[发明专利]一种利用故障行波沿线分布特性的双端测距方法

摘要

本发明涉及一种利用故障行波沿线分布特性的双端测距方法，电力系统继电保护技术领域。当线路发生故障时，首先，由量测端M和量测端N高速采集装置获得量测端M和量测端N故障电流行波数据，并利用相邻健全线路电流行波和波阻抗来构造电压行波；其次，通过含故障相的相模变换运算来获取线模电压行波和线模电流行波；再次，根据线模电流和线模电压，沿线计算步长取0.1m，应用贝杰龙传输方程计算电压和电流行波突变的沿线分布；最后，分别在量测端M和量测端N，于[t₀,t₀+l/(2v)]和[t₀+l/(2v),t₀+l/v]时窗内，对行波突变取绝对值再进行积分可获取测距函数f_Mu(x)和f_Nu(x)，并根据测距函数沿线突变分布规律实现故障测距。

主权项

1.一种利用故障行波沿线分布特性的双端测距方法，其特征在于：当线路发生故障时，首先，由量测端M和量测端N高速采集装置获得量测端M和量测端N故障电流行波数据，并利用相邻健全线路电流行波和波阻抗来构造电压行波；其次，通过含故障相的相模变换运算来获取线模电压行波和线模电流行波；再次，根据线模电流和线模电压，沿线计算步长取0.1m，应用贝杰龙传输方程计算电压和电流行波突变的沿线分布；最后，分别在量测端M和量测端N，于[t₀,t₀+l/(2v)]和[t₀+l/(2v),t₀+l/v]时窗内，对行波突变取绝对值再进行积分可获取测距函数f_MuI(x)、f_MuII(x)、f_NuI(x)和f_NuII(x)，并根据测距函数沿线突变分布规律实现故障测距；具体步骤为：第一步、读取行波数据：由量测端M和量测端N高速采集装置获得的量测端M和量测端N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；第二步、分别利用量测端M和量测端N相邻健全线路电流行波和波阻抗来构造电压行波，即：u_M＝i_k,M×Z_c   (1a)u_N＝i_k,N×Z_c   (1b)式(1a)中，u_M为计算得到的量测端M的电压，i_k,M为量测端M最长健全线路量测端电流，Z_c为线路波阻抗；式(1b)中，u_N为计算得到的量测端N的电压，i_k,N为量测端N最长健全线路量测端电流，Z_c为线路波阻抗；第三步、分别于量测端M和量测端N，计算方向行波沿线路分布：根据步骤(1)和步骤(2)得到量测端M和量测端N的电流行波和电压行波，利用贝杰龙公式计算在[t₀,t₀+l/v]时窗长度电压行波和电流行波沿线分布，其中t₀为故障初始行波到达量测端的时刻，即：式(2)和(3)中，s下标的取值为M、N，表示采用式(2)和(3)，计算出量测端M、量测端N沿线长l电压分布和电流分布；x为离开量侧端的距离，r单位长度的线模电阻，Z_c为线模波阻抗，v线模波速度；第四步、计算正向行波与反向行波：正向电压行波为：u⁺_s,x＝(u_s,x+Z_ci_x)/2   (4)反向电压行波为:u^‑_s,x＝(u_s,x‑Z_ci_x)/2   (5)式中，u⁺_s,x为由量测端M、量测端N沿线长l的正向行波，u^‑_s,x为由量测端M、量测端N沿线长l的反向行波；第五步、提取正向行波和反向行波的突变：首先，采用式(6)和(7)差分运算得到和式中，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c_dif在一段时间的能量S_2u(x,t)，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；第六步、构建测距函数：根据式(8)和式(9)得到和分别在量测端M和量测端N，于[t₀,t₀+l/(2v)]和[t₀+l/(2v),t₀+l/v]时窗长度内，按照式(10)得到测距函数f_MuI(x)、f_MuII(x)、f_NuI(x)和f_NuII(x)，即：第七步、获取故障距离：(1)将f_MuI(x)的突变点记为突变点解集f_MuI＝[x_MI1,x_MI2,……]，将f_MuII(x)的突变点记为突变点解集f_MuII＝[x_MII1,x_MII2,……]；同理，对于量测端N，获取f_NuI＝[x_NI1,x_NI2,……]和f_NuII＝[x_NII1,x_NII2,……]；(2)将f_MuI＝[x_MI1,x_MI2,……]与f_NuI＝[x_NI1,x_NI2,……]进行配对，采用欧式距离来度量两者的匹配程度D，取匹配误差最小的记为x₁和D₁，且取x₁∈f_MuI；若D₁≤ε₁，如果x₁点突变极性为负，则故障点离开量测端M距离为x₁；如果x₁点突变极性为正，则故障点离开量测端N的距离为x₁；若D₁>ε₁，则转到步骤(3)，其中ε₁为门槛值，这里ε₁取经验值2；(3)将f_MuII＝[x_MII1,x_MII2,……]与f_NuII＝[x_NII1,x_NII2,……]进行匹配，取匹配误差最小的记为x₂和D₂，且取x₂∈f_MuII；若D₂≤ε₂，如果x₂突变极性为负，则故障点离开量测端M的距离为x₂；如果x₂突变极性为正，则故障点离开量测端N距离为x₂；若D₂>ε₂，则该双端测距方法测距失效，其中ε₂亦为门槛值，ε₂取经验值2。