一種同塔雙回直流線路新型雙端故障測(cè)距方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種同塔雙回直流線路新型雙端故障測(cè)距方法，屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。當(dāng)同塔雙回直流線路發(fā)生接地故障時(shí)，首先，分別對(duì)量測(cè)端M和量測(cè)端N獲取電壓求取故障分量，并采用相模變換求取線模電壓分量；其次，應(yīng)用貝杰龍傳輸方程和量測(cè)端線模電壓分量計(jì)算沿線電壓變化量；再次求量測(cè)端M沿線電壓行波和量測(cè)端N沿線電流電壓變化量乘積的三次方，并于觀測(cè)時(shí)窗內(nèi)進(jìn)行積分來構(gòu)造測(cè)距函數(shù)；結(jié)合測(cè)距函數(shù)的沿線突變規(guī)律及故障電壓行波的小波變換模極大值點(diǎn)極性來實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距。本發(fā)明針對(duì)同塔雙回直流線路進(jìn)行故障定位，其原理簡(jiǎn)單，毋需標(biāo)定故障行波波波頭，且不受故障瞬時(shí)性、故障過渡電阻變化等因素的影響，測(cè)距結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
【專利說明】
-種同塔雙回直流線路新型雙端故障測(cè)距方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種同塔雙回直流線路新型雙端故障測(cè)距方法，屬于電力系統(tǒng)繼電保 護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 直流線路是同塔雙回直流輸電系統(tǒng)的重要組成部分，其電壓等級(jí)高，輸電距離遠(yuǎn)， 在輸送大容量電能的過程中途經(jīng)區(qū)域環(huán)境惡劣，極易引發(fā)故障。對(duì)直流線路的故障點(diǎn)進(jìn)行 精確定位技術(shù)有助于快速、準(zhǔn)確地確定故障位置，減輕巡線盲目性、加速恢復(fù)送電。直流線 路故障定位大多采用行波原理。目前的行波測(cè)距方法大多是基于故障行波時(shí)域特征并于時(shí) 間軸上對(duì)行波進(jìn)行觀測(cè)、刻畫和波頭標(biāo)定，W及故障距離的計(jì)算。其中，時(shí)域單端行波測(cè)距 需要在行波波頭標(biāo)定和波頭識(shí)別的可靠性、測(cè)距分析的自動(dòng)化方面做進(jìn)一步研究；時(shí)域雙 端行波測(cè)距由于利用故障線路兩側(cè)的初始行波波到時(shí)差，其初始行波標(biāo)定可靠性和準(zhǔn)確性 易得W保證，且毋需對(duì)故障點(diǎn)反射波進(jìn)行辨識(shí)，但雙端行波測(cè)距對(duì)線路兩端時(shí)鐘精確同步 要求較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是是克服傳統(tǒng)時(shí)域行波測(cè)距要求故障行波有效辨識(shí)和 測(cè)距時(shí)鐘精確同步的局限性，提出一種同塔雙回直流線路新型雙端故障測(cè)距方法。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種同塔雙回直流線路新型雙端故障測(cè)距方法，當(dāng)同塔雙 回直流線路發(fā)生接地故障時(shí)，首先，分別對(duì)量測(cè)端M和量測(cè)端N獲取電壓求取故障分量，并采 用相模變換求取線模電壓分量;其次，應(yīng)用貝杰龍傳輸方程和量測(cè)端線模電壓分量計(jì)算沿 線電壓變化量;再次求量測(cè)端M沿線電壓行波和量測(cè)端N沿線電流電壓變化量乘積的=次 方，并于觀測(cè)時(shí)窗內(nèi)進(jìn)行積分來構(gòu)造測(cè)距函數(shù);結(jié)合測(cè)距函數(shù)的沿線突變規(guī)律及故障電壓 行波的小波變換模極大值點(diǎn)極性來實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距。
[0005] 具體步驟為：
[0006] 第一步、當(dāng)同塔雙回直流線路發(fā)生接地故障時(shí)，在采樣率IMHz下，對(duì)量測(cè)端電壓行 波信號(hào)進(jìn)行采樣，用量測(cè)端所獲故障極線電壓減去故障前的極線電壓得到極線電壓故障分 量：
[0007]
CU
[000引式（1)中，下標(biāo)IP、IN、EP和EN分別表示I回線正極、I回線負(fù)極、n回線正極和n 回線負(fù)極;下標(biāo)R的取值為M和N，分別表示整流側(cè)量測(cè)端M和逆變側(cè)量測(cè)端N;下標(biāo)I 0 I表示故 障發(fā)生前；
[0009] 第二步、對(duì)步驟(1)的極線電壓突變量作解禪變換，得到極線電壓突變模量：
[0010]
(2)
[OOW 式(2)中，S-1為電壓解禪矩陣;U'R,日(t)為零模電壓;U'R,l(t)、U'R,2(tWu'R,3(t^ 解禪變換得到的=個(gè)線模電壓；
[0012]第=步、選取步驟(2)得到的線模分量電壓，并利用式(3)計(jì)算同塔雙回直流線路 的沿線電壓行波：
(63)
[0014] 式(3)中，下標(biāo)S表示線模分量，取S = I，2,或3;下標(biāo)R表示整流側(cè)量測(cè)端M或逆變側(cè) 量巧觸N，取R=M或N;rs，Zc,s，Vs分別為s模行波的電阻、波阻抗和波速;x為距量測(cè)端的距離； UR(x，A t)是t時(shí)刻距離R端X處的S模沿線電壓行波；
[0015] 第四步、將步驟(3)得到的整流側(cè)和逆變側(cè)S模沿線電壓行波相乘并求其=次方， 最后于時(shí)窗長(zhǎng)度1/Vs進(jìn)行積分來構(gòu)造測(cè)距函數(shù)：
[0016]
(：4>
[0017]式(4)中，L為故障極線的長(zhǎng)度;to為故障初始行波到達(dá)量測(cè)端R的時(shí)刻；
[0018]第五步、故障位置的獲?。?br>[0019] 對(duì)突變點(diǎn)解集X=[X1，X2,……Xn]中，尋找對(duì)應(yīng)距離之和等于故障線長(zhǎng)的兩個(gè)突變 點(diǎn)，即滿足判據(jù)：
[0020]
巧）
[0021] 滿足式(6)的X和/均含有故障位置的信息；
[0022] 對(duì)整流側(cè)量測(cè)端R所獲故障電壓行波進(jìn)行小波變換，并求取小波變換模極大值，根 據(jù)X對(duì)應(yīng)的故障位置確定第2個(gè)故障行波；
[0023] 若第二個(gè)模極大值點(diǎn)的極性與第一個(gè)模極大值點(diǎn)的極性相反，則判斷故障點(diǎn)位于 半線長(zhǎng)之內(nèi)，且故障距離離開量測(cè)端M:x;
[0024] 若第二個(gè)模極大值點(diǎn)的極性與第一個(gè)模極大值點(diǎn)的極性相同，則判斷故障點(diǎn)位于 半線長(zhǎng)之外，且故障距離離開量測(cè)端M:
[0025] 本發(fā)明的有益效果是:針對(duì)同塔雙回直流線路進(jìn)行故障定位，其原理簡(jiǎn)單，毋需標(biāo) 定故障行波波波頭，且不受故障瞬時(shí)性、故障過渡電阻變化等因素的影響，測(cè)距結(jié)果準(zhǔn)確可 靠。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1、實(shí)施例2的同塔雙回直流線路結(jié)構(gòu)圖；
[0027] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1半線長(zhǎng)之內(nèi)故障下量測(cè)端M電壓行波故障分量；
[0028] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1半線長(zhǎng)之內(nèi)故障下量測(cè)端N電壓行波故障分量；
[0029] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例1半線長(zhǎng)之內(nèi)故障下量測(cè)端M電壓行波模分量；
[0030] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例1半線長(zhǎng)之內(nèi)故障下量測(cè)端N電壓行波模分量；
[0031] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例伴線長(zhǎng)之內(nèi)測(cè)距函數(shù)fu(x)的突變分布結(jié)果；
[0032] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例1半線長(zhǎng)之內(nèi)故障電壓行波小波變換模極大值結(jié)果；
[0033] 圖8是本發(fā)明實(shí)施例2半線長(zhǎng)之外故障下量測(cè)端M電壓行波故障分量；
[0034] 圖9是本發(fā)明實(shí)施例2半線長(zhǎng)之外故障下量測(cè)端N電壓行波故障分量；
[0035] 圖10是本發(fā)明實(shí)施例2半線長(zhǎng)之外故障下量測(cè)端M電壓行波突變模量；
[0036] 圖11是本發(fā)明實(shí)施例2半線長(zhǎng)之外故障下量測(cè)端N電壓行波模分量；
[0037] 圖12是本發(fā)明實(shí)施例2半線長(zhǎng)之外測(cè)距函數(shù)fu(x)的突變分布結(jié)果；
[0038] 圖13是本發(fā)明實(shí)施例2半線長(zhǎng)之外故障電壓行波小波變換模極大值結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0040] :-種同塔雙回直流線路新型雙端故障測(cè)距方法，當(dāng)同塔雙回直流線路發(fā)生接地 故障時(shí)，首先，分別對(duì)量測(cè)端M和量測(cè)端N獲取電壓求取故障分量，并采用相模變換求取線模 電壓分量;其次，應(yīng)用貝杰龍傳輸方程和量測(cè)端線模電壓分量計(jì)算沿線電壓變化量;再次求 量測(cè)端M沿線電壓行波和量測(cè)端N沿線電流電壓變化量乘積的=次方，并于觀測(cè)時(shí)窗內(nèi)進(jìn)行 積分來構(gòu)造測(cè)距函數(shù);結(jié)合測(cè)距函數(shù)的沿線突變規(guī)律及故障電壓行波的小波變換模極大值 點(diǎn)極性來實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距。
[0041] 具體步驟為：
[0042] 第一步、當(dāng)同塔雙回直流線路發(fā)生接地故障時(shí)，在采樣率IMHz下，對(duì)量測(cè)端電壓行 波信號(hào)進(jìn)行采樣，用量測(cè)端所獲故障極線電壓減去故障前的極線電壓得到極線電壓故障分 量：
[0043]
(1)
[0044] 式（1)中，下標(biāo)ip、iN、EP和EN分別表示I回線正極、I回線負(fù)極、n回線正極和n 回線負(fù)極;下標(biāo)R的取值為M和N，分別表示整流側(cè)量測(cè)端M和逆變側(cè)量測(cè)端N;下標(biāo)I 0 I表示故 障發(fā)生前；
[0045] 第二步、對(duì)步驟(1)的極線電壓突變量作解禪變換，得到極線電壓突變模量：
[0046]
(2)
[0047] 式(2)中，S-I為電壓解禪矩陣;U'R,日(t)為零模電壓;U'R,l(t)、U'R,2(t)和U'R,3(t)為 解禪變換得到的=個(gè)線模電壓；
[0048] 第=步、選取步驟(2)得到的線模分量電壓，并利用式(3)計(jì)算同塔雙回直流線路 的沿線電壓行波：
[0049]
(S)
[0050] 式(3)中，下標(biāo)S表示線模分量，取S = 1，2，或3;下標(biāo)R表示整流側(cè)量測(cè)端M或逆變側(cè) 量巧觸N，取R=M或N;rs，Zc,s，Vs分別為s模行波的電阻、波阻抗和波速;x為距量測(cè)端的距離； UR(x，A t)是t時(shí)刻距離R端X處的S模沿線電壓行波；
[0051] 第四步、將步驟(3)得到的整流側(cè)和逆變側(cè)S模沿線電壓行波相乘并求其=次方， 最后于時(shí)窗長(zhǎng)度1/Vs進(jìn)行積分來構(gòu)造測(cè)距函數(shù)：
[0化2]
(4)
[0053] 式(4)中，L為故障極線的長(zhǎng)度;to為故障初始行波到達(dá)量測(cè)端R的時(shí)刻；
[0054] 第五步、故障位置的獲?。?br>[005引對(duì)突變點(diǎn)解集X= [XI，X2，……Xn]中，尋找對(duì)應(yīng)距離之和等于故障線長(zhǎng)的兩個(gè)突變 點(diǎn)，即滿足判據(jù)：
[0056] x+x*=l X,X*G [xi,X2,......Xn]巧）
[0057] 滿足式(6)的X和/均含有故障位置的信息；
[0058] 對(duì)整流側(cè)量測(cè)端R所獲故障電壓行波進(jìn)行小波變換，并求取小波變換模極大值，根 據(jù)X對(duì)應(yīng)的故障位置確定第2個(gè)故障行波；
[0059] 若第二個(gè)模極大值點(diǎn)的極性與第一個(gè)模極大值點(diǎn)的極性相反，則判斷故障點(diǎn)位于 半線長(zhǎng)之內(nèi)，且故障距離離開量測(cè)端M:x;
[0060] 若第二個(gè)模極大值點(diǎn)的極性與第一個(gè)模極大值點(diǎn)的極性相同，則判斷故障點(diǎn)位于 半線長(zhǎng)之外，且故障距離離開量測(cè)端M:
[0061] 實(shí)施例1:采用如圖1所示的±500kV同塔雙回直流輸電系統(tǒng)。線路全長(zhǎng)為1286虹1， 采用四分裂導(dǎo)線，線路兩側(cè)裝有0.3H的平波電抗器，每極單12脈動(dòng)閥組接線，額定輸送功率 為6400MW，額定電流為3200A。采樣率設(shè)為1M。假設(shè)整流側(cè)和逆變側(cè)的電氣量均可測(cè)，若I回 線正極IP的半線長(zhǎng)之內(nèi)距離整流側(cè)量測(cè)端M600km處發(fā)生金屬性接地故障。
[0062] 根據(jù)步驟一，得到整流側(cè)量測(cè)端M和N的各極線電壓故障分量波形，分別如圖2和圖 3所示;根據(jù)步驟二，采用式(2)對(duì)量測(cè)端M和量測(cè)端N的極線電壓突變量進(jìn)行電壓解禪變換， 得到量測(cè)端M的電壓線模分量，分別如圖4和圖5所示;根據(jù)步驟=，采用式(3)計(jì)算沿線電壓 變化量;根據(jù)步驟四，采用式(4)構(gòu)造測(cè)距函數(shù)fu(x)，其沿線能量分布結(jié)果如圖6所示。由圖 6可知，測(cè)距函數(shù)沿線的突變點(diǎn)解集X= [599 686 1196];根據(jù)步驟五，得到X1+X2 = 1，可知突 變點(diǎn)Xl和X2含有故障位置的信息。對(duì)量測(cè)端M的故障電壓行波進(jìn)行小波變換模極大值分析， 如圖7所示，根據(jù)xi = 599,得到第二個(gè)模極大值點(diǎn)的極性與第一個(gè)模極大值點(diǎn)的極性相反， 故判斷故障發(fā)生在半線長(zhǎng)內(nèi)，且故障距離開量測(cè)端M599km。
[0063] 實(shí)施例2:采用如圖1所示的±500kV同塔雙回直流輸電系統(tǒng)。線路全長(zhǎng)為1286km， 采用四分裂導(dǎo)線，線路兩側(cè)裝有0.3H的平波電抗器，每極單12脈動(dòng)閥組接線，額定輸送功率 為6400MW，額定電流為3200A。采樣率設(shè)為1M。假設(shè)整流側(cè)和逆變側(cè)的電氣量均可測(cè)，若I回 線正極IP的半線長(zhǎng)之外距離整流側(cè)量測(cè)端M，900km處發(fā)生金屬性接地故障。
[0064] 根據(jù)步驟一，得到整流側(cè)量測(cè)端M和N的各極線電壓故障分量波形，分別如圖8和圖 9所示;根據(jù)步驟二，采用式(2)對(duì)量測(cè)端M和量測(cè)端N的極線電壓突變量進(jìn)行電壓解禪變換， 得到量測(cè)端M的電壓線模分量，分別如圖10和圖11所示;根據(jù)步驟=，采用式(3)計(jì)算沿線電 壓變化量;根據(jù)步驟四，采用式(4)構(gòu)造測(cè)距函數(shù)fu(x)，其沿線能量分布結(jié)果如圖12所示。 由圖12可知，測(cè)距函數(shù)沿線的突變點(diǎn)解集x=[386 769 900];根據(jù)步驟五，得到xi+X2=l，可 知突變點(diǎn)Xl和X3含有故障位置的信息。對(duì)量測(cè)端M的故障電壓行波進(jìn)行小波變換模極大值分 析，如圖13所示，根據(jù)xi = 386,得到第二個(gè)模極大值點(diǎn)的極性與第一個(gè)模極大值點(diǎn)的極性 相同，故判斷故障發(fā)生在半線長(zhǎng)外，且故障距離開量測(cè)端M:^xi = 900km。
[0065] W上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述 實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可W在不脫離本發(fā)明宗旨的前 提下作出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種同塔雙回直流線路新型雙端故障測(cè)距方法，其特征在于：當(dāng)同塔雙回直流線路 發(fā)生接地故障時(shí)，首先，分別對(duì)量測(cè)端M和量測(cè)端N獲取電壓求取故障分量，并采用相模變換 求取線模電壓分量;其次，應(yīng)用貝杰龍傳輸方程和量測(cè)端線模電壓分量計(jì)算沿線電壓變化 量;再次求量測(cè)端M沿線電壓行波和量測(cè)端N沿線電流電壓變化量乘積的三次方，并于觀測(cè) 時(shí)窗內(nèi)進(jìn)行積分來構(gòu)造測(cè)距函數(shù);結(jié)合測(cè)距函數(shù)的沿線突變規(guī)律及故障電壓行波的小波變 換模極大值點(diǎn)極性來實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的同塔雙回直流線路新型雙端故障測(cè)距方法，其特征在于具體 步驟為： 第一步、當(dāng)同塔雙回直流線路發(fā)生接地故障時(shí)，在采樣率IMHz下，對(duì)量測(cè)端電壓行波信 號(hào)進(jìn)行采樣，用量測(cè)端所獲故障極線電壓減去故障前的極線電壓得到極線電壓故障分量：⑴ 式（1)中，下標(biāo)ΙΡ、ΙΝ、ΠΡ和ΠΝ分別表示I回線正極、I回線負(fù)極、Π 回線正極和Π 回線 負(fù)極;下標(biāo)R的取值為M和N，分別表示整流側(cè)量測(cè)端M和逆變側(cè)量測(cè)端N;下標(biāo)I O I表示故障發(fā) 生前； 第二步、對(duì)步驟(1)的極線電壓突變量作解耦變換，得到極線電壓突變模量：(2) 式(2)中，S 1為電壓解親矩陣;Y R,Q(t)為零模電壓;Y R,l(t)、l/ R,2(t)和Y R,3(t)為解親 變換得到的三個(gè)線模電壓； 第三步、選取步驟(2)得到的線模分量電壓，并利用式(3)計(jì)算同塔雙回直流線路的沿 線電壓行波：(3) 式(3)中，下標(biāo)S表示線模分量，取S = 1，2，或3;下標(biāo)R表示整流側(cè)量測(cè)端M或逆變側(cè)量測(cè) 端N，取R = M或1^，2。,8，^分別為4莫行波的電阻、波阻抗和波速^為距量測(cè)端的距離;1^ (X，At)是t時(shí)刻距離R端X處的s模沿線電壓行波； 第四步、將步驟(3)得到的整流側(cè)和逆變側(cè)s模沿線電壓行波相乘并求其三次方，最后 于時(shí)窗柃麼1 /v。講桿葙分杏抝誥測(cè)昍函_；: (4) 式(4)中，L為故障極線的長(zhǎng)度;to為故障初始行波到達(dá)量測(cè)端R的時(shí)刻； 第五步、故障位置的獲取： 對(duì)突變點(diǎn)解集X= [XI，X2,......Xn]中，尋找對(duì)應(yīng)距離之和等于故障線長(zhǎng)的兩個(gè)突變點(diǎn)， 即滿足判據(jù)： X+X*=l X,X*e [χι,Χ2,......Xn] (5) 滿足式(6)的X和，均含有故障位置的信息； 對(duì)整流側(cè)量測(cè)端R所獲故障電壓行波進(jìn)行小波變換，并求取小波變換模極大值，根據(jù)X 對(duì)應(yīng)的故障位置確定第2個(gè)故障行波； 若第二個(gè)模極大值點(diǎn)的極性與第一個(gè)模極大值點(diǎn)的極性相反，則判斷故障點(diǎn)位于半線 長(zhǎng)之內(nèi)，且故障距離離開量測(cè)端Μ:χ; 若第二個(gè)模極大值點(diǎn)的極性與第一個(gè)模極大值點(diǎn)的極性相同，則判斷故障點(diǎn)位于半線 長(zhǎng)之外，且故障距離離開量測(cè)端M: 1-χ。
【文檔編號(hào)】G01R31/08GK106019079SQ201610332726
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月19日
【發(fā)明人】田鑫萃, 束洪春
【申請(qǐng)人】昆明理工大學(xué)