基于小波變換的輸電線路故障定位

安徽理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院 陳光洋 李紅月

架空輸電線路發(fā)生故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生在線路中來(lái)回折反射的攜帶故障信息的電壓、電流行波。通過(guò)采用小波理論對(duì)故障行波的中信息進(jìn)行分析，及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)位置。本文通過(guò)Matlab/Simulink搭建輸電線路仿真模型，驗(yàn)證小波理論在處理故障信號(hào)上不受故障類型影響的同時(shí)能提高定位的精確性。

近些年來(lái)，中國(guó)的電網(wǎng)建設(shè)不斷發(fā)展，在輸電距離和電壓等級(jí)都在不斷突破。輸電線路作為整個(gè)輸電系統(tǒng)的生命線，一旦發(fā)生故障導(dǎo)致電力中斷，即使是短時(shí)間的暫停供電也會(huì)極大程度的影響人民生活和社會(huì)的正常運(yùn)行。電力行業(yè)作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不可或缺的重要支柱產(chǎn)業(yè)，社會(huì)各行各業(yè)對(duì)于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與可靠運(yùn)行性要求也在不斷提高。如何準(zhǔn)確迅速地識(shí)別故障行波攜帶的有用信息，進(jìn)行精確的故障測(cè)距是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)快速恢復(fù)運(yùn)行的關(guān)鍵。利用小波變換對(duì)獲取故障行波進(jìn)行分解、重構(gòu)，精確識(shí)別檢測(cè)出信號(hào)奇異點(diǎn)的位置。進(jìn)而結(jié)合行波測(cè)距算法進(jìn)行故障定位。

1 小波變換理論

小波變換理論改善了傅里葉變換的缺點(diǎn)。連續(xù)小波變換的定義是：

其中，a是尺度伸縮參數(shù)，b是位移參數(shù)，為基小波函數(shù)，是的共軛函數(shù)。

離散小波變換（DWT）是對(duì)a，b進(jìn)行離散：

小波變換檢測(cè)奇異信號(hào)的實(shí)質(zhì)是對(duì)信號(hào)邊緣檢測(cè)，當(dāng)行波信號(hào)變換較大即奇異點(diǎn)會(huì)在不同尺度上產(chǎn)生模極大值。模極大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)故障信號(hào)的突變點(diǎn)時(shí)刻。本設(shè)計(jì)在模型某一時(shí)間點(diǎn)設(shè)置故障，選用db5小波對(duì)信號(hào)進(jìn)行分解，實(shí)現(xiàn)故障精確定位。

2 Matlab仿真模型

選用Simulink平臺(tái)搭建110kV輸電線路進(jìn)行故障仿真。圖1為系統(tǒng)仿真模型。

本仿真模型的參數(shù)：電源模塊為理想三相電壓源，輸入電壓為110kV，頻率為50Hz；輸電線路總長(zhǎng)為200km，單位長(zhǎng)度正、零序電阻：R1=0.02083Ω/km，R0=0.1148 Ω/km；單位長(zhǎng)度正、零序電感：L1=0.8984mH/km，L0=2.2886mH/km單位長(zhǎng)度正、零序電容：C1=0.013μF/km，C0=0.0052μF/km；接地電阻為10Ω。計(jì)算出波速為：

通過(guò)三相故障發(fā)生器設(shè)定輸電線路上較為容易發(fā)生的A、B相短路故障。故障發(fā)生時(shí)間設(shè)為0.035s，發(fā)生故障點(diǎn)距A點(diǎn)50km，發(fā)生故障時(shí)的波形為圖2。從圖2可以明顯看出，電壓波形在故障發(fā)生時(shí)出現(xiàn)了明顯的波動(dòng)。

對(duì)故障電壓行波信號(hào)使用db5小波4層分解的結(jié)果如圖3所示。

通過(guò)對(duì)小波分解圖高頻信號(hào)進(jìn)行模極大值序列分析，模極大值M1對(duì)應(yīng)第170個(gè)采樣點(diǎn)，M對(duì)應(yīng)第510個(gè)采樣點(diǎn)，可得出時(shí)間間隔Δt，代入測(cè)距公式：

圖1 故障仿真模型

圖2 A、B相發(fā)生短路故障

圖3 分解波形圖

分別選取不同故障距離進(jìn)行仿真分析，研究對(duì)象仍為故障相電壓。其結(jié)果如表1所示。

表1 不同故障距離仿真結(jié)果

經(jīng)過(guò)仿真模擬，結(jié)果誤差較小，表明使用小波變換的測(cè)距方法是比較準(zhǔn)確和可靠的。

結(jié)束語(yǔ)：本文介紹了利用小波變換的理論用于輸電線路的故障測(cè)距。能夠快速準(zhǔn)確的確定故障點(diǎn)的位置，大大減輕了巡線負(fù)擔(dān)，盡早排除線路故障，恢復(fù)正常供電。仿真結(jié)果表面：基于小波變換的測(cè)距方法能夠較好的運(yùn)用于故障定位。