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专利号: 2015100070776
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种考虑实测波速的高压直流输电线路故障测距方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:步骤1:故障发生后利用线路两端装设的装置采集线路两端的电压正、负极数据;

步骤2:利用基于数学形态学的交替混合滤波器对采集到的电压正、负极数据进行滤波处理,去除噪声并提取真实的信号,对处理后的电压数据进行相模变换得到线模行波数据;

步骤3:对相模变换得到的线模行波进行EEMD分解;

步骤4:对EEMD分解后得到的信号进行Hilbert变换,得到信号的时间-频率波形图;

步骤5:通过获得的时间-频率图中频率最大值点确定出故障行波到达两端的时刻(t1,t2)和瞬时频率值;

步骤6:在步骤4经过Hilbert变换的信号里抽取不同的瞬时频率,用频率-波速公式计算出不同的波速,并拟合出频率-波速曲线图,并通过步骤5中得到的瞬时频率值在频率-波速曲线上找出对应的线模波速度(v1、v2);

其中频率-波速度关系如下:

设某一频率分量的传播速度v,如下式:

其中,ω为该频率分量的角频率,β(ω)表示该频率分量相位畸变系数,r0,g0,L0,C0分别为直流传输线单位长度上电阻,电导,电感和电容值,具有频变特性;

步骤7:利用已得到的故障行波到达两端的时刻(t1,t2)和线模波速度(v1、v2),根据双端测距公式: X2=L-X1计算故障距离,式中:L为线路总长度;X1和X2为故障点到整流侧和逆变侧的距离;t、t1、t2分别为故障发生时刻以及两侧测距装置检测到的故障行波到达时刻;v1、v2分别为故障行波到达两侧的波速。

2.根据权利要求1所述的一种考虑实测波速的高压直流输电线路故障测距方法,其特征在于:所述步骤3中对线模行波进行EEMD分解,具体步骤为:步骤1,将原始信号s(t)中加入一组高斯白噪声ω(t),得到一个新信号:S(t)=s(t)+ω(t),

步骤2,对S(t)进行EMD分解,得到各个IMF分量:其中,cj为EMD分解得到的第j个IMF分量,rN为剩余信号;

步骤3,将不同的高斯白噪声ωi(t)加入到原始信号中,通过步骤1、2得:其中,cij为通过EMD分解得到的第j个IMF分量,riN位剩余信号;

步骤4,为了消除高斯白噪声带来的影响,得到原始信号中的各个模态函数,如下式:其中,cin(t)为EMD分解得到的第i模态函数;

步骤4,原始信号分解为:

其中:cn(t)为上一步骤得到的模态函数,rm(t)为剩余信号;

此外,所添加的高斯白噪声服从式为:

其中:N为添加高斯白噪声的总体次数;ε为高斯白噪声的幅度;εn为原始的信号与最终各阶IMF加和得到的信号之间的误差。通常情况下,εn取0.2,N取100。

3.根据权利要求2所述的一种考虑实测波速的高压直流输电线路故障测距方法,其特征在于所述的EMD分解具体步骤为:步骤1,输入一个信号s(t),找出最大值点和最小值点,然后,利用三次样条拟合的方法将所确定的极大值点连接起来以及将所确定的极小值点连接起来,分别形成极大值点连络线和极小值连络线,计算极大值点连络线和极小值连络线的平均曲线m1(t);

步骤2,求差值信号h1(t),将原始数据s(t)与均值曲线m1(t)作差,如下式:h1(t)=s(t)-m1(t),

其中,t是自变量,代表时间;

如果h1(t)不满足固有模态函数的两个必要条件时,那么必须将h1(t)作为原始信号重复步骤1、2;

步骤3,将h1(t)作为原信号,重复步骤1、2,得到h11(t)=h1(t)-m11(t),

其中,t是自变量,代表时间,h11(t)为重复步骤1、2后得到的差值信号,m11(t)为重复步骤1、2时的平均曲线;

这样经过k次筛选后,找到能满足IMF的两个条件h1k(t),如下式:h1k(t)=h1k-1(t)-m1k(t),此时,h1k(t)便是从原始信号分解出来的第一个IMF,成为第一个IMF分量,如下式:c1(t)=h1k(t),

这种k次筛选必须要有终止准则的,以防止IMF分量失去实际的物理意义,故利用仿柯西收敛准则作为终止准则,如下式所示:其中,h1k(t)是从原始信号第k次筛选后的IMF,h1k-1(t)为第k-1次筛选的IMF,当SD值界于0.2-0.3之间时便终止筛分过程;

步骤4,求剩余信号r1(t),将原信号s(t)与第一个IMF分量c1(t)作差r1(t)=s(t)-c1(t),

由于剩余信号r1(t)仍然包含原始信号的其他振荡模式,因此,将剩余信号r1(t)作为原始信号重复步骤1到步骤4,得到第2、3....N个IMF分量和第2、3....N个剩余信号,如下式:当同时满足两个条件:1、当分量cN(t)或剩余信号rN(t)足够小时;2、剩余信号rN(t)变成一个单调函数,筛分将终止;

经验模态分解的过程实际上是将复杂信号s(t)分解成由高频到低频的多阶IMF分量ci(t)和剩余分量rN(t),如式:其中,ci为IMF分量,rN为剩余分量。

4.根据权利要求1所述的一种考虑实测波速的高压直流输电线路故障测距方法,其特征在于:所述步骤4中,对EEMD分解后得到的信号进行Hilbert变换,具体步骤为:假设给定信号为c(t),即为EEMD分解中得到的模态函数,其Hilbert变换X(t)定义为:其中,t是自变量,τ代表时间的微分,π为圆周率;

其反变换Y(t):

其中,t是自变量,τ代表时间的微分,π为圆周率;

将X(t)和Y(t)组成解析信号Z(t):iφ(t)

Z(t)=X(t)+iY(t)=a(t)e ,其中,t是自变量,i为虚数单位,a(t)为瞬时幅值;

从而信号的瞬时幅值a(t),瞬时相位 瞬时频率f(t)通过以下各式求出:

2 2 1/2

a(t)=[X(t)+Y(t)] ,