使用行波的電力線路參數(shù)調(diào)整和故障定位的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本披露涉及基于行波計(jì)算電力線路上的故障位置。更具體地但并非排他性地，本 披露涉及用于使用各種用于分析與行波相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的技術(shù)來計(jì)算故障位置的多種技術(shù)。 附圖簡述
[0002] 參照附圖描述了本披露的非限制性且非詳盡的實(shí)施例，包括本披露的各個(gè)實(shí)施 例，在附圖中：
[0003] 圖1展示了與本披露的某些實(shí)施例相一致的一種用于檢測行波并且使用所檢測到 的行波來計(jì)算故障的位置的系統(tǒng)的框圖。
[0004] 圖2A展示了梯格圖，示出了與本披露的各個(gè)實(shí)施例相一致的在由300英里 (482.8km)長的傳輸線路上的故障事件所引起的相對(duì)時(shí)間尺度之上的行波。
[0005] 圖2B展示了與本披露的各個(gè)實(shí)施例相一致的作為隨時(shí)間來自圖2A中所展示的故 障的電流的函數(shù)的行波。
[0006]圖2C展示了梯格圖，示出了與本披露的各個(gè)實(shí)施例相一致的在遠(yuǎn)程終端與本地終 端處來自在400km長傳輸線路上的故障事件的行波。
[0007]圖3A展示了與本披露的某些實(shí)施例相一致的在內(nèi)部故障事件期間在線路終端處 所捕捉到的行波。
[0008] 圖3B展示了用來捕捉圖3A的波形的模擬濾波器的階躍響應(yīng)。
[0009] 圖4展示了與本披露的某些實(shí)施例相一致的可用來確定故障事件的三個(gè)波形和一 個(gè)閾值。
[0010] 圖5展示了一個(gè)波形，示出了與通過將直線擬合到波形的上升沿并計(jì)算與時(shí)間軸 的截距來確定行波的到達(dá)時(shí)間相關(guān)聯(lián)的某些困難。
[0011] 圖6展示了與本披露的某些實(shí)施例相一致的應(yīng)用到示出電流中的波峰的波形的低 通濾波器的輸出。
[0012] 圖7A展示了與本披露的某些實(shí)施例相一致的一種實(shí)現(xiàn)差分器-平滑器方式的波峰 估計(jì)系統(tǒng)的功能框圖。
[0013] 圖7B展示了故障與穩(wěn)定下來的電流中的上升相關(guān)聯(lián)的場景，連同圖7A中所示出的 框圖的部件的所產(chǎn)生的輸出。
[0014] 圖7C展示了與圖7B中所展示的場景相比故障導(dǎo)致電流中的更慢上升的場景，連同 圖7A中所示出的框圖的部件的所產(chǎn)生的輸出。
[0015]圖7D展示了故障與穩(wěn)定下來的電流中的上升相關(guān)聯(lián)的場景，連同圖7A中所示出的 框圖的部件的所產(chǎn)生的輸出。
[0016] 圖8展示了與本披露的某些實(shí)施例相一致的擬合到一種使用差分器-平滑器的波 峰估計(jì)系統(tǒng)的輸出的拋物線。
[0017] 圖9展示了與本披露的某些實(shí)施例相一致的一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)被配置成用于在行 波沿著電力傳輸線路傳播時(shí)對(duì)該行波的分散進(jìn)行補(bǔ)償。
[0018] 圖10展示了與本披露的某些實(shí)施例相一致的一種用于基于傳輸線路的已知分散 速率確定分散的方法的一個(gè)示例。
[0019] 圖11示出了與本披露的某些實(shí)施例相一致的具有三個(gè)導(dǎo)線交叉的傳輸線路。
[0020] 圖12A展示了電流波輸入，該電流波輸入在時(shí)間T上具有從0到振幅A的上升沿。
[0021] 圖12B展示了與本披露的各個(gè)實(shí)施例相一致的差分器的輸出，其中，輸入是圖12A 中所展示的電流波。
[0022] 圖12C展示了與本披露的某些實(shí)施例相一致的平滑器的輸出，其中，輸入是圖12B 中所不出的差分器的輸出。
[0023] 圖12D展示了與本披露的某些實(shí)施例相一致的圖12C中所展示的經(jīng)平滑的波形的 導(dǎo)數(shù)。
[0024] 圖13展示了與本披露的某些實(shí)施例相一致的一種在具有已知阻抗不連續(xù)點(diǎn)的傳 輸線路上操作的故障定位系統(tǒng)，該故障定位系統(tǒng)可用來針對(duì)行波反射建立附加時(shí)間窗口。
[0025] 圖14展示了與本披露的某些實(shí)施例相一致的一種用于使用行波估計(jì)故障位置的 方法的流程圖。
[0026] 圖15展示了與本披露的某些實(shí)施例相一致的一種用于檢測故障并且使用行波估 計(jì)故障位置的系統(tǒng)1500的功能框圖。 詳細(xì)說明
[0027] 行波故障定位(TWFL)系統(tǒng)商業(yè)上可用于專用故障定位設(shè)備或作為包括在某些數(shù) 字故障記錄器中的附加功能。在加拿大和美國的某些電力公共設(shè)施使用在公共設(shè)施內(nèi)部開 發(fā)的TWFL系統(tǒng)以供內(nèi)部使用。TWFL系統(tǒng)通常通過對(duì)來自故障的電流波形圖或電壓波形圖 (也被稱為事件報(bào)告)進(jìn)行分析以事后方式來提供故障位置信息?？梢允褂脕碜詡鬏斁€路的 一個(gè)終端或所有終端的波形圖來對(duì)故障位置進(jìn)行估計(jì)。多個(gè)終端TWFL系統(tǒng)使用電流樣本或 電壓樣本(它們的相應(yīng)時(shí)間戳根據(jù)協(xié)調(diào)世界時(shí)間（UTC)時(shí)間）來簡化計(jì)算。這些系統(tǒng)從傳輸 線路終端獲得事件并且使用運(yùn)行軟件的通用計(jì)算機(jī)來確定故障的位置。
[0028] 今天，大多數(shù)線路保護(hù)繼電器使用基于阻抗的算法實(shí)時(shí)地提供故障位置估計(jì)。這 些算法使用本地電壓信息和電流信息和/或來自遠(yuǎn)程終端的電流信息和電壓信息。當(dāng)使用 來自兩種終端的信息時(shí)，基于阻抗的故障定位估計(jì)的準(zhǔn)確度可以在1.5%以內(nèi)。此準(zhǔn)確度可 以是線路長度的函數(shù)。在大多數(shù)應(yīng)用中，此精度足以快速地定位具有長度20英里或更短的 線路中的故障。然而，此準(zhǔn)確度對(duì)于長線路(例如，150英里的長度或更長)可能不是令人滿 意的，因?yàn)榧词馆^小的百分?jǐn)?shù)誤差也意味著有待巡邏的相對(duì)較長的物理距離。因此，公共事 業(yè)可能選擇使用專用TWFL系統(tǒng)。TWFL系統(tǒng)的準(zhǔn)確度不必是線路長度的函數(shù)，并且通常在± 0.2英里之內(nèi)。TWFL系統(tǒng)還適用于串聯(lián)補(bǔ)償線路，而基于阻抗的故障定位算法可能無法很好 地適用于這種應(yīng)用。出于以上原因，在本行業(yè)中需要具有內(nèi)置TWFL能力的保護(hù)繼電器。
[0029] TWFL系統(tǒng)的限制之一為：當(dāng)在故障位置處的故障前電壓為零時(shí)，故障可能不會(huì)生 成行波。在這些環(huán)境中，基于阻抗的故障定位方法仍然可以定位故障。相應(yīng)地，為了采集關(guān) 于行波的數(shù)據(jù)，可以采用連續(xù)的監(jiān)測。根據(jù)某些實(shí)施例，將TWFL系統(tǒng)包括在內(nèi)可以被集成到 連續(xù)地監(jiān)測傳輸線路的保護(hù)繼電器中。根據(jù)本文所披露的某些實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)的另一個(gè)益 處為：當(dāng)存在內(nèi)部線路故障時(shí)計(jì)算故障位置，從而在所監(jiān)測的線路上不存在故障時(shí)避免讓 人討厭的故障定位警報(bào)。可以實(shí)現(xiàn)的附加益處為:保護(hù)繼電器可以被應(yīng)用到具有雙重?cái)嗦?器的終端上，并且在斷路器之一不工作時(shí)提供故障位置信息。除了上述各項(xiàng)，本文的實(shí)施例 還可以實(shí)時(shí)地或以時(shí)間確定性的方式來計(jì)算故障位置。也就是，本文的實(shí)施例可以立刻提 供計(jì)算的故障位置，從而使得可以使用所計(jì)算的故障位置來采取保護(hù)動(dòng)作。
[0030] 通過參考附圖，可以最佳地理解本披露的實(shí)施例，其中貫穿本文，相同的部件由相 同的參考標(biāo)號(hào)指示。容易理解的是，如在本文附圖中總體上描述和展示的，所披露的實(shí)施例 的部件可以在各種各樣的不同配置中安排和設(shè)計(jì)。因此，下面對(duì)本披露的系統(tǒng)和方法的各 個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)說明并不旨在限制所聲明的本披露的范圍，而是僅僅表示本披露的可能實(shí) 施例。此外，一種方法的步驟并不一定需要以任何特定順序、或者甚至順序地執(zhí)行，也不需 要僅僅執(zhí)行這些步驟一次，除非另有說明。
[0031] 在一些情況下，并未詳細(xì)地示出或描述眾所周知的特征、結(jié)構(gòu)或操作。而且，在一 個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，所描述的這些特征、結(jié)構(gòu)或操作可以通過任何適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行組合。還 容易理解的是，如在本文附圖中總體上描述和展示的，實(shí)施例的部件可以在各種各樣的不 同配置中安排和設(shè)計(jì)。
[0032] 所描述的實(shí)施例的若干方面將被展示為軟件模塊或組件。如本文所使用的，軟件 模塊或組件可以包括位于存儲(chǔ)器裝置內(nèi)和/或作為電子信號(hào)在系統(tǒng)總線或有線網(wǎng)絡(luò)或無線 網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)娜魏晤愋偷挠?jì)算機(jī)指令或計(jì)算機(jī)可執(zhí)行代碼。舉例而言，軟件模塊或組件可 以包括一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)指令物理塊或邏輯塊，這些物理塊或邏輯塊可以被組織為執(zhí)行一 個(gè)或多個(gè)任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)具體抽象數(shù)據(jù)類型的例程、程序、對(duì)象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。
[0033] 在某些實(shí)施例中，具體的軟件模塊或組件可以包括存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器裝置的不同位置 中的不同指令，這些指令一起實(shí)現(xiàn)模塊的所描述的功能。實(shí)際上，模塊或組件可以包括單個(gè) 指令、或許多指令，并且可以分布在若干不同代碼段上、不同程序當(dāng)中、和若干存儲(chǔ)器裝置 上。一些實(shí)施例可以在由通過通信網(wǎng)絡(luò)鏈接的遠(yuǎn)程處理裝置執(zhí)行任務(wù)的分布式計(jì)算環(huán)境中 實(shí)踐。在分布式計(jì)算環(huán)境中，程序模塊或組件可以位于本地和/或遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器存儲(chǔ)裝置中。 此外，在數(shù)據(jù)庫記錄中被綁定或提供在一起的數(shù)據(jù)可以駐留在同一個(gè)存儲(chǔ)器裝置中或者跨 若干個(gè)存儲(chǔ)器裝置，并且可以跨網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)庫中的記錄的多個(gè)字段中被鏈接在一起。
[0034] 實(shí)施例可以作為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品來提供，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括其上存儲(chǔ)有指令 的非瞬態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)和/或機(jī)器可讀介質(zhì)，這些指令可以用來對(duì)計(jì)算機(jī)(或其他電子裝 置)進(jìn)行編程以執(zhí)行本文所描述的過程。例如，非瞬態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以存儲(chǔ)有多條指 令，這些指令當(dāng)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的處理器執(zhí)行時(shí)使得該處理器執(zhí)行本文所描述的某些方法。 非瞬態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以包括但不限于硬盤驅(qū)動(dòng)器、軟磁盤、光盤、CD-ROM、DVD-R0M、 ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁卡或光學(xué)卡、固態(tài)存儲(chǔ)器裝置、或適用于存儲(chǔ)電子指令和/或處 理器可執(zhí)行指令的其他類型的介質(zhì)/機(jī)器可讀介質(zhì)。
[0035] 圖1展示了與本披露的某些實(shí)施例相一致的一種用于檢測行波并且使用所檢測到 的行波來計(jì)算故障的位置的系統(tǒng)100的框圖。系統(tǒng)100可以包括生成系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、分配系 統(tǒng)和/或類似系統(tǒng)。系統(tǒng)100包括導(dǎo)線106,如連接兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的傳輸線路。雖然為了簡單起見 以單線路形式進(jìn)行展現(xiàn)，系統(tǒng)100可以是多相系統(tǒng)，如三相電力傳送系統(tǒng)。系統(tǒng)100由在系統(tǒng) 的兩個(gè)位置處的IED 102和104所監(jiān)測，雖然還可以利用其他IED來監(jiān)測該系統(tǒng)的其他位置。 [0036] IED 102和104可以使用電流互感器(CT)、電壓互感器(PT)、羅哥斯基線圈等等來 獲得電力系統(tǒng)信息。IED 102和104可以從公共時(shí)間源110接收公共時(shí)間信息。根據(jù)一個(gè)實(shí)施 例，IED 102和104可以被實(shí)施為線路電流差動(dòng)繼電器(例如，可從華盛頓州普爾曼市施瓦哲 工程實(shí)驗(yàn)（SEL)獲得的型號(hào)SEL-411L)。
[0037] 公共時(shí)間源110可以是能夠?qū)⒐矔r(shí)間信號(hào)傳送至每個(gè)IED 102和104的任何時(shí)間 源。公共時(shí)間源的一些示例包括全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS )，如傳送與IRIG相對(duì)應(yīng)的時(shí)間信 號(hào)的全球定位系統(tǒng)(GPS)系統(tǒng)、WWVB或WffV系統(tǒng)、基于網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)（如對(duì)應(yīng)于IEEE 1588精確 時(shí)間協(xié)議)等等。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，公共時(shí)間源110可以包括衛(wèi)星同步時(shí)鐘（例如，可從SEL獲 得的型號(hào)SEL-2407)。進(jìn)一步地，應(yīng)當(dāng)指出，每個(gè)IED 102、104都可以與單獨(dú)的時(shí)鐘（如衛(wèi)星 同步時(shí)鐘)進(jìn)行通信，其中，每個(gè)時(shí)鐘為每個(gè)IED 102、104提供公共時(shí)間信號(hào)。公共時(shí)間信號(hào) 可以源自GNSS系統(tǒng)或其他時(shí)間信號(hào)。
[0038]數(shù)據(jù)通信信道108可以允許IED 102和104交換關(guān)于行波（除其他項(xiàng)外）的信息。根 據(jù)一些實(shí)施例，可以使用數(shù)據(jù)通信信道108將基于公共時(shí)間源110的時(shí)間信號(hào)分配給IED 102和104和/或分配于它們之間。數(shù)