CN103439607B - 由故障录波辨识元件全参数的方法和系统及故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种由故障录波数据辨识电力元件全参数的方法，包括如下步骤：输入电力元件相关的故障录波数据；对所述故障录波数据进行数据处理；由截取的数据和元件的全参数微分方程辨识元件的全参数；输出辨识结果。本发明还提出了一种由故障录波数据辨识发电机全参数的系统和一种由故障录波数据定位线路故障点的方法。通过本发明的实施，能够由故障录波数据辨识出电力线路、变压器等元件的全参数和故障电阻，本发明不仅能够获得故障元件全参数，还能够获得非故障元件的全参数，并且参数精度将从现在的20％提高到1％之内。

Description

由故障录波辨识元件全参数的方法和系统及故障定位方法

技术领域

本发明涉及电网自动化技术，尤其是电力系统的元件参数技术和故障定位技术。

背景技术

电网中安装了大量故障录波装置，一旦出现故障，录波装置都会启动并纪录故障数据，其中包括a、b、c三相和零序的电压和电流瞬时值，每个周波纪录数十到数百个值；每个省网公司每年故障上百次，所以有大量的故障录波数据。

另一方面，电力元件的参数误差较大，有必要从故障录波中提取参数，然而，由于故障电流中含有直流衰减分量、三相参数不一致和录波数据不同步等问题，造成由故障录波、分解出正弦分量、提取线路的正负零序参数的误差很大，不能满足电网计算或分析的要求。

发明内容

本发明的目的旨在解决上述技术问题，从故障录波数据中辨识出准确的线路、变压器、发电机等电力系统元件的全参数。

一种由故障录波数据辨识电力元件全参数的方法，包括如下步骤：

S1：输入电力元件相关的故障录波数据；

S2：对所述故障录波数据进行数据处理，包括：S21、标度变换；S22、对齐录波数据的时标；S23、截取故障时段的数据；

S3：由截取的数据和元件的全参数微分方程辨识元件的全参数；

S4：输出辨识结果。

对于两端口元件，输入元件左侧三相电压u_a1、u_b1、u_c1和零序电压u_o1、左侧三相电流i_a1、i_b1、i_c1和零序电流i_o1与右侧三相电压u_a2、u_b2、u_c2和零序电压u_o2、右侧三相电流i_a2、i_b2、i_c2和零序电流i_o2的采样值及采样时刻：左侧{u_a1k、u_b1k、u_c1k、u_o1k、i_a1k、i_b1k、i_c1k、i_o1k、t_1k}、右侧{u_a2j、u_b2j、u_c2j、u_o2j、i_a2j、i_b2j、i_c2j、i_o2j、t_2j}，k＝1,2,…,N，j＝1,2,…,M；

对于三端口元件，输入元件第一侧三相电压u_a1、u_b1、u_c1和零序电压u_o1、三相电流i_a1、i_b1、i_c1和零序电流i_o1、第二侧三相电压u_a2、u_b2、u_c2和零序电压u_o2、三相电流i_a2、i_b2、i_c2和零序电流i_o2及第三侧三相电压u_a3、u_b3、u_c3和零序电压u_o3、三相电流i_a3、i_b3、i_c3和零序电流i_o3的采样值及采样时刻：第一侧{u_a1k、u_b1k、u_c1k、u_o1k、i_a1k、i_b1k、i_c1k、i_o1k、t_1k}、第二侧{u_a2j、u_b2j、u_c2j、u_o2j、i_a2j、i_b2j、i_c2j、i_o2j、t_2j}，第三侧{u_a3l、u_b3l、u_c3l、u_o3l、i_a3l、i_b3l、i_c3l、i_o3l、t_3l}，k＝1,2,…,N，j＝1,2,…,M，l＝1,2,…,L。

所述S21标度变换的步骤包括：将两侧/三侧录波数据的电压乘上各自的PT变比再除以统一电压基数、电流乘上各自的CT变比后再除以统一电流基数；所述S22对齐录波数据的时标的步骤包括：以两侧/三侧零序电压u_o1和u_o2/u_o1和u_o2和u_o3的突变时刻对准为原则；所述S23截取故障时段的数据的步骤包括：去除故障前和故障切除后时段的数据，仅截取故障存在时段的数据。

还可以在S23步骤之前插入S23a数字滤波和S23b重抽样的步骤；

所述步骤S23a包括：确定采样频率上限f_cs，所述数字滤波使用低通滤波器，其截止频率f_c小于f_cs，以滤除高频信号避免重抽样时混频；

所述步骤S23b包括：按照小于或等于f_cs的频率对录波数据进行重抽样，且两侧/三侧都采用相同的重抽样频率，对于两端口元件输出数据：

$\begin{array}{ccccc}{u}_{abc1k}=\left[\begin{array}{c}{u}_{a1k}\\ u_{b1k}\\ u_{c1k}\end{array}\right],& i_{abc1k}=\left[\begin{array}{c}{i}_{a1k}\\ i_{b1k}\\ i_{c1k}\end{array}\right],& u_{abc2k}=\left[\begin{array}{c}{u}_{a2k}\\ u_{b2k}\\ u_{c2k}\end{array}\right],& i_{abc2k}=\left[\begin{array}{c}{i}_{a2k}\\ i_{b2k}\\ i_{c2k}\end{array}\right],& k=1,2,\mathrm{...},n\end{array};$

对于三端口元件输出数据：

$\begin{array}{ccccc}{u}_{abc1k}=\left[\begin{array}{c}{u}_{a1k}\\ u_{b1k}\\ u_{c1k}\end{array}\right],& i_{abc1k}=\left[\begin{array}{c}{i}_{a1k}\\ i_{b1k}\\ i_{c1k}\end{array}\right],& u_{abc2k}=\left[\begin{array}{c}{u}_{a2k}\\ u_{b2k}\\ u_{c2k}\end{array}\right],& i_{abc2k}=\left[\begin{array}{c}{i}_{a2k}\\ i_{b2k}\\ i_{c2k}\end{array}\right],& u_{abc3k}=\left[\begin{array}{c}{u}_{a3k}\\ u_{b3k}\\ u_{c3k}\end{array}\right]\end{array},$ $\begin{array}{cc}{i}_{abc3k}=\left[\begin{array}{c}{i}_{a3k}\\ i_{b3k}\\ i_{c3k}\end{array}\right],& k=1,2,\mathrm{...},n\end{array}.$

两侧/三侧录波数据中的电压经过了电压互感器PT、电流经过了电流互感器CT，两侧/三侧PT变比和CT变比可能相同，也可能不同，一般地，需要进行标度变换，将电压乘上PT变比、电流乘上CT变比后统一两侧/三侧变比；两侧/三侧的录波数据往往时间不同步，还需要对齐时标，以对齐两侧零序电压u_o1和u_o2、或者对齐三侧零序电压u_o1和u_o2和u_o3的突变时刻作为对齐时标的方法。最后，截取故障时段的录波数据并输出。

在专利申请号201210408534中给出了采样频率上下限，实际中故障录波数据的采样频率往往大于采样频率的上限f_cs，为此需要对录波数据进行重抽样。为了防止重抽样会成频率混叠错误，先对录波数据进行低通数字滤波，其截止频率要远远小于f_cs；然后，按照小于或等于f_cs频率重抽样，两侧/三侧的重抽样频率要相同；最后，截取故障时段的录波数据并输出。

步骤S3由元件的全参数微分方程辨识元件的全参数的步骤包括：

先依据电力专业写出元件的全参数微分方程，再整理成如下状态方程：

$\frac{d}{dt}X=A\·X+B\·u$

y＝C·X+D·u

其中，X为状态变量向量，t为时间，u为控制向量，y为输出向量，A为状态矩阵，B、C和D为矩阵或向量；

而后辨识出矩阵A、B、C、D的估计值

根据推导元件全参数微分方程时的A、B、C、D与元件参数RLC的关系，由求出电阻矩阵R、电感矩阵L和电容矩阵C。

本发明还提出了一种由故障录波数据辨识发电机全参数的系统，包括：

发电机故障录波装置，用于测量并存储故障录波数据，包括：对电网的工频周期f₀、发电机机端三相电压u_abc、三相电流i_abc、发电机转速ω、功角δ、励磁电压u_f和励磁电流i_f进行采样，以获得相应的采样值；根据和ω₀＝2πf₀，计算出转子加速度α和电网角频率ω₀的采样值；录波存储采样时刻和采样值；其中，故障录波从短路前2～10个周波开始，直到故障切除且发电机转速平稳后停止；

数据处理单元，用于进行标度变换，对录波数据进行数字低通滤波，而后进行重抽样并输出；

参数辨识单元，用于由发电机及其控制系统的全参数微分方程辨识发电机及其控制系统的全参数；

所述数据处理单元和参数辨识单元既可以在发电机故障录波装置内，也可以在计算机上。

本发明还提出了一种由故障录波数据定位线路故障点的方法，包括如下步骤：

S1、输入线路的故障录波数据；

S2、对所述数据进行数据处理，包括：S21标度变换；S22对齐录波数据的时标；S23数字低通滤波；S24重抽样；S25截取故障时段的数据；

S3、由故障时段的数据和故障线路的全参数微分方程辨识过渡电阻、以及故障点的右侧线路长度与左侧线路长度之比β；

其中，所述全参数微分方程为：

$R_{abc1}\·i_{abc1p}+L_{abc1}\·\frac{d}{dt}{i}_{abc1p}=u_{abc1}-u_{abcf}$

$R_{abc2}\·i_{abc2p}+L_{abc2}\·\frac{d}{dt}{i}_{abc2p}=u_{abc2}-u_{abcf}$

u_abcf＝R_abcf·i_abcf

i_abcf＝i_abc1+i_abc2

$i_{abc1p}=i_{abc1}-G_{abc1}\·u_{abc1}-C_{abc1}\·\frac{d}{dt}{u}_{abc1}$

$i_{abc2p}=i_{abc2}-G_{abc2}\·u_{abc2}-C_{abc2}\·\frac{d}{dt}{u}_{abc2}$

其中，R_abc2＝β·R_abc1，L_abc2＝β·L_abc1，C_abc2＝β·C_abc1，G_abc2＝β·G_abc1，

其中，R_abcf由故障类型决定，对于a相接地，r_bf＝∞、r_cf＝∞、r_af＝r_f；对于b相接地，r_af＝∞、r_cf＝∞、r_bf＝r_f；对于c相接地，r_af＝∞、r_bf＝∞、r_cf＝r_f；对于ab两相接地，r_af＝r_f1、r_bf＝r_f2、r_cf＝∞；对于bc两相接地，r_af＝∞、r_bf＝r_f1、r_cf＝r_f2；对于ac两相接地，r_af＝r_f1、r_bf＝∞、r_cf＝r_f2；

S4、输出过渡电阻r_f或者r_f1和r_f2，以及故障点位置，其中，故障点的左侧线路长度＝故障线路总长度/(1+β)。

通过本发明的实施，能够由故障录波数据辨识出电力线路、变压器等元件的全参数和故障电阻、以及发电机及其控制系统的全参数，不仅能够获得故障元件全参数，还能够获得非故障元件的全参数，并且参数精度将从现在的20％提高到1％之内，故障定位的精度由20％提高到0.1％。

附图说明

图1为根据本发明实施例的由故障录波数据辨识电力元件全参数方法的流程图。

图2为图1所示的数据处理步骤的流程图。

图3a、3b分别为故障线路的示意图及其等效电路图。

图4a、4b分别为非故障线路的示意图及其等效电路图。

图5a、5b分别为非故障双卷变压器的示意图及其等效电路图。

图6a、6b分别为非故障三卷变压器的示意图及其等效电路图。

图7a、7b分别为非故障发电机的内部矢量图及其机端电流电压正方向示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

参考图1所示，一种由故障录波数据辨识电力元件全参数的方法，包括如下步骤：

S1：输入电力元件相关的故障录波数据；

S2：对所述故障录波数据进行数据处理，包括：S21、标度变换；S22、对齐录波数据的时标；S23、截取故障时段的数据；

S3：由截取的数据和元件的全参数微分方程辨识元件的全参数；

S4：输出辨识结果。

本发明中，元件的全参数的是R、L、C等全矩阵元素。以往，只是正负零序参数，而认为正负零序之间的互抗为0，即正负零序阻抗矩阵中只有对角元素，而非对角元素为0。由于线路换位不充分，abc三相参数化并不一致，导致正负零序阻抗矩阵非对角化。由于增加了多个互抗需要辨识，大大增加了辨识的难度。

对于两端口元件，输入元件左侧三相电压u_a1、u_b1、u_c1和零序电压u_o1、左侧三相电流i_a1、i_b1、i_c1和零序电流i_o1与右侧三相电压u_a2、u_b2、u_c2和零序电压u_o2、右侧三相电流i_a2、i_b2、i_c2和零序电流i_o2的采样值及采样时刻。采样值及采样时刻的形式可以为数据序列或者矩阵，例如：左侧{u_a1k、u_b1k、u_c1k、u_o1k、i_a1k、i_b1k、i_c1k、i_o1k、t_1k}、右侧{u_a2j、u_b2j、u_c2j、u_o2j、i_a2j、i_b2j、i_c2j、i_o2j、t_2j}，k＝1,2,…,N，j＝1,2,…,M；其中，k代表左侧第k次采样，t_1k代表左侧第k次采样的采样时刻；j代表右侧第j次采样，t_2j代表右侧第j次采样的采样时刻；N和M相等或不相等；

对于三端口元件，输入元件第一侧三相电压u_a1、u_b1、u_c1和零序电压u_o1、三相电流i_a1、i_b1、i_c1和零序电流i_o1、第二侧三相电压u_a2、u_b2、u_c2和零序电压u_o2、三相电流i_a2、i_b2、i_c2和零序电流i_o2及第三侧三相电压u_a3、u_b3、u_c3和零序电压u_o3、三相电流i_a3、i_b3、i_c3和零序电流i_o3的采样值及采样时刻。采样及采样时刻的形式可以为数据序列或者矩阵，例如：第一侧{u_a1k、u_b1k、u_c1k、u_o1k、i_a1k、i_b1k、i_c1k、i_o1k、t_1k}、第二侧{u_a2j、u_b2j、u_c2j、u_o2j、i_a2j、i_b2j、i_c2j、i_o2j、t_2j}，第三侧{u_a3l、u_b3l、u_c3l、u_o3l、i_a3l、i_b3l、i_c3l、i_o3l、t_3l}，k＝1,2,…,N，j＝1,2,…,M，l＝1,2,…,L。其中，k代表第一侧第k次采样，t_1k代表第一侧第k次采样的采样时刻；j代表第二侧第j次采样，t_2j代表第二侧第j次采样的采样时刻；l代表第三侧第l次采样，t_3l代表第三侧第l次采样的采样时刻；N、M、L也可相等、也可不等。

参考图2所示，在一个实施例中，数据处理的步骤包括包括：(21)标度变换；(22)对齐录波数据的时标；(23)数字滤波；(24)重抽样；以及(25)截取故障时段的数据。

两侧/三侧录波数据中的电压经过了电压互感器PT、电流经过了电流互感器CT，两侧/三侧PT变比和CT变比可能相同，也可能不同，一般地，需要进行步骤(21)标度变换，将电压乘上各自PT变比再除以统一电压值、电流乘上各自CT变比后再除以统一电流值；两侧/三侧录波数据的时标往往时间不同步，还需要对齐时标，在步骤(22)中以对齐两侧/三侧零序电压u_o1和u_o2/u_o1和u_o2和u_o3的突变时刻作为对齐时标的办法；步骤(23)中，根据专利申请号201210408534的公开，采样频率应满足一定的上下限要求，但在实际中故障录波数据的采样频率往往大于采样频率的上限f_cs，为此，需要先对故障录波数据进行低通数字滤波，设置其截止频率f_c远远小于f_cs；而后在步骤(24)按照小于或等于f_cs频率重抽样，两侧/三侧的重抽样频率为同一个值。最后，步骤(25)截取故障时段的录波数据并输出，形成对应重抽样时刻t_k的处理后数据：其中，k代表第k个重抽样时刻；

对于两端口元件：

$\begin{array}{ccccc}{u}_{abc1k}=\left[\begin{array}{c}{u}_{a1k}\\ u_{b1k}\\ u_{c1k}\end{array}\right],& i_{abc1k}=\left[\begin{array}{c}{i}_{a1k}\\ i_{b1k}\\ i_{c1k}\end{array}\right],& u_{abc2k}=\left[\begin{array}{c}{u}_{a2k}\\ u_{b2k}\\ u_{c2k}\end{array}\right],& i_{abc2k}=\left[\begin{array}{c}{i}_{a2k}\\ i_{b2k}\\ i_{c2k}\end{array}\right],& k=1,2,\mathrm{...},n\end{array}.$

对于三端口元件：

$\begin{array}{ccccc}{u}_{abc1k}=\left[\begin{array}{c}{u}_{a1k}\\ u_{b1k}\\ u_{c1k}\end{array}\right],& i_{abc1k}=\left[\begin{array}{c}{i}_{a1k}\\ i_{b1k}\\ i_{c1k}\end{array}\right],& u_{abc2k}=\left[\begin{array}{c}{u}_{a2k}\\ u_{b2k}\\ u_{c2k}\end{array}\right],& i_{abc2k}=\left[\begin{array}{c}{i}_{a2k}\\ i_{b2k}\\ i_{c2k}\end{array}\right],& u_{abc3k}=\left[\begin{array}{c}{u}_{a3k}\\ u_{b3k}\\ u_{c3k}\end{array}\right]\end{array},$ $\begin{array}{cc}{i}_{abc3k}=\left[\begin{array}{c}{i}_{a3k}\\ i_{b3k}\\ i_{c3k}\end{array}\right],& k=1,2,\mathrm{...},n\end{array}.$

由电力系统专业知识，能够写出元件的全参数微分方程；改写成最优控制理论中的状态方程：

$\begin{array}{c}\frac{d}{dt}X=A\·X+B\·u\\ y=C\·X+D\·u\end{array}---Eq.1$

其中，X为状态变量向量，t为时间，u为控制向量，y为输出向量，A为状态矩阵，B、C和D为矩阵或向量；由大批的u、y测量值{u_k、y_k}，k＝1,2,…,N，依据自适应控制理论中的辨识方法，能够辨识出矩阵A、B、C和D的估计值和再根据推导元件全参数微分方程时的A、B、C和D与元件参数RLC的关系，求出电阻矩阵R、电感矩阵L和电容矩阵C。

下面举例说明电力元件的全参数微分方程及辨识过程：

(一)参考图3a和3b所示，对于故障线路的全参数微分方程：

$\begin{array}{c}{R}_{abc1}\·i_{abc1p}+L_{abc1}\·\frac{d}{dt}{i}_{abc1p}=u_{abc1}-u_{abcf}\\ R_{abc2}\·i_{abc2p}+L_{abc2}\·\frac{d}{dt}{i}_{abc2p}=u_{abc2}-u_{abcf}\\ u_{abcf}=R_{abcf}\·i_{abcf}\\ i_{abcf}=i_{abc1}+i_{abc2}\\ i_{abc1p}=i_{abc1}-G_{abc1}\·u_{abc1}-C_{abc1}\·\frac{d}{dt}{u}_{abc1}\\ i_{abc2p}=i_{abc2}-G_{abc2}\·u_{abc2}-C_{abc2}\·\frac{d}{dt}{u}_{abc2}\end{array}---Eq.2$

其中，R_abc2＝β·R_abc1，L_abc2＝β·L_abc1，C_abc2＝β·C_abc1，G_abc2＝β·G_abc1，

其中，R_abcf由故障类型决定，对于a相接地，r_bf＝∞、r_cf＝∞、r_af＝r_f；对于b相接地，r_af＝∞、r_cf＝∞、r_bf＝r_f；对于c相接地，r_af＝∞、r_bf＝∞、r_cf＝r_f；对于ab两相接地，r_af＝r_f1、r_bf＝r_f2、r_cf＝∞；对于bc两相接地，r_af＝∞、r_bf＝r_f1、r_cf＝r_f2；对于ac两相接地，r_af＝r_f1、r_bf＝∞、r_cf＝r_f2；

其中，参数β是故障点的右侧线路长度与左侧线路长度之比，r_f、r_f1、r_f2为过渡电阻。

消去中间变量u_abcf、i_abcf、i_abc1p和i_abc2p，Eq.2改写即可获得形如Eq.1的全参数微分方程及矩阵A、B、C和D与R_abc1、L_abc1、C_abc1、或r_f1、r_f2、以及β的表达式。辨识出和后，从而对参数β和r_f或r_f1、r_f2与参数R_abc1、L_abc1、C_abc1一起辨识；线路参数R_abc＝R_abc1+R_abc2、L_abc＝L_abc1+L_abc2、C_abc＝(C_abc1+C_abc2)/2和G_abc＝(G_abc1+C_abc2)/2。

(二)参考图4a和4b所示，对于故障上游的非故障线路的全参数微分方程：

$\begin{array}{c}{R}_{abc}\·i_{abcp}+L_{abc}\·\frac{d}{dt}{i}_{abcp}=u_{abc1}-u_{abc2}\\ i_{abcp}=i_{abc1}-G_{abc}\·u_{abc1}-C_{abc}\·\frac{d}{dt}{u}_{abc1}\\ i_{abcp}=-i_{abc2}+G_{abc}\·u_{abc2}+C_{abc}\·\frac{d}{dt}{u}_{abc2}\end{array}---Eq.3$

其中，

消去中间变量i_abcp，Eq.3改写成Eq.1的形式及A、B、C和D与R_abc、L_abc和C_abc的表达式。辨识出和后，再求得参数R_abc、L_abc、C_abc。

Eq.2和Eq.3适用于高低压等级的长短架空线路和电缆线路，R_abc、L_abc和C_abc和G_abc矩阵为线路的全参数；若线路较短(小于300km)或电压较低(低于500kV)，则G_abc可忽略；若线路短(小于100km)或电压低(低于220kV)，则C_abc和G_abc可忽略。作为对比，以往认为abc三相的线路参数一致，正负零序变换后，即认为R₁₂₀、L₁₂₀、C₁₂₀的非对角线因素等于0，只是辨识对角元素，即正、负、零序参数。

(三)参考图5a和5b所示，对于故障上游的非故障双卷变压器的全参数微分方程：

$R_{abc}\·i_{abcp}+L_{abc}\·\frac{d}{dt}{i}_{abcp}=u_{abc1}-u_{abc2}$

i_abcp＝i_abc1-G_abc·u_abc1-i_abcm

$u_{abc1}=L_{abcm}\·\frac{d}{dt}{i}_{abcm}---Eq.4$

消去中间变量i_abcp，Eq.4也改写成Eq.1的形式及A、B、C和D与R_abc、L_abc、L_abcm和G_abc的表达式。辨识出和后，再求得参数R_abc、L_abc、L_abcm和G_abc。

或者：变压器三相参数一致，将三相变换到正负零序，从而得到方程:

$R_{120}\·i_{120p}+L_{120}\·\frac{d}{dt}{i}_{120cp}=u_{1201}-u_{1202}$

i_120p＝i₁₂₀₁-G₁₂₀·u₁₂₀₁-i_120m

$u_{1201}=L_{120m}\·\frac{d}{dt}{i}_{120m}---Eq.5$

其中，

消去中间变量i_120p，Eq.5改写成Eq.1的形式及A、B、C和D与R₁₂₀、L₁₂₀、L_120m和G₁₂₀的表达式。辨识出和后，再求得变压器参数r₁、r₀、l₁、l₀、g₁、g₀、l_1m、l_0m。

(四)参考图6a和6b所示，对于非故障三卷变压器，变压器三相参数一致，将三相变换到正负零序，从而得到全参数微分方程：

$\begin{array}{c}{R}_{1201}\·i_{1201}+L_{1201}\·\frac{d}{dt}{i}_{1201}=u_{1201}-u_{120p}\\ R_{1202}\·i_{1202}+L_{1202}\·\frac{d}{dt}{i}_{1202}=u_{1202}-u_{120p}\\ R_{1203}\·i_{1203}+L_{1203}\·\frac{d}{dt}{i}_{1203}=u_{1203}-u_{120p}\\ u_{120p}=L_{120m}\·\frac{d}{dt}{i}_{120m}\\ i_{1201}+i_{1202}+i_{1203}=G_{120}\·u_{120p}+i_{120m}\end{array}---Eq.6$

其中，

消去中间变量u_120p，Eq.6改写成Eq.1的形式及A、B、C和D与R₁₂₀₁、L₁₂₀₁、R₁₂₀₂、L₁₂₀₂、R₁₂₀₃、L₁₂₀₃、L_120m和G₁₂₀的表达式。辨识出和后，再从而辨识出参数r₁₁、r₀₁、l₁₁、l₀₁、r₁₂、r₀₂、l₁₂、l₀₂、r₁₃₁、r₀₃、l₁₃、l₀₃、g₁、g₀、l_1m和l_0m。

同理，本领域的技术人员根据电力专业知识，可得到发电机、同杆并架线路等电力元件的微分方程。对于发电机，得到其dqo坐标的微分方程，输入发电机外部故障后的机端电压、电流、励磁电压、电流和发电机转速等录波值后，辨识出发电机及其调速器和励磁器的参数。

(五)参考图7a和7b所示，对于非故障发电机：

S1输入电力元件相关的故障录波数据的步骤包括：对于非故障发电机，输入机端三相电压u_a、u_b、u_c，三相电流i_a、i_b、i_c的采样值{u_ak、u_bk、u_ck、i_ak、i_bk、i_ck}，电网角频率ω₀、发电机转速ω、功角δ、励磁电压u_f、励磁电流i_f的采样值{ω_0k、ω_k、δ_k、u_fk、i_fk}，以及采样时刻{t_k}；其中，k＝1,2,…,N，ω_0k＝2πf_0k，f_0k为电网的工频周期。

步骤S3由元件的全参数微分方程辨识元件的全参数的步骤包括：

根据非故障发电机的全参数微分方程：

$\frac{d\mathrm{\δ}}{dt}=\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_0$

$\frac{T_J}{{\mathrm{\ω}}_0}\·\frac{d\mathrm{\ω}}{dt}=M_m-M_e-D\·(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_0)$

$L_{dfDqQ}\·\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}-i_d\\ i_f\\ i_D\\ -i_q\\ i_Q\end{array}\right]=\mathrm{\ω}\·\left[\begin{array}{ccccc}0& 0& 0& -l_q& -m_{aQ}\\ 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0\\ l_d& m_{ad}& m_{aD}& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}-i_d\\ i_f\\ i_D\\ -i_q\\ i_Q\end{array}\right]-\left[\begin{array}{ccccc}{r}_a& 0& 0& 0& 0\\ 0& r_f& 0& 0& 0\\ 0& 0& r_D& 0& 0\\ 0& 0& 0& r_a& 0\\ 0& 0& 0& 0& r_Q\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}-i_d\\ i_f\\ i_D\\ -i_q\\ i_Q\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{u}_d\\ u_f\\ 0\\ u_q\\ 0\end{array}\right]$

$T_g\·\frac{d\mathrm{\μ}}{dt}=-\mathrm{\μ}+k_g\·(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_0)$

或

$\frac{{\mathrm{du}}_f}{dt}=e$

$T_a\·T_e\·\frac{de}{dt}=-(T_a+T_e)\·e-u_f+k_a\·(u_t-u_0)$

辨识出参数T_J、D、l_d、l_q、l_f、l_D、l_Q、m_ad、m_aD、m_aQ、m_fD、r_d、r_q、r_f、r_D、r_Q、T_g、k_g、T_a、k_a、T_e，以及T_w和k_w或者T_h和k_h；

其中，是由三相电压和三相电流i_a1、i_b1、i_c1的录波值，做变换：

$\begin{array}{ccc}\left[\begin{array}{c}{u}_d\\ u_q\end{array}\right]=T\·\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right],& \left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]=T\·\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right],& T=\frac{2}{3}\·\left[\begin{array}{ccc}\cos \left(\mathrm{\θ}\right)& \cos (\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\·\mathrm{\π})& \cos (\mathrm{\θ}+\frac{2}{3}\·\mathrm{\π})\\ -\sin \left(\mathrm{\θ}\right)& -\sin (\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\·\mathrm{\π})& -\sin (\mathrm{\θ}+\frac{2}{3}\·\mathrm{\π})\end{array}\right]\end{array}$

求得u_d、u_q、i_d、i_q的值{u_dk、u_qk、i_dk、i_qk}，k＝1,2,…,N；

其中，

P_m＝ω·M_m；

其中，P_m为机械功率，M_m为机械转矩，u_t为发电机机端电压，M_e为电磁转矩，L_dfDqQ为发电机的定子和转子的电感与互感矩阵，T_g为电液调速器的时间常数，k_g为电液调速器的放大倍数，μ为阀门开度，T_W为水轮机的时间常数，k_w为水轮机的做功系数，T_h为汽轮机高压缸的时间常数，k_h为汽轮机高压缸的做功系数，T_a为励磁控制器的时间常数，T_e为励磁机的时间常数，k_a为励磁控制器的放大倍数，T_J为转子惯性时间常数，δ为发电机功角，ω₀为电网角速度，ω为发电机转子角速度，u_f为励磁电压，i_f为励磁电流，i_D为直轴阻尼电流，i_Q为横轴阻尼电流，D为阻尼系数。

其中，非故障发电机的全参数微分方程的第3个微分方程简化为：

$\begin{array}{cc}{L}_{dfq}\·\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}-i_d\\ i_f\\ -i_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}-r_a& 0& -\mathrm{\ω}\·l_q\\ 0& -r_f& 0\\ \mathrm{\ω}\·l_d& \mathrm{\ω}\·m_{ad}& -r_a\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}-i_d\\ i_f\\ -i_q\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{u}_d\\ u_f\\ u_q\end{array}\right],& L_{dfq}=\left[\begin{array}{ccc}{l}_d& m_{ad}& 0\\ m_{ad}& l_f& 0\\ 0& 0& l_q\end{array}\right]\end{array}.$

本发明还提出了一种由故障录波数据辨识发电机全参数的系统，包括：

发电机故障录波装置，用于测量并存储故障录波数据，包括：对电网的工频周期f₀、发电机机端三相电压u_abc、三相电流i_abc、发电机转速ω、功角δ、励磁电压u_f和励磁电流i_f进行采样，以获得相应的采样值；根据和ω₀＝2πf₀，计算出转子加速度α和电网角频率ω₀的采样值；录波存储采样时刻和采样值；其中，故障录波从短路前2～10个周波开始，直到故障切除且发电机转速平稳后停止；

数据处理单元，用于进行标度变换，对录波数据进行数字低通滤波，而后进行重抽样并输出；

参数辨识单元，用于由发电机及其控制系统的全参数微分方程辨识发电机及其控制系统的全参数；

所述数据处理单元和参数辨识单元既可以在发电机故障录波装置内，也可以在计算机上。

本发明还提出了一种由故障录波数据定位线路故障点的方法，包括如下步骤：

S1、输入线路的故障录波数据；

S2、对所述数据进行数据处理，包括：S21标度变换；S22对齐录波数据的时标；S23数字低通滤波；S24重抽样；S25截取故障时段的数据；

S3、由故障时段的数据和故障线路的全参数微分方程辨识过渡电阻、以及故障点的右侧线路长度与左侧线路长度之比β；

其中，所述全参数微分方程为：

$R_{abc1}\·i_{abc1p}+L_{abc1}\·\frac{d}{dt}{i}_{abc1p}=u_{abc1}-u_{abcf}$

$R_{abc2}\·i_{abc2p}+L_{abc2}\·\frac{d}{dt}{i}_{abc2p}=u_{abc2}-u_{abcf}$

u_abcf＝R_abcf·i_abcf

i_abcf＝i_abc1+i_abc2

$i_{abc1p}=i_{abc1}-G_{abc1}\·u_{abc1}-C_{abc1}\·\frac{d}{dt}{u}_{abc1}$

$i_{abc2p}=i_{abc2}-G_{abc2}\·u_{abc2}-C_{abc2}\·\frac{d}{dt}{u}_{abc2}$

其中，R_abc2＝β·R_abc1，L_abc2＝β·L_abc1，C_abc2＝β·C_abc1，G_abc2＝β·G_abc1，

其中，R_abcf由故障类型决定，对于a相接地，r_bf＝∞、r_cf＝∞、r_af＝r_f；对于b相接地，r_af＝∞、r_cf＝∞、r_bf＝r_f；对于c相接地，r_af＝∞、r_bf＝∞、r_cf＝r_f；对于ab两相接地，r_af＝r_f1、r_bf＝r_f2、r_cf＝∞；对于bc两相接地，r_af＝∞、r_bf＝r_f1、r_cf＝r_f2；对于ac两相接地，r_af＝r_f1、r_bf＝∞、r_cf＝r_f2；

S4、输出过渡电阻r_f或者r_f1和r_f2，以及故障点位置，其中，故障点的左侧线路长度＝故障线路总长度/(1+β)。

通过本发明的实施，能够由故障录波数据辨识出电力线路、变压器等元件的全参数和故障电阻、以及发电机及其控制系统的全参数，不仅能够获得故障元件全参数，还能够获得非故障元件的全参数，并且参数精度将从现在的20％提高到1％之内，故障定位的精度由20％提高到0.1％。

对于输电线路参数，无论国际还是国内一直没有标准，欧美采用理论参数，国内采用实测参数，误差都比较大；由于输电线路是电网中最多的元件，其参数准确与否直接关系着所有电网计算的精度，甚至判断的正误，本发明中经过采样频率上下线理论处理故障录波数据，由自适应控制理论中的辨识方法辨识线路的全参数，不仅能够避免傅里叶分解分解处理衰减分量为工频造成的10％左右的误差，还能够辨识出线路的全参数阻抗矩阵和电纳矩阵，仿真实验表明，复现的电流波形与仿真波形误差≤0.01％，参数误差≤1％，定位误差≤0.1％，比传统的只用正负零序参数精度提高10倍。

此外，本发明由故障录波数据辨识元件全参数的方法还具有多种应用方式，本发明中举出了线路故障定位的方法，利用这种方法，可以准确、迅捷的定位出线路的故障点。

Claims (14)

1.一种由故障录波数据辨识电力元件全参数的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：输入电力元件相关的故障录波数据；

S2：对所述故障录波数据进行数据处理，包括：S21、标度变换；S22、对齐录波数据的时标；S23、截取故障时段的数据；在S23步骤之前插入S23a数字滤波和S23b重抽样的步骤；所述步骤S23a包括：确定采样频率上限f_cs，所述数字滤波使用低通滤波器，其截止频率f_c小于f_cs，以滤除高频信号避免重抽样时混频；所述步骤S23b包括：按照小于或等于f_cs的频率对录波数据进行重抽样，且两侧/三侧的录波数据都采用相同的重抽样频率；

S3：由截取的数据和元件的全参数微分方程辨识元件的全参数；

S4：输出辨识结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1输入电力元件相关的故障录波数据的步骤包括：

对于两端口元件，输入元件左侧三相电压u_a1、u_b1、u_c1和零序电压u_o1、左侧三相电流i_a1、i_b1、i_c1和零序电流i_o1与右侧三相电压u_a2、u_b2、u_c2和零序电压u_o2、右侧三相电流i_a2、i_b2、i_c2和零序电流i_o2的采样值及采样时刻：左侧{u_a1k、u_b1k、u_c1k、u_o1k、i_a1k、i_b1k、i_c1k、i_o1k、t_1k}、右侧{u_a2j、u_b2j、u_c2j、u_o2j、i_a2j、i_b2j、i_c2j、i_o2j、t_2j}，k＝1,2,…,N，j＝1,2,…,M；

对于三端口元件，输入元件第一侧三相电压u_a1、u_b1、u_c1和零序电压u_o1、三相电流i_a1、i_b1、i_c1和零序电流i_o1、第二侧三相电压u_a2、u_b2、u_c2和零序电压u_o2、三相电流i_a2、i_b2、i_c2和零序电流i_o2及第三侧三相电压u_a3、u_b3、u_c3和零序电压u_o3、三相电流i_a3、i_b3、i_c3和零序电流i_o3的采样值及采样时刻：第一侧{u_a1k、u_b1k、u_c1k、u_o1k、i_a1k、i_b1k、i_c1k、i_o1k、t_1k}、第二侧{u_a2j、u_b2j、u_c2j、u_o2j、i_a2j、i_b2j、i_c2j、i_o2j、t_2j}，第三侧{u_a3l、u_b3l、u_c3l、u_o3l、i_a3l、i_b3l、i_c3l、i_o3l、t_3l}，k＝1,2,…,N，j＝1,2,…,M，l＝1,2,…,L。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S21标度变换的步骤包括：将两侧/三侧录波数据的电压乘上各自的PT变比再除以统一电压基数、电流乘上各自的CT变比后再除以统一电流基数；所述S22对齐录波数据的时标的步骤包括：以两侧/三侧零序电压u_o1和u_o2/u_o1和u_o2和u_o3的突变时刻对准为原则；所述S23截取故障时段的数据的步骤包括：去除故障前和故障切除后时段的数据，仅截取故障存在时段的数据。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述步骤S23b的重抽样，对于两端口元件输出数据：

$u_{abc1k}=\left[\begin{array}{c}{u}_{a1k}\\ u_{b1k}\\ u_{c1k}\end{array}\right],i_{abc1k}=\left[\begin{array}{c}{i}_{a1k}\\ i_{b1k}\\ i_{c1k}\end{array}\right],u_{abc2k}=\left[\begin{array}{c}{u}_{a2k}\\ u_{b2k}\\ u_{c2k}\end{array}\right],i_{abc2k}=\left[\begin{array}{c}{i}_{a2k}\\ i_{b2k}\\ i_{c2k}\end{array}\right],k=1,2,...,n;$

对于三端口元件输出数据：

$u_{abc1k}=\left[\begin{array}{c}{u}_{a1k}\\ u_{b1k}\\ u_{c1k}\end{array}\right],i_{abc1k}=\left[\begin{array}{c}{i}_{a1k}\\ i_{b1k}\\ i_{c1k}\end{array}\right],u_{abc2k}=\left[\begin{array}{c}{u}_{a2k}\\ u_{b2k}\\ u_{c2k}\end{array}\right],i_{abc2k}=\left[\begin{array}{c}{i}_{a2k}\\ i_{b2k}\\ i_{c2k}\end{array}\right],u_{abc3k}=\left[\begin{array}{c}{u}_{a3k}\\ u_{b3k}\\ u_{c3k}\end{array}\right],$ $i_{abc3k}=\left[\begin{array}{c}{i}_{a3k}\\ i_{b3k}\\ i_{c3k}\end{array}\right],k=1,2,...,n.$

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3由元件的全参数微分方程辨识元件的全参数的步骤包括：

先写出元件的全参数微分方程，并整理成如下状态方程：

$\frac{d}{dt}X=A\·X+B\·u$

y＝C·X+D·u

其中，X为状态变量向量，t为时间，u为控制向量，y为输出向量，A为状态矩阵，B、C和D为矩阵或向量；

而后辨识出矩阵A、B、C、D的估计值

根据推导元件全参数微分方程时的A、B、C、D与元件参数RLC的关系，求出电阻矩阵R、电感矩阵L和电容矩阵C。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对于故障线路的全参数微分方程：

$R_{abc1}\·i_{abc1p}+L_{abc1}\·\frac{d}{dt}{i}_{abc1p}=u_{abc1}-u_{abcf}$

$R_{abc2}\·i_{abc2p}+L_{abc2}\·\frac{d}{dt}{i}_{abc2p}=u_{abc2}-u_{abcf}$

u_abcf＝R_abcf·i_abcf

i_abcf＝i_abc1+i_abc2

$i_{abc1p}=i_{abc1}-G_{abc1}\·u_{abc1}-C_{abc1}\·\frac{d}{dt}{u}_{abc1}$

$i_{abc2p}=i_{abc2}-G_{abc2}\·u_{abc2}-C_{abc2}\·\frac{d}{dt}{u}_{abc2}$

其中，u_abc1、i_abc1分别为线路一端的三相电压和三相电流，u_abc2、i_abc2分别为线路另一端的三相电压和三相电流；

其中，R_abc2＝β·R_abc1，L_abc2＝β·L_abc1，C_abc2＝β·C_abc1，G_abc2＝β·G_abc1，

$R_{abc1}=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{a1}& r_{ab1}& r_{ac1}\\ r_{ab1}& r_{b1}& r_{bc1}\\ r_{ac1}& r_{bc1}& r_{c1}\end{array}\right],L_{abc1}=\left[\begin{array}{ccc}{l}_{a1}& m_{ab1}& m_{ac1}\\ m_{ab1}& l_{b1}& m_{bc1}\\ m_{ac1}& m_{bc1}& l_{c1}\end{array}\right],C_{abc1}=\left[\begin{array}{ccc}{c}_{a1}& c_{ab1}& c_{ac1}\\ c_{ab1}& c_{b1}& c_{bc1}\\ c_{ac1}& c_{bc1}& c_{c1}\end{array}\right],$ $G_{abc1}=\left[\begin{array}{ccc}{g}_{a1}& g_{ab1}& g_{ac1}\\ g_{ab1}& g_{b1}& g_{bc1}\\ g_{ac1}& g_{bc1}& g_{c1}\end{array}\right],R_{abcf}=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{af}& 0& 0\\ 0& r_{bf}& 0\\ 0& 0& r_{cf}\end{array}\right],$

其中，R_abcf由故障类型决定，对于a相接地，r_bf＝∞、r_cf＝∞、r_af＝r_f；对于b相接地，r_af＝∞、r_cf＝∞、r_bf＝r_f；对于c相接地，r_af＝∞、r_bf＝∞、r_cf＝r_f；对于ab两相接地，r_af＝r_f1、r_bf＝r_f2、r_cf＝∞；对于bc两相接地，r_af＝∞、r_bf＝r_f1、r_cf＝r_f2；对于ac两相接地，r_af＝r_f1、r_bf＝∞、r_cf＝r_f2；

从而对参数β、r_f或者r_f1和r_f2、以及参数R_abc1、L_abc1、C_abc1、G_abc1一起辨识；线路参数R_abc＝R_abc1+R_abc2、L_abc＝L_abc1+L_abc2、C_abc＝(C_abc1+C_abc2)/2和G_abc＝(G_abc1+C_abc2)/2。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对于非故障线路的全参数微分方程：

$R_{abc}\·i_{abcp}+L_{abc}\·\frac{d}{dt}{i}_{abcp}=u_{abc1}-u_{abc2}$

$i_{abcp}=i_{abc1}-G_{abc}\·u_{abc1}-C_{abc}\·\frac{d}{dt}{u}_{abc1}$

其中，u_abc1、i_abc1分别为线路一端的三相电压和三相电流，u_abc2、i_abc2分别为线路另一端的三相电压和三相电流；

其中， $R_{abc}=\left[\begin{array}{ccc}{r}_a& r_{ab}& r_{ac}\\ r_{ab}& r_b& r_{bc}\\ r_{ac}& r_{bc}& r_c\end{array}\right],L_{abc}=\left[\begin{array}{ccc}{l}_a& m_{ab}& m_{ac}\\ m_{ab}& l_b& m_{bc}\\ m_{ac}& m_{bc}& l_c\end{array}\right],C_{abc}=\left[\begin{array}{ccc}{c}_a& c_{ab}& c_{ac}\\ c_{ab}& c_b& c_{bc}\\ c_{ac}& c_{bc}& c_c\end{array}\right],$ $G_{abc}=\left[\begin{array}{ccc}{g}_a& g_{ab}& g_{ac}\\ g_{ab}& g_b& g_{bc}\\ g_{ac}& g_{bc}& g_c\end{array}\right],$

从而辨识出参数R_abc、L_abc、C_abc。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对于非故障双卷变压器的全参数微分方程：

$R_{120}\·i_{120p}+L_{120}\·\frac{d}{dt}{i}_{120p}=u_{1201}-u_{1202}$

i_120p＝i₁₂₀₁-G₁₂₀·u₁₂₀₁-i_120m

$u_{1201}=L_{120m}\·\frac{d}{dt}{i}_{120m},$

其中，u₁₂₀₁、i₁₂₀₁分别为变压器一侧的三相电压变换到正负零序的分量和三相电流变换到正负零序的分量，u₁₂₀₂为变压器另一侧的三相电压变换到正负零序的分量；i_120m为流过变压器激磁阻抗的正负零序电流；

其中， $R_{120}=\left[\begin{array}{ccc}{r}_1& 0& 0\\ 0& r_1& 0\\ 0& 0& r_0\end{array}\right],L_{120}=\left[\begin{array}{ccc}{l}_1& 0& 0\\ 0& l_1& 0\\ 0& 0& l_0\end{array}\right],G_{120}=\left[\begin{array}{ccc}{g}_1& 0& 0\\ 0& g_1& 0\\ 0& 0& g_0\end{array}\right],$ $L_{120m}=\left[\begin{array}{ccc}{l}_{1m}& 0& 0\\ 0& l_{1m}& 0\\ 0& 0& l_{0m}\end{array}\right];$ 从而辨识出变压器参数r₁、r₀、l₁、l₀、g₁、g₀、l_1m、l_0m。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对于非故障三卷变压器的全参数微分方程：

$R_{1201}\·i_{1201}+L_{1201}\·\frac{d}{dt}{i}_{1201}=u_{1201}-u_{120p}$

$R_{1202}\·i_{1202}+L_{1202}\·\frac{d}{dt}{i}_{1202}=u_{1202}-u_{120p}$

$R_{1203}\·i_{1203}+L_{1203}\·\frac{d}{dt}{i}_{1203}=u_{1203}-u_{120p}$

$u_{120p}=L_{120m}\·\frac{d}{dt}{i}_{120m}$

i₁₂₀₁+i₁₂₀₂+i₁₂₀₃＝G₁₂₀·u_120p+i_120m

其中，u₁₂₀₁、i₁₂₀₁分别为变压器第一侧的三相电压变换到正负零序的分量和三相电流变换到正负零序的分量，u₁₂₀₂、i₁₂₀₂分别为变压器第二侧的三相电压变换到正负零序的分量和三相电流变换到正负零序的分量，u₁₂₀₃、i₁₂₀₃分别为变压器第三侧的三相电压变换到正负零序的分量和三相电流变换到正负零序的分量；i_120m为流过变压器激磁阻抗的正负零序电流；

其中， $R_{1201}=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{11}& 0& 0\\ 0& r_{11}& 0\\ 0& 0& r_{01}\end{array}\right],L_{1201}=\left[\begin{array}{ccc}{l}_{11}& 0& 0\\ 0& l_{11}& 0\\ 0& 0& l_{01}\end{array}\right],R_{1202}=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{12}& 0& 0\\ 0& r_{12}& 0\\ 0& 0& r_{02}\end{array}\right],$ $L_{1202}=\left[\begin{array}{ccc}{l}_{12}& 0& 0\\ 0& l_{12}& 0\\ 0& 0& l_{02}\end{array}\right],R_{1203}=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{13}& 0& 0\\ 0& r_{13}& 0\\ 0& 0& r_{03}\end{array}\right],L_{1203}=\left[\begin{array}{ccc}{l}_{13}& 0& 0\\ 0& l_{13}& 0\\ 0& 0& l_{03}\end{array}\right],$ $G_{120}=\left[\begin{array}{ccc}{g}_1& 0& 0\\ 0& g_1& 0\\ 0& 0& g_0\end{array}\right],L_{120m}=\left[\begin{array}{ccc}{l}_{1m}& 0& 0\\ 0& l_{1m}& 0\\ 0& 0& l_{0m}\end{array}\right];$

从而辨识出参数r₁₁、r₀₁、l₁₁、l₀₁、r₁₂、r₀₂、l₁₂、l₀₂、r₁₃、r₀₃、l₁₃、l₀₃、g₁、g₀、l_1m和l_0m。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1输入电力元件相关的故障录波数据的步骤包括：

对于非故障发电机，输入机端三相电压u_a、u_b、u_c，三相电流i_a、i_b、i_c的采样值{u_ak、u_bk、u_ck、i_ak、i_bk、i_ck}，电网角频率ω₀、发电机转速ω、功角δ、励磁电压u_f、励磁电流i_f的采样值{ω_0k、ω_k、δ_k、u_fk、i_fk}，以及采样时刻{t_k}；其中，k＝1,2,…,N，ω_0k＝2πf_0k，f_0k为电网的工频周期。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤S3由元件的全参数微分方程辨识元件的全参数的步骤包括：

由机端三相电压u_a、u_b、u_c和机端三相电流i_a、i_b、i_c的录波值做变换求得u_d、u_q、i_d、i_q的值{u_dk、u_qk、i_dk、i_qk}，k＝1,2,…,N：

$\left[\begin{array}{c}{u}_d\\ u_q\end{array}\right]=T\·\left[\begin{array}{c}{u}_a\\ u_b\\ u_c\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]=T\·\left[\begin{array}{c}{i}_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right],T=\frac{2}{3}\·\left[\begin{array}{ccc}\cos \left(\mathrm{\θ}\right)& \cos \left(\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\·\mathrm{\π}\right)& \cos \left(\mathrm{\θ}+\frac{2}{3}\·\mathrm{\π}\right)\\ -\sin \left(\mathrm{\θ}\right)& -\sin \left(\mathrm{\θ}-\frac{2}{3}\·\mathrm{\π}\right)& -\sin \left(\mathrm{\θ}+\frac{2}{3}\·\mathrm{\π}\right)\end{array}\right]$

$M_e=\left[\begin{array}{cc}{i}_q& -i_d\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{cccccc}{l}_d& m_{ad}& & m_{aD}& 0& 0\\ 0& 0& 0& l_q& m_{qQ}& \end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}-i_d\\ i_f\\ i_D\\ -i_q\\ i_Q\end{array}\right],$

$L_{dfDqQ}=\left[\begin{array}{ccccc}{l}_d& m_{ad}& m_{aD}& 0& 0\\ m_{ad}& l_f& m_{fD}& 0& 0\\ m_{aD}& m_{fD}& l_D& 0& 0\\ 0& 0& 0& l_q& m_{aQ}\\ 0& 0& 0& m_{aQ}& l_Q\end{array}\right],u_t=\sqrt{u_d^2+u_q^2},$ P_m＝ω·M_m；

根据非故障发电机的全参数微分方程辨识出参数T_J、D、l_d、l_q、l_f、l_D、l_Q、m_ad、m_aD、m_aQ、m_fD、r_d、r_q、r_f、r_D、r_Q、T_g、k_g、T_a、k_a、T_e，以及T_w和k_w或者T_h和k_h：

$\frac{d\mathrm{\δ}}{dt}=\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_0$

$\frac{T_J}{{\mathrm{\ω}}_0}\·\frac{d\mathrm{\ω}}{dt}=M_m-M_e-D\·(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_0)$

$L_{dfDqQ}\·\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}-i_d\\ i_f\\ i_D\\ -i_q\\ i_Q\end{array}\right]=\mathrm{\ω}\·\left[\begin{array}{ccccc}0& 0& 0& -l_q& -m_{aQ}\\ 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0\\ l_d& m_{ad}& m_{aD}& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}-i_d\\ i_f\\ i_D\\ -i_q\\ i_Q\end{array}\right]-\left[\begin{array}{ccccc}{r}_a& 0& 0& 0& 0\\ 0& r_f& 0& 0& 0\\ 0& 0& r_D& 0& 0\\ 0& 0& 0& r_a& 0\\ 0& 0& 0& 0& r_Q\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}-i_d\\ i_f\\ i_D\\ -i_q\\ i_Q\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{u}_d\\ u_f\\ 0\\ u_q\\ 0\end{array}\right]$

$T_g\·\frac{d\mathrm{\μ}}{dt}=-\mathrm{\μ}+k_g\·(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_0)$

$0.5\·T_w\·\frac{{\mathrm{dP}}_m}{dt}=-P_m+k_w\·\mathrm{\μ}-T_w\·\frac{d\mathrm{\μ}}{dt},$ 或 $T_h\·\frac{{\mathrm{dP}}_m}{dt}=-P_m+k_h\·\mathrm{\μ}$

$\frac{{\mathrm{du}}_f}{dt}=e$

$T_a\·T_e\·\frac{de}{dt}=-(T_a+T_e)\·e-u_f+k_a\·(u_t-u_0)$

其中，P_m为机械功率，M_m为机械转矩，u_t为发电机机端电压，M_e为电磁转矩，L_dfDqQ为发电机的定子和转子的电感与互感矩阵，T_g为电液调速器的时间常数，k_g为电液调速器的放大倍数，μ为阀门开度，T_W为水轮机的时间常数，k_w为水轮机的做功系数，T_h为汽轮机高压缸的时间常数，k_h为汽轮机高压缸的做功系数，T_a为励磁控制器的时间常数，T_e为励磁机的时间常数，k_a为励磁控制器的放大倍数，T_J为转子惯性时间常数，δ为发电机功角，ω₀为电网角速度，ω为发电机转子角速度，u_f为励磁电压，i_f为励磁电流，i_D为直轴阻尼电流，i_Q为横轴阻尼电流，D为阻尼系数。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，非故障发电机的全参数微分方程的第3个微分方程简化为：

$L_{dfq}\·\frac{d}{dt}\left[\begin{array}{c}-i_d\\ i_f\\ -i_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}-r_a& 0& -\mathrm{\ω}\·l_q\\ 0& -r_f& 0\\ \mathrm{\ω}\·l_d& \mathrm{\ω}\·m_{ad}& -r_a\end{array}\right]\·\left[\begin{array}{c}-i_d\\ i_f\\ -i_q\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{u}_d\\ u_f\\ u_q\end{array}\right]$

其中， $L_{dfq}=\left[\begin{array}{ccc}{l}_d& m_{ad}& 0\\ m_{ad}& l_f& 0\\ 0& 0& l_q\end{array}\right].$

13.一种由故障录波数据辨识发电机全参数的系统，其特征在于，包括：

发电机故障录波装置，用于测量并存储故障录波数据，包括：对电网的工频周期f₀、发电机机端三相电压u_abc、三相电流i_abc、发电机转速ω、功角δ、励磁电压u_f和励磁电流i_f进行采样，以获得相应的采样值；根据和ω₀＝2πf₀，计算出转子加速度α和电网角频率ω₀的采样值；录波存储采样时刻和采样值；其中，故障录波从短路前2～10个周波开始，直到故障切除且发电机转速平稳后停止；

数据处理单元，用于进行标度变换，对录波数据进行数字低通滤波，而后进行重抽样并输出；

参数辨识单元，用于由发电机及其控制系统的全参数微分方程辨识发电机及其控制系统的全参数；

所述数据处理单元和参数辨识单元既可以在发电机故障录波装置内，也可以在计算机上。

14.一种由故障录波数据定位线路故障点的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、输入线路的故障录波数据；

S2、对所述数据进行数据处理，包括：S21标度变换；S22对齐录波数据的时标；S23数字低通滤波；S24重抽样；S25截取故障时段的数据；

S3、由故障时段的数据和故障线路的全参数微分方程辨识过渡电阻、以及故障点的右侧线路长度与左侧线路长度之比β；

其中，所述全参数微分方程为：

$R_{abc1}\·i_{abc1p}+L_{abc1}\·\frac{d}{dt}{i}_{abc1p}=u_{abc1}-u_{abcf}$

$R_{abc2}\·i_{abc2p}+L_{abc2}\·\frac{d}{dt}{i}_{abc2p}=u_{abc2}-u_{abcf}$

u_abcf＝R_abcf·i_abcf

i_abcf＝i_abc1+i_abc2

$i_{abc1p}=i_{abc1}-G_{abc1}\·u_{abc1}-C_{abc1}\·\frac{d}{dt}{u}_{abc1}$

$i_{abc2p}=i_{abc2}-G_{abc2}\·u_{abc2}-C_{abc2}\·\frac{d}{dt}{u}_{abc2}$

其中，u_abc1、i_abc1分别为线路一端的三相电压和三相电流，u_abc2、i_abc2分别为线路另一端的三相电压和三相电流；

其中，R_abc2＝β·R_abc1，L_abc2＝β·L_abc1，C_abc2＝β·C_abc1，

$R_{abc1}=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{a1}& r_{ab1}& r_{ac1}\\ r_{ab1}& r_{b1}& r_{bc1}\\ r_{ac1}& r_{bc1}& r_{c1}\end{array}\right],L_{abc1}=\left[\begin{array}{ccc}{l}_{a1}& m_{ab1}& m_{ac1}\\ m_{ab1}& l_{b1}& m_{bc1}\\ m_{ac1}& m_{bc1}& l_{c1}\end{array}\right],C_{abc1}=\left[\begin{array}{ccc}{c}_{a1}& c_{ab1}& c_{ac1}\\ c_{ab1}& c_{b1}& c_{bc1}\\ c_{ac1}& c_{bc1}& c_{c1}\end{array}\right],$ $R_{abcf}=\left[\begin{array}{ccc}{r}_{af}& 0& 0\\ 0& r_{bf}& 0\\ 0& 0& r_{cf}\end{array}\right],$

其中，R_abcf由故障类型决定，对于a相接地，r_bf＝∞、r_cf＝∞、r_af＝r_f；对于b相接地，r_af＝∞、r_cf＝∞、r_bf＝r_f；对于c相接地，r_af＝∞、r_bf＝∞、r_cf＝r_f；对于ab两相接地，r_af＝r_f1、r_bf＝r_f2、r_cf＝∞；对于bc两相接地，r_af＝∞、r_bf＝r_f1、r_cf＝r_f2；对于ac两相接地，r_af＝r_f1、r_bf＝∞、r_cf＝r_f2；

S4、输出过渡电阻r_f或者r_f1和r_f2，以及故障点位置，其中，故障点的左侧线路长度＝故障线路总长度/(1+β)。