输电线路是电力系统运行的大动脉,是连接电力系统发电端与终端用户的枢纽。由于输电线路运行环境恶劣,导致输电线路故障率高且故障类型种类多。迅速准确地判断出故障位置有利于及时修复线路,保证可靠供电,减轻巡线负担,节省人力物力投入。行波测距法具有定位速度快、测距精度高、使用范围广等优点,单端行波测距因投资成本低、定位结果的实时性强,不受通信装置和对端设备的影响等优势,有更广阔的研究与应用前景。但单端行波故障测距精度受波头标定结果影响,波形形态简单的行波,波头标定准确,测距精度高。而波形形态较为复杂的行波,波头不易标定,导致测距失败。因此,为量化故障行波波形复杂性,本文以输电线路故障行波波形图像为研究对象,对输电线路故障波形的特征进行分析,并通过波形图像片段的截取,量化波形复杂度对波形进行四象限分类,进而对复杂象限波形与仿真及历史样本波形进行相似度量化,实现复杂波形中能重现与未能重现波形的区分。本文主要工作如下:（1）针对故障电流行波波形复杂的问题,定义几何形态规整与几何形态不规整波形形态特征。通过分析交流输电线路故障电流行波传播规律,并分析故障电流行波的形态特征及其传播规律在图像上的体现,观察实测及仿真故障电流波形实现几何形态规整与几何形态不规整波形形态特征。（2）针对实测故障电流行波长时窗不易于观测波形特征的问题,提出了改进CUSUM算法实现对故障电流行波时窗的自适应选取。故障行波录波装置采样率极高,能准确记录故障前后若干毫秒的故障数据,观察行波故障过程需依靠人工经验对波形时窗进行选取,以便观察波形突变特征。利用改进CUSUM算法实现对故障行波时窗的自适应选取,有效截取突变前后数据,突出故障初瞬及后续波形形态。（3）为实现波形故障特征提取,提出基于SEEP算法分段线性拟合波形数据的方法,筛选出的波形图像关键拐点。故障电流行波波形图像数据冗余,利用SEEP算法拟合波形获得近似波形,近似波形的波头突变幅值、波头时间间距,作为量化波形复杂度依据。以原波形与近似波形的面积差、近似波形中行波幅值和到达时刻的规整程度作为波形复杂度量化系数,实现行波波形复杂程度的量化,进而归一化处理,提出构建波形互相似性-自规整性特征平面,对实测故障电流行波波形四象限量化分类。（4）为实现高几何复杂度波形中物理意义下规整与物理意义下不规整实测电流波形的分类,提出利用仿真模型等效比较仿真与实测波形的相似度而代表实测电流波形可重现度的方法。波形复杂度与故障源、过渡电阻、传播路径、母线接线形式、对端母线透射波及回路波头等因素有关。对上述影响因素在模型上等效并通过故障距离逼近真实故障距离比较仿真与实测波形相似度进一步区分复杂波形中能仿真重现与未能仿真重现或重现难度较大波形。输电线路行波测距结果的准确性与波形复杂度密切相关。论文所提方法在图像层面实现对仿真与实测故障行波中几何规整波形与高几何复杂度波形的区分,进一步仿真模型等效波形与实测波形相似度实现高几何复杂波形物理意义下规整与物理意义下不规整波形区分,有助于增强单端行波自动分析结果的可靠性和可信度。同时,所提方法在不同故障类型、不同故障过渡电阻等场景下具有较好的适应性。