集成卡尔曼滤波器的线路故障定位方法

上海船舶设备研究所 赵张飞 余正东 高 路

准确地定位输电线路上的故障，可以将停机时间、人工和成本降到最低。本文提出了一种简单而有效的综合卡尔曼滤波(EnKF)方法，用于在半周期时间内准确定位输电线路故障。该方法易于实现，不需要预先知道故障类型或对故障位置的近似猜测。大量的实验结果验证了基于EnKF的故障定位方法的有效性和准确性。

输电线路故障定位技术主要分为单端阻抗法、双端阻抗法和行波法三大类。单端阻抗法和双端阻抗法是利用单相或双端相量测量的基频，通过计算从故障点到端子的阻抗来确定故障位置。性能受故障路径电阻、负载和源参数的影响。行波法通过监测波的到达时间来确定故障位置。然而，该方法要求极高的采样率，当故障发生在母线附近时，其结果的准确性会大大降低。

故障距离被视为动态状态估计(DSE)过程，其中采用加权最小二乘(weighted least square，WLS)方法。然而，基于WLS的方法有几个缺点：（1）为了启动状态估计，必须知道准确的故障类型和对故障距离的近似猜想。（2）雅可比矩阵的形成是非常复杂的。（3）WLS通常更适合静态状态估计而不是DSE，非线性状态估计可能会导致一些问题。

在本文，提出了一种基于集成卡尔曼滤波(ensemble Kalman filter，EnKF)的方法来避免上述缺点。第一步确定故障类型并获得故障位置的初始估计。第二步是执行增强EnKF以确定准确的故障位置。该方法不需要预先知道故障类型，也不需要对故障位置进行近似猜测，只需要一个半周期的数据窗口，无需推导雅可比矩阵即可实现。……