配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)直接對(duì)接用戶的末端環(huán)節(jié)，其運(yùn)行穩(wěn)定性直接關(guān)系到供電可靠性與用戶用電體驗(yàn)。受復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境、線路老化、外力破壞等因素影響，配電網(wǎng)故障發(fā)生概率始終高于主干輸電網(wǎng)，快速準(zhǔn)確的故障預(yù)警與定位是縮短停電時(shí)間、降低供電損失的核心技術(shù)路徑。行波故障定位技術(shù)憑借響應(yīng)速度快、不受過渡電阻影響等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為配網(wǎng)故障處理領(lǐng)域的主流技術(shù)方向，而濾波環(huán)節(jié)作為行波信號(hào)提取的核心步驟，直接決定了故障行波特征提取的準(zhǔn)確性與定位結(jié)果的可靠性，因此針對(duì)配網(wǎng)行波故障預(yù)警與定位裝置濾波環(huán)節(jié)的技術(shù)優(yōu)化展開研究，對(duì)提升配網(wǎng)故障處理效率具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

一、配網(wǎng)行波信號(hào)特性與濾波環(huán)節(jié)的核心作用

當(dāng)配網(wǎng)線路發(fā)生短路、接地等故障時(shí)，故障點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生頻率范圍極寬的暫態(tài)行波信號(hào)，該信號(hào)以接近光速的速度向線路兩側(cè)傳播，通過檢測(cè)行波到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)的時(shí)間差即可計(jì)算出故障點(diǎn)的具體位置。在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中，配網(wǎng)行波信號(hào)的傳播會(huì)受到多種噪聲干擾的影響，這些干擾主要來自三個(gè)方面：一是系統(tǒng)本身的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行噪聲，包括工頻載波信號(hào)、負(fù)荷波動(dòng)產(chǎn)生的諧波干擾、開關(guān)操作產(chǎn)生的暫態(tài)干擾等；二是外部環(huán)境干擾，包括雷電感應(yīng)干擾、鄰近高壓線路的電磁耦合干擾、天氣變化導(dǎo)致的絕緣閃絡(luò)干擾等；三是裝置本身的硬件噪聲，包括采集模塊的熱噪聲、信號(hào)傳輸過程中的線路損耗與畸變干擾等。

配網(wǎng)行波信號(hào)本身具有幅值低、變化快的特點(diǎn)，故障初始行波的幅值通常僅為工頻信號(hào)幅值的數(shù)十分之一，在高阻接地故障場(chǎng)景下，行波信號(hào)幅值會(huì)進(jìn)一步降低，很容易被噪聲信號(hào)淹沒。如果無法有效濾除噪聲干擾，會(huì)導(dǎo)致行波到達(dá)時(shí)刻識(shí)別出現(xiàn)較大偏差，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)誤判，直接導(dǎo)致定位結(jié)果失效。因此濾波環(huán)節(jié)的核心作用，就是在保留故障行波有效特征的前提下，濾除各類干擾噪聲，為后續(xù)的行波特征提取、故障預(yù)警與定位計(jì)算提供高質(zhì)量的輸入信號(hào)，濾波環(huán)節(jié)的性能直接決定了整個(gè)裝置的定位精度與預(yù)警可靠性。江蘇宇拓電力配網(wǎng)行波故障預(yù)警與定位裝置，針對(duì)配網(wǎng)復(fù)雜干擾環(huán)境優(yōu)化了濾波環(huán)節(jié)的算法架構(gòu)與參數(shù)配置，能夠在強(qiáng)干擾環(huán)境下穩(wěn)定提取有效的故障行波特征。

二、現(xiàn)有配網(wǎng)行波濾波技術(shù)的應(yīng)用局限性分析

當(dāng)前行波故障定位裝置中常用的濾波技術(shù)主要包括傳統(tǒng)模擬濾波、傅里葉變換濾波、小波變換濾波、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解濾波等幾類，不同技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中都存在一定的局限性，無法完全適配配網(wǎng)復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境。

1.傳統(tǒng)模擬濾波與傅里葉變換濾波的局限性

傳統(tǒng)模擬濾波通過無源RC、LC濾波網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)噪聲濾除，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，但是存在濾波精度差、參數(shù)固定無法適配不同干擾場(chǎng)景的問題，尤其是無法有效分離頻率重疊的行波信號(hào)與噪聲信號(hào)，容易導(dǎo)致有效行波特征被誤濾除，或者噪聲無法被徹底濾除。傅里葉變換濾波是基于頻域分解的濾波方法，能夠?qū)⑿盘?hào)分解到不同頻率段，通過設(shè)置頻率閾值濾除噪聲頻段的信號(hào)，但是傅里葉變換是基于全局的頻域分解，不具備時(shí)域局部分析能力，無法定位暫態(tài)行波信號(hào)的時(shí)間位置，對(duì)于非線性、非平穩(wěn)的行波信號(hào)，分解精度較差，容易出現(xiàn)頻譜混疊問題，難以準(zhǔn)確提取短持續(xù)時(shí)間的故障初始行波特征。

2.小波變換濾波的應(yīng)用局限

小波變換因具備多分辨率分析與時(shí)頻局部分析能力，成為當(dāng)前行波濾波領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的技術(shù)，通過選擇合適的小波基函數(shù)與分解層數(shù)，可以將行波信號(hào)分解到不同尺度的頻帶，對(duì)包含噪聲的高頻分量進(jìn)行閾值處理，再重構(gòu)得到濾波后的行波信號(hào)。但是小波變換濾波的性能嚴(yán)重依賴于人工選擇的小波基與分解層數(shù)，不同線路結(jié)構(gòu)、不同故障類型對(duì)應(yīng)的參數(shù)存在差異，固定參數(shù)的小波濾波無法適配所有故障場(chǎng)景，當(dāng)小波基選擇不當(dāng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致濾波后行波邊緣特征出現(xiàn)畸變，影響行波到達(dá)時(shí)刻的準(zhǔn)確識(shí)別。此外，對(duì)于強(qiáng)噪聲背景下的低幅值行波信號(hào)，小波閾值濾波容易將低幅值的有效行波分量判定為噪聲濾除，導(dǎo)致行波特征缺失，無法實(shí)現(xiàn)有效定位。

3.經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解濾波的應(yīng)用局限

經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）是一種自適應(yīng)的信號(hào)分解方法，能夠根據(jù)信號(hào)本身的特性將其分解為多個(gè)本征模態(tài)函數(shù)（IMF），不需要預(yù)先設(shè)定基函數(shù)，解決了小波變換參數(shù)依賴的問題，但是經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解存在嚴(yán)重的端點(diǎn)效應(yīng)與模態(tài)混疊問題，當(dāng)信號(hào)中存在頻率相近的分量時(shí)，不同模態(tài)會(huì)發(fā)生混疊，無法有效分離行波信號(hào)與噪聲，此外經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的計(jì)算量較大，對(duì)于要求實(shí)時(shí)響應(yīng)的故障預(yù)警與定位裝置，會(huì)增加裝置的運(yùn)算負(fù)荷，影響響應(yīng)速度，改進(jìn)的集合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EEMD）雖然緩解了模態(tài)混疊問題，但是引入了高斯白噪聲干擾，仍然會(huì)對(duì)行波特征提取產(chǎn)生影響。

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