一种配电线路暂态信号的滤波装置的制作方法

本发明涉及配电网暂态信号分析，具体地说，涉及一种配电线路暂态信号的滤波装置。

背景技术：

1、据统计我国的中低压配电系统常使用小电流接地系统，并且配电线路发生的故障有将近80％都是单相接地故障，当发生单相接地故障时，配电网一般可以自己正常运作2小时左右，超过时长会扩大事故范围，对配电设施造成损害，带来经济损失，而2小时的运作时间为故障的排查定位提供了时间，及时切除线路故障有利于电力系统的稳定和安全。

2、由于电网错综复杂，小电流接地系统多发生单相接地故障，及时切除线路故障对电力系统的稳定安全运行至关重要。为此针对单相接地故障，我们通过设计一种配电线路暂态信号的滤波装置来分析故障暂态信号，以便准确提取反应故障信息的特征频率，并利用emd法对故障信息进行建模和仿真分析实验。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种配电线路暂态信号的滤波装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供了一种配电线路暂态信号的滤波装置，该滤波装置综合使用低通滤波器与高通滤波器，分别利用其阻高通低和阻低通高的特性，创新地利用于单相接地故障零序电流的分析中，能够得到工频分量和衰减的暂态信号；针对不同工况下暂态信号的频率特性滤波去除信号干扰，该滤波装置可以在单相接地故障发生时去除干扰，得到电力系统本身的工频分量，为后续进一步分析单相接地故障选线定位等奠定重要基础；再利用基于经验模态分解emd的故障选线方法提高单相接地故障选线准确度；

3、本发明的目的之二在于，提供了一种配电线路暂态信号的滤波装置应用于单相接地故障选线的方法，具体包括如下步骤：

4、s1、利用快速傅里叶变换分解原始信号得到功率谱和频谱；

5、s2、设计高通滤波器分析在小故障电阻和大故障电阻情况下暂态信号幅值的衰减特性、不同故障初相位情况下暂态信号幅值特性，以及加入电缆线后暂态信号的频谱特性；

6、s3、根据暂态信号的频率分布范围设计低通滤波器，过滤掉幅值影响较大的暂态信号，得到干扰较少的工频分量信号用于选线；

7、s4、把过滤后的零序电流的工频分量信号利用emd分解得到若干个imf信号；

8、s5、运用能量法计算分解后的imf信号的能量并求和得到线路能量。

9、作为本技术方案的进一步改进，所述s1中，利用快速傅里叶变换分解原始信号得到功率谱和频谱的计算公式为：

10、

11、其中，序列x(n)为有限长，n∈[0，n-1]，对频率ω在0～nπ范围内等间距采样，采样点数为n，采样间隔为nπ/n，第t个采样点对应的频率值为nπt/n。

12、作为本技术方案的进一步改进，所述s2中，rc高通滤波器的转折频率f0由下式决定：

13、

14、其中，f0表示转折频率，r表示电阻，c表示电容。

15、作为本技术方案的进一步改进，所述s3中，rc低通滤波器的转折频率f0也由式(2)决定。

16、作为本技术方案的进一步改进，所述s4中，把过滤后的零序电流的工频分量信号利用emd分解得到若干个imf信号，分解过程如下：

17、step1、找出x(t)所有的极大值点、极小值点并分别将用三次样条函数拟合成原数据序列的上、下包络线，取均值为平均包络线m1(t)；

18、step2、将x(t)减去该平均包络后得到一个去掉低频的新数据序列h1(t)：

19、h1(t)＝x(t)-m1(t)  (3)

20、step3、继续对h1(t)重复进行上述处理过程k次，直到平均包络趋于零为止；得到第1个imf分量imf1(t)：

21、imf1(t)＝h1(k-1)(t)-m1k(t) (4)

22、step4、残余分量r1(t)由x(t)减去imf1(t)分量所得到，即：

23、r1(t)＝x(t)-imf1(t)  (5)

24、将r1(t)作为新的原始信号重复步骤step3和step4，直到分量成为一个单调函数或常量，将最后的残余分量定义为r(t)；最后原始信号x(t)可以分解为n个imf分量和一个残余分量之和：

25、

26、其中，最后的残余分量r(t)为一个单调函数或常量。

27、作为本技术方案的进一步改进，所述s5中，重复以上步骤step1～step4若干次得到若干条线路的能量，能量较大的线路就是故障线路；

28、设原始信号x(t)经emd分解后产生m个imf分量(imf1，imf2，...，imfm)和残余分量r，根据parseval定理，原始信号x(t)与分解后的频率分量在时域上能量相等；x(t)的x尺度imf分量和残余分量的能量可表示为：

29、

30、

31、其中n为时间跨度，k为采样点，ex为x(t)的x尺度imf分量的能量，er为x(t)的残余分量的能量，m为imf分量的个数；

32、线路能量为m个imf分量和残余分量的能量之和，表示为：

33、

34、设第x个imf分量能量为ex，其能量权重系数为：

35、

36、其中，pi为第x个imf分量能量为ex占线路能量e的能量权重系数。

37、本发明的目的之三在于，提供了一种单相接地故障选线方法运行平台装置，包括处理器、存储器以及存储在存储器中并在处理器上运行的计算机程序，以及信号连接在该装置上的配电线路暂态信号的滤波装置，处理器用于执行计算机程序时实现上述的配电线路暂态信号的滤波装置应用于单相接地故障选线的方法的选线步骤。

38、本发明的目的之四在于，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的配电线路暂态信号的滤波装置应用于单相接地故障选线的方法的选线步骤。

39、与现有技术相比，本发明的有益效果：

40、1.该配电线路暂态信号的滤波装置中，在发生单相接地故障时，可以分析非故障线路和故障线路的零序电流的幅值，计算每条线路零序电流分解出来的不同频带能量并将之相加，得出每条线路的能量大小，并重点研究了能量法故障选型过程中其故障初相交角可变时是否准确，还通过比较0°和90°的故障初相的结果，验证了基于经验模态分解emd和能量法在故障选线的情况下仍然准确，具有适用性和可靠性；

41、2.该配电线路暂态信号的滤波装置中，可以有效提升故障识别的准确度，为故障的排查定位提供了时间，及时切除线路故障有利于电力系统的稳定和安全；

42、3.该配电线路暂态信号的滤波装置中，能够在不同工况下滤波去除暂态信号的频率特性信号干扰，得到电力系统本身的工频分量；

43、4.该配电线路暂态信号的滤波装置中，减小了针对传统选线所带来的偏差，提高了效率；

44、5.该配电线路暂态信号的滤波装置中，将以上方法融合，最大程度地缩小了配电故障定位的估测误差，为维修人员解决问题提供了方便。