一種基于方向行波分解及距離標(biāo)定的架空線路單端行波測(cè)距法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于方向行波分解及距離標(biāo)定的架空線路單端行波測(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] 故障測(cè)距的任務(wù)就是當(dāng)線路的某一點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)線路兩端的實(shí)測(cè)電流、電 壓及線路阻抗等參數(shù)計(jì)算出故障距離。通常，輸電線故障測(cè)距方法主要有兩類，一類是阻抗 法，是直接計(jì)算故障阻抗或其百分比的算法；另一類是行波法，利用高頻故障暫態(tài)電流、電 壓的行波等來(lái)間接判定故障點(diǎn)的距離。
[0003] 輸電線路行波故障測(cè)距經(jīng)歷了早期行波故障測(cè)距和現(xiàn)代行波故障測(cè)距兩個(gè)階段。 近年來(lái)隨著硬件制造水平W及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代行波測(cè)距技術(shù)在很多方面遇到 的困境都得到了突破，但仍存在一些尚未解決或者急需要改進(jìn)的問(wèn)題，運(yùn)些問(wèn)題主要有：故 障行波的辨識(shí)準(zhǔn)確度如何提高，行波波頭到達(dá)測(cè)量端時(shí)刻如何準(zhǔn)確的捕捉，不同輸電線路 及電壓等級(jí)對(duì)應(yīng)的波速怎樣選取，利用其它健全線路含有的故障信息怎樣實(shí)現(xiàn)廣域行波測(cè) 距等方面。因此，現(xiàn)代行波故障測(cè)距在未來(lái)發(fā)展之路中還要面對(duì)許多技術(shù)和原理層面上的 挑戰(zhàn)。現(xiàn)提出一種基于方向行波分解及距離標(biāo)定的架空線路行波測(cè)距法。該測(cè)距算法具體 做法是于單端觀測(cè)，采用量測(cè)端的故障行波數(shù)據(jù)計(jì)算沿線電壓行波和電流行波，根據(jù)電壓 行波、電流行波和波阻抗得到方向行波，再利用正向行波和反向行波構(gòu)造測(cè)距函數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種基于方向行波分解及距離標(biāo)定的架空線路 單端行波測(cè)距方法，用W解決上述問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于方向行波分解及距離標(biāo)定的架空線路單端行波測(cè) 距法，首先由高速采集裝置獲得量測(cè)端故障電流行波數(shù)據(jù)，并截取故障初始行波到達(dá)前1/ (2v)時(shí)窗長(zhǎng)度和故障初始行波到達(dá)后1/v時(shí)窗長(zhǎng)度，即總共1. 51/v時(shí)窗長(zhǎng)度的行波數(shù)據(jù)； 其次利用相鄰健全線路電流行波和波阻抗來(lái)構(gòu)造電壓行波；再次根據(jù)上述方法得到的電流 行波和電壓行波，利用貝杰龍公式計(jì)算在l/(2v)時(shí)窗長(zhǎng)度電壓行波和電流行波沿線分布； 最后構(gòu)建測(cè)距函數(shù)，并根據(jù)測(cè)距函數(shù)沿線的突變點(diǎn)得到故障距離。
[000引具體步驟如下：
[0007] 第一步、讀取行波數(shù)據(jù)：由高速采集裝置獲得的量測(cè)端故障電流行波數(shù)據(jù)，并截取 故障初始行波到達(dá)前l(fā)/(2v)時(shí)窗長(zhǎng)度和故障初始行波到達(dá)后1/v時(shí)窗長(zhǎng)度，即總共1. 51/ V時(shí)窗長(zhǎng)度的行波數(shù)據(jù)；
[0008] 第二步、利用相鄰健全線路電流行波和波阻抗來(lái)構(gòu)造電壓行波，即：
[0009] Um=ikXZ, (1)
[0010] 式中，1?為量測(cè)端電壓，ik為最長(zhǎng)健全線路量測(cè)端電流，Zc為線路波阻抗。
[0011] 第Ξ步、計(jì)算方向行波沿線路分布：根據(jù)步驟（1)和步驟（2)得到的電流行波和電 壓行波，利用貝杰龍公式計(jì)算在[te，te+l/(2v)]時(shí)窗長(zhǎng)度電壓行波和電流行波沿線分布。 其中t。為故障初始行波到達(dá)量測(cè)端的時(shí)刻即：
[0014] 式中，下標(biāo)S表示模量，S= 1，2。為量測(cè)端線模電壓，iM,s為量測(cè)端線模電流， X為離開(kāi)量側(cè)端的距離，r,單位長(zhǎng)度的線模電阻，Z。,歷線模波阻抗，V,線模波速度。
[0015] 第四步、計(jì)算正向行波與反向行波：
[0016] 正向電壓行波為：
[0017] u+x,s= (Ux,s+Zc,si、s)/2 (4)
[0018] 反向電壓行波為
[001 引 u、s= (Ux,s_Zc,six,s)/2 妨
[0020]式中，<歷距離量測(cè)端X處的正向行波，UX,歷距離量測(cè)端為X處的反向行波， Uy,,為距離量測(cè)端X處的電壓行波，i為距離量測(cè)端X處的電流行波。
[0021] 第五步、采用如式（4)和（5)提取正向行波和反行波的突變：首先，采用差分運(yùn)算 得到 和
[0024] 為正向行波的差分結(jié)果，W為反向行波的差分結(jié)果。At為采樣間隔。
[00巧]其次，計(jì)算差分結(jié)果Cdif在一段時(shí)間的能量S2u(x，t)，即：
[002引式中，式"*片偽正向行波在一段時(shí)間內(nèi)的能量，S:"- 為反向行波在一段時(shí)間內(nèi) 的能量。
[002引第六步、構(gòu)建測(cè)距函數(shù)：根據(jù)式做和式（9)得到馬". (-W)和批），并在 [t0，t0+l/(2v)]時(shí)窗長(zhǎng)度內(nèi)，按照式（10)得到測(cè)距函數(shù)，即：
[0030]
110)
[0031] 式中，Vt2為積分上、下限。
[0032] 第屯步、獲取故障距離：若在[te，te+l/(2v)]時(shí)窗長(zhǎng)內(nèi)，測(cè)距函數(shù)只有一個(gè)突變 點(diǎn)，可W根據(jù)突變點(diǎn)的極性判斷出故障位于半線長(zhǎng)之之內(nèi)還是之外，繼而得到故障距離。
[0033] 即若測(cè)距函數(shù)在線路全長(zhǎng)范圍內(nèi)只有一個(gè)負(fù)的突變點(diǎn)，則故障位于半線長(zhǎng)之內(nèi)， 且故障點(diǎn)離開(kāi)Μ端X;
[0034] 若測(cè)距函數(shù)在線路全長(zhǎng)范圍內(nèi)只有一個(gè)正的突變點(diǎn)，則故障位于半線長(zhǎng)外，且故 障點(diǎn)離開(kāi)Μ端X' =^χ。
[0035] 若測(cè)距函數(shù)在沿線分布中有多個(gè)突變點(diǎn)，需采用測(cè)后模擬確定故障位置突變點(diǎn)。
[0036] 若測(cè)距函數(shù)在沿線分布中有多個(gè)突變點(diǎn)，需采用"測(cè)后模擬"確定故障位置突變 點(diǎn)。具體方法為：將測(cè)距函數(shù)沿線分布的突變點(diǎn)記為X= [XI，Χ2,……]。假設(shè)XI為故障位 置突變點(diǎn)，并在時(shí)窗[t0，t(j+tJ內(nèi)計(jì)算測(cè)距函數(shù)。其中，ti取值范圍為[Xi/v, (Xi+lk)/vJ。 若測(cè)距函數(shù)在全線長(zhǎng)范圍內(nèi)只有一個(gè)突變點(diǎn)，且該突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的X'1=X1，則假設(shè)成立，若 該突變點(diǎn)的極性為負(fù)，則故障位于半線長(zhǎng)之內(nèi)，且故障距離Μ端X=XI，若該突變點(diǎn)的極性 為正，則故障位于半線長(zhǎng)之外，且故障距離N端=xi;若測(cè)距函數(shù)在全線長(zhǎng)范圍內(nèi)沒(méi)有 突變點(diǎn)或多于一個(gè)突變點(diǎn)，則假設(shè)不成立，該突變點(diǎn)不是故障位置的突變點(diǎn)，則繼續(xù)假設(shè)X2 為故障位置突變點(diǎn)，并在時(shí)窗[te，te+t2]內(nèi)計(jì)算測(cè)距函數(shù)，且t2取值范圍為[X2/V，（X2+lk)/ V)]，若測(cè)距函數(shù)在全線長(zhǎng)范圍內(nèi)只有一個(gè)突變點(diǎn)，且該突變點(diǎn)對(duì)應(yīng)的X' 2=X2,則假設(shè)成 立，若該突變點(diǎn)的極性為負(fù)，則故障位于半線長(zhǎng)之內(nèi)，且故障距離Μ端X=X2,若該突變點(diǎn)的 極性為正，則故障位于半線長(zhǎng)之外，且故障距離Ν端1-Χ=Χ2。若測(cè)距函數(shù)在全線長(zhǎng)范圍內(nèi) 沒(méi)有突變點(diǎn)或多于一個(gè)突變點(diǎn)，則假設(shè)不成立，該突變點(diǎn)不是故障位置的突變點(diǎn)，則繼續(xù)假 設(shè)Χ3為故障位置突變點(diǎn)，運(yùn)樣直至假設(shè)成立，得到故障距離。其中U為最短健全線路的長(zhǎng) 度。
[0037] 本發(fā)明的有益效果是：利用貝杰龍線路模型具有沿線長(zhǎng)維度上的高通濾波器作 用，使得測(cè)距方法更具魯棒性和普適性，易于實(shí)現(xiàn)單端測(cè)距的自動(dòng)化。
【附圖說(shuō)明】
[003引圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中的線路結(jié)構(gòu)圖，線路全長(zhǎng)為71. 9km;
[0039] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中測(cè)距函數(shù)在全線范圍內(nèi)的分布；
[0040] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例2中的線路結(jié)構(gòu)，線路全長(zhǎng)為93. 11km;
[0041] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例2測(cè)距函數(shù)在全線范圍內(nèi)的分布；
[004引圖5是本發(fā)明實(shí)施例3中的線路結(jié)構(gòu)，線路全長(zhǎng)為150km;
[0043] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例3測(cè)距函數(shù)在全線范圍內(nèi)的分布。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 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(shuō)明。
[0045] -種基于方向行波分解及距離標(biāo)定的架空線路單端行波測(cè)距法，首先由高速采集 裝置獲得量測(cè)端故障電流行波數(shù)據(jù)，并截取故障初始行波到達(dá)前l(fā)/(2v)時(shí)窗長(zhǎng)度和故障 初始行波到達(dá)后1/v時(shí)窗長(zhǎng)度，即總共1. 51/v時(shí)窗長(zhǎng)度的行波數(shù)據(jù)；其次利用相鄰健全線 路電流行波和波阻抗來(lái)構(gòu)造電壓行波；再次根據(jù)上述方法得到的電流行波和電壓行波，利 用貝杰龍公式計(jì)算在l/(2v)時(shí)窗長(zhǎng)度電壓行波和電流行波沿線分布；最后構(gòu)建測(cè)距函數(shù)， 并根據(jù)測(cè)距函數(shù)沿線的突變點(diǎn)得到故障距離。
[004引具體步驟如下：
[0047] 第一步、讀取行波數(shù)據(jù)：由高速采集裝置獲得的量測(cè)端故障電流行波數(shù)據(jù)，并截取 故障初始行波到達(dá)前l(fā)/(2v)時(shí)窗長(zhǎng)度和故障初始行波到達(dá)后1/v時(shí)窗長(zhǎng)度，即總共1. 51/ V時(shí)窗長(zhǎng)度的行波數(shù)據(jù)；
[0048] 第二步、利用相鄰健全線路電流行波和波阻抗來(lái)構(gòu)造電壓行波，即：
[0049]UM=ikXZc(1)
[0050]式中，Um為量測(cè)端電壓，ik為最長(zhǎng)健全線路量測(cè)端電流，Zc為線路波阻抗。
[0051] 第Ξ步、計(jì)算方向行波沿線路分布：根據(jù)步驟（1)和步驟（2)得到的電流行波和電 壓行波，利用貝杰龍公式計(jì)算在[te，te+l/(2v)]時(shí)窗長(zhǎng)度電壓行波和電流行波沿線分布。 其中t。為故障初始行波到達(dá)量測(cè)端的時(shí)刻即：
[0054]式中，下標(biāo)S表示模量，S=1，2