一種基于單側(cè)電流的半波長(zhǎng)線路自由波的提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于單側(cè)電流的半波長(zhǎng)線路自 由波的提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在全球能源互聯(lián)網(wǎng)概念的框架體系下，半波輸電作為一種交流遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)越 來越受到關(guān)注。半波輸電就是指輸電線路長(zhǎng)度為電磁波在半個(gè)周期內(nèi)傳輸?shù)木嚯x(頻率為 50HZ時(shí)，對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度為3000公里）。對(duì)于半波長(zhǎng)輸電線路，由于線路的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于常規(guī)輸電距 離，因此，其電磁波的波動(dòng)特征表現(xiàn)明顯。從而導(dǎo)致對(duì)于半波長(zhǎng)線路的正常運(yùn)行和故障電氣 特征與常規(guī)中短距離輸電線路不同。為了對(duì)半波長(zhǎng)輸電線路進(jìn)行深入了解必須掌握其故障 電氣特征。因此，需要從不同角度對(duì)故障后的波形特征進(jìn)行提取和分析。
[0003] 電力系統(tǒng)從正常狀態(tài)到故障狀態(tài)存在過渡過程。對(duì)于線性的電力系統(tǒng)，運(yùn)種過渡 過程可W由線性微分方程來描述。微分方程的解通常含有強(qiáng)制分量和自由分量?jī)刹糠?。?qiáng) 制分量表征系統(tǒng)的激勵(lì)源，反映系統(tǒng)達(dá)到故障穩(wěn)定態(tài)時(shí)的特征；自由分量表征系統(tǒng)中所含 的"獨(dú)立"儲(chǔ)能元件如電感、電容等，能反映過渡過程中的暫態(tài)特征。對(duì)于半波長(zhǎng)輸電線路， 由于輸電距離很長(zhǎng)，分布電容極大，對(duì)應(yīng)的自由分量很大，由線路中電感和分布電容產(chǎn)生的 電磁波特征很明顯，可W良好地反映故障特征。正是基于運(yùn)些原因，亟需通過一定的方法， 將故障后的電流波形中的干擾項(xiàng)去除，提取出其中的自由分量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明提供的一種基于單側(cè)電流的半波長(zhǎng)線路自由波的提取方法，該 方法有效且準(zhǔn)確的去除了故障后的電流波形中的干擾項(xiàng)，提取出其中的自由波分量;為半 波長(zhǎng)線路故障的保護(hù)提供了準(zhǔn)確依據(jù)，進(jìn)而保證了半波長(zhǎng)線路的安全可靠的運(yùn)行。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種基于單側(cè)電流的半波長(zhǎng)線路自由波的提取方法，所述方法用于在半波長(zhǎng)線路 發(fā)生故障后的電流波中提取自由波;所述半波長(zhǎng)線路上設(shè)有保護(hù)區(qū)，所述保護(hù)區(qū)內(nèi)設(shè)有多 個(gè)保護(hù)測(cè)量點(diǎn);所述方法包括如下步驟：
[0007] 步驟1.所述保護(hù)測(cè)量點(diǎn)對(duì)Ξ相電流進(jìn)行采樣，計(jì)算得到各相電流采樣值變化量； [000引步驟2.濾除各相電流采樣值變化量中的零序及負(fù)序；
[0009] 步驟3.根據(jù)濾序結(jié)果構(gòu)造 Ξ相電流變化量平方和函數(shù)，求得故障電流變化量；
[0010] 步驟4.提取故障電流變化量中的自由波分量。
[0011] 優(yōu)選的，所述步驟1包括：
[0012] 1-1.所述保護(hù)測(cè)量點(diǎn)對(duì)故障發(fā)生前一周波的Ξ相電流值及當(dāng)前的Ξ相電流值分 別進(jìn)行采樣，得到各相電流的故障前采樣值及當(dāng)前采樣值；
[0013] 1-2.根據(jù)各相電流的故障前采樣值及當(dāng)前采樣值，計(jì)算得到各相電流采樣值的變 化量。
[0014] 優(yōu)選的，所述1-2包括：
[0015] 根據(jù)各相電流的故障前采樣值及當(dāng)前采樣值，計(jì)算得到各相電流采樣值變化量：
[0016]
(1)
[0017] 式（1)中，AiA(t)、AiB(t)及Aic(t)分別為A、B、討目電流由于故障引起的t時(shí)刻的 電流采樣值變化量；iA(t)、iB(t)及ic(t)分別為A、B、討目電流的當(dāng)前采樣值；iA(t'-T)、iB (t'-T)及ic(t'-T)分別為A、B、C相電流的故障前采樣值;T為周波長(zhǎng)度;t'為保護(hù)測(cè)量點(diǎn)的 故障發(fā)生前一周波的時(shí)刻;t為當(dāng)前時(shí)刻;t = nTW'且t'<T，n為自然數(shù)。
[0018] 優(yōu)選的，所述步驟2包括：
[0019] 2-1.根據(jù)全周傅利葉算法，計(jì)算得到半波長(zhǎng)線路發(fā)生故障的一個(gè)周波后的各相電 流的故障后向量值；
[0020] 2-2.根據(jù)所述各相電流采樣值變化量，計(jì)算得到各相電流的故障前向量值；
[0021] 2-3.根據(jù)各相電流的所述故障后向量值、所述故障前向量值及所述各相電流的采 樣值變化量，分別計(jì)算得到零序及負(fù)序電流的變化量相量值；
[0022] 2-4.計(jì)算得到各相零序及負(fù)序電流變化量的相量和，還原各相零序及負(fù)序電流變 化量的相量和的采樣值，得到濾除零序及負(fù)序后的電流變化量采樣值。
[0023] 優(yōu)選的，所述2-3包括：
[0024] a.根據(jù)各相電流的所述故障后向量值及所述故障前向量值，計(jì)算得到零序電流的 變化量相量值δ4 :
[00巧]
(三）
[0026] 式(2)中，Δ4、Δ4及Δ4分別為A、B、C相電流的變化量的相量值；4、4及扛分 別為A、B、C相電流的故障后向量值；么Μ及長(zhǎng)iw分別為A、B、C相電流的故障后向量值；
[0027] b.計(jì)算得到A、B、C相電流的負(fù)序電流的變化量相量值：
[002引
誠(chéng)
[0029]式（3)中，Δ/'。、及Δ?。;分別為A、B、討目的負(fù)序電流的變化量相量值;α為算 子，日= eJiW 且a2 = eWW。
[0030] 優(yōu)選的，所述2-4包括：
[0031] C.分別計(jì)算得到A、B、C相的零序及負(fù)序電流變化量的相量和心。+^42、 Α?〇+Μβ2 及 Ai〇+Ai。-·，
[003引式（4)中，A IA02、A I肌2及A Ic02分別為A、B、討目零負(fù)序電流的變化量幅值； 及Imc分別為A、B、C相零負(fù)序電流變化量相量的虛部;ReA、ReB及ReC分別為A、B、C相零負(fù)序電流 變化量相量的實(shí)部;Θα、Θβ及0C分別為A、B、C相零負(fù)序電流變化量相量的相角；
[0036] e.還原各相零序及負(fù)序電流變化量的相量和的采樣值：
[0037]
C5)
[003引式(5)中，A iA02(t)、Δ iB02(t)及Δ ic02(t)分別為還原后的A、B、討目零序及負(fù)序電 流變化量的相量和的采樣值；ω為基波角頻率；
[0039] f.根據(jù)A、B、C相電流由于故障引起的t時(shí)刻的電流采樣值變化量AiA(t)、AiB(t) 及Δ ic(t)，及還原后的A、B、討目零序及負(fù)序電流變化量的相量和的采樣值Δ iA〇2(t)、Δ iB02 (t)及Δ ie〇2(t)，得到濾除零序及負(fù)序后的電流變化量采樣值：
[0040]
(6)
[0041 ]式(6)中，iA(t) '、iB(t) '及ic(t) '分別為濾除零序及負(fù)序后的電流變化量采樣值。
[0042] 優(yōu)選的，所述步驟3包括：
[0043] 3-1.根據(jù)濾除零序及負(fù)序后的電流變化量采樣值iA(t) '、iB(t) '及ic(t) '，構(gòu)造 Ξ 相電流變化量平方和函數(shù)f (t):
[0044]
巧）
[0045] 3-2.將式(6)代入式(7)中，得到故障電流變化量
[0046] f(t) ' = [ Δ iA(t)-A iA02(t)]2+[ Δ iB(t)-A iB02(t)]2+[ Δ ic(t)-A ic02(t)]2 (8)。
[0047] 優(yōu)選的，所述步驟4包括：
[0048] 對(duì)故障電流變化量f(t)'進(jìn)行差分運(yùn)算，提取故障電流變化量中的自由波分量ξ (t)：
[0049]
[0050] 式(9)中，f(t)'為當(dāng)前采樣t時(shí)刻的故障電流變化量;f(t-l)'上一個(gè)采樣t-1時(shí)刻 的故障電流變化量。
[0051 ]從上述的技術(shù)方案可W看出，本發(fā)明提供了一種基于單側(cè)電流的半波長(zhǎng)線路自由 波的提取方法，通過保護(hù)測(cè)量點(diǎn)對(duì)Ξ相電流進(jìn)行采樣，計(jì)算得到各相電流采樣值變化量;濾 除各相電流采樣值變化量中的零序及負(fù)序;根據(jù)濾序結(jié)果構(gòu)造 Ξ相電流變化量平方和函 數(shù)，求得故障電流變化量;提取故障電流變化量中的自由波分量。本發(fā)明提出的方法有效且 準(zhǔn)確的去除了故障后的電流波形中的干擾項(xiàng)，提取出其中的自由波分量;為半波長(zhǎng)線路故 障的保護(hù)提供了準(zhǔn)確依據(jù)，進(jìn)而保證了半波長(zhǎng)線路的安全可靠的運(yùn)行。
[0052] 與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有W下優(yōu)異效果：
[0053] 1、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案中，能夠有效地提取出半波輸電線路發(fā)生故障后，故 障電流中的自由波成份。從而為故障特征的區(qū)分提供條件和基礎(chǔ)。最終提高半波長(zhǎng)輸電線 路保護(hù)可靠性。
[0054] 2、本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，通過保護(hù)測(cè)量點(diǎn)對(duì)Ξ相電流進(jìn)行采樣，計(jì)算得到各 相電流采樣值變化量;濾除各相電流采樣值變化量中的零序及負(fù)序;根據(jù)濾序結(jié)果構(gòu)造 Ξ 相電流變化量平方和函數(shù)，求得故障電流變化量;提取故障電流變化量中的自由波分量。本 發(fā)明提出的方法有效且準(zhǔn)確的提取出半波輸電線路發(fā)生故障后的電流波形中的干擾項(xiàng)，提 取出其中的自由波分量;為故障特征的區(qū)分提供條件和基礎(chǔ)，從而為半波長(zhǎng)線路故障的保 護(hù)提供了準(zhǔn)確依據(jù)，進(jìn)而保證了半波長(zhǎng)線路的安全可靠的運(yùn)行。
[0055] 3、本發(fā)明提供的技術(shù)方案，應(yīng)用廣泛，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說明】
[0056] 圖1是本發(fā)明的一種基于單側(cè)電流的半波長(zhǎng)線路自由波的提取方法的流程圖；
[0057] 圖2是本發(fā)明的提取方法中步驟1的流程示意圖；
[0058] 圖3是本發(fā)明的提取方法中步驟2的流程示意圖；
[0059] 圖4是本發(fā)明的提取方法中步驟3的流程示意圖；
[0060] 圖5是本發(fā)明的半波長(zhǎng)線路自由波提取的執(zhí)行流程圖；
[0061] 圖6是本發(fā)明的利用本方法提取得到的半波長(zhǎng)線路自由波示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0062] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于 本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí) 施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0063] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種基于單側(cè)電流的半波長(zhǎng)線路自由波的提取方法，方法 用于在半波長(zhǎng)線路發(fā)生故障后的電流波中提取自由波;半波長(zhǎng)線路上設(shè)有保護(hù)區(qū)，保護(hù)區(qū) 內(nèi)設(shè)有多個(gè)保護(hù)測(cè)量點(diǎn);包括如下步驟：
[0064] 步驟1.保護(hù)測(cè)量點(diǎn)對(duì)Ξ相電流進(jìn)行采樣，計(jì)算得到各相電流采樣值變化量；
[0065] 步驟2.濾除各相電流采樣值變化量中的零序及負(fù)序；
[0066] 步驟3.根據(jù)濾序結(jié)果構(gòu)造 Ξ相電流變化量平方和函數(shù)，求得故障電流變化量；
[0067] 步驟4.提取故障電流變化量中的自由波分量。
[006引如圖2所示，步驟1包括：
[0069] 1-1.保護(hù)測(cè)量點(diǎn)對(duì)故障發(fā)生前一周波的Ξ相電流值及當(dāng)前的Ξ相電流值分別進(jìn) 行采樣，得到各相電流的故障前采樣值及當(dāng)前采樣值；
[0070] 1-2.根據(jù)各相電流的故障前采樣值及當(dāng)前采樣值，計(jì)算得到各相電流采樣值的變 化量。
[0071] 其中，1-2包括：
[0072] 根據(jù)各相電流的故障前采樣值及當(dāng)前采樣值，計(jì)算得到各相電流采樣值變化量：
[0073]
(1)
[0074] 式（1)中，A iA、Δ iB及Δ ic分別為A、B、C相電流的采樣值變化量；Δ iA(t)、Δ iB(t) 及Aic(t)分別為A、B、討目電流由于故障引起的t時(shí)刻的電流采樣值變化量;iA(t)、iB(t)及 ic(t)分別為A、B、討目電流的當(dāng)前采樣值；14(*'-1')心(*'-1')及1加'