專利名稱：多端線路故障定位的混合型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線路故障定位的方法，特別涉及一種多端線路故障定位的混合型方法。
背景技術(shù)：
電力公司必須為廣大用戶提供可靠的電力服務(wù)，降低運(yùn)行成本，然而，這個(gè)目標(biāo)被不斷出現(xiàn)的異常情況威脅著，如電網(wǎng)故障，隨著電網(wǎng)的老化和不斷增長(zhǎng)的電力需求，出現(xiàn)嚴(yán)重的電網(wǎng)故障的幾率增加，為了防止電力系統(tǒng)設(shè)備的損壞和減少停電時(shí)間，輸電線路故障必須迅速分離和切除，在快速恢復(fù)供電和預(yù)防大規(guī)模停電中，快速和精確的故障定位是非常必要的。故障定位已經(jīng)被研究了數(shù)多年，不同的故障定位技術(shù)被提出，一般來(lái)說(shuō)，故障定位方法分為以下兩類:行波方法和相量方法。行波方法通過(guò)測(cè)量故障波頭在故障點(diǎn)和線路兩端傳播的經(jīng)過(guò)時(shí)間來(lái)進(jìn)行故障定位，由于這種方法依靠高頻故障波頭信號(hào)，所以通常對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有特殊的要求，除此之外，這些方法不能完全依靠故障生成的信號(hào)，還需要額外的設(shè)備生成沖擊信號(hào)并把信號(hào)注入到電力系統(tǒng)中?；谙嗔康姆椒?，通過(guò)計(jì)算故障點(diǎn)和線路兩端的阻抗來(lái)進(jìn)行故障定位，計(jì)算出的阻抗與線路一端到故障點(diǎn)的長(zhǎng)度成正比，相量方法對(duì)使用的數(shù)據(jù)沒(méi)有特殊的要求，而且現(xiàn)在變電站的智能裝置(IEDs)包括數(shù)字繼電器和故障錄波器(DFRs)能夠很好的滿足這一點(diǎn)。在基于相量的方法中，有單端算法和雙端算法，單端算法僅使用一端電壓、電流而不需要線路兩端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，雙端算法使用線路兩端的電壓、電流，所以需要線路兩端通訊，一般來(lái)說(shuō)，雙端算法的精確度要比單端算法好得多。大多數(shù)基于相量的故障定位方法使用簡(jiǎn)單的線路模型而且僅僅依靠一個(gè)可用的電壓、電流數(shù)據(jù)的子集。對(duì)線路模型不必要的簡(jiǎn)化不可避免的限制了這種故障定位技術(shù)可以達(dá)到的精度，忽視重要的信息可以進(jìn)一步降低故障定位技術(shù)的性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明具體公開了一種多端線路故障定位的混合型方法，該故障定位方法是一個(gè)雙端算法，基于采樣數(shù)據(jù)和相量，而這些數(shù)據(jù)能夠非常容易的從智能裝置(IEDs)獲取到，這種新的方法把相量與詳細(xì)的長(zhǎng)線模型考慮在一起，所以被定義為混合型方法?；旌闲头椒ǖ膬?yōu)勢(shì)在于，成本低而且精確度高，混合型方法克服了現(xiàn)有的基于相量的故障定位方法的弊端，并提供精度更高的故障定位結(jié)果。為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:多端線路故障定位的混合型方法，包括以下步驟:步驟一，根據(jù)發(fā)送端的對(duì)稱分量電壓、電流，計(jì)算故障點(diǎn)的對(duì)稱分量電壓；步驟二，根據(jù)接收端的對(duì)稱分量電壓、電流，計(jì)算故障點(diǎn)的對(duì)稱分量電壓；步驟三，因?yàn)榫€路兩端不同步，所以假設(shè)δ是發(fā)送端滯后于接收端的相角，d故障距離，利用發(fā)送端計(jì)算出的故障點(diǎn)的對(duì)稱分量電壓和接收端的故障點(diǎn)的對(duì)稱分量電壓得到故障點(diǎn)的不匹配電壓，將故障點(diǎn)的不匹配電壓與Jocobian矩陣?yán)眉訖?quán)最小二乘法WLS通過(guò)迭代方式得到相角位移S和故障距離d ；步驟四，根據(jù)獲取到故障距離、相角位移，故障地點(diǎn)的序電壓和相量電壓從故障地點(diǎn)兩端電壓和電流測(cè)量計(jì)算出；步驟五，通過(guò)故障電流的總和與一個(gè)預(yù)先確定的常數(shù)C的函數(shù)關(guān)系來(lái)設(shè)定一個(gè)門檻值Ith，確定故障類型；步驟六，通過(guò)故障位置的電流和電壓計(jì)算得到故障電阻。上述方法是一種基于詳細(xì)線路模型的方法，在線路建模中，利用分布式的線路參數(shù)而且不作出任何假設(shè)，為了確保所有可用的信息被正確使用，方法應(yīng)用了加權(quán)最小二乘法(WLS)?；诩訖?quán)最小二乘法，故障定位可以被看作一個(gè)最小化的問(wèn)題，因?yàn)樗哪繕?biāo)是使在故障點(diǎn)計(jì)算出的對(duì)稱分量電壓不匹配的加權(quán)和最小化，對(duì)于不同的對(duì)稱分量選擇不同的加權(quán)系數(shù)，所以在解決故障定位問(wèn)題中，對(duì)于參數(shù)比較精確的的序網(wǎng)絡(luò)，選擇較大的加權(quán)系數(shù)，從而使所對(duì)應(yīng)的序分量起更大的作用。來(lái)自不同的線路端數(shù)據(jù)不需要同步采樣，因?yàn)橥较嘟遣詈凸收隙ㄎ豢梢酝瑫r(shí)解決。計(jì)算出故障點(diǎn)位置和同步相角后，在故障點(diǎn)的對(duì)稱分量電壓和電流會(huì)被同步計(jì)算，對(duì)稱分量會(huì)被轉(zhuǎn)換為相量進(jìn)行故障類型分析，確認(rèn)故障類型后，會(huì)根據(jù)相電壓和相電流計(jì)算故障點(diǎn)的故障阻抗。本發(fā)明的有益效果:混合型方法的優(yōu)勢(shì)在于，成本效率高而且精確度也更高，通過(guò)運(yùn)用適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)模型和智能得利用現(xiàn)有的信息，混合型方法克服了現(xiàn)有的基于相量的故障定位方法的弊端，并提供精度更高的故障定位結(jié)果。


圖1三相輸電線路接線圖；
圖2故障電阻Rag計(jì)算示意圖；
圖3故障電阻Rbg計(jì)算示意圖；
圖4故障電阻Rcg計(jì)算示意圖；
圖5故障電阻Rab計(jì)算示意圖；
圖6故障電阻Rbc計(jì)算示意圖；
圖7故障電阻Rac計(jì)算示意圖；
圖8故障電阻Ra、Rb和Rabg計(jì)算示意 圖9故障電阻Rb、Re和Rbcg計(jì)算示意 圖10故障電阻Ra、Re、Racg計(jì)算示意圖；
圖11故障電阻Ra、Rb、Re、Rabc計(jì)算示意圖。
具體實(shí)施方式

下面根據(jù)附圖對(duì)所采用的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步的闡述。
如圖1所示，線路的長(zhǎng)度由I表示，故障點(diǎn)距離發(fā)送端s的長(zhǎng)度為d，距離接收端r 的長(zhǎng)度為1-d。
根據(jù)發(fā)送端的對(duì)稱分量電壓、電流、特性阻抗，故障點(diǎn)的對(duì)稱分量電壓可以這樣計(jì)算:Vfs, J=V3j posh (d Y ) _IS，A1Sinh (d Y 丄)Vfs；2=Vs；2cosh (d Y 2) _Is 2Zc2sinh (d Y 2)Vfs；o=Vs；Ocosh (d Y。)-1s；0Zc0sinh (d Y。)其中，sinh O和cosh O是雙曲正弦和雙曲余弦函數(shù)；Vs；1, \ 2和\’0表示發(fā)送端測(cè)量的正序、負(fù)序和零序電壓；Is l, Is 2和Is tl表示發(fā)送端測(cè)量的正序、負(fù)序和零序電流；Vfs, 1； VhdPVfU表示根據(jù)發(fā)送端測(cè)量值計(jì)算出的故障點(diǎn)的正序、負(fù)序和零序電壓；Y1, Y 2和Y ^分別表示正序、負(fù)序和零序傳播常數(shù)；Zcl, Zc2和Zetl分別表示線路的正序、負(fù)序和零序特性阻抗。根據(jù)接收 端的對(duì)稱分量電壓、電流、特性阻抗，在故障點(diǎn)的對(duì)稱分量電壓可以這樣計(jì)算:Vixi=VrilCosh((1-d) Y ^-1r；jZ^sinh((1-d) Y1)Vfr’2=Vr’2cosh ((l_d) γ 2) _Ir，2Zc2sinh ((l_d) y 2)Vfr；0=Vr；0cosh((l-d) Y 0)-1r，0Zc(lsinh ((l_d) Y0)其中，\ 2和\ 0表示接收端測(cè)量的正序、負(fù)序和零序電壓；Ir；1, Ir；2和I。表示接收端測(cè)量的正序、負(fù)序和零序電流；Vfr；1, Vfr；2和VfM表示根據(jù)接收端測(cè)量值計(jì)算出的故障點(diǎn)的正序、負(fù)序和零序電壓。如果線路兩端的電壓和電流是同步的，那么從線路兩端的測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出的故障點(diǎn)的對(duì)稱分量電壓電流應(yīng)該完全一樣，考慮到線路兩端不可能完全同步這個(gè)事實(shí)，我們假設(shè)非同步采樣的相角位移為I我們進(jìn)一步假設(shè)S是發(fā)送端滯后于接收端的相角，然后用加權(quán)最小二乘法(WLS),故障定位問(wèn)題可以歸結(jié)為解決δ和d,所以下面方法可以最小化:W11 F1 ( δ , d) 12+W21 F2 ( δ，d) 12+w0 F0 ( δ , d) 2其中，F(xiàn)J δ，d)，F(xiàn)2( δ，d)和F0( δ，d)表示故障點(diǎn)計(jì)算出的不匹配正序、負(fù)序和零序電壓；W1, W2和Wci分別表示不匹配正序、負(fù)序和零序電壓的加權(quán)系數(shù)；匕(δ，d)，F(xiàn)2(δ，d)和 FQ( δ，d)的計(jì)算如下:Ρ (β, ) = yfsie}S — Vfr,IF2(5, d) = VfSi2efs — Vfr,2F0(5, d) - VfsfleiS - Vfrfl其中，Vfr, 1； Vfr,2和Vfy表示根據(jù)接收端測(cè)量值計(jì)算出的故障點(diǎn)的正序、負(fù)序和零序電壓；Vfs；1, Vfs；2和\s’0表示根據(jù)發(fā)送端測(cè)量值計(jì)算出的故障點(diǎn)的正序、負(fù)序和零序電壓；e是自然對(duì)數(shù)的底數(shù)，j代表-1的平方根。
基于加權(quán)最小二乘法(WLS)，相角位移δ和故障距離d可以被這樣迭代解決
權(quán)利要求
1.一種多端線路故障定位的混合型方法，其特征是，包括以下步驟: 步驟一，根據(jù)發(fā)送端的對(duì)稱分量電壓、電流，計(jì)算故障點(diǎn)的對(duì)稱分量電壓； 步驟二，根據(jù)接收端的對(duì)稱分量電壓、電流，計(jì)算故障點(diǎn)的對(duì)稱分量電壓； 步驟三，因?yàn)榫€路兩端不同步，所以假設(shè)δ是發(fā)送端滯后于接收端的相角，d故障距離，利用發(fā)送端計(jì)算出的故障點(diǎn)的對(duì)稱分量電壓和接收端的故障點(diǎn)的對(duì)稱分量電壓得到故障點(diǎn)的不匹配電壓，將故障點(diǎn)的不匹配電壓與Jocob ian矩陣?yán)眉訖?quán)最小二乘法WLS通過(guò)迭代方式得到相角位移S和故障距離d ； 步驟四，根據(jù)獲取到故障距離、相角位移，故障地點(diǎn)的序電壓和相量電壓從故障地點(diǎn)兩端電壓和電流測(cè)量計(jì)算出； 步驟五，通過(guò)故障電流的總和與一個(gè)預(yù)先確定的常數(shù)C的函數(shù)關(guān)系來(lái)設(shè)定一個(gè)門檻值Ith，確定故障類型； 步驟六，通過(guò)故障位置的電流和電壓計(jì)算得到故障電阻。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多端線路故障定位的混合型方法，其特征是，所述步驟一的故障點(diǎn)的對(duì)稱分量電壓計(jì)算公式: Vfs, i=Vs； !cosh (d Y i) -1s，!ZclSinh (d Y 丄) Vfs,2二\’2cosh (d Y 2) -1s,2Zc2sinh (d Y 2) Vfs, O=Vs, cicosh (d Y 0) -1s，ClZctlSinh (d Y 0) 其中，sinh O和cosh O是雙曲正弦和雙曲余弦函數(shù)； Vs；1, Vs；2和\0表示發(fā)送端測(cè)量的正序、負(fù)序和零序電壓； Is, Is，2和Is，。表示發(fā)送端測(cè)量的正序、負(fù)序和零序電流； Vfs, 1； Vfs,2和VfM表示根據(jù)發(fā)送端測(cè)量值計(jì)算出的故障點(diǎn)的正序、負(fù)序和零序電壓； Y1, Y2和Ytl分別表示正序、負(fù)序和零序傳播常數(shù)； 故障點(diǎn)距離發(fā)送端S的長(zhǎng)度為d ; Zcl, Zc2和Zetl分別表不線路的正序、負(fù)序和零序特性阻抗。
3.如權(quán)利要求1所述的一種多端線路故障定位的混合型方法，其特征是，所述步驟二的故障點(diǎn)的對(duì)稱分量電壓計(jì)算公式:Vfr,i=Vr,iC0Sh((l_d) γ D-1rilZclSinh ((1-d) Y1) Vfr，2=Vr，2cosh ((l_d) y 2) -1r；2Zc2sinh ((1-d) y 2) vfr,0=Vr；0cosh((l-d) Y 0)_Ir,oZc0sinh((l-d) y 0) 其中，Vy，和\，0表示接收端測(cè)量的正序、負(fù)序和零序電壓； Ir, 1&2和1&。表示接收端測(cè)量的正序、負(fù)序和零序電流； Ι-d為故障點(diǎn)距離接收端r的長(zhǎng)度； Vfr, 1； Vfr,2和VfM表示根據(jù)接收端測(cè)量值計(jì)算出的故障點(diǎn)的正序、負(fù)序和零序電壓。
4.如權(quán)利要求1所述的一種多端線路故障定位的混合型方法，其特征是，所述步驟三的通過(guò)迭代方式得到相角位移S和故障距離d的過(guò)程如下:
5.如權(quán)利要求1所述的一種多端線路故障定位的混合型方法，其特征是，所述步驟四的故障地點(diǎn)的序電壓和相量電壓計(jì)算公式如下:
6.如權(quán)利要求1所述的一種多端線路故障定位的混合型方法，其特征是，所述步驟五的門檻值Ith及故障類型的定義如下:
7.如權(quán)利要求1所述的一種多端線路故障定位的混合型方法，其特征是，所 述步驟六的故障電阻的Ra、Rb和Rabg求解如下: Ifg_Ifa+Ifb 其中，Ifg表示接地電流， 在故障定位中電流和電壓之間的關(guān)系被描述為:
全文摘要
一種多端線路故障定位的混合型方法，它的步驟為步驟一，根據(jù)發(fā)送端的對(duì)稱分量電壓、電流，計(jì)算故障點(diǎn)的對(duì)稱分量電壓；步驟二，根據(jù)接收端的對(duì)稱分量電壓和電流，計(jì)算故障點(diǎn)的對(duì)稱分量電壓；步驟三，假設(shè)δ是發(fā)送端滯后于接收端的相角，d故障距離，然后用加權(quán)最小二乘法(WLS)，通過(guò)迭代方式得到相角位移δ和故障距離d；步驟四，根據(jù)獲取到故障點(diǎn)和相角差，故障地點(diǎn)的序電壓和相量電壓可以從兩端電壓和電流測(cè)量計(jì)算出；步驟五，通過(guò)故障電流的總和和一個(gè)預(yù)先確定的常數(shù)C來(lái)設(shè)定一個(gè)門檻值Ith，確定故障類型；步驟六，通過(guò)故障位置的電流和電壓計(jì)算得到故障電阻。
文檔編號(hào)G01R31/08GK103197204SQ20131011788
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者蘇建軍, 夏濱, 袁桂華, 張瑞芳, 荊盼盼, 王連成 申請(qǐng)人:山東電力集團(tuán)公司德州供電公司, 濟(jì)南海興電力科技有限公司