一种基于电流行波短时窗小波系数极性比较的同塔双回线选线方法

摘要

本发明提供一种基于电流行波短时窗小波系数极性比较的同塔双回线选线方法，属于电力系统继电保护技术领域。当同塔双回输电线路某回线路发生故障时，检测并记录各条线路电流行波数据；利用相模变换矩阵分别求取各出线α模电流行波并进行小波变换，选取高频第一尺度小波系数作为研究对象；计算出短时窗内各条线路第一尺度小波系数的相对极性，并形成故障选线判别矩阵R，根据R中的元素即可判断出故障线路。仿真分析表明，对于同塔双回线中单回线故障，该方法可以准确判断出故障线。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于电流行波短时窗小波系数极性比较的同塔双回线选线方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

同塔双回输电线路因其工程造价低、占用走廊宽度小、建设周期短、运行维护简单、经济效益显著等优点，因此得到了广泛的应用。同塔双回线输电方式有120种故障类型，其中，跨线故障有98种，虽然，从种类上来讲， 跨线故障占多数；但是，从故障发生的概率上来讲，同塔双回输电线路发生单回线故障的概率占到了70%-80%。

所以，在同塔双回线输电的过程中，如果能在线路发生故障的情况下，快速、准确的选出故障线路，不仅能通过快速切除故障线路，以免故障的扩大化。而且也可以减少停电时间，提高系统的可靠性。本发明利用电流行波短时窗小波系数极性的比较矩阵判断故障线路，不仅原理简单，而且可以准确判断故障位于母线还是某一条出线。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对同塔双回线发生单回线故障的情况，提出一种基于电流行波短时窗小波系数极性比较的同塔双回线选线方法。

本发明的技术方案是：一种基于电流行波短时窗小波系数极性比较的同塔双回线选线方法，当同塔双回输电线路某回线路发生故障时，检测并记录各条线路电流行波数据；利用相模变换矩阵分别求取各条线路α模电流行波并进行小波变换，选取高频第一尺度小波系数作为研究对象；计算出短时窗内各条线路第一尺度小波系数的相对极性，并形成故障选线判别矩阵R，根据R中的元素判断出故障线路。

具体实施步骤为：

（1）当同塔双回输电线路发生故障时，利用各出线侧的电流表记录各条线路的电流行波数据                                                、、，利用相模变换矩阵Q分别求取各条线路α模电流行波，

                                           （1）

（2）将各条线路α模电流行波进行小波分解，得到各条出线的第一尺度小波系数，其中n=1,2,3…；

（3）根据式（2）计算各条出线第一尺度小波系数间的相对极性；

                            （2）

式中，表示线路i高频第一尺度小波系数；表示线路j高频第一尺度小波系数；表示和极性比较的结果，i=1,2,3…；j=1,2,3…；=-1表示和极性相反，=1表示和极性相同；

（4）根据式（3）计算，形成同塔双回输电线路故障选线矩阵R：

                                              （3）

根据每行元素为“-1”的个数判断故障线路：

若R中所有的元素都为“1”，则判断为母线故障；

若第i行中为“-1”的元素为n-1，则第i条线路为故障电路。

本发明的原理是：……

本发明的有益效果是：

1、本发明比较的是小波系数在短时窗内的相对极性，与小波变换模极大值相比较，可靠性高。

2、本发明仅需利用电流量即可实现故障选线，不需引入电压量。

附图说明

图1为本发明同塔双回输电线路结构示意图：图中，P、M、N、Q为系统的母线，C_E为母线对地的杂散电容，F₁、F₂、F₃、F₄分别为线路PM段、双回线MN段Ⅰ、Ⅱ回和母线M处仿真故障点。PM段长200km，MN段长140km，NQ段长260km。

图2为本发明的选线流程图；

图3 为本发明实施例1中， F₁故障时1、2和3保护安装处α模电流行波的高频第一尺度小波系数曲线图；

图4 为本发明实施例2中， F₂故障时1、2和3保护安装处α模电流行波的高频第一尺度小波系数曲线图；

图5为本发明实施例3中， F₃故障时1、2和3保护安装处α模电流行波的高频第一尺度小波系数曲线图；

图6为本发明实施例4中， F₄故障时1、2和3保护安装处α模电流行波的高频第一尺度小波系数曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

一种基于电流行波短时窗小波系数极性比较的同塔双回线选线方法，当同塔双回输电线路某回线路发生故障时，检测并记录各条线路电流行波数据；利用相模变换矩阵分别求取各条线路α模电流行波并进行小波变换，选取高频第一尺度小波系数作为研究对象；计算出短时窗内各条线路第一尺度小波系数的相对极性，并形成故障选线判别矩阵R，根据R中的元素判断出故障线路。

具体实施步骤为：

（1）当同塔双回输电线路发生故障时，利用各出线侧的电流表记录各条线路的电流行波数据、、，利用相模变换矩阵Q分别求取各条线路α模电流行波，

                                           （1）

（2）将各条线路α模电流行波进行小波分解，得到各条出线的第一尺度小波系数，其中n=1,2,3…；

（3）根据式（2）计算各条出线第一尺度小波系数间的相对极性；

                            （2）

式中，表示线路i高频第一尺度小波系数；表示线路j高频第一尺度小波系数；表示和极性比较的结果，i=1,2,3…；j=1,2,3…；=-1表示和极性相反，=1表示和极性相同；

（4）根据式（3）计算，形成同塔双回输电线路故障选线矩阵R：

                                              （3）

根据每行元素为“-1”的个数判断故障线路：

若R中所有的元素都为“1”，则判断为母线故障；

若第i行中为“-1”的元素为n-1，则第i条线路为故障电路。

实施例1：500kV双回输电线路系统图如图1所示。其线路参数如下：线路全长PM段200km，MN段140km，NQ端260km。故障位置：PM段距M端10km处发生A相接地故障。接地阻抗0Ω，初始故障角90°,采样率为1MHz。

（1） 根据说明书中的步骤 （1）得到3条线路的电流行波数据、、，并利用相模变换矩阵Q分别求取各条线路α模电流行波。

       其中：

（2） 将（1）中3条线路α模电流行波进行小波分解，得到各条出线的频率范围在250KHz~500KHz的第一尺度小波系数，其曲线图如3所示。

（3）根据说明书中的步骤（3）计算各条出线第一尺度小波系数间的相对极性；

得r₁₁= r₂₂= r₃₃=1， r₁₂= r₂₁=-1，r₁₃= r₃₁=-1，r₂₃= r₃₂=1。

（4）根据说明书中的步骤（4）得到同塔双回输电线路故障选线矩阵R如下式：

从上式可以看出只有第1行元素的“-1”个数为2，按照图2所示的流程图，结合图1中保护装置的位置可知，线路PM段为故障线路。

实施例2：500kV双回输电线路系统图如图1所示。其线路参数如下：线路全长PM段200km，MN段140km，NQ端260km。故障位置：MN段Ⅰ回线距M端60km处发生A相接地故障。接地阻抗10Ω，初始故障角90°,采样率为1MHz。

（1） 根据说明书中的步骤 （1）得到3条线路的电流行波数据、、，并利用相模变换矩阵Q分别求取各条线路α模电流行波。

       其中：

（2） 将（1）中3条线路α模电流行波进行小波分解，得到各条出线的频率范围在250KHz~500KHz的第一尺度小波系数，其曲线图如3所示。

（3）根据说明书中的步骤（3）计算各条出线第一尺度小波系数间的相对极性；

得r₁₁= r₂₂= r₃₃=1， r₁₂= r₂₁=-1，r₁₃= r₃₁=1，r₂₃= r₃₂=-1。

（4）根据说明书中的步骤（4）得到同塔双回输电线路故障选线矩阵R如下式：

从上式可以看出只有第2行元素的“-1”个数为2，按照图2所示的流程图，结合图1中保护装置的位置可知，线路MN段Ⅰ回线为故障线路。

实施例3：500kV双回输电线路系统图如图1所示。其线路参数如下：线路全长PM段200km，MN段140km，NQ端260km。故障位置：MN段Ⅱ回线距M端90km处发生A相接地故障。接地阻抗0Ω，初始故障角90°,采样率为1MHz。

（1） 根据说明书中的步骤 （1）得到3条线路的电流行波数据、、，并利用相模变换矩阵Q分别求取各条线路α模电流行波。

       其中：

（2） 将（1）中3条线路α模电流行波进行小波分解，得到各条出线的频率范围在250KHz~500KHz的第一尺度小波系数，其曲线图如3所示。

（3）根据说明书中的步骤（3）计算各条出线第一尺度小波系数间的相对极性；

得r₁₁= r₂₂= r₃₃=1， r₁₂= r₂₁=1，r₁₃= r₃₁=-1，r₂₃= r₃₂=-1。

（4）根据说明书中的步骤（4）得到同塔双回输电线路故障选线矩阵R如下式：

从上式可以看出只有第3行元素的“-1”个数为2，按照图2所示的流程图，结合图1中保护装置的位置可知，线路MN段Ⅱ回线为故障线路。

实施例4：500kV双回输电线路系统图如图1所示。其线路参数如下：线路全长PM段200km，MN段140km，NQ端260km。故障位置：母线M发生故障，采样率为1MHz。

（1） 根据说明书中的步骤 （1）得到3条线路的电流行波数据、、，并利用相模变换矩阵Q分别求取各条线路α模电流行波。

       其中：

（2） 将（1）中3条线路α模电流行波进行小波分解，得到各条出线的频率范围在250KHz~500KHz的第一尺度小波系数，其曲线图如3所示。

（3）根据说明书中的步骤（3）计算各条出线第一尺度小波系数间的相对极性；

得r₁₁= r₁₂= r₂₁= r₂₂=r₁₃= r₃₁=r₂₃= r₃₂= r₃₃ =1。

（4）根据说明书中的步骤（4）得到同塔双回输电线路故障选线矩阵R如下式：

从上式可以看出R中所有的元素都为“1”，按照图2所示的流程图，结合图1中保护装置的位置可知，故障发生在母线M。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。