一种利用线路两端电流行波与电压行波的输电线路故障测距方法

摘要

本发明涉及一种利用线路两端电流行波与电压行波的输电线路故障测距方法，属于电力系统故障测距技术领域。当输电线路发生故障时，从线路两端量测点分别获取线路的电流行波与电压行波；对线路两端获取的电流行波与电压行波分别通过连续小波变换进行反射波波头识别，并根据初始行行波波头与发射波波头得到四组故障距离数据，通过对四组数据的采用全局几何平均最优法进行综合整定得到故障距离，实现输电线路的故障测距。本发明可以有效的提高输电线路故障测距的准确度，具有较高的可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用线路两端电流行波与电压行波的输电线路故障测距方法，属于电力系统故障测距技术领域。

背景技术

输电线路是电力传输的纽带，作为电力系统重要组成部分的同时也占有非常重要的地位。当输电线路发生故障时，快速准确的确定故障位置有助于及时修复故障线路，减轻了巡线压力并且大大缩短故障时间，如何快速准确的确定故障位置对电力系统的安全稳定和经济运行都十分重要。

在行波法测距中，如果在线路一段电气接线方式为单出线，由于线路末端只有一回出线电流行波无法反射，电流行波将会直接被消纳，不容易提取，因此仅用电流行波进行故障测距不能很好的保障故障定位的准确性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了避免输电线路一段电气接线方式为单出线时对故障测距造成的不良影响，提出一种利用线路两端电流行波与电压行波的输电线路故障测距方法。

本发明的技术方案是：一种利用线路两端电流行波与电压行波的输电线路故障测距方法是：当输电线路发生故障时，从线路两端量测点分别获取线路的电流行波与电压行波。电流行波在故障点的反射波与初始行波极性相同，而电压行波在故障点的反射波与初始行波极性相反。对线路两端获取的电流行波与电压行波分别通过连续小波变换进行反射波波头识别，并根据初始行行波波头与发射波波头得到四组故障距离数据，通过对四组数据的采用全局几何平均最优法进行综合整定得到故障距离，实现输电线路的故障测距。

具体步骤为：

(1)当输电线路发生故障时，从输电线路两端量测点分别获取线路的电流行波与电压行波。当故障发生后，量测端M和量测端N测量到的故障电流、电压值分别为；

式中τ_m、τ_n分别表示线路中电流行波和电压行波从故障点F到达量测端M和量测端N所需要的时间；Z表示输电线路的波阻抗；β_m、β_n分别表示量测端M和量测端N的发射系数。

公式(1)中电流i_m、i_n前两项u_F(t-τ_m)+β_mu_F(t-τ_m)与u_F(t-τ_n)+β_nu_F(t-τ_n)表示输电线路发生故障时，故障点F产生的首个电流行波波头分量；电流i_m、i_n后两项与表示初始电流行波在发生全反射后，回到量测端M和量测端N的反射波波头分量。公式(1)中电压u_m、u_n前两项-u_F(t-τ_m)-β_mu_F(t-τ_m)与-u_F(t-τ_n)-β_nu_F(t-τ_n)表示输电线路发生故障时，故障点F产生的首个电压行波波头分量；电压u_m、u_n后两项与表示初始电压行波在发生全反射后，回到量测端M和量测端N的反射波波头分量。

(2)采用clarke变换矩阵对获取的电流行波与电压行波进行相模变换，Clarke变换矩阵如下所示：

式中，a＝e^j120°；

对相模变换后的线模分量分别用连续小波变换求取其信号的突变点，即奇异点；根据行波信号随着小波变换尺度增大其模极大值也随之增大的原理，确定并分别记录各组波形的模极大值，并根据其模极大值确定故障行波初始波头与反射波波头；因为连续小波变换在低尺度上时间定位能力强，进而模极大值出现的最小尺度上确定故障行波初始波头与反射波波头对应的时间。连续小波变换公式如下所示：

式中，a为尺度因子，a∈R且a≠0；b为平移因子；Ψ为基小波；

(3)利用故障行波的初始波头与反射波波头的对应时间，，分别计算出量测端M、量测端N获取的电流行波与电压行波的故障距离，故障距离计算公式如下：

式中，Δt＝t₁-t₂，t₁为初始行波到达量测端时间，t₂为反射波到达量测端时间；x为故障点F距量测端M(或量测端N)的距离的距离；v为波速；

(4)得到故障距离数据x_im，x_um，(L-x_in)，(L-x_un)，其中L为线路全长，x_im为M端电流行波计算得出的故障距离，x_um为M端电压行波计算得出的故障距离，x_in为N端电流行波计算得出的故障距离，x_un为N端电压行波计算得出的故障距离；

(5)用全局几何平均最优法对故障距离数据进行综合整定，得出故障距离x，全局几何平均最优法公式如下：

式中，x*为故障距离x的误差，x_i为计算得出的故障距离数据，N为故障距离数据的个数。

本发明的有益效果是：

1、本发明在输电线路一段电气接线方式为单出线(某些直接连接电厂)时，不受电流行波不容易提取的影响，提高了故障定位的准确性。

2、本发明同时获取故障电流行波与故障电压行波数据，大大的提高了故障定位的精确度。

3、本发明对多组故障数据采用了全局几何平均最优法进行优化，提高了故障数据处理速度与故障定位的精度。

附图说明

图1是本发明故障位于半线长之内故障行波网格图；

图2是本发明输电线路仿真模型示意图；

图3是本发明故障时首端电流波形图；

图4是本发明故障时首端电压波形图；

图5是本发明故障时末端电流波形图；

图6是本发明故障时末端电压波形图；

图7是本发明故障时首端电流波形的连续小波变换结果图；

图8是本发明故障时首端电压波形的连续小波变换结果图；

图9是本发明故障时末端电流波形的连续小波变换结果图；

图10是本发明故障时末端电压波形的连续小波变换结果图。

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。

一种利用线路两端电流行波与电压行波的输电线路故障测距方法，当输电线路发生故障时，从线路两端量测点分别获取线路的电流行波与电压行波；对线路两端获取的电流行波与电压行波分别通过连续小波变换进行反射波波头识别，并根据初始行行波波头与发射波波头得到四组故障距离数据，通过对四组数据的采用全局几何平均最优法进行综合整定得到故障距离，实现输电线路的故障测距。

具体步骤为：

(1)当输电线路发生故障时，从输电线路两端量测点分别获取线路的电流行波与电压行波；

(2)采用clarke变换矩阵对获取的电流行波与电压行波进行相模变换，Clarke变换矩阵如下所示：

式中，a＝e^j120°；

对相模变换后的线模分量分别用连续小波变换求取其信号的突变点，即奇异点；根据行波信号随着小波变换尺度增大其模极大值也随之增大的原理，确定并分别记录各组波形的模极大值，并根据其模极大值确定故障行波初始波头与反射波波头，连续小波变换公式如下所示：

式中，a为尺度因子，a∈R且a≠0；b为平移因子；Ψ为基小波；

(3)利用故障行波的初始波头与反射波波头的对应时间，，分别计算出量测端M、量测端N获取的电流行波与电压行波的故障距离，故障距离计算公式如下：

式中，Δt＝t₁-t₂，t₁为初始行波到达量测端时间，t₂为反射波到达量测端时间；x为故障点F距量测端M(或量测端N)的距离的距离；v为波速；

(4)得到故障距离数据x_im，x_um，(L-x_in)，(L-x_un)，其中L为线路全长，x_im为M端电流行波计算得出的故障距离，x_um为M端电压行波计算得出的故障距离，x_in为N端电流行波计算得出的故障距离，x_un为N端电压行波计算得出的故障距离；

(5)用全局几何平均最优法对故障距离数据进行综合整定，得出故障距离x，全局几何平均最优法公式如下：

式中，x*为故障距离x的误差，x_i为计算得出的故障距离数据，N为故障距离数据的个数，N＝4。

实施例1：如图2所示220kV输电线路仿真模型线路全长110km。假设距A点700km处发生A相接地故障。

从输电线路两端量测点获取电流行波与电压行波，波形如图3、图4、图5、图6所示。通过MATLAB程序对如上波形进行相模变换及连续小波变换处理，其结果如图7、图8、图9、图10所示，根据连续小波变换求得故障距离分别为：

x_im＝74.712km

x_um＝72.519km

(L-x_in)＝67.326km

(L-x_un)＝68.136km

将故障数据带入全局几何平均最优法公式

得出故障距离x＝70.673，误差为0.673km。

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。