和闪络后各基塔入地电流进行处理，确定可疑故障闪络塔和可疑故障闪络塔距离，根据可疑故障距离和所述可疑故障闪络塔距离对故障闪络塔进行定位，可有效避免系统运行方式和其余工程因素对定位结果的影响，避免当故障电流波形振荡明显、对端母线出线结构复杂或现场所测波形受其他因素影响较大时故障闪络塔定位不准确的问题，增加定位结果的可靠性和稳定性。
需说明的是，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。