基於雙數據源的直流輸電線路故障測距方法與流程
2023-06-01 03:08:51 2
本發明涉及高壓直流輸電線路故障測距領域，具體涉及一種基於雙數據源的直流輸電線路故障測距方法。
背景技術：
近年來，高壓直流輸電線路在我國得到了廣泛應用，而其故障定位技術一直是國內外專家研究的重點內容。
我國的國土遼闊，用電量和用電需求極大，而資源卻呈現逆向分布。因此高壓直流輸電技術對於我國有著極大的現實意義。但高壓直流輸電線路過長，且穿越的地形極其複雜等實際情況給傳統故障定位方法帶來了挑戰。故障巡線難度增大，永久性故障的恢復時間也大大延長。
目前傳統高壓直流輸電線路的故障定位主要有兩種：行波法和故障分析法。這兩種方法雖然都可以起到定位效果，但是在實際工程中都各有不足。故障分析測距的方法受到系統運行方式、線路參數、過渡電阻等因素的影響較大，國內相關標準中規定測距誤差應在線路全長10％以內，但實際工程中往往無法達到要求。而行波測距的方法雖然能夠滿足精度要求，但具有採樣率較高、高阻接地故障時可靠性較低、自動識別反射波難度較大等問題，且在長期運行中也暴露出啟動可靠性相對較低的問題。
技術實現要素：
本發明為了解決上述技術問題提供一種基於雙數據源的直流輸電線路故障測距方法。
本發明通過下述技術方案實現：
基於雙數據源的直流輸電線路故障測距方法，包括以下步驟：
A、對線路兩側的電壓、電流分別進行常規採樣和高速採樣，此處的常規採樣即採樣率較低，一般為幾十千赫茲，而高速採樣即採樣率較高，一般能達到幾兆赫茲；
B、根據貝瑞隆模型對常規採樣數據進行時域法測距計算，分別得到t時刻距離測量端x處的電壓uk(x,t)和t時刻距離對端x處的電壓um(x,t)，當兩電壓值相等時，得到可能故障距離x；
C、根據高速採樣數據進行單端行波法測距計算可能故障點；
D、根據步驟B和步驟C所得結果排除故障點，得到最終故障點位置。
本方案是一種將行波法和時域法相結合的方法，創造了一種基於雙端數據的複合判據，從而能夠很好的解決傳統測距的問題和不足。該方法通過利用雙端數據，分別使用時域法測距和行波法測距，計算出可能故障點，並排除虛假故障點從而得到精確定位位置。採用該方法使得測距更加精準、可靠，對線路故障後快速排查故障、恢復供電以及交直流供電系統的穩定有著重要的意義。
所述uk(x,t)利用測量端電壓/電流計算得到，具體為：
其中，Zc、r、v分別為線路的特徵阻抗、單位長度電阻、波速；ik(t)為t時刻測量端電流；uk(t)為t時刻測量端電壓。
所述um(x,t)利用對端電壓/電流計算得到，具體為：
im(t)為t時刻對端電流；um(t)為t時刻對端電壓。
所述步驟B中，可能故障距離x為f(x,t)＝0時的值，其中：
其中，l為線路全長，tt-t1為所取的冗餘數據長度。
步驟C具體方法為：
上述公式分別為單端行波法測距和雙端行波法測距計算公式。其中，t1、t2分別為故障點反射波和對端母線反射波到達測量端的時間。
所述步驟D具體為：利用步驟D所得結果驗證步驟C所得結果，當兩個結果誤差小於100m時判定為正確故障點；當兩個結果誤差過大時，則調整時域法窗口，通過改變冗餘數據窗長度再次計算可能故障點直至兩者結果吻合。若當傳統行波保護保護應啟動異常無法完成故障定位時，則通過時域法啟動定位功能，從而大大增大了測距裝置的可靠性。
本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：
本發明將行波法和時域法相結合，利用行波法分析結果來驗證時域法分析結果，使得測距更加精準、可靠。
附圖說明
此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，並不構成對本發明實施例的限定。在附圖中：
圖1為本發明結構示意圖。
圖2為距離k端100km處發生線路經100Ω過渡電阻接地故障時的定位結果。
圖3為距離k端600km處發生線路經100Ω過渡電阻接地故障時的定位結果。
圖4為單端電壓波形圖。
圖5為暫態電壓放大圖。
圖6為小波係數圖。
圖7為小波係數極大值圖。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的示意性實施方式及其說明僅用於解釋本發明，並不作為對本發明的限定。
實施例1
基於雙數據源的直流輸電線路故障測距方法，包括以下步驟：
A、對線路兩側的電壓、電流分別進行常規採樣和高速採樣；
B、根據貝瑞隆模型對常規採樣數據進行時域法測距計算，分別得到t時刻距離測量端x處的電壓uk(x,t)和t時刻距離對端x處的電壓um(x,t)，當兩電壓值相等時，得到可能故障距離x；
C、根據高速採樣數據進行單端行波法測距計算可能故障點；
D、根據步驟B和步驟C所得結果排除故障點，得到最終故障點位置。
如圖1所示，在貝瑞隆模型中，測量端即k端，對端即m端。R即直流輸電線路的等效電阻，k』、k」、m』、m」均指線路上的點。
實施例2
本實施例在上述實施例的基礎上做了細化，即所述uk(x,t)利用測量端電壓/電流計算得到，具體為：
其中，Zc、r、v分別為線路的特徵阻抗、單位長度電阻、波速；ik(t)為t時刻測量端電流；同理的，ik(t-x/v)為t時刻前x/v時刻的電流；uk(t)為t時刻測量端電壓；同理的，uk(t+x/v)為t時刻後x/v時刻的測量端電壓。
所述um(x,t)利用對端電壓/電流計算得到，具體為：
im(t)為t時刻對端電流；um(t)為t時刻對端電壓。
所述步驟B中，可能故障距離x為f(x,t)＝0時的值，其中：
其中，l為線路全長，tt-t1為所取的冗餘數據長度。
步驟C具體方法為：
其中，t1、t2分別為故障點反射波和對端母線反射波到達測量端的時間。
所述步驟D具體為：利用步驟D所得結果驗證步驟C所得結果，當兩個結果誤差小於100m時判定為正確故障點；當兩個結果誤差過大時，即誤差大於等於100m時，則調整時域法窗口，通過改變冗餘數據窗長度再次計算可能故障點直至兩者結果吻合。
實施例3
本實施例在上述實施例的基礎上公開一仿真實例，以驗證本方法的優越性。
本實施例用PSCAD和MATLAB軟體進行仿真驗證。
以500kV的單極直流輸電系統為例，進行仿真建模。線路全長l＝1109km，採用貝瑞隆模型，用PSCAD進行電力系統仿真，Matlab進行算法仿真。輸電線路參數如下：r＝0.025ohm/km；L0＝5.968mH/km；C0＝130nF/km；接地電阻：Rf＝100Ω。在PSCAD仿真時，故障發生在t＝0.7s時刻。時域分析法時，仿真數據採樣頻率為20KHz；單端行波法時，仿真數據採樣頻率為1MHz。
時域法仿真
圖2給出了距離k端100km處發生線路經100Ω過渡電阻接地故障時的定位結果。圖3給出了距離k端600km處發生線路經100Ω過渡電阻接地故障時的定位結果。圖中橫軸為距離，單位為千米；縱軸為判據函數f(x)的幅值。判據函數f(x)的值在故障點處最小，由此便可實現線路故障點的準確定位。故障點在100km和600km處的誤差分別為5km和6km，佔線路全長的0.45％和0.54％。
行波法仿真
如圖4-7所示，由於換流閥的導通/關斷帶來數量較多的換流閥幹擾，這會對反射波識別造成幹擾。圖7中的標示1表示初始行波，標示2表示故障點反射波，標示3、4均表示換流閥幹擾波。以圖中標註為例，對應故障點距離分別為約100km、421km以及127km，從行波法角度驗證了時域法定位結果只有100km才是真實的。
通過幅值、極性結合時域法定位時間窗可對反射波進行篩選篩選可知：當故障點距離100km，故障過渡電阻1歐姆時，故障初始波頭時刻t0＝345，故障點反射波時刻t1＝1030，波速設定為0.294m/us，故障點位置為距離測量端100.69km，誤差約為690m，測距精度較時域法有所提高。
以上所述的具體實施方式，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。