CN102253311B - 一种基于实时线路参数测量的双端测距方法 - Google Patents

一种基于实时线路参数测量的双端测距方法 Download PDF

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CN102253311B CN 201110132724 CN201110132724A CN102253311B CN 102253311 B CN102253311 B CN 102253311B CN 201110132724 CN201110132724 CN 201110132724 CN 201110132724 A CN201110132724 A CN 201110132724A CN 102253311 B CN102253311 B CN 102253311B
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Abstract

一种基于实时线路参数测量的双端测距方法,包括以下步骤:1)输电线路发生故障时,数据采集装置对线路两端电压、电流信号进行同步采样,并完成输电线路两侧采样数据的对齐;2)将故障前的电压、电流值代入分布参数方程,获取实时线路参数;3)将实时线路参数及故障时刻电压、电流值代入双端电压沿线分布方程,获取输电线路故障点至参考点的距离。本发明测距精度高,不受线路周边环境及气候等因素的影响,避免了因线路参数不准确而导致的测距误差。本发明通过寻找电压沿线分布方程的规律,快速求解双端测距方程,计算量小,不会发生现有求解方法所存在的可能出现结果不收敛或者存在伪根。本发明利用已投运的数据采集装置,而不必增加新的装置。

Description

一种基于实时线路参数测量的双端测距方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电力系统故障测试,尤其是涉及一种基于实时线路参数测量的双端测距方法。
背景技术
[0002] 现有输电线路的故障点距离测量方法按电气量的获取方式分类,主要有单端测距方法和双端测距方法。单端测距方法是通过测试输电线路一侧的电气量计算故障距离,由于获取的电气量信息有限,难以避免故障点过渡电阻和系统运行参数变化对测距结果的影响;双端测距方法是基于位于输电线路一端的变电站M电压沿线分布方程及另一端的变电站N电压沿线分布方程计算出的故障点电压相等,但是该沿线分布方程具有一定的特殊性,存在实虚部,无法直接求出,而且双端测距方法是通过测试输电线路两侧的电气量和线路参数计算故障距离,在线路参数测试精确时,可以消除故障点过渡电阻和系统运行参数变化对测距结果的影响。但是,线路参数是与线路运行情况、线路周边环境及气候条件密切相关的参数,双端测距求解时运用的线路参数与发生故障的输电线路实际参数有差界,导致双端测距结果存在比较大的误差。此外,现有求解双端测距方程的迭代法或者搜索法,计算量比较大,还可能出现结果不收敛或者存在伪根。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的缺陷,提供一种基于实时线路参数测量的双端测距方法。
[0004] 本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决。
[0005] 这种基于实时线路参数测量的双端测距方法,由测量中心所辖电网的各变电站中已投运的数据采集装置自动完成故障测距,各变电站中已投运的数据采集装置通过高速以太网连接,在线采集电网各种实时信息或记录的采集数据。
[0006] 这种基于实时线路参数测量的双端测距方法的特点是,包括以下步骤:
[0007] I)输电线路发生故障时,数据采集装置对线路两端电压、电流信号进行同步采样,并完成输电线路两侧采样数据的对齐;
[0008] 2)将故障前的电压、电流值代入分布参数方程,获取实时线路参数,所述分布参数方程是考虑了导纳影响的正序分布参数方程,其表达式为:
Figure CN102253311BD00051
[0010] 其演算式为:
Figure CN102253311BD00052
[0012]式中:
[0013] y I为正序传播常数;
[0014] Zcl为正序波阻抗;
[0015] Uml为输电线路m侧正序电压;
[0016] Iffll为输电线路m侧正序电流;
[0017] Unl为输电线路η侧正序电压;
[0018] Inl为输电线路η侧正序电流;
[0019] I为输电线路总长度;
[0020] 3)将实时线路参数及故障时刻电压、电流值代入双端电压沿线分布方程,基于位于输电线路一端的变电站M电压沿线分布方程及另一端的变电站N电压沿线分布方程计算出的故障点电压相等,获取输电线路故障点至参考点的距离,所述双端电压沿线分布方程,包括用于测量输电线路对称性故障点或不对称性故障点至参考点的距离的考虑了导纳影响的正序双端电压沿线分布方程,以及仅用于测量输电线路不对称性故障点至参考点的距离的考虑了导纳影响的负序双端电压沿线分布方程;
[0021 ] 所述考虑了导纳影响的正序双端电压沿线分布方程的表达式为:
Figure CN102253311BD00061
[0023]式中:
[0024] Umfl为输电线路m侧的故障点正序电压;
[0025] Unfl为输电线路η侧的故障点正序电压;
[0026] Im为故障点距离输电线路m侧的变电站M的输电线路长度;
[0027] In为故障点距离输电线路η侧的变电站N的输电线路长度;
[0028] Y1为正序传播常数;
[0029] Zcl为正序波阻抗;
[0030] Uml为输电线路m侧正序电压;
[0031] Iffll为输电线路m侧正序电流;
[0032] Unl为输电线路η侧正序电压;
[0033] Inl为输电线路η侧正序电流;
[0034] 所述考虑了导纳影响的负序双端电压沿线分布方程的表达式为:
Figure CN102253311BD00062
[0036]式中:
[0037] Umf2为输电线路m侧的故障点负序电压;
[0038] Unf2为输电线路η侧的故障点负序电压;
[0039] Im为故障点距离输电线路m侧的变电站M的输电线路长度;
[0040] In为故障点距离输电线路η侧的变电站N的输电线路长度;
[0041] Y2为负序传播常数;
[0042] Zc2为负序波阻抗;[0043] Um2为输电线路m侧负序电压;
[0044] Im2为输电线路m侧负序电流;
[0045] Un2为输电线路η侧负序电压;
[0046] In2为输电线路η侧负序电流。
[0047] 本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。
[0048] 所述步骤I)的数据采集装置对线路两端电压、电流信号进行同步采样的方式有:
[0049] 输电线路两端的数据采集装置对线路两端电压、电流信号进行不间断数据采集;
[0050] 输电线路两端的数据采集装置在输电线路异常时对线路电压、电流信号进行数据采集,数据采集装置采集的数据包括故障前时刻数据;
[0051] 输电线路一侧数据采集装置在输电线路发生异常时对该侧线路电压、电流信号进行数据采集,该数据采集装置采集的数据包括故障前时刻数据;输电线路另一侧数据采集装置对本侧线路电压、电流信号进行不间断数据采集。
[0052] 所述步骤I)的数据采集装置对线路两端电压、电流信号进行同步采样,是对有相应时标的电压、电流信号进行同步采样,所述时标包括数据采集装置外接全球定位系统提供的时标,以及网络传送的时标。
[0053] 所述步骤I)完成输电线路两侧采样数据的对齐,包括由本端数据采集装置获取对端数据采集装置的数据信息并通过采样数据的时标信息实现数据对齐,以及由主站同时获取输电线路两端数据采集装置的数据信息并通过时标信息实现数据对齐。
[0054] 所述步骤2)获取的实时线路参数,包括数值相等的正、负序传播常数,以及数值相等的正、负序波阻抗。
[0055] 所述步骤3)将实时线路参数及故障时刻电压、电流值代入双端电压沿线分布方程,获取输电线路故障点至参考点的距离,双端电压沿线分布方程的求解包括以下子步骤:
[0056] 3.I)将变电站M端和变电站N端的沿线电压曲线分割成有限个单调区间;
[0057] 3.2)判断各单调区间是否为根区间,如果是根区间,表明双端电压沿线分布方程的解可能在该区间内,则采用弦截求根法求解双端电压沿线分布方程;
[0058] 3.3)依据故障点电压最低的特性去除伪根,获取输电线路故障点至参考点的距离。
[0059] 所述子步骤3.I)中的分割成有限个单调区间,是通过寻找单调方向改变点进而划分出求解区间:分别计算电压沿线分布曲线X = O和X = I处的曲线斜率Ktl和K1,如果KtlXK1不小于0,即为整段单调区间曲线,否则,为由两段单调区间曲线组成,再通过斜率逼近二分区间法对单调方向改变点进行快速定位,由此划分出求解区间。
[0060] 所述子步骤3.2)的弦截求根法通过迭代实现,迭代公式为
[0061J -Xk- ,
[0062] 式中dpXH分别为根值范围;当Xk-Xk-! < ε或者f(xk+1) < ε时,g卩取xk+jf (x)的一个根。
[0063] 所述子步骤3.3)的去除伪根基于故障处的电压值最小原理,如果根区间计算出来的电压同时小于该计算区间的两个边界电压,则根为真根,否则为伪根。[0064] 本发明与现有技术对比的有益效果是:
[0065] 本发明采用线路两侧同一时刻的电气量进行测距,并考虑了导纳影响,不存在理论误差,不受故障方式、系统阻抗及过渡电阻影响,测距精度高。所采用的线路参数是实时测量的线路参数,不受线路周边环境及气候等因素的影响,避免了因线路参数不准确而导致的测距误差,提高了故障测距精度及可靠性。本发明通过寻找电压沿线分布方程的规律,依据故障点处电压最低的特性去除伪根,快速求解双端测距方程,计算量小,不会发生现有求解双端测距方程的方法所存在的可能出现结果不收敛或者存在伪根。本发明利用已投运的数据采集装置,而不必增加新的装置,完成输电线路的故障点距离测量。
附图说明
[0066] 附图是本发明具体实施方式的数据采集装置及相关变量示意图。
[0067] 图中:F为输电线路故障点;x为故障点与变电站M之间的输电线路长度;1为变电站M与变电站N之间的输·电线路总长度。·具体实施方式
[0068] 一种基于实时线路参数测量的双端测距方法,由如附图所示的测量中心所辖电网的各变电站中已投运的数据采集装置自动完成故障测距,各变电站中已投运的数据采集装置通过高速以太网连接,在线采集电网各种实时信息或记录的采集数据。
[0069] 本具体实施方式包括以下步骤:
[0070] I)输电线路发生故障时,数据采集装置对线路两端电压、电流信号进行同步采样,并完成输电线路两侧采样数据的对齐;
[0071] 数据采集装置对线路两端电压、电流信号进行同步采样的方式有:
[0072] 输电线路两端的数据采集装置对线路两端电压、电流信号进行不间断数据采集;
[0073] 输电线路两端的数据采集装置在输电线路异常时对线路电压、电流信号进行数据采集,数据采集装置采集的数据包括故障前时刻数据;
[0074] 输电线路一侧数据采集装置在输电线路发生异常时对该侧线路电压、电流信号进行数据采集,该数据采集装置采集的数据包括故障前时刻数据;输电线路另一侧数据采集装置对本侧线路电压、电流信号进行不间断数据采集。
[0075] 数据采集装置对线路两端电压、电流信号进行同步采样,是对有相应时标的电压、电流信号进行同步采样,所述时标包括数据采集装置外接全球定位系统提供的时标,以及网络传送的时标。
[0076] 完成输电线路两侧采样数据的对齐,包括由本端数据采集装置获取对端数据采集装置的数据信息并通过采样数据的时标信息实现数据对齐,以及由主站同时获取输电线路两端数据采集装置的数据信息并通过时标信息实现数据对齐。
[0077] 2)将故障前的电压、电流值代入分布参数方程,获取实时线路参数,分布参数方程是考虑了导纳影响的正序分布参数方程,其表达式为:
Figure CN102253311BD00081
[0079] 其演算式为:
Figure CN102253311BD00091
[0081]式中:
[0082] Y1为正序传播常数;
[0083] Zcl为正序波阻抗;
[0084] Uffll为输电线路m侧正序电压;
[0085] Iffll为输电线路m侧正序电流;
[0086] Unl为输电线路η侧正序电压;
[0087] Inl为输电线路η侧正序电流;
[0088] I为输电线路总长度;
[0089] 获取的实时线路参数,包括数值相等的正、负序传播常数,以及数值相等的正、负序波阻抗。
[0090] 3)将实时线路参数及故障时刻电压、电流值代入双端电压沿线分布方程,基于位于输电线路一端的变电站M电压沿线分布方程及另一端的变电站N电压沿线分布方程计算出的故障点电压相等,获取输电线路故障点至参考点的距离,所述双端电压沿线分布方程,包括用于测量输电线路对称性故障点或不对称性故障点至参考点的距离的考虑了导纳影响的正序双端电压沿线分布方程,以及仅用于测量输电线路不对称性故障点至参考点的距离的考虑了导纳影响的负序双端电压沿线分布方程;
[0091 ] 考虑了导纳影响的正序双端电压沿线分布方程的表达式为:
Figure CN102253311BD00092
[0093]式中:
[0094] Umfl为输电线路m侧的故障点正序电压;
[0095] Unfl为输电线路η侧的故障点正序电压;
[0096] Im为故障点距离输电线路m侧的变电站M的输电线路长度;
[0097] In为故障点距离输电线路η侧的变电站N的输电线路长度;
[0098] Y1为正序传播常数;
[0099] Zcl为正序波阻抗;
[0100] Uffll为输电线路m侧正序电压;
[0101] Iffll为输电线路m侧正序电流;
[0102] Unl为输电线路η侧正序电压;
[0103] Inl为输电线路η侧正序电流;
[0104] 考虑了导纳影响的负序双端电压沿线分布方程的表达式为:
Figure CN102253311BD00093
[0106]式中:[0107] Umf2为输电线路m侧的故障点负序电压;
[0108] Unf2为输电线路η侧的故障点负序电压;
[0109] Im为故障点距离输电线路m侧的变电站M的输电线路长度;
[0110] In为故障点距离输电线路η侧的变电站N的输电线路长度;
[0111] Y2为负序传播常数;
[0112] Zc2为负序波阻抗;
[0113] Um2为输电线路m侧负序电压;
[0114] Iffl2为输电线路m侧负序电流;
[0115] Un2为输电线路η侧负序电压;
[0116] In2为输电线路η侧负序电流。
[0117] 将实时线路参数及故障时刻电压、电流值代入双端电压沿线分布方程,获取输电线路故障点至参考点的距离,双端电压沿线分布方程的求解包括以下子步骤:
[0118] 3*1)将变电站M端和变电站N端的沿线电压曲线分割成有限个单调区间,是通过寻找单调方向改变点进而划分出求解区间:分别计算电压沿线分布曲线χ = 0和χ=1处的曲线斜率KdPK1,如果KtlXK1不小于0,即为整段单调区间曲线,否则,为由两段单调区间曲线组成,再通过斜率逼近二分区间法对单调方向改变点进行快速定位,由此划分出求解区间;
[0119] 3.2)判断各单调区间是否为根区间,如果是根区间,表明双端电压沿线分布方程的解可能在该区间内,则采用弦截求根法求解双端电压沿线分布方程,弦截求根法通过迭代实现,迭代公式为
[0120]
Figure CN102253311BD00101
[0121] 式中dpXH分别为根值范围;当Xk-Xk-! < ε或者f(xk+1) < ε时,g卩取xk+jf (X)的一个根;
[0122] 3.3)依据故障点电压最低的特性去除伪根,获取输电线路故障点至参考点的距离,去除伪根基于故障处的电压值最小原理,如果根区间计算出来的电压同时小于该计算区间的两个边界电压,则根为真根,否则为伪根。
[0123] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型,而且性能或用途相同,都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种基于实时线路参数测量的双端测距方法,由测量中心所辖电网的各变电站中已投运的数据采集装置自动完成故障测距,各变电站中已投运的数据采集装置通过高速以太网连接,在线采集电网各种实时信息或记录的采集数据,其特征在于: 包括以下步骤: 1)输电线路发生故障时,数据采集装置对线路两端电压、电流信号进行同步采样,并完成输电线路两侧采样数据的对齐; 2)将故障前的电压、电流值代入分布参数方程,获取实时线路参数,所述分布参数方程是考虑了导纳影响的正序分布参数方程,其表达式为:
Figure CN102253311BC00021
其演算式为:
Figure CN102253311BC00022
式中: Y I为正序传播常数; Zcl为正序波阻抗; Uml为输电线路m侧正序电压; Iml为输电线路m侧正序电流; Unl为输电线路η侧正序电压; Inl为输电线路η侧正序电流; I为输电线路总长度; 3)将实时线路参数及故障时刻电压、电流值代入双端电压沿线分布方程,基于位于输电线路一端即m侧的变电站M电压沿线分布方程及另一端即η侧的变电站N电压沿线分布方程计算出的故障点电压相等,获取输电线路故障点至参考点的距离,所述双端电压沿线分布方程,包括用于测量输电线路对称性故障点或不对称性故障点至参考点的距离的考虑了导纳影响的正序双端电压沿线分布方程,以及仅用于测量输电线路不对称性故障点至参考点的距离的考虑了导纳影响的负序双端电压沿线分布方程; 所述考虑了导纳影响的正序双端电压沿线分布方程的表达式为:
Figure CN102253311BC00023
式中: Ufflfl为输电线路m侧的故障点正序电压; Unfl为输电线路η侧的故障点正序电压; Im为故障点距离输电线路m侧的变电站M的输电线路长度; In为故障点距离输电线路η侧的变电站N的输电线路长度;Y I为正序传播常数; Zcl为正序波阻抗; Uml为输电线路m侧正序电压; Iml为输电线路m侧正序电流; Unl为输电线路η侧正序电压; Im为输电线路η侧正序电流; 所述考虑了导纳影响的负序双端电压沿线分布方程的表达式为: \umf2 = \um2ch(r2im)+im2zc2sh(r2im)\.\unf2 = Pn2Chir2In)+ImzCisKrihi ’ 式中: Ufflf2为输电线路m侧的故障点负序电压; Unf2为输电线路η侧的故障点负序电压; Im为故障点距离输电线路m侧的变电站M的输电线路长度; In为故障点距离输电线路η侧的变电站N的输电线路长度; Y2为负序传播常数; Zc2为负序波阻抗; Um2为输电线路m侧负序电压; Im2为输电线路m侧负序电流; Un2为输电线路η侧负序电压; In2为输电线路η侧负序电流。
2.如权利要求1所述的基于实时线路参数测量的双端测距方法,其特征在于: 所述步骤I)的数据采集装置对线路两端电压、电流信号进行同步采样的方式有: 输电线路两端的数据采集装置对线路两端电压、电流信号进行不间断数据采集; 输电线路两端的数据采集装置在输电线路异常时对线路电压、电流信号进行数据采集,数据采集装置采集的数据包括故障前时刻数据; 输电线路一侧数据采集装置在输电线路发生异常时对该侧线路电压、电流信号进行数据采集,该数据采集装置采集的数据包括故障前时刻数据;输电线路另一侧数据采集装置对本侧线路电压、电流信号进行不间断数据采集。
3.如权利要求1或2所述的基于实时线路参数测量的双端测距方法,其特征在于: 所述步骤I)的数据采集装置对线路两端电压、电流信号进行同步采样,是对有相应时标的电压、电流信号进行同步采样,所述时标包括数据采集装置外接全球定位系统提供的时标,以及网络传送的时标。
4.如权利要求3所述的基于实时线路参数测量的双端测距方法,其特征在于: 所述步骤I)完成输电线路两侧采样数据的对齐,包括由本端数据采集装置获取对端数据采集装置的数据信息并通过采样数据的时标信息实现数据对齐,以及由主站同时获取输电线路两端数据采集装置的数据信息并通过时标信息实现数据对齐。
5.如权利要求4所述的基于实时线路参数测量的双端测距方法,其特征在于: 所述步骤2)获取的实时线路参数,包括数值相等的正、负序传播常数,以及数值相等的正、负序波阻抗。
6.如权利要求5所述的基于实时线路参数测量的双端测距方法,其特征在于: 所述步骤3)将实时线路参数及故障时刻电压、电流值代入双端电压沿线分布方程,获取输电线路故障点至参考点的距离,双端电压沿线分布方程的求解包括以下子步骤: 3.I)将变电站M端和变电站N端的沿线电压曲线分割成有限个单调区间; 3.2)判断各单调区间是否为根区间,如果是根区间,表明双端电压沿线分布方程的解可能在该区间内,则采用弦截求根法求解双端电压沿线分布方程; 3.3)依据故障点电压最低的特性去除伪根,获取输电线路故障点至参考点的距离。
7.如权利要求6所述的基于实时线路参数测量的双端测距方法,其特征在于: 所述子步骤3.I)中的分割成有限个单调区间,是通过寻找单调方向改变点进而划分出求解区间:分别计算电压沿线分布曲线X=O和x=l处的曲线斜率Ktl和K1,如果KtlXK1不小于0,即为整段单调区间曲线,否则,为由两段单调区间曲线组成,再通过斜率逼近二分区间法对单调方向改变点进行快速定位,由此划分出求解区间。
8.如权利要求7所述的基于实时线路参数测量的双端测距方法,其特征在于: 所述子步骤3.2)的弦截求根法通过迭代实现,迭代公式为
Figure CN102253311BC00041
式中-XpXk-1分别为根值范围;当Xk-Xk-! I < ε或者f(xk+1)〈e时,即取xk+1Sf (X)的一个根。
9.如权利要求8所述的基于实时线路参数测量的双端测距方法,其特征在于: 所述子步骤3.3)的去除伪根基于故障处的电压值最小原理,如果根区间计算出来的电压同时小于该计算区间的两个边界电压,则根为真根,否则为伪根。
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