[发明专利]一种基于故障行波沿线分解及距离标定的三角环网线路单端故障测距方法

摘要

本发明提供一种基于故障行波沿线分解及距离标定的三角环网线路单端故障测距方法，属于电力系统故障测距技术领域。三角形环网中某一端装有互感器TA_I和TA_II。当三角形环网中某支路发生故障时，分别将TA_I和TA_II获取到的短时窗内的故障行波数据计算沿线电压分布和沿线电流分布，根据得到的沿线电压分布、沿线电流分布和波阻抗进行沿线方向行波分解获得沿线分布的方向行波，再利用其正向行波和反向行波构造测距函数，最后根据TA_I和TA_II计算的测距函数分布规律实现三角环网的故障定位。理论分析和仿真结果表明本方法效果良好。

主权项

1.一种基于故障行波沿线分解及距离标定的三角环网线路单端故障测距方法，其特征在于：三角形环网中某一端装有互感器TAI和TAII，当三角形环网中某支路发生故障时，分别将TAI和TAII获取到的短时窗内的故障行波数据计算沿线电压分布和沿线电流分布，根据得到的沿线电压分布、沿线电流分布和波阻抗进行沿线方向行波分解获得沿线分布的方向行波，再利用其正向行波和反向行波构造测距函数，最后根据TAI和TAII计算的测距函数分布规律实现三角环网的故障定位；具体步骤为：第一步、读取行波数据：由TAI和TAII获得的量测端故障电流行波数据，并截取故障初始行波到达前l/(2v)时窗长度和故障初始行波到达后l/v时窗长度，即总共1.5l/v时窗长度的行波数据，其中l＝max(l1,l2,l3)，l1为MN支路全长，l2为NQ支路全长，l3为QM支路全长；第二步、确定故障支路：可以根据保护给出的信息判断故障支路；第三步、根据量测端TAI和TAII获取到的行波数据，并利用相邻健全线路电流行波和波阻抗来构造电压行波，即：uM＝ik×Zc    (1)式中，uM为量测端电压，ik为最长健全线路量测端电流，Zc为线路波阻抗；第四步、计算电压电流行波沿线路分布：利用贝杰龙公式计算沿线电压和电流分别为：式中，下标s表示模量，s＝1,2，uM,s为量测端线模电压，iM,s为量测端线模电流，x为离开量测端的距离，rs单位长度的线模电阻，Zc,s为线模波阻抗，vs为线模波速度；第五步、计算正向行波与反向行波：正向电压行波为：u+x,s＝(ux,s+Zc,six,s)/2    (4)反向电压行波为：u‑x,s＝(ux,s‑Zc,six,s)/2    (5)式中，u+x,s为距离量测端x处的正向行波，u‑x,s为距离量测端为x处的反向行波，ux,s为距离量测端x处的电压行波，ix,s为距离量测端x处的电流行波；第六步、采用式(6)和(7)提取正向行波和反行波的突变：首先，采用差分运算得到和为正向行波的差分结果，为反向行波的差分结果，Δt为采样间隔；其次，计算差分结果在一段时间的能量即：式中，为正向行波在一段时间内的能量，为反向行波在一段时间内的能量，N为1.5l/v时窗长度行波数据的采样个数；第七步、构造测距函数及故障定位：即测距函数为：t1和t2为积分上、下限；第八步、获取故障距离：(a)若故障位于l1支路，利用TAI获取到行波数据，在行波观测时窗[t0,t0+l1/(2v)]和[t0+l1/(2v),t0+l1/v]计算测距函数fu,TAI1(x)和fu,TAI2(x)的沿线分布突变点，其对应距离分别记为[xI1,xI2,……]和[xII1,xII2,……]；若[xI1,xI2,……]中的突变距离x*I和[xII1,xII2,……]中的突变距离x*II满足式(11)所示的线长约束条件；若x*I的极性为负，则故障距离M端x*I；若x*I的极性为正，则故障距离M端x*II；(b)若故障位于l3支路，采用TAII量测端获取到的故障行波数据，在行波观测时窗[t0,t0+l3/(2v)]和[t0+l3/(2v),t0+l3/v]计算测距函数fu,TAII1(x)和fu,TAII2(x)的沿线分布突变点，其对应距离分别记为[xI1,xI2,……]和[xII1,xII2,……]；若[xI1,xI2,……]中的突变距离x*I和[xII1,xII2,……]中的突变距离x*II满足式(11)所示的线长约束条件；若x*I的极性为负，则故障距离M端x*I；若x*I的极性为正，则故障距离M端x*II；(a)若故障位于l2支路，l＝max(l1,l2,l3)，同时采用TAI和TAII量测端获取到的故障行波数据，计算[t0,t0+l/(2v)]行波分析窗内的测距函数fu,TAI1(x)和fu,TAII1(x)；若fu,TAI1(x)的正极性最大突变点对应距离x和fu,TAII1(x)的负极性最大突变点对应距离x'满足x+x'＝(l1+l2+l3)/2‑l2时，故障距离TAII量测端x'+l3处；若fu,TAI1(x)的负极性最大突变点对应距离x和fu,TAII1(x)的正极性最大突变点对应距离x'满足x+x'＝(l1+l2+l3)/2‑l1时，故障距离TAII量测端x'+l1处；若fu,TAI1(x)的正极性最大突变点对应的距离x和fu,TAII1(x)的正极性最大的突变点对应的x'满足x+(l2‑x')＝(l1+l2+l3)/2‑l2时，故障距离TAII量测端l2‑x'+l2处；若fu,TAI1(x)的负极性最大突变点对应的距离x和fu,TAII1(x)的负极性最大突变点对应的距离x'满足l2‑x+x'＝(l1+l2+l3)/2‑l1时，故障距离TAII量测端l2‑x'+l1处；其中，t0为故障初始行波到达量测端的时刻；x*I+x*II＝l′    (11)其中，当故障位于l1支路，l′＝l1；当故障位于l3支路，l′＝l3。