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波形图像视角下交流输电线路故障行波分析与测距研究

波形图像视角下交流输电线路故障行波分析与测距研究

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作者：王通昆明理工大学

学位级别：硕士

输电线路是电能输送中最重要的环节之一,是发电与用电之间联系最为紧密的一个环节,承担着主要的电能输送。在输电线路发生故障后,快速测距、快速定位、并隔离故障对于供电可靠性具有十分重要的影响,同时也是智能化电网的及其重要的要求... 详细信息

输电线路是电能输送中最重要的环节之一,是发电与用电之间联系最为紧密的一个环节,承担着主要的电能输送。在输电线路发生故障后,快速测距、快速定位、并隔离故障对于供电可靠性具有十分重要的影响,同时也是智能化电网的及其重要的要求。本文以输电线路故障行波波形特征为研究目标,对输电线路故障波形的特征进行分析,并通过波形片段的截取,量化波形几何特征用于匹配测距,对行波波头的直线标定进行精细化检测,达到了对输电线路故障行波测距更加有效地分析。本文主要工作如下:(1)对交流输电线路故障行波特征进行了理论分析,同时分析行波的传播规律。并分析输电线路故障波形时域和频域的特征,总结出波形在信号层面检测的优势和不足,并阐述故障行波波形图像特征,分析故障反射波形和故障首波头的相似性,最后得出输电线路故障波形图像的统一化特征。(2)针对故障行波测距,往往需要人工经验手动截取时窗以突出波形初始浪涌和后续故障反射波的问题。针对此问题,提出了改进CUSUM复合自适应时窗用以截取波形特征方法。首先,根据波形数据的特点,提出了一种利用CUSUM识别波形突变起点的算法。进而根据波形突变后呈现逐渐衰减趋势,通过高斯平均函数对突变点之后的波形进行处理,减少噪声的影响,并采用差分时窗,进行判断整体的变化幅度,设置阈值以获得波形的终止点。通过实验分析,验证了其适用于实际故障行波波形图像测距中波形提取特征的问题。(3)提出了从波形图像的几何特征层面对不同形状的波形提取相同的几何特征分析。通过SIFT算法提取波形的几何特征直线端点和角点,使用几何特征点匹配,使得不同的波形图像统一归化到相同的测距尺度中,解决了不同形状波形测距的不相似性问题。根据不同形状的相同几何特征波形,通过伸缩变换,匹配其特征尺度大小,达到自适应确定故障距离。通过实验测试和结果分析,证实了算法流程具有实用性和可靠性。(4)波头的可靠有效是行波测距的关键,针对波形直线检测波头的起止点存在一定的误差影响了测距精度,提出了针对误差的解决方法。首先,从图像层面针对波头起止点准确度进行分析,提出了波头精细化标定分段线性化检测。提出波形图像测距的基准点自适应选择方法,选择不同的基准点会影响测距结果的精准度。通过实验分析,证明提出的波形图像精细化检测算法可以更加精准地检测波头上升沿直线,使得测距精度更高。在波形图像视角下对波形的分析、截取、匹配测距以及波头直线的精细化标定对交流输电线路故障行波测距有着显著的影响,完善了图像视角下的行波测距。

关键词：行波测距波形图像数据片段截取几何特征精细化标定

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