CN102183708A - 广域行波测距方法 - Google Patents

Abstract

一种广域行波测距方法，属于电网故障排查技术领域，具体涉及一种电力网发生扰动后利用广域行波信息的扰动线路选择和扰动点的精确定位方法。其特征在于，通过安装在变电站的行波记录仪、GPS同步时钟、通讯和后台计算机记录扰动后的行波信号，根据电力网发生扰动后产生的行波可以行进到电网各变电站的特性，利用广域行波信息确定扰动线路，进行扰动点的精确定位。本方法使用多个变电站行波信息，可避免目前存在的某一个变电站行波测距装置异常导致的测距失败，增强了整个行波测距系统的可靠性。既可以进行保护跳闸的故障测距，也可以对电网较小的扰动进行定位，应用范围更宽。有效提高线路供电可靠性。

Description

广域行波测距方法

技术领域

广域行波测距方法，属于电网故障排查技术领域，具体涉及一种电力网发生扰动后利用广域行波信息的扰动线路选择和扰动点的精确定位方法。

背景技术

作为一种精确故障定位技术，行波测距在电力系统中得到了广泛应用，但现有的系统大多是以本线路双端行波测距进行配置，没有充分使用相邻变电站测距装置记录到的行波信息，存在着某一个变电站行波测距装置异常导致的测距失败现象。随着测距装置应用数量的增加，行波测距已经可以组网使用，为充分地利用全网的故障行波信息，进一步提高测距的可靠性和精度创造了条件。

行波从扰动点产生后沿线路行进到线路两侧变电站，并可以通过变电站母线透射到该母线上的其他线路，进而行进到相邻变电站。通过记录到达这些变电站的行波信息可以进行测距和结果可信性验证。对于线路上引起保护动作的扰动，行波测距系统可以通过引入保护动作信号来准确获知故障线路，进而完成基于全网行波信息的故障测距。

行波测距系统为可靠记录线路的扰动，避免拒动而导致测距失败，启动的门槛设置较低，与保护相比灵敏度高。所以在线路上存在着大量可以使行波测距装置启动而没有使继电保护动作的扰动，现场运行的经验也证明了这一点。

目前在电力系统内运行的行波测距系统，一般只采集电流行波或只采集电压行波，无法构成方向行波，无法判断扰动行波信号来自于区内还是区外，也就不知道确切的扰动线路。对于未引起保护动作的线路扰动，如果根据行波记录的信号判断出扰动线路，是可以准确定位扰动点的。而线路上的扰动点一般都是绝缘薄弱点，电力部门可以在计划检修时重点检查扰动点，则可以防患于未然，最大可能减少电力线路故障的可能性，变被动的故障检修为主动的计划检修。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种利用广域行波信息对于线路上引起保护动作的大扰动和没有引起保护动作的小扰动进行扰动线路选择和扰动点的精确定位方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该广域行波测距方法，其特征在于，步骤依次为：1)通过行波测距主站收集由各变电站采集的扰动行波信息记录，建立扰动行波信息记录集合，以最早检测到行波信号的变电站为中心站，采用数学图论中的经典广度优先搜索算法(Breadth-First-Search)动态计算电力网络的最大网络宽度并换算为最大时间差，以中心站扰动记录时间为基准初步筛选出扰动行波信息记录集合中的有效数据；2)在初步筛选出的有效数据中，以最早检测到行波信号的变电站为中心站，进行广域搜索，获得行波网络扰动有效区域；3)在行波网络扰动有效区域内计算各变电站间最短路径及长度；4)根据扩展后的广域双端行波测距原理，计算包含最早检测到行波信号的变电站的所有最短路径获得的扰动点可能位置结果的集合，并对扰动点可能位置结果的集合进行判断，确定扰动线路和扰动点。

其中，步骤2)中所述的获得行波网络扰动有效区域的方法具体为：根据扰动点位于最早检测到行波信号变电站和其他检测到行波信号的变电站的最短电气距离的1/2之内的特性，以最早记录到行波的变电站为第一级，按网络拓扑方式进行广域搜索，以搜索到的有行波记录的变电站作为第二级，搜索到第三级变电站结束，将所有搜索到的变电站区域作为行波网络扰动有效区域。

其中，步骤3)中所述的在行波网络扰动有效区域内计算各变电站间最短路径及长度的方法具体为：

a)以线路长度作为权构造电力网络的带权邻接矩阵A，并获得初始距离矩阵

和最短路径矩阵

其中

b)计算迭代矩阵

和最短路径矩阵

其中

$d_{\mathrm{ij}}^{\left(k\right)}=\min \{d_{\mathrm{ij}}^{(k-1)},d_{\mathrm{ir}}^{(k-1)}+d_{\mathrm{rj}}^{(k-1)}\},(r=\mathrm{1,2},...,n)$

若

则记录变电站v_i，即

表明从变电站v_i到v_j的路径经过v_l后路长变短，否则

c)若D^(k)＝D^(k-1)，迭代结束，则获得了所有变电站之间的最短路径及其距离。

其中，步骤4)中所述计算包含最早检测到行波信号的变电站的所有最短路径获得的扰动点可能位置结果的集合的方法具体为：

设L_ABCD是经过变电站A、B、C、D路径上的线路长度，v是线路上的波速度，X_ABF是从变电站A到扰动点F的距离，X_DCF是从变电站D到扰动点F的距离，T_a、T_d是在变电站A和D记录到的行波到达时刻，则

当X_ABF或X_DCF等于该线路全长L_ABCD时，则该线路不是扰动路径，当X_ABF或X_DCF小于该线路全长L_ABCD时，则该路径是扰动路径，且计算结果就是可能的扰动点，当所有X_ABF或X_DCF等于该线路全长L_ABCD时，则可确定是中心变电站发生扰动。

与现有技术相比，本发明广域行波测距方法所具有的有益效果是：

1、本方法使用多个变电站行波信息，可避免目前存在的某一个变电站行波测距装置异常导致的测距失败，增强了整个行波测距系统的可靠性。

2、由于本方法只使用行波信息，不依赖保护信息，所以既可以进行保护跳闸的故障测距，也可以对电网较小的扰动进行定位，应用范围更宽。对扰动行波进行分析利用，在一定程度上可以在电力线路故障发生前发现线路绝缘薄弱点，并在电力线路计划检修或由于其他原因巡线时提供参考，防患于未然，进而提高线路供电可靠性。

3、对于规模比较大的电力网络，在极端条件下，例如雷雨、大风时，有可能出现不同地点同时发生扰动。对于非相邻线路同时扰动的情况，本方法在扰动线路和扰动点计算时，通过行波网络有效计算区域的确定，可以将量测点记录初始行波到达有效时刻进行分组并单独应用行波网络定位方法计算扰动点。计算规模由整个电网简化为局部网络，并可以适应电力网络多点发生扰动的情况。

附图说明

图1广域行波测距系统示意图；

图2广域行波测距算法流程框图；

图3扩展双端测距原理示意图。

其中：A、B、C、D为四个变电站，F点为线路BC上的扰动点，T_a、T_b、T_c、T_d，为发生扰动时行波初始波头到达该变电站时刻。

图1～3是本发明广域行波测距方法的最佳实施例，下面结合附图1～3对本发明做进一步说明：

具体实施方式

该广域行波测距方法通过安装在变电站的行波记录仪、GPS同步时钟、通讯和后台计算机记录扰动后的行波信号，根据电力网发生扰动后产生的行波可以行进到电网各变电站的特性，利用广域行波信息确定扰动线路进行扰动点的精确定位，如图1所示，在各变电站安装专用行波信号检测装置、对时装置，并配合通讯系统实现行波信号的采集，上传。其中，检测装置可以有多种形式，包括能够记录扰动行波波形的复合型装置和仅仅记录扰动行波触发时刻的简便型装置等。由于本发明对变电站设备的时间精度要求较高，为微秒(us)级，一般需采用GPS全球卫星定位系统对时技术。通讯网络可以是电话拨号网、电力系统综合数据网或专网。

广域行波测距主站系统一般为通用计算机，运行广域行波测距主站软件。该软件可以接收变电站内行波信号检测装置记录的扰动记录，并按照图2所示的广域行波测距算法流程计算扰动线路和扰动点。

广域行波测距软件算法计算步骤如下：

(1)首先进行扰动记录集的筛选，即以最早检测到行波信号的变电站为中心站，使用图论中的广度优先搜索算法(Breadth-First-Search)动态计算电力网络的最大网络宽度并换算为最大时间差，以中心站扰动记录时间为基准初步筛选有效数据。

(2)在初步筛选出的有效记录集中，以最早检测到行波信号的变电站为中心站，按网络拓扑进行广域搜索，以搜索到的有行波记录的变电站作为第二级，搜索到第三级变电站结束。所有搜索到的变电站区域作为行波网络扰动有效区域。

(3)计算行波网络有效计算区域内的各变电站间最短路径计算，其算法步骤如下：

第一步，以线路长度作为权构造电力网络的带权邻接矩阵A，并获得初始距离矩阵

和最短路径矩阵

其中

第二步，计算迭代矩阵和最短路径矩阵

其中的

$d_{\mathrm{ij}}^{\left(k\right)}=\min \{d_{\mathrm{ij}}^{(k-1)},d_{\mathrm{ir}}^{(k-1)}+d_{\mathrm{rj}}^{(k-1)}\},(r=\mathrm{1,2},...,n)$

相应的，若上式中比较后

则记下变电站v_l，即

表明从变电站v_i到v_j的路径经过v_l后路长变短。否则

第三步，若D^(k)＝D^(k-1)，迭代结束。至此，获得了所有变电站之间的最短路径及其距离。

(4)利用计算出的行波网络有效计算区域内各变电站之间的最短路径矩阵P^(k)和最短路径矩阵距离矩阵D^(k)，进行初始行波到达时刻配对计算。使用扩展后的广域双端行波测距原理计算包含最早检测到行波信号变电站的所有最短路径获得扰动点可能位置结果的集合。广域双端行波测距原理如图3所示，在线路BC上的F点发生扰动，行波初始波头到达变电站A、B、C、D的时刻分别是T_a、T_b、T_c、T_d，则其计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{ABF}}=\frac{1}{2}[(T_a-T_d)\·v+L_{\mathrm{ABCD}}]\\ X_{\mathrm{DCF}}=\frac{1}{2}[(T_d-T_a)\·v+L_{\mathrm{ABCD}}]\end{array}\right.$

其中L_ABCD是经过变电站A、B、C、D路径上的线路长度，v是线路上的波速度，X_ABF是从变电站A到扰动点F的距离，X_DCF是从变电站D到扰动点F的距离。T_a、T_d是在变电站A和D记录到的行波到达时刻。同样的也可以使用变电站A、C或变电站B、D的扰动初始行波到达时刻进行计算得到扰动点。这个双端行波测距的扩展计算公式是广域行波测距的基本计算公式。

计算结果等于该线路全长则说明对应的两个变电站记录的初始行波到达时刻记录正确，将该变电站的置信系数加1。计算结果不等于该线路全长的变电站则不改变其置信系数。

所有置信系数不为0的变电站说明其行波启动时间得到校验是可信的。

(5)以最早量测到行波信号的变电站为中心起点，查找所有可能行波发散传播路径。先查找所有第二级变电站，如果该变电站有行波启动数据且置信系数不等于0，则记录这条路径；如果该变电站无行波启动数据或置信系数等于0，则查找相关的第三级变电站，如行波数据有效则记录该路径。

(6)根据查找出的所有可能行波传播路径，并对使用扩展后的广域双端行波测距原理计算公式进行配对计算的结果进行判断，计算结果等于该线路全长则不是扰动路径，小于线路全长，则该路径是扰动路径，且计算结果就是可能的扰动点。如果所有路径计算都等于路径全长则是中心变电站发生扰动。

(7)取一个误差上限ξ，对可能的扰动点结果集进行分组统计，若|r_n-R_m|＜ξ则记录为组R_m的成员，其中r_n是扰动点结果集中第n个扰动点计算结果，R_m是第m组的扰动点计算结果。统计后成员最多的扰动点记录组R_m的扰动点位置就是最后计算出的扰动线路的扰动点。

(8)输出综合判断后的扰动线路和扰动点结果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种广域行波测距方法，其特征在于，步骤依次为：1)通过行波测距主站收集由各变电站采集的扰动行波信息记录，建立扰动行波信息记录集合，以最早检测到行波信号的变电站为中心站，采用数学图论中的经典广度优先搜索算法动态计算电力网络的最大网络宽度并换算为最大时间差，以中心站扰动记录时间为基准初步筛选出扰动行波信息记录集合中的有效数据；2)在初步筛选出的有效数据中，以最早检测到行波信号的变电站为中心站，进行广域搜索，获得行波网络扰动有效区域；3)在行波网络扰动有效区域内计算各变电站间最短路径及长度；4)根据扩展后的广域双端行波测距原理，计算包含最早检测到行波信号的变电站的所有最短路径获得的扰动点可能位置结果的集合，并对扰动点可能位置结果的集合进行判断，确定扰动线路和扰动点。

2.根据权利要求1所述的广域行波测距方法，其特征在于：步骤2)中所述的获得行波网络扰动有效区域的方法具体为：根据扰动点位于最早检测到行波信号变电站和其他检测到行波信号的变电站的最短电气距离的1/2之内的特性，以最早记录到行波的变电站为第一级，按网络拓扑方式进行广域搜索，以搜索到的有行波记录的变电站作为第二级，搜索到第三级变电站结束，将所有搜索到的变电站区域作为行波网络扰动有效区域。

3.根据权利要求1所述的广域行波测距方法，其特征在于：步骤3)中所述的在行波网络扰动有效区域内计算各变电站间最短路径及长度的方法具体为：

a)以线路长度作为权构造电力网络的带权邻接矩阵A，并获得初始距离矩阵

和最短路径矩阵

其中

b)计算迭代矩阵

和最短路径矩阵

其中

$d_{\mathrm{ij}}^{\left(k\right)}=\min \{d_{\mathrm{ij}}^{(k-1)},d_{\mathrm{ir}}^{(k-1)}+d_{\mathrm{rj}}^{(k-1)}\},(r=\mathrm{1,2},...,n)$

若

则记录变电站v_i，即

表明从变电站v_i到v_j的路径经过v_l后路长变短，否则

c)若D^(k)＝D^(k-1)，迭代结束，则获得了所有变电站之间的最短路径及其距离。

4.根据权利要求1所述的广域行波测距方法，其特征在于：步骤4)中所述计算包含最早检测到行波信号的变电站的所有最短路径获得的扰动点可能位置结果的集合的方法具体为：

设L_ABCD是经过变电站A、B、C、D路径上的线路长度，v是线路上的波速度，X_ABF是从变电站A到扰动点F的距离，X_DCF是从变电站D到扰动点F的距离，T_a、T_d是在变电站A和D记录到的行波到达时刻，则

当X_ABF或X_DCF等于该线路全长L_ABCD时，则该线路不是扰动路径，当X_ABF或X_DCF小于该线路全长L_ABCD时，则该路径是扰动路径，且计算结果就是可能的扰动点，当所有X_ABF或X_DCF等于该线路全长L_ABCD时，则可确定是中心变电站发生扰动。

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