基于小波理論的牽引網(wǎng)故障測距研究.pdf

1、電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中一個特殊的不對稱分支。其中能量的傳輸是由電力機車的受電弓和牽引網(wǎng)的滑動接觸來實現(xiàn)的，這就決定了牽引網(wǎng)既要承擔(dān)一般輸電線沿鐵道傳輸電能的任務(wù)，又要承受移動的機車用戶頻繁操作而產(chǎn)生的強大的電與機械的沖擊，因此將不可避免的發(fā)生故障。另外，牽引網(wǎng)都沒有相應(yīng)的備用回路，一旦發(fā)生故障將給鐵路安全運營帶來很大的隱患。牽引網(wǎng)的精確故障定位不僅有利于及時修復(fù)故障饋線，保證牽引網(wǎng)處于良好的運行工況下，而且對于鐵路系統(tǒng)的安全

2、、可靠、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行都是十分重要的。 目前牽引網(wǎng)故障測距中應(yīng)用最廣泛的是電抗法原理，這種方法難以消除過渡電阻的影響，并且由于采用集中參數(shù)，忽略了分布電容的影響，必將導(dǎo)致原理性的誤差。同時，系統(tǒng)運行過程中存在大量豐富的整次、非整次諧波，穩(wěn)態(tài)電壓、電流相量的幅值和相位難以獲取。另外，機車作為移動負(fù)荷，在故障發(fā)生后并不會立即退出運行。如果不予考慮，隨著過渡電阻以及機車取流的增加，測距誤差將相應(yīng)變大，甚至造成測距失敗。 本文在

3、對牽引網(wǎng)故障測距發(fā)展歷史及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀深入分析的基礎(chǔ)上，指出了各種算法所存在的實質(zhì)性問題。進一步從故障信號特征提取的角度去突破，將小波理論和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入故障測距當(dāng)中，解決了傳統(tǒng)測距算法所存在的問題，為牽引網(wǎng)故障測距領(lǐng)域開辟了一條新的途徑。 首先，簡單介紹了牽引供電系統(tǒng)的構(gòu)成，分析討論了牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)、運行方式及牽引負(fù)荷等諸多影響故障測距算法精度和可靠性的因素。在對牽引供電系統(tǒng)及電力機車的數(shù)學(xué)模型簡化處理的基礎(chǔ)上建立了用于驗證測

4、距算法的基于PSCAD/EMTDC的單線牽引供電系統(tǒng)故障仿真模型。 其次，提出了基于故障穩(wěn)態(tài)相量估算的測距算法。根據(jù)單線直供牽引網(wǎng)故障等效模型，推導(dǎo)出采用分布參數(shù)模型的故障測距算法。結(jié)合牽引網(wǎng)供電臂較短的特殊性，將故障距離函數(shù)進行線性化處理，提高測距算法的簡便和實時性，以滿足實際工程需要。針對故障信號中整次、非整次諧波及非周期衰減分量的存在，提出了基于Morlet復(fù)小波的故障相量估算算法，算法采用具有最小時頻窗面積的Morlet

5、復(fù)小波，頻率特性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)傅立葉算法。通過合適的參數(shù)設(shè)置，可精確提取出故障相量的幅值和相位，計算量小，魯棒性強。再次，提出了基于故障暫態(tài)的頻域測距算法，突破了傳統(tǒng)的利用工頻相量的單端測距概念和利用初始行波與故障點反射行波到達測量點的時間差進行單端測距的概念。應(yīng)用電路原理，推導(dǎo)出了故障暫態(tài)電壓、電流頻譜與等效阻抗函數(shù)關(guān)系的表達式，進而建立了基于測量端等效阻抗諧振頻率與故障距離關(guān)系曲線的測距公式。為進一步解決遠端靈敏度不足的缺點，提出了基

6、于Morlet小波的高分辨率譜估計算法。在采樣頻率和數(shù)據(jù)長度固定情況下，利用小波變換在時、頻域同時具有良好局部化特性的優(yōu)點，對信號頻譜做細化處理，提高頻率分辨率。 接著，將自動控制領(lǐng)域中魯棒性概念引入牽引網(wǎng)故障測距領(lǐng)域，應(yīng)用PSCAD/EMTDC仿真軟件對文中測距算法進行驗證，深入分析算法精度和對故障距離、過渡電阻、系統(tǒng)阻抗、機車負(fù)荷和位置及線路參數(shù)波動等因素的魯棒性。 最后，在充分利用故障冗余信息的基礎(chǔ)上，提出了基于信