[發明專利]一種基于時頻域行波信息的配電網選線方法

有效

• 申請號: 202010010028.9
• 申請日: 2020-01-06
• 公開（公告）號: CN111157843B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 鄧豐;梅龍軍;祖亞瑞;徐帆;蒲濤
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G01R31/08
• 分類號: G01R31/08
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 周長清

1.一種基于時頻域行波信息的配電網選線方法，其特征在于，步驟為：

步驟S1：在每條線路母線出口處提取每條線路上電流行波信號；

步驟S2：對各線路電流行波信號通過下式進行凱倫貝爾變換獲得電流行波零模分量；

式中i_α、i_β為線模電流，i₀為零模電流，i_a、i_b、i_c為相電流；

步驟S3：利用S變換對各線路的電流行波零模分量信號i₀(t)進行時頻域分析，得到相應的各線路時頻矩陣并畫出時頻域行波波形圖；

步驟S4：對各線路時頻矩陣進行兩兩相關性分析，得到相關系數矩陣R，求出各線路的相關系數之和R_i，其中i＝1、2、…、n代表線路編號；

步驟S5：比較出各線路的最小相關系數之和R_min，若R_min為負數，且R_i中有且僅有一個負數時，判定R_min所對應的線路為故障線路；若R_min為正數時，判定為母線故障。

2.根據權利要求1所述的基于時頻域行波信息的配電網選線方法，其特征在于，所述步驟S3中，所述S變換是依照短時傅里葉變換，加入帶有頻率變量窗函數進而推出S變換公式，所述短時傅里葉變換是利用加時窗將非平穩信號分解為在時間軸上的多個短時平穩信號，非平穩電流行波零模分量信號i₀(t)的短時傅里葉變換為：

式中，時間t，頻率f，虛數單位j。

3.根據權利要求2所述的基于時頻域行波信息的配電網選線方法，其特征在于，所述步驟S3中，在所述短時傅里葉變換的處理信號過程中，加入窗函數g(t)，并對非平穩電流行波零模分量信號i₀(t)截選，將小段信號轉換到頻率域通過傅里葉變換，形成整段信號的時頻分布結果，完成時域信號轉換成時頻信號。

4.根據權利要求3所述的基于時頻域行波信息的配電網選線方法，其特征在于，引入的窗函數為高斯窗函數：

5.根據權利要求4所述的基于時頻域行波信息的配電網選線方法，其特征在于，所述步驟S3中，高斯窗函數優化為時窗函數：

式中時間因子τ，尺度因子σ，與短時傅里葉變換的式相乘：

6.根據權利要求5所述的基于時頻域行波信息的配電網選線方法，其特征在于，所述步驟S3中，高斯窗函數的寬度隨著σ值大小的變化而變化，改變時頻分辨率，并獲得信號的部分時頻信息；1/|f|控制高斯窗尺度，并加強信號頻率與時頻分辨率之間的影響，將σ與頻率相聯系，則令：

將上式子代入，推導出S變換公式：

將S變換利用在非平穩電流行波零模分量信號i₀(t)的特征提取過程中，得到橫坐標代表時間刻度，縱坐標代表頻率刻度，矩陣內元素大小代表幅值的時頻域矩陣，同時畫出時頻域行波波形圖。

7.根據權利要求1-6中任意一項所述的基于時頻域行波信息的配電網選線方法，其特征在于，所述步驟S4的具體步驟為：

步驟S401：采用時頻矩陣中各元素的實部開展分析，將S變換后得到的各頻率下幅值進行細分，每個中心頻率有多個采樣點，定義第i個頻率下第j個時段塊所對應的幅值，如下所示：

E(i,j)＝real[S(i,j)]

式中S(i,j)代表某線路時頻矩陣第i個頻率所對應的第j個時段元素，而E(i,j)代表該線路時頻矩陣第i個頻率所對應的第j個時段元素的實部；

步驟S402：檢測到電流行波零模分量后的100μs設置為時間窗，組合起來反應行波信號的局部時頻域特性的時頻譜矩陣E_M×N：

步驟S403：對上式進行歸一化處理，得到處理后的相關系數公式如下所示：

式中E_a(i,j)、E_b(i,j)分別代表線路a、b時頻矩陣第i個頻率所對應的第j個時段實部元素，R_ab分別表示為線路a、b的時頻域矩陣相關系數；

步驟S404：對各線路時頻域矩陣進行兩兩相關性分析，求出相關系數矩陣：

式中n為線路的條數，R_ij為各線路之間電流行波零模分量波形相似度的相關系數并且R_ij∈(-1,1)；當R_ij的絕對值越接近1時，說明兩條線路的相似程度越高；當R_ij的絕對值越接近0時，說明兩條線路的相似程度越低，其中正負號表示相關的方向；在諧振接地系統發生單相接地故障，健全線路間的電流行波零模分量波形相似度正相關；而故障線路與健全線路電流行波零模分量波形相似度負相關；

步驟S405：將各線路相關系數求和做放大處理，公式如下：

式中R_i為第i條線路相關系數之和，R_ij為線路間的相關系數，n為線路條數。