一种识别雷击引起的电压暂降的方法

摘要

本发明公开一种识别雷击引起的电压暂降的方法，包括步骤：S1：从变电站的电能质量监测装置获取母线电压信号；S2：计算有效值电压，判断电压暂降的起始点和结束点；S3：计算电压暂降幅值Vsag，若Vsag大于阈值且电压暂降结束点有高频分量，则为其它扰动原因；若Vsag小于阈值或电压暂降结束点没有高频分量，则进入步骤S4；S4：对母线电压信号进行小波变换得到细节分量并计算信号能量；S5：若有高频段的信号能量，则为雷击引起的故障；若没有高频段的信号能量，则为普通短路故障；S6：判断结束。本发明利用现有的电能质量监测装置采集的电压信号就能进行识别，无需增设行波检测装置或其他检测装置，节约了大量成本，更好利用电能质量监测装置采集的数据。

说明书

技术领域

本发明涉及输电线路故障识别领域，更具体地，涉及一种识别雷击引起的电压暂降的方法。

背景技术

电压暂降是电压有效值在短时间内减小，是由短路、过负荷和大型电机启动等引起的电压扰动事件。其中，系统故障是导致电压暂降的最主要原因，而雷击故障在电网故障中所占比例很大，是造成母线电压暂降的重要原因。不同扰动源引起的电压暂降的持续时间和暂降幅值不同，对用户和电网的影响也不一样，对应的补偿措施也不一样。因此，准确的电压暂降源识别对于改善电能质量具有重要意义。

雷击引起的故障和普通短路故障引起的电压暂降有所差异，造成的影响也不相同。大量的学者对此展开研究，提出了许多识别雷击和普通短路故障的方法。但不论是基于电流行波信号，还是电压行波信号，都有一定的局限性且需装设专门的行波检测装置，成本较高技术复杂。

现有技术主要基于S变换、小波变换、HHT变换来区分雷电冲击与普通故障，其中S变换计算过程较为复杂，速度慢，比较适合仿真计算；小波变换和HHT变换速度较快，但现有技术又多是基于电流波形对雷击引起的故障进行识别，与如今实际电网中的电能质量监测系统主要采集的是电压数据相冲突。因此需要一种基于电能质量监测装置采集的电压数据采用小波变换或HHT变换的雷击识别新方法。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种识别雷击引起的电压暂降的方法。

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

本发明的首要目的是利用现有的电能质量监测装置采集的电压信号就能进行识别，无需增设行波检测装置或其他检测装置，节约了大量成本，也更好的利用了电能质量监测装置采集的数据。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种识别雷击引起的电压暂降的方法，包括以下步骤：

S1：从变电站的电能质量监测装置获取母线电压信号；

S2：计算有效值电压，判断电压暂降的起始点和结束点；

S3：计算电压暂降幅值Vsag，若Vsag大于阈值且电压暂降结束点有高频分量，则为其它扰动原因，进入步骤S6；若Vsag小于阈值或电压暂降结束点没有高频分量，则进入步骤S4；

S4：对电压暂降段的母线电压信号进行小波变换得到各频段的细节分量并计算各频段的信号能量；

S5：若有高频段的信号能量，则为雷击引起的故障；若没有高频段的信号能量，则为普通短路故障；

S6：判断结束；

上述方法利用雷击与短路故障造成的电压信号经小波变换后能量分布的巨大差异分辨出雷击与短路故障，更加直观，简单高效，同时对高频分量出现时刻进行检测与小波变换相结合的方法进行雷击识别，与其它扰动原因分开，同时小波变换计算速度快，简单高效，提高了雷击识别效率。

优选地，步骤S2中判断电压暂降的起始点和结束点的具体依据为：

a)有效值电压降至0.9p.u.时的一刻为电压暂降的起始点；

b)有效值电压升至0.9p.u.时的一刻为电压暂降的结束点。

其中标幺值(p.u.)是电力系统分析和工程计算中常用的数值标记方法，表示各物理量及参数的相对值。

优选地，步骤S3中所述阈值为0.7p.u.。

优选地，步骤S4的小波变换为db6小波6层变换，得到细节分量D1、D2、D3、D4、D5、D6，其频率大小为D6<D5<D4<D3<D2<D1。

优选地，步骤S4计算各频段的信号能量的具体计算方法为：

定义单一尺度的小波能量为该尺度下重构信号的平方和：

式中，E_j为Dj细节分量的信号能量，C_j(k)为小波系数；

则信号总能量为

各频带能量所占比重得到向量组P＝[P₁>2>3>4>5>6]。

优选地，步骤S5中若有高频段的信号能量，则为雷击引起的故障；若没有高频段的信号能量，则为普通短路故障的具体步骤为：

若P₁＞0.1且P₂＞0.1，则为雷击引起的故障；若P₁≤0.1或P₂≤0.1，则为普通短路故障；

由于雷击引起的故障的能量在低频带(P6)和高频带(P1、P2)都存在，而普通故障的能量集中在低频带(P6)。其中雷击时P1、P2的最小值都在0.1以上，而普通故障时P1、P2的最大值仍为0，基于这种差异，可以分辨雷击和普通故障引起的电压暂降。

优选地，步骤S3中其它扰动原因为变压器激磁。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明利用现有的电能质量监测装置采集的电压信号就能进行识别，无需增设行波检测装置或其他检测装置，节约了大量成本，也更好的利用了电能质量监测装置采集的数据。利用小波变换后能量分布的巨大差异就能够准确的识别出雷击与短路故障，更加直观，简单高效。采用高频分量出现时刻的检测与小波变换相结合的方法进行雷击识别，其中小波变换计算速度快，简单高效，提高了雷击识别效率。

附图说明

图1为本发明提供的一种识别雷击引起的电压暂降的方法流程图。

图2为雷击与普通短路故障母线电压暂降波形对比图。

图3为雷击引起的电压暂降波形经小波变换后得到的D1细节分量图。

图4为变压器激磁引起的电压暂降波形经小波变换后得到的D1细节分量图形。

图5为雷击引起的能量分布图。

图6为普通短路的电压暂降的能量分布图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

一种识别雷击引起的电压暂降的方法，如图1，包括以下步骤：

S1：从变电站的电能质量监测装置获取母线电压信号；

S2：计算有效值电压，判断电压暂降的起始点和结束点；

S3：计算电压暂降幅值Vsag，若Vsag大于阈值且电压暂降结束点有高频分量，则为其它扰动原因，进入步骤S6；若Vsag小于阈值或电压暂降结束点没有高频分量，则进入步骤S4；

S4：对电压暂降段的母线电压信号进行小波变换得到各频段的细节分量并计算各频段的信号能量；

S5：若有高频段的信号能量，则为雷击引起的故障；若没有高频段的信号能量，则为普通短路故障；

S6：判断结束；

步骤S2中判断电压暂降的起始点和结束点的具体依据为：

a)有效值电压降至0.9p.u.时的一刻为电压暂降的起始点；

b)有效值电压升至0.9p.u.时的一刻为电压暂降的结束点。

其中标幺值(p.u.)是电力系统分析和工程计算中常用的数值标记方法，表示各物理量及参数的相对值；

步骤S3中所述阈值为0.7p.u.；

步骤S4的小波变换为db6小波6层变换，得到细节分量D1、D2、D3、D4、D5、D6，其频率大小为D6<D5<D4<D3<D2<D1；

步骤S4计算各频段的信号能量的具体计算方法为：

定义单一尺度的小波能量为该尺度下重构信号的平方和：

式中，E_j为Dj细节分量的信号能量，C_j(k)为小波系数；

则信号总能量为

各频带能量所占比重得到向量组P＝[P₁>2>3>4>5>6]；

步骤S5中若有高频段的信号能量，则为雷击引起的故障；若没有高频段的信号能量，则为普通短路故障的具体步骤为：

若P₁＞0.1且P₂＞0.1，则为雷击引起的故障；若P₁≤0.1或P₂≤0.1，则为普通短路故障；

步骤S3中其它扰动原因为变压器激磁。

在具体实施过程中，如图2，雷电直击输电线路后，可能会造成电压暂降问题。雷电行波在系统中传播，系统中各节点电压由于行波传播与折反射会上升波动，在雷击造成系统故障后，工频短路电流必将引起电压暂降在系统中传播，因此节点电压在上升后再下降。而线路发生普通短路故障时，母线电压波形不会上升，而是直接下降发生电压暂降。雷击是造成故障的原因，不影响短路电流的大小，因此两种原因造成的同等故障，故障点位置、短路电流大小、类型都一致，因此电压暂降幅值一致；

如图3和图4，雷击引起的电压暂降波形经小波变换后得到的D1细节分量只在暂降发生时刻出现了高频分量，由变压器激磁引起的电压暂降波形经小波变换后得到的D1细节分量图形，在整个电压暂降期间都存在着高频分量，因此判断暂降幅值和高频分量出现的时刻可以区分出故障和其他扰动原因；

如图5、图6和表一可以得出雷击和普通故障导致的，其母线电压的能量分布存在很大的差异。雷击引起的电压暂降的能量在低频带(P6)和高频带(P1、P2)都存在，而普通故障的能量集中在低频带(P6)。其中雷击时P1、P2的最小值都在0.1以上，而普通故障时P1、P2的最大值仍为0，基于这种差异，可以分辨雷击和普通故障引起的电压暂降。

表一母线电压能量占比

P1P2P3P4P5P6雷击平均值0.270.250.150.090.020.18最小值0.110.100.020.010.010.16普通故障平均值00000.020.97最大值00000.350.99

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。