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)生故障時會產(chǎn)生在線路中來回折反射的攜帶故障信息的電壓、電流行波。通過采用小波理論對故障行波的中信息進行分析，及時準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)故障點位置。本文通過Matlab/Simulink搭建輸電線路仿真模型，驗證小波理論在處理故障信號上不受故障類型影響的同時能提高定位的精確性。

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

1 小波變換理論

小波變換理論改善了傅里葉變換的缺點。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a，b進行離散：

小波變換檢測奇異信號的實質(zhì)是對信號邊緣檢測，當(dāng)行波信號變換較大即奇異點會在不同尺度上產(chǎn)生模極大值。模極大值點對應(yīng)故障信號的突變點時刻。本設(shè)計在模型某一時間點設(shè)置故障，選用db5小波對信號進行分解，實現(xiàn)故障精確定位。

2 Matlab仿真模型

選用Simulink平臺搭建110kV輸電線路進行故障仿真。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；輸電線路總長為200km，單位長度正、零序電阻：R1=0.02083Ω/km，R0=0.1148 Ω/km；單位長度正、零序電感：L1=0.8984mH/km，L0=2.2886mH/km單位長度正、零序電容：C1=0.013μF/km，C0=0.0052μF/km；接地電阻為10Ω。計算出波速為：

通過三相故障發(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)生時間設(shè)為0.035s，發(fā)生故障點距A點50km，發(fā)生故障時的波形為圖2。從圖2可以明顯看出，電壓波形在故障發(fā)生時出現(xiàn)了明顯的波動。

對故障電壓行波信號使用db5小波4層分解的結(jié)果如圖3所示。

通過對小波分解圖高頻信號進行模極大值序列分析，模極大值M1對應(yīng)第170個采樣點，M對應(yīng)第510個采樣點，可得出時間間隔Δt，代入測距公式：

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行仿真分析，研究對象仍為故障相電壓。其結(jié)果如表1所示。

表1 不同故障距離仿真結(jié)果

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

結(jié)束語：本文介紹了利用小波變換的理論用于輸電線路的故障測距。能夠快速準(zhǔn)確的確定故障點的位置，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：基于小波變換的測距方法能夠較好的運用于故障定位。