基于EMTR的柔性直流线路故障测距方法

摘要

一种基于EMTR的柔性直流线路故障测距方法，通过预先建立实际系统的仿真系统，并在故障时将线路中测得的故障电流经过EMTR变换后输入仿真系统，进而在仿真系统中得到线路各处电流有效值，电流有效值最大处即为故障点，本发明不需要高采样率，能够识别应用于各种故障类型，抗过度电阻能力强，不受线路边界条件的影响，可以有效的解决不同换流站时间不同步问题。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种线路故障检测领域的技术，具体是一种基于EMTR的柔性直流线路故障测距方法。

背景技术

柔性直流输电系统根据换流站的类型可分为两电平系统、三电平系统(VSC-HVDC)和多电平系统(MMC-HVDC)，柔性直流输电系统多采用电缆输电且换流站的类型复杂。高压直流输电一般为长线路，通常采用基于行波原理的线路故障测距方法，但其辨识度不够。电磁时间反转(electromagnetic timereversal，EMTR)即将信号在时间尺度上做镜像变换。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN104360222A，公开日为2015年02月18日，公开了一种高压/特高压直流线路故障电压行波快速计算方法，包括下述步骤：获取相-频域故障点注入电流I_f及系统节点电压方程；获取直流线路端与故障点互阻抗的若干个采样值；将得到的频率响应沿(FΩ)频率轴划分为N段，并给定每个频段上的阶数初始范围[N_mink,N_maxk]；计算具有N_p阶的拟合函数F^*(k+1)在该段产生的误差函数F_k＝F(Ω_k)-F^*(k+1)(Ω_k)，将E_k作为第k段的VF法的拟合对象；k＝1时，终止计算，输出N_p阶F^*(1)为频率响应F(Ω)的最终拟合结果；得到线路端暂态电压行波U的频域方程；通过拉氏逆变换实现频-时域转换，获取其时域表达式u(t)。但该技术基于行波原理，辨识度较低。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于EMTR的柔性直流线路故障测距方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明通过预先建立实际系统的仿真系统，并在故障时将线路中测得的故障电流经过EMTR变换后输入仿真系统，进而在仿真系统中得到线路各处电流有效值，电流有效值最大处即为故障点。

所述的EMTR变换指将故障电流的函数中的自变量t代替为T-t得到反转电流，其中：t为测量时间，T为故障记录时长。

所述的电流有效值其中：为仿真系统中线路x处的反转 电流，Δt为采样时间间隔。

本发明的具体步骤包括：

1)记录实际系统的故障电流；

2)设置仿真系统的系统参数；

3)将故障电流进行EMTR变换得到对应的反转电流；

4)在仿真系统中计算线路各处电流有效值，得出电流有效值的最大值所对应位置即为故障点处。

所述的故障电流包括正极左端故障电流i_MP、正极右端故障电流i_NP、负极左端故障电流i_MN以及负极右端故障电流i_NN，对应的反转电流为正极左端反转电流正极右端反转电流负极左端故障电流以及负极右端故障电流

所述的系统参数包括：仿真系统的拓扑结构、线路两端的等效阻抗以及计算步长Δx。

技术效果

与现有技术相比，本发明不需要高采样率，能够识别应用于各种故障类型，抗过度电阻能力强，不受线路边界条件的影响，可以有效的解决不同换流站时间不同步问题。

附图说明

图1为双端柔性直流输电系统示意图；

图2为柔性直流输电线路故障示意图；

图3为实施例1的方法流程示意图；

图4为反转电流注入仿真系统示意图；

图5为不同过渡电阻的测距结果；

图6为不同故障类型的测距结果；

图7为不同时间同步误差的测距结果。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例涉及的双端柔性直流输电系统包括：交流系统、变压器、换流站和直流输电线路，其中交流系统包括AC1和AC2。根据换流阀的种类，可以将柔性直流输电系统分为VSC-HVDC和MMC-HVDC，如图1所示，MMC-HVDC系统不需要在换流站并联大电容，而VSC-HVDC需要大电容，电容中性点可接地或不接地。

如图2所示，所述的双端柔性直流输电系统发生故障时，故障点F处的线间电压为U_F。 该故障类型为单极接地故障、双极接地故障或双极短路接地故障。线路两端所测的故障电流大小分别为i_MP、i_NP、i_MN、i_NN，电流方向如图2中所示，线路两端的等效阻抗为Z₁₁、Z₁₂、Z₂₁、Z₂₂。

如图3所示，获得故障点F的故障距离的步骤包括：

1)记录实际系统的故障电流i_MP(0,t)、i_MN(0,t)、i_NP(L,t)、i_NN(L,t)：

如图4所示，所述的故障电流以线路左端为坐标原点建立坐标系，i_MP(0,t)表示在线路正极左端所测得的电流值，其中：0表示其位于坐标原点，t为测量时间；i_MN(0,t)表示在线路负极左端所测得的电流值；i_NP(L,t)表示在线路正极右端距坐标原点L处所测得的电流；i_NN(L,t)表示在线路负极右端所测的电流。

2)设置仿真系统的系统参数：

所述的系统参数包括仿真系统的拓扑结构、线路两端的等效阻抗以及计算步长Δx。所述的仿真系统模拟了实际的线路参数和连接拓扑。将等效阻抗即Z₁₁、Z₁₂、Z₂₁、Z₂₂的值输入仿真系统。所述的计算步长Δx，即线路中每隔Δx的长度计算一次电流有效值。

3)将故障电流进行反转得到对应的反转电流i_MP(0,T-t)、i_MN(0,T-t)、i_NP(L,T-t)、i_NN(L,T-t)：

如图4所示，将故障电流i_MP、i_NP、i_MN、i_NN进行EMTR变换得到所述的EMTR变换指将故障电流中的t代替为T-t，得到对应的反转电流，T表示故障记录时长，即从故障开始时刻记录T时段的故障电流。

4)计算仿真系统中线路各处的电流有效值，得出电流有效值的最大值real为故障距离：

所述的电流有效值其中：的下标x表示仿真系统中距原点的距离，Δt表示采样时间间隔，N表示在T时间内总共采样的离散的故障电流个数。仿真系统中的线路任意x处的电流包括两级电流：和其中：表示在x处线路的正极电流，表示在x处线路的负极电流，和通过图4所示仿真电路在PSCAD/EMDTC计算得出。当取最大值即时，此处的x值即为real值，得到故障距离real。

图5中(a)～(d)表示正极线路在60km、100km、200km、380km处发生不同过渡电阻的接地短路故障后，通过上述方法获得的测距结果。图6给出了在140km处，过渡电阻为100Ω，发生不同类型的故障后，通过上述方法计算得出的测距结果，从图中可以看出不同故障类 型下的测距结果不变。图7为两端换流站的不同时间同步误差情形下线路各处的反转电流值。所述的时间同步误差为不同换流站时间基准源的误差。从图7中可以看出，当时间同步误差Δτ＜500μs时，反转电流的测量值几乎不变；当Δτ＝500μs时，电流波峰开始具有偏移倾向。实际情况中的时间同步误差极少达到500μs，本方法能够有效的应对时间同步误差问题。

本方法不需要高采样率，能够识别应用于各种故障类型，抗过度电阻能力强，不受线路边界条件的影响，可以有效的解决不同换流站时间不同步问题。