本发明涉及一种故障定位方法的，更具体地说是涉及一种高压线路故障定位方法的。
背景技术：
0、技术背景
1、针对高压输电线路的故障定位，一种方法是采用工频向量方法的阻抗法，由于阻抗法的实现需要对复杂的非线性方程组进行求解，且很难将“伪根”的干扰全部消除，可能会导致保护时间长和保护误动作的发生。另一种方法是采用行波理论的行波故障方法，仅需捕获行波波头的信息，通过波头达到监测点时间和波速即可实现输电线路的故障定位。
2、目前，采用经验模态分解(emd)和希尔伯特变换(hilbert)相结合的方法精确标定行波波头到达测量点的时刻，实现故障精确定位发的方法在实际应用中还存在受波形微小不平整干扰的问题；并且在双端行波定位方法中，行波波速的设定直接影响故障定位的精确度。为了便于计算，一种方法是将波速设置为光速，但由于行波在实际传播过程中波速受到线路参数依频特性和衰减的影响而发生改变，故这种方法会导致定位误差增大；另一种方法是利用零模分量的衰减特性，通过设置不同的故障点测量瞬时波速并拟合波速衰减曲线以实现故障定位，但这种方法计算较为复杂。针对上述问题，本发明专利提出了一种将基于不同结构元素的复合数学形态学滤波器与行波重构相结合的改进滤波方法，使得线模分量波形更加平滑，克服了波形微小不平整对hilbert变换的影响。此外，本发明专利还提出了一种新型行波波速确定方法，利用线模分量基本不衰减的特性，离线计算行波波速。通过模拟多个故障点求取一组线模分量的平均波速，去除一个最大值和一个最小值并将剩余波速的平均值设定为初始波速，得到的波速既能取得较为精确故障定位，又简化了计算方法。
技术实现思路
1、为了实现高压输电线路故障的精确定位，本发明提供了一种基于改进滤波实现波头波速精确识别的高压线路故障定位方法，通过精确定位故障产生的行波到达测量点的时间与精确计算所得的波速实现故障精确定位。
2、本发明采用的技术方案是：一种基于改进滤波实现波头波速精确识别的高压线路故障定位方法，所述方法包括基于卡伦鲍尔相模变换(karrenbauer)的线模分量提取、基于复合数学形态学滤波器与行波重构的改进滤波方法、基于波头极性比较的故障线段判别、基于emd和hilbert变换的行波波头精确识别、基于线路多点故障模拟的线模波速精确计算方法、双端行波定位方法。具体步骤如下：
3、步骤1：实时检测故障信息，采集高压输电线路各个测量点的三相电流数据，采样率设置为200khz，对各测量点对应的三相电流信号进行karrenbauer变换得到1模分量
4、步骤2：通过基于不同结构元素的级联复合数学形态学滤波器对进行滤波，并通过特征点检测和三次样条函数拟合的方法重新构造1模分量
5、步骤3：判断各区段两端测量点的行波极性，确定故障区段；
6、步骤4：对故障区段两端测量点对应的做经验模态分解得到一阶本征模态分量imf1(t)分量，并对其做hilbert变换，由故障后的第一个频率突变点确定行波波头到达线路两端测量点的时间t1和t2；
7、步骤5：预先在高压输电线路仿真模型中进行故障模拟，重复步骤1至步骤4，离线计算行波线模分量波速作为行波波速预设值；
8、步骤6：根据行波到达线路两端测量点的时间t1和t2以及行波波速预设值，由双端行波测距原理确定故障位置。
9、优选的，步骤1的具体步骤如下：
10、步骤1.1：实时检测故障信息，采集高压输电线路各个测量点的三相电流数据；
11、步骤1.2：将故障后的三相电流利用karrenbauer相模变换将发生故障前、后的三相电流分别解耦，取差值得到所需的线模分量，该相模变换过程如下所示，
12、
13、其中s-1为karrenbauer相模变换矩阵，分别为0模分量、1模分量、2模分量。
14、优选的，步骤2中，利用基于复合数学形态学滤波器与行波重构的改进滤波方法对各测量点提取的1模分量滤波得到该滤波方法如下所示，
15、步骤2.1：利用数学形态学的腐蚀、膨胀、开运算和闭运算构建交替混合滤波器，如式(2)所示，
16、
17、其中，foc、fco分别是由开运算和闭运算组成的开－闭、闭－开形态滤波器，focco为交替混合滤波器；
18、步骤2.2：将上述交替混合滤波器进行三级级联，形成消噪性能更加优越的基于不同结构元素的复合数学形态学滤波器。对滤波得到
19、步骤2.3：取一个长度为21的数据窗，提取前5个数据窗内的数据，定义最大幅值fmax为前5个数据窗内最大值与最小值的绝对值之和，向后移动时窗，当数据窗中第一个点与最后一个点的绝对值之和大于两倍的最大幅值时，此时数据窗中的第一个数据作为要保留突变的起始点，继续向后移动时窗，当数据窗中点对应的数值为窗中所有点中的最大值或最小值时，该点做为要保留的极值点，将突变起始点之前的数据和最后一个极值点之后的数据置零，利用三次样条函数分别拟合检测到的最大值与最小值序列并求平均值，重构滤波后的1模分量
20、优选的，步骤3中，判断各测量点对应的极性，若区段两端同为正或同为负，则为故障线段；若区段两端一个为正，一个为负，则为非故障线段，波头极性判别方法如下所示，
21、将检测到的行波突变起始点做为起点，取其后0.002s内的数据，定义极值性为该信号内正值或负值的个数，如式(3)所示：
22、
23、式(3)中：
24、
25、其中，m为以突变起始点为起点，取其后0.002s内数据的个数，
26、线段两端行波极性定义如式(5)所示：
27、
28、优选的，步骤4中，
29、对故障区段两端的经emd算法处理，将分解得到的高频一阶本征模态分量imf1(t)分量做hilbert变换，其变换过程如下：
30、
31、将imf1(t)与imf1′(t)进行组和，得到如下复信号：
32、
33、式(7)中：
34、
35、则imf1(t)的瞬时频率为：
36、
37、经hilbert变换得到故障区段两端一阶本征模态分量imf1(t)对应的时－频信息，定义第一个瞬时频率突变点的峰值对应的时间为故障行波到达时刻，获取行波到达故障区段两端的时间t1、t2。
38、优选的，步骤5中，
39、利用电力系统仿真软件预先搭建实际高压输电线路的仿真模型，离线计算行波波速，在搭建的线路模型上等距离设置i个故障模拟点，分别模拟单相接地故障，采集线路两端三相电流数据，重复步骤1至4所述步骤，计算不同故障距离xi对应的行波传递时间ti，进而求出各个故障点测得行波波速的平均值vi，去除一个波速最大值和一个最小值，并利用剩余波速求平均值，作为行波波速预设值v，
40、
41、其中，n为所设置故障点的数量。
42、优选的，步骤6中，
43、利用双端故障定位原理，输入行波到达故障区段两端的时间t1、t2及行波波速预设值可得故障位置为：
44、
45、其中，l为故障输电线路总长；l1、l2分别为故障点与线路两端的距离。
46、本发明的有益效果在于：
47、(1)提出了一种将基于不同结构元素的复合数学形态学滤波器与行波重构相结合的改进滤波算法，使得线模分量波形更加平滑，既排除了工程噪声的干扰，又克服了滤波后波形的微小不平整对hilbert变换的影响，有效提高测距的精确性。
48、(2)基于行波线模分量在传播过程中衰减小，波速基本不变这一特性，预先利用电力系统仿真软件精确计算高压线路线模分量的传播速度，作为初始行波波速。该方法相较于通过拟合零模分量波速衰减特性进行故障定位，省去了计算零模分量到达测量点的瞬时波速和通过反映波速衰减的拟合曲线进行故障定位的过程，既降低了运算量和故障采样率，又能够保证测量精度。
49、(3)本方法不需要添加额外设备，具有工程实用性。
1.一种基于改进滤波实现波头波速精确识别的高压线路故障定位方法，其特征在于，步骤如下：
2.根据权利要求1所述一种基于改进滤波实现波头波速精确识别的高压线路故障定位方法，其特征在于，步骤1的具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述一种基于改进滤波实现波头波速精确识别的高压线路故障定位方法，其特征在于：步骤2中，利用基于复合数学形态学滤波器与行波重构的改进滤波方法对各测量点提取的1模分量滤波得到该滤波方法如下所示，
4.根据权利要求1所述一种基于改进滤波实现波头波速精确识别的高压线路故障定位方法，其特征在于：步骤3中，判断各测量点对应的极性，若区段两端同为正或同为负，则为故障线段；若区段两端一个为正，一个为负，则为非故障线段，波头极性判别方法如下所示，
5.根据权利要求1所述一种基于改进滤波实现波头波速精确识别的高压线路故障定位方法，其特征在于：步骤4中，
6.根据权利要求1所述一种基于改进滤波实现波头波速精确识别的高压线路故障定位方法，其特征在于：步骤5中，
7.根据权利要求1所述一种基于改进滤波实现波头波速精确识别的高压线路故障定位方法，其特征在于：步骤6中，
