[发明专利]智能电网输电线路故障监测系统及方法

权利要求书

1.一种智能电网输电线路故障监测系统，其特征在于，包括传感器单元（1）、信号调理电路（2）、DSP单元（3）、ARM单元（4）、GPRS模块（5）、键盘（6）、上位机（7）、LCD显示器（8）、电源模块（9）、第一复位电路（10）、第一时钟电路（11）、第一存储电路（12）、第二时钟电路（13）、第二存储电路（14）、第二复位电路（15）；所述传感器单元（1）的输出端和信号调理电路（2）的输入端相连接，所述信号调理电路（2）的输出端和DSP单元（3）的输入端相连接，DSP单元（3）输出端和ARM单元（4）的输入端相连接，DSP单元（3）的复位信号输入端和第一复位电路（10）的输出端相连接，DSP单元（3）的时钟输入端和第一时钟电路（11）的输出端相连接，DSP单元（3）的外扩存储器接口和第一存储电路（12）输出端相连接，ARM单元（4）的时钟输入端和第二时钟电路（13）输出端相连接，ARM单元（4）的存储器接口和第二存储电路（14）输出端相连接，ARM单元（4）的复位信号输入端和第二复位电路（15）输出端相连接，ARM单元（4）和LCD显示器（8）相连接，ARM单元（4）和键盘（6）相连接，ARM单元（4）和GPRS模块（5）相连接，GPRS模块（5）和上位机（7）通信，电源模块（9）为整个系统的各个模块提供电能。

2.如权利要求1所述的智能电网输电线路故障监测系统，其特征在于，所述信号调理电路（2）包括运算放大器U1、运算放大器U2、可调电阻R8、可调电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、二极管D1、二极管D2；所述运算放大器U1的同相输入端作为整个信号调理电路的信号输入端，运算放大器U1的反相输入端和运算放大器U1的输出端相连接，运算放大器U1的正负电源端分别连接12v电源和-12v电源；所述电阻R11的一端和运算放大器U1的输出端相连接，电阻R11另一端和运算放大器U2的同相输入端、可调电阻R8的一端以及电阻R14一端连接在一起；所述可调电阻R8的另一端和电源VCC连接在一起，电阻R14的另一端和电源VSS连接在一起；所述运算放大器U2的反相输入端和电阻R13的一端、二极管D2的阴极连接在一起作为信号调理电路的信号输出端，运算放大器U2的输出端和电阻R10一端连接在一起，运算放大器U2的正负电源端分别接到12v电源和-12v电源；所述电阻R13的另一端接到GND，电阻R10的另一端和二极管D1的阳极、二极管D2的阳极连接在一起；二极管D1的阴极和可调电阻R9的一端、电阻R12的一端连接在一起；可调电阻R9的另一端接到电源VCC，电阻R12的另一端接到GND。

3.一种如权利要求1所述的智能电网输电线路故障监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)系统开始工作；

2)信号调理，传感器单元采集的信号输入到信号调理电路进行电平搬移和限幅处理；

3)AD采样，经过调理的信号输入到DSP单元进行AD采样操作，采样率为3.2kHz，采样1024点；经过AD采样生成三相电流信号的时间序列分别记为I_a(n)、I_b(n)和I_c(n)；

4)如果I_a(n)、I_b(n)和I_c(n)中存在一个或多个为全零序列，则认为线路发生断路故障跳转到第11）步，否则进行第5）步；

5)计算零序电流，根据第3）步生成的三相电流离散时间序列信号计算离散时间零序电流序列I₀(n)，计算方法为I₀(n)=I_a(n)+I_b(n)+I_c(n)；

6)对第5）步生成的I₀(n)进行离散小波变换，然后求其模极大值；具体步骤如下：

（1）将初始化变量i设置为1，将零序电流I₀(n)作为离散小波的初始输入序列，其中i变量表示小波分解层数；

（2）判断i是否小于4，如果i小于4进行第（3）步，否则跳转到第（4）步；

（3）计算第i层低频近似，分解层数变量i加1，低频近似计算方法具体为求零序电流序列I₀(n)和h₀(n)的卷积和，具体计算公式如下：

res(j)=Σk=0h0(k)*I0(2j+k-1)]]>

本步骤中使用的符号说明：其中res(n)表示数据缓冲区，用于保存小波变换结果；h₀(n)表示DB10小波低通滤波系数，j表示小波分解结果序列点序号，k表示小波分解第j个点由k个乘积的和num(n)表示小波变换各层结果序列点个数，并且满足下面关系：k＞2*j+1，k＜2*j+1-num[i]；本步骤结束后跳转到第（2）步；

（4）当分解层数变量i=4，说明已经进行了三层小波分解，本步计算第4层高频细节，具体计算方法为求第3层计算结果和DB10小波高通滤波系数h₁(n)的卷积和，其计算公式为：，其中k＞2*j+1，k＜2*j+1-num[i]；上式中h₁(n)表示DB10小波高通滤波系数，其他变量记号含义和第（3）步中相同；

（5）求第（4）计算得到的高频细节序列res(j)各项的最大值，记为d_max，d_max为所求的模极大值；

（6）输出模极大值d_max；

7）设定模极大值阈值Th，如果计算得到的模极大值d_max大于实际设定阈值Th则判断为有故障发生，然后进行第8）步，否则线路为正常运行无故障，则跳转到第11）步；

8）小电流接地系统中发生接地故障后，允许设备运行2小时，而系统中一旦发生短路故障继电保护装置在4秒内必须发生动作，切断电路，故延时4秒后再判断；

9）AD再采样，AD采样三相电流信号生成三相电流时间序列信号分别记为I_a(n)、I_b(n)和I_c(n)；

10）判断AD再采样得到的电流时间序列是否有一个或者多个为全零序列，如果是则表明继电保护装置动作，说明发生了短路故障，否则为发生接地故障；

11）结束本轮判断，回到第2）步，进行下一轮判断。