基于奇异值分解理论的双端行波故障测距的研究

第42卷第12期电力系统保护与控制Vol.42 No.12 2014年6月16日Power System Protection and Control Jun. 16, 2014

基于奇异值分解理论的双端行波故障测距的研究

向强铭，王 茜，陈靖秋，刘智俊

(西南交通大学电气工程学院，四川 成都 610031)

摘要：行波故障测距中行波信号奇异点的精确检测和行波波速的确定是影响测距精度的主要因素。根据Hankel矩阵方式下奇异值分解第一个分量后的各分量具有的奇异性检测能力，对行波信号进行奇异值分解，利用第二个SVD分量脉冲模极大值检测出信号的奇异点。同时，提出一种不受行波波速影响的双端测距方法，通过检测故障初始行波和故障点反射波分别到达两端母线的时刻，列写方程组，得到与速度无关的测距公式。EMTDC仿真证明了该故障测距方法的正确性。

关键词：奇异值分解；Hankel矩阵；奇异点检测；故障测距

Study of two-terminal traveling wave fault location based on SVD theory

XIANG Qiang-ming, WANG Qian, CHEN Jing-qiu, LIU Zhi-jun

(School of Electrical Engineering, Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031, China)

Abstract:There are two main factors influencing the accuracy of traveling wave fault location, namely the accurate detection of singular points of traveling wave signal and determination of traveling wave velocity. From the second singular value decomposition component signal, each signal has the singularity detection ability when Hankel matrix is used, by this method, the signal singularity is detected. A new two-terminal fault location method, which is not affected by traveling wave velocity, is proposed. By determining the arrival time both the fault initial traveling waves and the reflected wave from the point of failure reaching both ends of bus bar, the equations are written and the fault location formula unrated to wave speed is obtained. EMTDC simulation proves the correctness of this method.

Key words：singular value decomposition (SVD); Hankel matrix; singularity detection; fault location

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1674-3415(2014)12-0014-05

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行波故障测距中，故障电流行波信号奇异点的精确检测是行波测距的关键，小波变换以其良好的时频分析能力成为现有行波奇异点检测的主要工具[1-3]。但是小波奇异性检测存在奇异点偏移缺陷，分解尺度越大，偏离越严重[4]；同时需要结合行波信号特征选择合适的小波基函数和分解尺度，一旦选定了小波基，其检测到的奇异性指数是不变的[5]。为了实现对故障行波信号奇异点的精确定位，文献[6]利用图像的边缘检测方法实现故障行波的奇异性检测，本文采用Hankel矩阵方式下奇异值分解(Singular Value Decomposition，SVD) 法对电流行波1模分量进行分解，此方法在不同的分解层上的奇异点检测结果不会发生偏移，并且指示奇异点位置的脉冲宽度小，克服了小波奇异点检测的位置偏移缺陷。文献[7]采用SVD分解法实现了对铣削力信号中奇异点的精确检测，文献[8]采用多分辨奇异值分解对轴承振动信号进行处理，实现了对轴承故障的准确诊断。

行波故障测距法是利用行波到达母线的时间和波速来计算故障发生的位置，可分为单端法和双端法[9-10]，它们的测距精度都会受行波波速的不确定性的影响。文献[11]利用同一条线路的三测量点法来确定行波波速；文献[12]提出一种不受波速影响的双端行波测距算法，利用行波波头的极性来识别故障点和相邻母线的反射波，但未考虑母线结构变化对故障点反射波识别的影响。本文对行波信号进行奇异值分解，通过电流行波0模、1模的SVD分量脉冲极性的关系区分来自故障点以及相邻母线的反射波，利用SVD第二分量的脉冲模极大值确定故障初始行波和故障点反射波分别到达两端母线