CN104204824B

CN104204824B - 配电系统中的故障定位

Info

Publication number: CN104204824B
Application number: CN201280068185.9A
Authority: CN
Inventors: 大卫·托马斯; 马克·萨姆纳; 贾科
Original assignee: University of Nottingham
Current assignee: University of Nottingham
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2018-05-04
Anticipated expiration: 2032-11-28
Also published as: WO2013079933A1; GB201120477D0; US10352984B2; EP2786163A1; CN104204824A; US20140336959A1

Abstract

公开了一种定位电力传输线(12、12a)上的故障(14)的方法。所述传输线具有已知线阻抗且可操作以在一个或多个系统频率输送电力。所述方法包括使用对在不同于所述系统频率的一个或多个频率的所述线(12、12a)上的电流和电压做出的测量和所述已知线阻抗(Z)以确定与所述故障(14)的距离。所述方法可包括监测在一个或多个非系统频率的所述传输线上的电压和电流，和根据所述传输线(12、12a)上的非系统频率的信号的存在确定已经发生故障(14)。

Description

配电系统中的故障定位

技术领域

本发明涉及配电系统中的故障定位，且特别但不排他地涉及使用传输线的阻抗的在传输线上的故障定位。

背景技术

如本文中所使用，术语“配电系统”是指用于实时地将电力从一个位置分配到另一位置的装置。配电系统的实例是被称为国家电网(National Grid)的英国国家电力配电系统。配电系统的另一实例是车辆集成电源系统(IPS)。这种系统用在运输业中，用于将电力从发电机贯穿车辆输送到车辆的各个系统。

一般而言，配电系统被布置为在特定系统频率的传输线上运载电流。在英国和欧洲，电力被以约50Hz的系统频率输送，而北美电力被以约60Hz的系统频率输送。

在配电系统的部分经历故障的事件中，诸如传输线中的断路或短路，理想的是尽快和尽可能准确地定位故障，使得故障可被修复。定位传输线中的故障的一种方法是寻找系统频率的线的阻抗的明显改变。这种方法是稳健的，并且通常在几公里内是准确的。

然而，越来越需要更准确地发现传输线中的故障的位置。例如，在车辆集成电力系统中，可能理想的是，将故障定位到几米之内。这是因为包括在车辆IPS中的线有可能在车辆的壁内运行。需要开辟来定位和修复故障的壁板越少越好。

一般而言，可在配电系统中越准确地定位故障，可越快地发现并修复。

一种替代且更准确的故障定位方法被称为行波方法。在行波方法中，信号在测量位置处被应用到测试的传输线。信号被从故障反射回且在相同测量位置处检测反射。通过测量直到检测到反射信号所花费的时间可以高准确度(例如在1到2米内)确定与断路的距离。通常行波信号是低幅度(与通常由线运载的电信号的幅度相比)的高频信号。这样的信号易受到其它电源(诸如无线电波)的干扰，因此这个方法不稳健。此外，还需要专业的(和昂贵的)换能器来传输和接收高频信号。

发明内容

本发明的目的是提供一种替代的故障定位方法。

根据本发明的第一方面，提供了定位电力传输线上的故障的方法，传输线具有已知线阻抗且可操作以在一个或多个系统频率输送电力，其中所述方法包括使用对在不同于系统频率的一个或多个频率的线上的电流和电压的测量和已知线阻抗以确定到故障的距离。

如本文中所使用，短语“已知线阻抗”是指线的正常阻抗(即故障之前)。已知线阻抗是频率相关的(即随频率变化)。已知线阻抗可例如直接根据校准找到或从线几何来估计(例如使用配线半径和间隔)。

上述方法利用了以下事实的优点，即线上的故障本身是瞬变电流的源。这些瞬变电流以不同于系统频率的频率出现，且在消失之前可用于确定故障的位置。如本文中所使用，术语“瞬变”是指稳态值(由于以系统频率传输的信号引起的)以外的所有电压和电流信号。假设瞬变信号叠加在稳态信号上。

上述方法是被动的，因为不需要外部信号被应用到线上。在确定故障的位置中所使用的唯一信号是已经在线上的/由故障产生的信号。这意味着不需要昂贵的信号传输设备。

方法可包括测量传输线上的电流和电压，及特别地测量传输线上的瞬变电流和电压。可在测量位置(其可不同于，例如远离故障位置)处测量瞬变电流和电压。可在本发明的一个实施例中的仅一个测量位置或在本发明的另一个实施例中的一个以上测量位置处测量电流和电压。

在一个实施例中，可在第一测量位置和第二测量位置处测量电流和电压，且优选在两个测量位置处基本同时测量。第一测量位置可设置在故障的第一侧且第二测量位置可设置在故障的第二侧，使得故障位于两个测量位置之间。

方法可包括在发生故障之后测量非系统频率的传输线上的电流和电压。方法可还包括在发生故障之前测量非系统频率的传输线上的电压以及有可能地测量电流。

方法可包括监测在传输线上的电压和电流，且可包括检测是否发生了故障。传输线上的瞬变信号的存在可被视为已经发生了故障的指示。

监测电压和电流可包括定期和/或连续地测量传输线上的电压和电流。

方法可包括在已经发生故障之后的预定时段期间测量传输线上的瞬变电压和电流信号。预定时段可小于20ms，且可小于15ms。预定时段可小于10ms，例如，8ms。

方法还可包括例如使用傅立叶变换将所测量的瞬变电压和电流转化到频域中。

方法可包括在不同于系统频率且彼此不同的多个频率使用瞬变电压和电流的测量值以创建多个距离估计。多个电压和电流测量值可在相同时间周期(例如同时)进行。可比较多个距离估计以确定到故障的距离。例如可计算平均距离(诸如平均值或模式)，或到故障的距离可根据包括多个距离估计的正态分布来确定。可在丢弃边缘估计之后计算平均距离。

所述(或每个)测量的频率可高于系统频率并小于指定最大频率，这可以是例如10,000Hz。所述(或每个)测量的频率可能远离系统频率，例如比系统频率大50％以上。所述(或每个)测量的频率可能低于系统频率，例如比系统频率小50％以上。优选地测量的频率高于系统频率。

其中系统频率是50或60Hz，测量频率或多个测量频率可介于70Hz或80Hz和10000Hz之间，例如介于100和5000Hz之间。测量频率或多个测量频率可以是100至3000Hz，例如介于500和2500Hz之间或介于500和1500Hz之间。

其中系统频率是0(对于DC信号)，测量频率或多个测量频率可高于20Hz并小于10000Hz，例如介于20Hz和2500Hz之间。

其中系统频率是400(例如对于飞机分配系统)，测量频率或多个测量频率可高于450Hz且小于10000Hz，例如介于500Hz和2500Hz之间。

所测量的瞬变电压和电流可用于估计故障发生时的传输线的线阻抗。

到故障的距离x_f可使用已知线阻抗根据故障发生时的传输线Z_line的估计线阻抗来计算。特别而言，到故障点的距离可使用Z_line＝Z_{line_P}.x_f来计算，其中Z_{line_P}是每单位长度的已知线阻抗。每单位长度Z_{line_P}的已知线阻抗可根据已知线阻抗(其可在故障之前测量/校准)和线的总长度(可在故障之前测量/已知)来计算。例如，线阻抗可根据已知线横截面几何学(例如，导体直径和间隔)来估计。

估计线阻抗可包括确定源阻抗Z_s(其是测量位置处的配电系统的戴维南(Thèvenin)等效电压供应的阻抗)。确定源阻抗可包括使用所测量的瞬变电流I_f和瞬变电压V_f(需注意，I_f和I_f是指频域量，其是具有幅度和相位的复数(相量))计算源阻抗。源阻抗可使用下式计算：

Z_s＝V_f/I_f

估计线阻抗可包括估计故障位置处的电压V_pre-f。估计故障位置处的电压V_pre-f可包括假设V_pre-f是步长值等于测量位置处的所测量的故障前电压的阶梯波形。

到故障的距离x_f可使用线阻抗计算：

x_f＝(V_pre-f/I_f-V_f/I_f)/Z_{line_P}

方法可包括进行第一“电压”迭代。

电压迭代可包括第一电压迭代步骤。第一电压迭代步骤可包括计算到故障的第一估计距离x_f1。计算到故障的第一估计距离x_f1可包括根据线电抗计算到故障的距离。特别而言，到故障的第一估计距离x_f1可使用下式计算：

计算第一距离估计x_f1可包括估计故障位置处的电压V_{pre_f}的第一电压V₁。第一电压V₁可使用故障发生之前的例如测量位置处的电压来估计。

电压迭代可包括第二电压迭代步骤，其可包括使用到故障的第一距离估计x_f1和第一电压V₁来估计故障位置处的电压的第二电压V₂。第二电压V₂可使用下式来计算：

V₂＝V₁-I_{pre_f}.Z_{line_P}x_f1 (B)

电压迭代可包括第三电压迭代步骤，其可包括使用第二电压V₂来计算到故障的第二估计距离x_f2。到故障的第二估计距离可使用等式(A)来计算(已做必要修正，在这种情况下，x_f1由x_f2替代，V_pre-f-由V₂替代)。

第二和第三电压迭代步骤可重复多次，例如直到估计距离收敛到误差的预定裕度内(其可以是例如±100m、±10m、±1m或±0.5m)。

估计到故障点的距离可包括估计故障的电阻R_f。在假设线电阻可忽略不计下，故障的电阻可使用下式来估计：

R_f≈real(V_{pre_f}/I_f-V_f/I_f)

其中V_{pre_f}是如上所述的故障位置处的电压的估计。

到故障的距离x_f可使用下式根据线阻抗计算：

Z_{line_P.}x_f＝V_{pre_f}/I_f-R_f-V_f/I_f–(I_load/I_s).R_f (C)

方法可包括进行第二“阻抗”迭代。

阻抗迭代可包括第一阻抗迭代步骤。第一阻抗迭代步骤可包括计算到故障的第一估计距离x_f1。计算到故障的第一估计距离x_f1可包括估计故障位置处的电压V_{pre_f}的第一电压V₁和计算线电阻R_f的第一估计。第一电压V₁可使用故障发生之前的例如测量位置处的电压来估计。计算到故障的第一估计距离x_f1还可包括在等式(C)中设(I_load/I_s).R_f＝0。

阻抗迭代可包括第二阻抗迭代步骤，其可包括使用到故障的第一估计距离x_f1来估计第一负载电流I_load。第一负载电流I_load可使用下式计算：

阻抗迭代可包括第三阻抗迭代步骤，其可包括使用第一负载电流I_load来计算到故障的第二估计距离x_f2。到故障的第二估计距离可使用等式(C)来计算(已做必要修正)。

第二和第三阻抗迭代步骤可重复多次，例如直到所估计距离收敛到误差的预定裕度内(其可以是例如±100m、±10m、±1m或±0.5m)。

可在产生距离估计之前估计故障的电阻。方法可包括基于所估计的故障电阻确定是否实施电压迭代步骤以确定到故障的距离，或确定是否实施阻抗迭代步骤以确定到故障的距离。确定可基于所估计的故障电阻和负载电阻之间的比较。

其中方法包括测量两个测量位置处的电流和电压，从第一位置到故障的距离x_f1可使用下式计算：

其中V₁、I₁是记录在第一位置处的电压和电流瞬变值，V₂、I₂是记录在第二位置处的电压和电流瞬变值，且Z_T是两个测量点之间的总线阻抗。

例如通过同步测量的相位，将记录在第一位置处的电压和电流瞬变值与记录在第二位置处的电压和电流瞬变值同步。

方法可包括校准传输线以确定已知线阻抗的步骤。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于定位电力传输线上的故障的系统，传输线具有已知线阻抗且可操作以在一个或多个系统频率输送电力，其中系统包括处理器，其可操作以使用在不同于系统频率的一个或多个频率测量的线上的电流和电压的测量和已知线阻抗以确定到故障的距离。

系统可操作以实施本发明的第一方面的方法，和/或在参考/根据本发明的第一方面的任何段落中描述的方法。

系统可包括用于在不同于系统频率的频率测量传输线上的电压的装置；和用于在不同于系统频率的频率测量传输线上的电流的装置。系统可包括两套这样的装置，一套在传输线上的第一测量位置处使用且另一套在传输线上的第二测量位置处使用。系统可包括通信信道。

根据本发明的第三方面，提供了利用计算机可读指令编码的数据载体，当由计算机读取时，所述数据载体可操作以使计算机执行本发明的第一方面的方法和/或如根据本发明的第一方面的任何段落中所描述的方法。

附图说明

现将参考附图仅通过实例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1示意地示出包括经受故障的传输线的配电系统；

图2示出具有低阻抗故障的单相电路的实例；

图3示出非系统频率的与图2的电路等效的戴维南电路；

图4示出(A)包括高阻抗故障的单相电路的实例和(B)非系统频率的戴维南等效电路；

图5是描绘定位传输线上的故障的方法的流程图；

图6是描绘执行图5的方法的步骤S2的一种方法的流程图；

图7示出实验性三相配电系统，每个传输线包括四个π区段电路；

图8示出π区段电路；

图9示意地描绘校准线阻抗；

图10示意地示出强加在沿三相传输线的各个位置的故障；

图11示出在无过滤(顶图)和有过滤(底图)的故障(在零时间)之前、期间和之后所测量的传输线上的电压和电流；

图12示出用于图10的故障3的(a)所测量(过滤的)的电压瞬变值、(b)测量(过滤的)电流瞬变值、(c)故障(V_{fault_point})处的估计阶梯电压，和(d)到故障的估计线电抗；

图13描绘故障之后(顶图和中间图)和故障之前(底图)的电流和电压的频率信息；

图14比较了不同故障位置处的故障的估计线电抗与校准线电抗；

图15示出与DC电压供应的图12中的那些结果类似的结果；

图16比较了不同故障位置处的故障的估计线电抗与校准线电抗；

图17示出与600V AC电压供应的图12中的那些结果类似的结果；

图18示出不同故障电阻(0-1欧姆)的故障3处的估计线电抗，特别是针对频率的估计线电抗(顶图)和针对故障电阻的估计误差(底图)；以及

图19示意地示出包括双端故障定位方案中的故障的传输线；

图20示出非基本频率的与图19等效的戴维南电路；

图21是针对相位不同步的频率比较估计线电抗与校准线电抗的图；

图22将原估计线电抗与第一、第二和第三同步迭代进行比较；以及

图23示出针对频率绘制的所计算的相位角。

具体实施方式

首先参考图1，示出配电系统10。配电系统包括由由塔架13运送的多个传输线12。配电系统10中的一个传输线12a包括故障14。配电系统10可操作以在一个或多个系统频率(在这个实例中是50Hz)输送电力。传输线12每个都具有已知线阻抗(其可计算、校准或以其它方式已知)。

配电系统10还包括测量系统100，其在本实例中包括用于测量在非系统频率的传输线上的电压和电流的电压变频器102和电流变频器104。测量装置包括处理器106，其可操作以使用由(在本实例中)电压和电流变频器作出的电流和电压的测量以确定到故障的距离。在这个实例中，处理器远离传输线并位于配电系统的控制中心。可替换地，处理器可以是例如控制本地断路器的继电器的部分。处理器被编码有指令，以执行下面描述的一个或多个方法以确定到故障的距离。

在测量系统中，如在常规保护单元中，传输线上的电压和电流被连续监视。当故障发生时，过电流跳闸指示故障瞬变的存在。然而，与传统系统相反，当测量系统100检测故障瞬变的存在时，系统启动瞬变信号的测量作为在预定时段中的采样时域数据。预定时段通常是8ms，但根据所需的频率分辨率可长可短。

所捕捉的的瞬变电压和电流数据被发送到处理器，其将数据傅立叶变换到频域，并执行如下所描述的一种或多种方法以确定故障的位置的估计。

在第一个实例中，测量系统100是单端系统，即，测量系统被布置为基于仅在传输线的一端作出的测量产生对故障位置的估计。

使用这种单端测量系统定位传输线12a上的故障14的一种方法在图5中被概述，并且在下面参考图2更详细地描述。

图2示出表示传输线12a和故障14的简化电路图。特别而言，图2示出电压源V_supply引起单相电流流过其中的单区电路。电路具有阻抗Z，其包括电压源的阻抗Z_s以及传输线12a的阻抗Z_line。

到故障的距离x_f可根据故障和源之间的传输线的阻抗Z_line来确定。特别而言，线阻抗Z_line可依据x被认为等于每单位长度的线阻抗Z_{line_P}乘以线的长度x。因此，如果可测量/估计故障时的线阻抗，则线阻抗可用于使用故障之前的已知线阻抗和特别地每单位长度的已知线阻抗Z_{line_P}来确定到故障的距离。

因为下面所描述的方法是单端(即基于在故障位置的一侧的仅一个测量位置处作出的测量)的，为了确定故障时的线阻抗，有必要知道(或能够合理地估计)故障位置16上的电压。然而，故障电压是未知的，以及故障阻抗也是未知的。

当故障14出现在线12a上时，在线中产生瞬变信号。这些信号通常发生在频率范围(包括不同于系统频率的频率)内，并在短时间后消失。我们已经确定了能够根据在远离故障位置的位置18处所取的瞬变电流和瞬变电压的测量估计线阻抗，如图5的步骤S1中所陈述的。然后瞬变信号的所测量的电压和电流可与传输线的已知线阻抗和初始故障前电压的估计一起使用来计算到故障的距离的第一估计，如图5的步骤S2中所示且如下面更详细地描述。

为了更准确的结果，可以多个不同频率实施方法，其中每个频率都不同于系统频率，如在步骤S3所指示的。例如瞬变电流和电压可以第一频率(其可以例如是2000Hz)测量，且同时以第二、第三和第四频率(例如1000Hz、1500Hz和2500Hz)测量。更多或更少电压和电流测量可根据需要以不同频率采取。例如，可在80Hz到10,000 Hz的范围和/或在0(对于DC电源系统)到20Hz的范围内选择多个不同频率。如上面所提到的，通常在预定时段内作出瞬变电压和电流的测量，且从时域数据的傅立叶变换采取频率范围。所需的频率分辨率将取决于时间数据的窗长度。

每组电压和电流测量(即一个频率的所有测量)然后用于产生到故障的距离的估计。这些多个估计然后用于选择到故障的距离的值，如步骤S4中所陈述的。

当选择到故障的距离的值时，可简单地组合多个估计，例如使用正态分布被平均。然而，我们已经发现，有时特定频率的测量非常不准确，可能是因为频率标志着系统的共振。因此在取平均值之前可有用的是首先比较多个测量，并舍弃边缘测量，诸如明显不准确的那些测量值(例如，因为它们给出物理上无意义的结果)。

现在参考图6，描述了执行图5的方法的步骤1和2以产生到故障的距离的估计的一种方法。

如上面所提到的，到故障的距离可通过考虑传输线的阻抗来确定。线阻抗Z_line是电路的总阻抗Z的一部分，其还包括源阻抗Z_s(其是戴维南等效电压源的阻抗)、负载阻抗和故障阻抗。其中故障阻抗相对于负载阻抗较小，因此能够丢弃负载阻抗和故障阻抗，且仅考虑源和线阻抗。这个简单例子示于图2和3中且将首先进行讨论。

传输线上的故障在线中产生瞬变电压和电流信号。由故障产生的瞬变电流可被认为是由于故障位置上的谐波电压源引起的。需注意，对于系统频率之外的频率，供给电动势可被忽略，所以唯一源是故障位置本身。这被示意地示于图3中，其示出与非基本(即非系统或系统的谐波)频率的图2的电路等效的戴维南电路。电路包括由故障14引起短路的供应电压。

由故障诱导的电压可被认为是与故障位置处的即时的故障前电压V_pre-f相等和相反的电压，因此使系统电压在故障的初始崩溃。本质上所诱导的瞬变是开始于将包括频率范围的故障的初始的阶梯函数，因此，故障可被认为是高频瞬变的源。

测量点18和故障点16之间的线阻抗Z_line可根据下面的计算(等式(1)-(3))来计算。

可从使用欧姆定律在测量点测量的电压瞬变值V_f和电流瞬变值I_f发现发现源阻抗：

需注意，在这个实例中，V_f和I_f两者都是从在时域中所作出的电压/电流测量的傅立叶变换导出的频域量。因此V_f和I_f是具有幅度和相位的复数(相量)。

可在依据故障位置处的故障前电压V_pre-f和所测量的瞬变电流I_f发现总源和线阻抗。

其中Z_{line_P}是线的每单位长度阻抗且x_f是与测量点的故障距离。

因此，测量点和故障位置之间的线阻抗Z_line＝Z_{line_P}.x_f可从下式获得：

故障位置处的故障前电压V_pre-f是未知的。然而，这可被估计为步长值(出现在故障时间)等于且相对V_fault-point的阶梯波形，其被定义为故障时的故障点处的健康状态电压。将V_fault-point定义为立即在故障初始之前的故障位置处的电压。其在系统频率(条件是在故障初始之前在系统上没有谐波)。每个频率的故障瞬变的幅度都来自由在时域中具有初始幅度V_pre-f的故障诱导的阶梯函数的傅立叶幅度变换。

V_fault-point是未知的，但可被初步估计为等于立即在故障初始之前的测量点处的健康状态电压V₁。这是基于以下假设：测量点18和故障发生的点16之间的电压降可忽略不计。在现实中，这可能不是这样，所以这个假设很可能导致故障距离估计的初始误差。

故障距离估计的误差是由于测量点(V’_fault-point＝V₁)处的故障前电压估计和故障位置(V_fault-point)处的实际故障前电压之间的差引起的。这在等式(4)中进行了描述：

V_fault-point＝V’_fault-point-I_pre-fZ_{line_P}x_f (4)

其中I_pre-f是立即在故障初始之前的线电流且可在测量点处被发现。

最初，故障位置和故障电阻是未知的。然而，到故障位置的距离的初始估计x_f1可从等式(3)的虚部(其表示线电抗)来形成，因为这部分独立于故障电阻。因此，到故障位置的距离的第一估计x_f1为可从下式中产生：

故障距离的第一估计可用在(4)中来补偿估计的故障前电压V’_fault-point。即，故障点处的电压V₂的新的估计可通过将所计算的第一距离估计x_f1和所估计的电压V₁代入等式(4)来产生。

故障位置的第二估计x_f2然后可使用等式(5)产生。

如果需要，该迭代可重复，且故障前电压V₃的进一步更新的估计可根据新估计距离来产生，且可重新补偿故障位置处的故障前电压V₂。该迭代过程可重复多次，直到结果收敛到合理容差内。例如，迭代可能直到距离估计的变化在误差的可接受裕度内才完成，其在应用之间可能会有所不同。其中配电系统是车辆IPS，迭代可能直到距离值满足在±0.5m内才完成。

表1示出对于在20m长的配电线的端部发生的故障的该迭代过程的实例。

迭代步骤	估计的故障距离(m)
		0	26
1	17
		2	23
3	18.7
		4	20.2

表1迭代过程

如表1所示，当故障发生在线的20m处时，初始故障距离估计的结果长于20m。这是因为，故障点处的电压的初始估计V₁已经被估计为测量点处的电压(其大于实际值)。

第一估计距离x_f1然后用于通过代入等式(4)中来估计新电压V₂，其然后可在等式(5)中迭代地使用。如可从表1中看出，这个迭代过程很快收敛。

上述方法假设故障的阻抗很小。对于高阻抗故障，我们需要将传输线的远端或负载端认为是如图4(a)中所给出的。“高阻抗”故障被认为是其中故障的电阻(如下面所讨论而确定的)可与负载的电阻相比较的故障。例如，如果所估计的故障电阻是所估计的负载电阻的50％或以上，则可使用阻抗迭代。如果所估计的故障电阻小于所估计的负载电阻的50％，则可使用上述的电压迭代。

图4(A)示出与图2的电路类似的电路，其具有供应电压V_supply和供应阻抗Z_s，以及供应和故障之间的线阻抗Z_x。然而图4(A)还示出电路上的负载阻抗Z_load，以及故障和传输线的远端之间的线阻抗Z_1-x。

图4(A)中所示的系统的戴维南等效电路被示于非系统频率的故障瞬变情况过程的图4(B)中。和之前一样，故障被建模为在故障位置16处的谐波电压源。

在这种情况下，如果故障阻抗可与负载阻抗相比较，故障位置的第一估计的误差的主要原因不是从电压测量点到故障发生的点(如上所述)的电压降，而是由于负载对故障电流的贡献引起的。

对于这种一般系统，其中故障阻抗显著，等式(3)必须修改如下：

在等式(6)中，V_s和I_s分别是和之前一样在测量位置18处测量的非系统频率的瞬变电压和电流(再次，被转化到频域中)。类似地，V_{fault_point}是使用如前所提到的V_s的前故障值估计的阶梯波形。R_f(故障电阻)可使用下面的等式计算：

如在等式(5)中，R_x是测量点和故障点之间的线阻抗的实部，且对于这种情况，R_x比故障阻抗小很多，因此可忽略不计。

我们也可使用下面的等式计算I_load/I_s(其中I_load是故障发生之后的电路的负载端处的电流)：

在等式(8)中，Z_line是总线阻抗(即Z_x+Z_1-x)且对于未知负载Z_load可通过使用故障发生之前的测量点处的稳定状态电压和电流来计算(对于径向配电系统)。

等式(6)至(8)可以与在等式(4)至(5)中描述的电压迭代相同的方式在迭代过程中重复。

特别而言，线阻抗Z_{line p}x_f(故障的距离)首先通过将(等式7中的)Rf的估计值代入等式(6)来计算。在该计算中，项被设置为零(这是允许的，因为I_s>>I_load)。等式(8)然后可与首先计算的Z_{line p}x_f一起使用来估计的第一值。的所计算的值然后可代入等式(6)中以产生Z_{line p}x_f的更新的第二个值。等式(6)的第二结果用在等式(8)中，用于迭代的另一步骤。迭代可以相对于上面讨论的电压迭代描述的相同的方式重复，直到误差在可接受裕度内。

上面我们已经描述了在远离故障的单个位置上作出的电流和电压的测量以及在不同于系统频率的一个或多个频率估计到传输线上故障的距离的两种可能的方法。能够通过首先使用等式(7)估计故障电阻来确定使用哪套迭代等式(即电压等式(4)和(5)或阻抗等式(6)至(8))。如果等式(7)指示显著故障电阻，则应使用阻抗迭代(等式(6)至(8))。然而，如果等式(7)指示低故障电阻，则可使用电压迭代(等式(4)至(5))。

总之，准确地确定在配电线或线缆中发生的故障的位置的方法可包括下面步骤的一些或全部：

ⅰ)在线或线缆的一端处的一个点上检测由于故障的发生所引起的电压和电流的扰动，并记录由于预定时段的故障所引起的电压和电流瞬变值。

ⅱ)记下系统频率的稳态电压和电流的幅度和相位及其正好在故障诱导的瞬变的初始之前的谐波。

ⅲ)根据(ii)中记下的电压和电流的稳态幅度和相位，估计在故障位置处引起的瞬变的幅度。

ⅳ)将所记录的电压和电流瞬变值转化到频域中(例如，通过使用带通滤波器或傅里叶变换或小波变换)。

v)根据所记录的频域电压和电流瞬变值和(ⅲ)中导出的所估计的故障引起的瞬变估计故障阻抗。

ⅵ)如果所估计的故障阻抗与负载阻抗可比较，则通过包括负载电流效应和使用所记录的频域电压和电流瞬变值以及在(iii)中导出的所估计故障诱导的瞬变(即使用阻抗迭代)来估计检测点和故障位置之间的线或线缆的阻抗。

ⅶ)如果所估计的故障阻抗显著小于负载阻抗，则通过忽略负载电流效应和使用所记录的频域电压和电流瞬变值以及(iii)中导出的所估计的故障诱导的瞬变来估计检测点和故障位置之间的线或线缆的阻抗(即使用电压迭代)。

ⅷ)通过将由(vi)或(vii)给出的检测点和故障位置之间的线或线缆的估计阻抗除以传输线的每个单位长度的阻抗来估计故障位置。

ⅸ)将(viii)中给出的故障位置与故障位置的先前估计(如果可用的话)进行比较。

ⅹ)如果(ix)中记下的故障位置的估计有显著变化(或如果没有故障位置的先前估计)，那么根据(ii)中记下的电压和电流的稳态幅度和相位及故障位置的新的估计，估计在故障位置诱导的瞬变的幅度，然后重复(iii)至(ⅸ)。

xi)如果(ix)中记下的故障位置的估计没有显著变化，那么输出故障位置的估计作为最终结果。

线校准

如上面所提到的，传输线阻抗的值在系统故障定位的该方法中起到重要作用。这是因为通过将测量点和发生故障的点之间的所计算的阻抗与实际线阻抗进行比较来确定故障距离。在故障可被定位之前，线阻抗信息必须是已知的，且这可通过校准来实现。传输线校准的一种方法描述如下。

实验三相测试电路由四个相同的π电路18所表示的各个相位(A、B和C)的传输线建立，电路还包括电阻负载20和可编程AC电压供应22，如图7中所描绘。在实验系统中的三相传输电路中有12区段π电路，每区段包括串联的第一电容器24、电感器26、电阻器28和第二电容器30，如图8所描绘的。每个相位中的每区段的稳态线阻抗(电阻器、电感器和电容器)使用阻抗分析仪接口(IAI)来测量。

每个组件的直接测量的阻抗变化且最小和最大值如表2中所示

	电阻器	电感器	电容器
				最大值	28.3mΩ	6.4μH	375pF
最小值	15.4mΩ	5.3μH	330pF

表2每个组件的结果范围

所测量结果的变化(与组件的名牌值比较)主要是由于组件本身的连接点引起的。测量设备IAI在之前被校准且每个值是5个测量的平均值且5个不同测量具有小于5％的标准偏差。

第二步骤是在两个相位中的每个之间成对校准传输线阻抗。在三相系统中，为了定位相位到相位的故障，使用的实际线阻抗应是两条线的阻抗。例如，A相位和B相位之间的校准的阻抗是图9中所示的线对。

每对阻抗的结果示于表3中

	电阻器	电感器	电容器
				最大值	64.5mΩ	14.6μH	375pF
最小值	30.3mΩ	12.1μH	330pF

表3成对的校准的阻抗

因为线之间的互感，两条线之间校准的线电感对是单一电感器的两倍以上。应注意电阻的较大变化。这不应不影响迭代算法，因为需要考虑负载阻抗时，这些值比故障阻抗小很多。

实验结果

使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为可切换短路，沿实验系统的每个区段施加一系列相到相短路故障。短路故障被强加在系统内的传输线的每个区段上，如图10中所示。

线上的电流和电压然后被连续测量以便检测由于故障引起的瞬变电流。一旦故障跳闸发生，在故障之前、过程中和之后记录电流和电压。在故障情况过程中所测量的电流瞬变值和电压瞬变值示于图11中。故障发生在时间轴上的零点。

测量两个周期的电压和电流。所得到的波形在在由4000Hz的截止频率的低通滤波器过滤之前被示于顶图中，且过滤之后被示于底图中。这消除了大部分高频噪声。在所示的实例中，故障定位所需的总数据为故障瞬变的8ms持续时间，这小于使用供应频率信息(20ms)的传统阻抗继电器方案所需的一半。情况就是这样，因为实例考虑比系统频率高的频率。通常故障定位方法需要一个的周期数据来工作。因为在本实例中使用的频率比系统频率高，在其期间需要测量的时间窗更小。

一旦收集到所测量的数据，电压迭代(等式4和5)用于计算线阻抗，并因此计算到故障的距离。图12示出故障3的示例数据(参见图10)。对从故障开始的8ms持续时间，分别在图(a)和(b)中示出过滤的电压的瞬变信号和过滤的电流的瞬变信号。图(c)示出在第一距离估计中使用的估计阶梯电压V_pre-f。

图12(d)示出与校准的(已知的)线电抗比较的所得到的估计线电抗。特别而言，图12(d)中的虚线示出线电抗的校准值，且具有振荡的波形是未经曲线拟合的根据所测量的数据计算的线电抗。图12(d)中的实线示出由第一阶最小二乘曲线拟合处理之后的所计算的线电抗。所计算结果中的振荡的主要原因是由反向阻断IGBT开关造成的电压和电流的不连续性。在故障被强加在系统上时，电压和电流在零交叉时出现不连续。在应用如与图13中的理想估计故障电压相比较所示的FFT之后，不连续性引起电压和电流的瞬变的值的振荡。虽然IGBT是故障的非物理表示，但是不连续性对于电弧故障并非是不寻常的，因此误差可能属于典型的实际故障情况。然而，对于具有较高供应电压电平和较大故障瞬变的实际系统，结果中的这种振荡可大大衰减，如下面的模拟所示。

图14示出当短路故障被强加在五个不同位置(如图10中所描述)处时与校准电抗比较的所估计的线电抗。

在图14中，五条虚线示出不同故障位置处的从测量点到故障点的校准的或真实线电抗，且实线是估计值。对于每个区段电抗，每个估计结果的误差在7％内，其可解释为误差不大于0.4米的距离。误差主要来自曲线拟合的过程。由电压和电流引起的振荡是由于故障的性质引起的，所以误差不会随故障距离增加。

该故障定位方案涉及仅使用由故障引起的系统瞬变，使得其在系统被供应AC或DC电压时均工作。对于供应AC的相同系统，等效结果示于图15中，其示出(a)所测量的瞬变电压、(b)所测量的瞬变电流(c)、所估计的故障电压以及(d)到故障的所估计的线电抗。一般而言，可以看出，到故障的线电抗的误差在7％内。

模拟结果

模拟系统通过使用相同的校准参数构造作为实验系统，以便验证实验结果并探讨实验设施不能提供的情况。图16示出对于利用与实验相同的AC电压的不同故障位置，与实际结果相比较的所估计的线电抗的模拟结果。

在处理模拟数据过程中使用的最小二乘曲线拟合方法不同于在实验中使用的方法。在模拟中使用标准一阶多项式，如等式(9)给出的

f(a,b)＝a+bx (9)

模拟中的不连续电压和电流在实际值周围产生更规律的振荡，使得在曲线拟合之后，参数a非常接近零。与此相反，在本实验中，参数a被强制为零以优化拟合的曲线。为了保持准确度，在FFT之前将实验数据用零填充，其对于模拟结果是不需要的。

由于在模拟系统中没有电流或电压限制，所以供应电压增加到600Vrms(线到线)。在这种情况下，由电压和电流不连续引起的振荡小得多。对于故障3(如图10中所示)，模拟结果示于图17中。和前面一样，图17示出(a)模拟的测量的瞬变电压、(b)模拟的测量的瞬变电流、(c)估计的故障电压以及(d)到故障的估计线电抗。

与图12比较，对于相同的故障位置，当电压电平如图17中增加时，线电抗估计结果中的振荡被衰减且准确性提高。故障电阻可在电压电平与实验相同的模拟系统中从0Ω改变到1Ω。例如，当故障3发生时，估计的线电抗示于图18中。

如图18所示，线电抗可被确定在8％的误差内，这相当于到故障的距离的0.45m的误差。对于这个系统，当所测量的故障电阻大于0.5Ω时，在计算过程中使用阻抗迭代(等式(6)至(8))，且对于更小的故障阻抗，使用电压迭代(等式(4)至(5))。出于这个原因，可以看出，最大误差出现约0.5Ω故障电阻。

已在上面讨论了确定电力线上的故障的位置的两种方法。在第一方法中，迭代使用故障位置处的电压估计，以确定到故障的距离的估计。在第二方法中，使用故障的电阻的估计，以在负载电流与故障电流比较时迭代确定到故障的距离的估计。这两种方法都使用在非系统频率的传输线上作出的电压和电流的测量。即，这两种方法都需要由故障产生的瞬变电流和电压的测量/知识。这些瞬变电流和电压测量可由任何合适的检测设备(例如与传输线通信的电压变频器/电流变频器)来进行。

应理解，上述方法仅是示例，且如果需要可使用其它算法/迭代。此外，电压迭代不必限于用于低阻抗故障，但如果需要可用于更高阻抗故障。类似地，阻抗迭代可用于低阻抗故障。

应理解，故障位置处的电压V_pre-f可以不同于上述的方式估计。

现在将描述故障定位的可替代方法，其不需要故障电压或故障电阻的任何估计。下面描述的方法是双端方法。即，需要在两个位置(故障位置的任一侧)处在传输线上进行电压和电流的测量。现在将参考图19和图20描述替代方法。

双端定位方法的基础可通过考虑具有短路故障的单相电路(如图19所示)引出。在图19中，Z_s是供应阻抗且Z_load是负载阻抗。假设电源和负载之间的总传输线阻抗是Z₁，则Z₁是供应和故障的点之间的线的部分且Z_1-x是其余部分。

和之前一样，由故障产生的系统电压瞬变值可被认为包含宽频率范围内的信息的谐波电压源。由于图20中所描绘的，非基本频率的戴维南等效电路具有短路的供应电压和如瞬变源的故障。

如图20中所示，故障瞬变V_f作为电压源以提供非基本频率的电压。有分别位于供应端和负载端的两个独立的测量点18a和18b。在故障情况期间在两个测量点处都测量电压和电流。根据图20中的电路，下面的等式通过使用基尔霍夫电路定律(Kirchhoff’scircuit law)导出。

V₁+I₁.Z_x＝V₂+I₂.Z_1-x (1)

线总阻抗Z_T＝Z_x+Z_1-x。因此：

然后使用等式(2)来估计电源和故障点之间的线阻抗。通过将估计的线阻抗除以线的已知每单位长度阻抗，可找到故障位置。该双端方案不需要故障电阻的信息或故障瞬变的波形，且计算也容易实现，在一些方面，这优于上述的单端方案。然而，其确实需要通信信道和用于克服端记录机之间的任何同步缺乏的技术。为了克服可能的同步误差，已经开发了以下独特的方法。

在该双端故障定位方案的宽广使用范围内，不同步的问题可能会导致不准确的故障位置估计。在较大配电系统中，在通信信道中发送的同步触发信号可能具有延迟，或者对于一些情况，不能为某些系统提供这样的信号。在这种情况下，由于两个测量位置之间缺乏的同步而造成的计算误差可通过求解如等式(6至20)所描述的一组非线性等式来取消。

考虑两组测量相位信息(V₁、I₁和V₂、I₂)之间的同步角是δ，使得等式(1)可改写为等式(6)

V₁e^jδ+I₁e^jδ.Z_x＝V₂+I₂.(Z_T–Z_x) (6)

使Z_x-xZ_T(x是故障的距离且线阻抗相对距离具有线性)，等式(6)可被分离为实部和虚部作为等式(7)和等式(8)。

-Re(V₁)sinδ-Im(V₁)cosδ+Im(V₂)+C₄＝x(C₁sinδ+C₂cosδ+C₄) (7)

-Re(V₁)cosδ+Im(V₁)sinδ+Re(V₂)+C₃＝x(C₁cosδ-C₂sinδ+C₃) (8)

在等式(7)和(8)中，C1、C2、C3、C4被定义为：

C₁＝Re(Z_T)·Re(I₁)-Im(Z_T)·Im(I₁) (9)

C₂＝Re(Z_T)·Im(I₁)+Im(Z_T)·Re(I₁) (10)

C₃＝Re(Z_T)·Re(I₂)-Im(Z_T)·Im(I₂) (11)

C₄＝Re(Z_T)·Im(I₂)+Im(Z_T)·Re(I₂) (12)

通过(7)除以(8)消除(7)和(8)中的x。新等式(13)只有一个未知δ。

F(δ)＝a·Sinδ+b·cosδ+c＝0 (13)

下面的等式定义等式(13)中的a、b和c

a＝C₃Re(V₁)+C₄1m(V₁)+C₁Re(V₂)+C₂Im(V₂)+C₁·C₃+C₂·C₄ (14)

b＝-C₄Re(V₁)+C₃Im(V₁)+C₂Re(V₂)-C₁Im(V₂)+C₂·C₃-C₁C₄ (15)

c＝-C₂Re(V₁)+C₁Im(V₁)+C₄Re(V₂)-C₃IM(V_r) (16)

(13)具有未知δ，其可使用牛顿-拉夫逊迭代(Newton-Raphson iteration)求解：

F(δ_k)＝b.cosδ_k+a·sinδ_k+c (18)

F'(δ_k)＝a·cosδ_k-b·sinδ_k (19)

在大多数情况下，δ的值都小，且在迭代的首次推测中，δ_k＝0。当δ符合在故障位置估计中产生准确结果的要求时，迭代过程停止。例如迄今考虑的问题的最低要求是Δδ＝δ_k+1-δ_k<10^-3。在频率范围内，对于每个频率计算δ。通常，当所测量的相位具有同步误差时，所计算的δ会随频率增加，如在等式(20)中。

δ＝Δt·2·pi·f (20)

其中Δt是由相位差引起的时延。

在模拟实例中，当故障发生时，在处理期间设置所测量的V₁、I₁和V₂、I₂之间的1°相位角差。与校准线电抗比较的线电抗的计算结果示于图21中。

在图21中，因为相位差，估计值(实线)与校准值比较具有较大误差。通过相同不同步相位并通过使用所描述的牛顿拉夫逊迭代法，估计的结果示于图22中。可以看出，对于1°相位差，只有四个迭代步骤就足以产生准确结果。

相对频率的所计算的相位差角示于图23中。在图23中，虚线是由等式计算的δ结果且实线是迭代过程中计算的结果。因此，这个完整的算法包括迭代，以同步两端记录，随后是等式(2)的应用

上述的单端算法和双端算法可用于准确地确定故障的位置。使用哪种算法在一定程度上取决于故障的特性(例如，故障阻抗是否低)和测量是否有可能处于一个或多个位置。在所有情况下，本文所描述的方法步骤可根据需要以任何适当的顺序或组合执行。

本文所描述的方法可用于准确地确定任何电力传输线上的故障的位置，诸如断路、短路或不连续性，且在某些情况下，可确定在实际故障位置的0.5米内。相对于阻抗估计的现有技术方法，所描述的距离估计的迭代性以及多个非系统测量频率(优选高于系统频率)的使用可使准确性增加。此外，瞬变电流往往在高于系统频率的频率下产生，这也允许增加准确性的距离测量。

Claims

1.一种定位电力传输线上的故障的方法，所述传输线具有已知线阻抗且可操作以在一个或多个系统频率输送电力，其中，所述方法包括使用对在不同于所述系统频率的一个或多个非系统频率的所述传输线上的故障感应瞬时电流和电压作出的测量和所述已知线阻抗以确定到所述故障的距离，其中所述故障感应瞬时电流和电压是由所述故障产生的瞬时电流和电压。

2.根据权利要求1所述的方法，包括在不同于故障位置的测量位置处测量一个或多个非系统频率的所述传输线上的电流和电压。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括检测是否已经发生了故障。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，检测是否已经发生了故障包括监测在所述一个或多个非系统频率的所述传输线上的电压和电流，且根据所述传输线上的非系统频率的信号的存在确定已经发生了故障。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，定期及/或连续测量在所述一个或多个非系统频率的所述传输线上的电压和电流。

6.根据权利要求1、2、4或5所述的方法，其中在故障已经发生之后的预定时段期间作出在所述一个或多个非系统频率的所述传输线上的电压和电流的所述测量。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括将在所述预定时段期间的电压和电流的所述测量转化到频域中。

8.根据权利要求1、2、4或5所述的方法，其中，在均不同于所述系统频率的多个频率做出电压和电流的所述测量。

9.根据权利要求1、2、4或5所述的方法，其中，测量的所述频率或测量的每个频率高于所述系统频率。

10.根据权利要求1、2、4或5所述的方法，其中，测量的所述频率或测量的每个频率远离所述系统频率。

11.根据权利要求1、2、4或5所述的方法，其中，测量的所述频率或测量的每个频率大于所述系统频率并小于或等于10,000Hz。

12.根据权利要求1、2、4或5所述的方法，还包括测量在所述系统频率的所述传输线上的电压和电流，并且立即在所述故障的初始之前记下在所述系统频率的所述传输线上的电压和电流。

13.根据权利要求1、2、4或5所述的方法，其中，在所述一个或多个非系统频率的所测量的电压和电流用于估计所述故障发生时的所述传输线上的线阻抗。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，使用下式根据所估计的线阻抗计算到所述故障的距离x_f：

x_f＝(V_pre-f/I_f-V_f/I_f)/Z_{line_P}

其中，I_f是所测量的瞬变电流，V_f是所测量的瞬变电压，V_pre-f是故障位置处的估计电压，且Z_{line_P}是每单位长度的已知线阻抗。

15.根据权利要求14所述的方法，还包括进行第一电压迭代步骤，其包括使用下式计算到所述故障的第一估计距离x_f1：

16.根据权利要求15所述的方法，其中，计算所述第一估计距离x_f1包括：使用立即在故障发生之前的所述测量位置处的在所述系统频率测量的电压为所述故障位置处的所述电压V_pre-f，来估计第一电压V₁。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括第二电压迭代步骤，所述第二电压迭代步骤包括使用到所述故障的所述第一估计距离x_f1和所述第一电压V₁以使用下式为所述故障位置处的电压估计第二电压V₂：

V₂＝V₁-I_{pre_f}.x_f1 (B)。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括第三电压迭代步骤，其包括使用所述第二电压V₂以使用等式(A)计算到所述故障的第二估计距离x_f2。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括重复所述第二电压迭代步骤和第三电压迭代步骤多次。

20.根据权利要求13所述的方法，其中，使用下式根据所述线阻抗计算到所述故障的距离x_f：

Z_{line_P}.x_f＝V_{pre_f}/I_f-R_f-V_f/I_f–(I_load/I_s).R_f (C)

其中，I_f是所测量的瞬变电流，V_f是所测量的瞬变电压，V_pre-f是所述故障位置处的所估计的电压，Z_{line_P}是每单位长度的所述已知线阻抗，R_f是所述故障的电阻，且I_load是所述系统的负载端处的所估计的电流。

21.根据权利要求20所述的方法，还包括进行第一阻抗迭代步骤，所述第一阻抗迭代步骤包括通过以下根据等式(C)计算到所述故障的第一估计距离x_f1：

为所述故障位置处的所述电压V_{pre_f}估计第一电压V₁，

使用下式计算线电阻R_f的第一估计：

R_f≈real(V_1f/I_f-V_f/I_f)

并且，设(I_load/I_s).R_f＝0。

22.根据权利要求21所述的方法，还包括第二阻抗迭代步骤，所述第二阻抗迭代步骤包括使用到所述故障的所述第一估计距离x_f1以使用下式估计第一负载电流I_load：

23.根据权利要求22所述的方法，还包括第三阻抗迭代步骤，所述第三阻抗迭代步骤包括使用第一负载电流I_load以使用等式(C)计算到所述故障的第二估计距离x_f2。

24.根据权利要求23所述的方法，还包括重复所述第二阻抗迭代步骤和第三阻抗迭代步骤多次。

25.根据权利要求13所述的方法，还包括在产生距离估计之前使用R_f≈real(V_1f/I_f-V_f/I_f)估计所述故障的电阻R_f。

26.根据权利要求25所述的方法，还包括基于所估计的故障电阻确定是否实施根据权利要求15至18中的一项或多项所述的电压迭代步骤以确定到所述故障的所述距离，或是否实施根据权利要求21至24中的一项或多项所述的阻抗迭代步骤以确定到所述故障的所述距离。

27.根据权利要求1、2、4或5所述的方法，包括测量第一测量位置和第二测量位置处的在所述一个或多个测量频率的所述传输线上的所述电流和电压。

28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述第一测量位置布置在所述故障的第一侧且所述第二测量位置布置在所述故障的第二侧。

29.根据权利要求27所述的方法，其中，使用下式估计从第一测量位置到所述故障的距离x_f1：

其中，V₁、I₁是在所述第一测量位置处记录的所述电压和电流瞬变值，V₂、I₂是在所述第二测量位置处记录的所述电压和电流瞬变值，且Z_T是这两个测量位置之间的总线阻抗。

30.根据权利要求27所述的方法，还包括对在所述第一测量位置处记录的所述电压和电流瞬变值与在所述第二测量位置处记录的所述电压和电流瞬变值进行同步。

31.根据权利要求1、2、4或5所述的方法，还包括校准所述传输线以确定所述已知线阻抗的步骤。

32.一种用于定位电力传输线上的故障的系统，所述传输线具有已知线阻抗且可操作以在一个或多个系统频率输送电力，其中所述系统包括处理器，所述处理器可操作以使用在不同于所述系统频率的一个或多个频率测量的所述传输线上的故障感应瞬时电流和电压的测量以及所述已知线阻抗以确定到所述故障的距离，其中所述故障感应瞬时电流和电压是由所述故障产生的瞬时电流和电压。

33.根据权利要求32所述的系统，所述系统被设置为实施权利要求1至31中任一项所述的方法。

34.根据权利要求32或33所述的系统，包括用于测量在不同于所述系统频率的频率的所述传输线上的电压的装置；以及用于测量在不同于所述系统频率的频率的所述传输线上的电流的装置。

35.一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中当所述程序运行时，控制计算装置执行权利要求1至31中任一项所述的方法。