CN108051702A - 基于单相接地故障录波数据的故障线路参数计算方法 - Google Patents
基于单相接地故障录波数据的故障线路参数计算方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于单相接地故障录波数据的故障线路参数计算方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、故障数据的获取，线路MN发生单相接地故障，通过故障录波装置或继电保护装置获取输电线路两侧的电流、电压采样值；步骤2、采用截止频率为100Hz的低通滤波器对采集到的电流、电压采样值进行滤波，滤除高频分量；步骤3、计算线路两侧非故障相间线模电流、电压；步骤4、计算线路两侧零模电流、零模电压；步骤5、计算故障线路参数，本发明解决了故障线路参数求取的问题。
Description
技术领域
本发明属于电力系统参数计算技术领域，具体涉及一种基于单相接地故障录波数据的故障线路参数计算方法。
背景技术
输电线路参数是电力系统短路电流计算、继电保护整定、暂态稳定计算、潮流计算以及故障测距等的基础资料。若输电线路参数误差较大，会引发很多问题。
1)短路电流计算误差大，利用其结果选择的电气设备不经济或在短路冲击下易遭到损坏。
2)继电保护整定值误差大，导致保护超越动作或拒动。
3)电力系统稳定计算结论不准确，可能导致系统失稳。
4)电力系统潮流计算误差大，影响系统规划、经济运行、网损分析等。
5)对于依赖线路参数的测距方法，会导致故障测距误差增大。
目前，输电线路参数通常是在投运前利用测量设备进行测量。但输电线路投运后受到沿线地质、温度、风速、大地电阻率等因素的影响，参数会发生变化。为反应输电线路在不同运行工况下的准确参数，在线测量输电线路参数得到了广泛研究。
随着广域量测系统WAMS的逐步普及，采用PMU量测数据进行线路参数辨识具有可能性。中国专利《一种输电线路参数辨识的方法》(申请号CN201210575136.6)，中国专利《一种基于PMU数据的输电线路参数辨识方法》(申请号CN201610839532.3)以及中国专利《一种输电线路参数在线辨识系统及其辨识方法》(申请号CN201710169327.5)均把电压、电流相量值作为已知量，在频域内辨识输电线路参数，但频域法在提取工频分量时会产生误差，导致辨识结果误差增大。
故障录波数据中包括丰富的暂态信息，在时域下将故障录波数据作为已知量，基于输电线路等值电路模型，利用电路定律列写描述输电线路模型的微分方程，采用最小二乘算法可求取故障线路参数。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于单相接地故障录波数据的故障线路参数计算方法，解决了故障线路参数求取的问题。
本发明所采用的技术方案是，基于单相接地故障录波数据的故障线路参数计算方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、故障数据的获取；
步骤2、低通滤波；
步骤3、计算线路两侧非故障相间线模电流、电压；
步骤4、计算线路两侧零模电流、零模电压；
步骤5、计算故障线路参数。
本发明的特点还在于，
步骤1具体为：线路MN发生单相接地故障，通过故障录波装置或继电保护装置获取输电线路两侧的电流、电压采样值，其中包括M侧A、B、C相的电流量ima、imb、imc，电压量uma、umb、umc，N侧A、B、C相的电流量ina、inb、inc，电压量una、unb、unc。
步骤2具体为：
采用截止频率为100Hz的低通滤波器对采集到的电流、电压采样值进行滤波，滤除高频分量。
步骤3具体为：
非故障相间线模电流、电压由式(1)～式(4)获取：
式中，为M侧相间线模电压、相间线模电流，为N侧相间线模电压、相间线模电流；为M侧非故障相的电压、电流，为N侧非故障相的电压、电流。
步骤4具体为：
线路两侧零模电流、电压由式(5)～(8)获取：
式中，um0、im0为M侧零模电压、零模电流，un0、in0为N侧零模电压、零模电流；uma、umb、umc、ima、imb、imc为M侧A、B、C相的电压和电流，una、unb、unc、ina、inb、inc为N侧A、B、C相的电压和电流。
步骤5具体为：
步骤(5.1)、正序参数的计算：
步骤(5.1.1)、建立非故障相间线模π型等值电路；
步骤(5.1.2)、根据电路定律列写等值电路的微分方程如式(9)：
由式(9)得：
式中，为M侧非故障相间线模电压、电流，为N侧非故障相间线模电压、电流；为M侧非故障相间线模电压、线模电流对时间t的一阶微分，为N侧非故障相间线模电压对时间t的一阶微分，为M侧非故障相间线模电压对时间t的二阶微分；R1、L1、C1为待求正序电阻、正序电感、正序电容；
步骤(5.1.3)、将步骤3求得的线路两侧非故障相间线模电流、电压代入式(10)、(11)，其中的一阶、二阶微分用数值差分计算，采用最小二乘算法求解式(10)获得线路正序电容C1；将获得的C1代入式(11)，采用最小二乘算法求解式(11)获得正序电阻、正序电感；
步骤5.2、零序参数的计算
步骤5.2.1、通过测距装置或人工巡查确定故障位置，确定故障位置距M侧母线长度占线路全长的比例为α；
步骤5.2.2、依据故障位置，建立故障线路零模R-L等值电路；
步骤5.2.3、根据电路定律列写等值电路的微分方程如式(12)：
由(12)式可得：
式中，α为故障点至M端母线距离占线路全长的百分比；um0、im0为M侧零模电压、电流，un0、in0为N侧零模电压、电流；为M侧和N侧零模电流对时间t的一阶微分；R0、L0为待求零序电阻、零序电感；
步骤5.2.4、将步骤4得到的线路两侧零模电流、零模电压代入式(13)，一阶微分用数值差分计算，采用最小二乘算法求解式(13)获得线路零序电阻、零序电感。
本发明的有益效果是，基于单相接地故障录波数据的故障线路参数计算方法，首先对故障后采样得到的电压、电流数据进行滤波，然后建立故障线路的等值电路模型，列写描述各电气量电路关系的微分方程，采用最小二乘法计算得到故障线路的参数，采用单相接地故障录波数据进行计算，不需要提取相量，避免了计算电压相量和电流相量带来的误差，不受频率的影响。本发明能够有效计算故障线路的正序参数和零序参数，且参数的误差在5％以内。
附图说明
图1是本发明基于单相接地故障录波数据的故障线路参数计算方法的流程图；
图2是本发明基于单相接地故障录波数据的故障线路参数计算方法中输电线路模型图；
图3是本发明基于单相接地故障录波数据的故障线路参数计算方法中线路非故障相间线模π型等效电路；
图4是本发明基于单相接地故障录波数据的故障线路参数计算方法中故障线路零模等效电路模型。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明基于单相接地故障录波数据的故障线路参数计算方法，流程图如图1所示，输电线路模型如图2所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1、故障数据的获取，具体为：线路MN发生单相接地故障，通过故障录波装置或继电保护装置获取输电线路两侧的电流、电压采样值，其中包括M侧A、B、C相的电流量ima、imb、imc，电压量uma、umb、umc，N侧A、B、C相的电流量ina、inb、inc，电压量una、unb、unc；
步骤2、低通滤波，具体为：
采用截止频率为100Hz的低通滤波器对采集到的电流、电压采样值进行滤波，滤除高频分量；
步骤3、计算线路两侧非故障相间线模电流、电压，具体为：
非故障相间线模电流、电压由式(1)～式(4)获取：
式中，为M侧相间线模电压、相间线模电流，为N侧相间线模电压、相间线模电流；为M侧非故障相的电压、电流，为N侧非故障相的电压、电流；
步骤4、计算线路两侧零模电流、零模电压，具体为：
线路两侧零模电流、电压由式(5)～(8)获取：
式中，um0、im0为M侧零模电压、零模电流，un0、in0为N侧零模电压、零模电流；uma、umb、umc、ima、imb、imc为M侧A、B、C相的电压和电流，una、unb、unc、ina、inb、inc为N侧A、B、C相的电压和电流；
步骤5、计算故障线路参数，具体为：
步骤(5.1)、正序参数的计算：
步骤(5.1.1)、如图3所示，建立非故障相间线模π型等值电路；
步骤(5.1.2)、根据电路定律列写等值电路的微分方程如式(9)：
由式(9)得：
式中，为M侧非故障相间线模电压、电流，为N侧非故障相间线模电压、电流；为M侧非故障相间线模电压、线模电流对时间t的一阶微分，为N侧非故障相间线模电压对时间t的一阶微分，为M侧非故障相间线模电压对时间t的二阶微分；R1、L1、C1为待求正序电阻、正序电感、正序电容；
步骤(5.1.3)、将步骤3求得的线路两侧非故障相间线模电流、电压代入式(10)、(11)，其中的一阶、二阶微分用数值差分计算，采用最小二乘算法求解式(10)获得线路正序电容C1；将获得的C1代入式(11)，采用最小二乘算法求解式(11)获得正序电阻、正序电感；
步骤5.2、零序参数的计算
步骤5.2.1、通过测距装置或人工巡查确定故障位置，确定故障位置距M侧母线长度占线路全长的比例为α；
步骤5.2.2、如图4所示，依据故障位置，建立故障线路零模R-L等值电路；
步骤5.2.3、根据电路定律列写等值电路的微分方程如式(12)：
由(12)式可得：
式中，α为故障点至M端母线距离占线路全长的百分比；um0、im0为M侧零模电压、电流，un0、in0为N侧零模电压、电流；为M侧和N侧零模电流对时间t的一阶微分；R0、L0为待求零序电阻、零序电感；
步骤5.2.4、将步骤4得到的线路两侧零模电流、零模电压代入式(13)，一阶微分用数值差分计算，采用最小二乘算法求解式(13)获得线路零序电阻、零序电感。
实施例
设输电线路发生A相接地故障，利用线路两侧的电压和电流采样值计算BC相间线模电压、电流umbc、unbc、imbc、inbc；建立BC相间线模π型等值电路；根据电路定律列写BC相间线模等值电路的微分方程；将umbc、unbc、imbc、inbc代入该微分方程；采用最小二乘算法求解可得线路正序电阻、正序电感、正序电容。通过测距装置或人工巡查确定故障位置；依据故障位置，建立故障线路零模R-L等值电路；根据电路定律列写零模R-L等值电路的微分方程；将um0、un0、im0、in0代入该微分方程，采用最小二乘算法求解可得线路零序电阻、零序电感。
采用ATP/EMTP对某110kV输电系统进行仿真。具体参数为：输电线路总长度l＝30km，单位输电线路参数r1＝0.105Ω/km，L1＝1.258mH/km，C1＝0.0092μF/km，r0＝0.315Ω/km，L0＝3.774mH/km，C0＝0.0031μF/km。M侧系统零序电感Lm0＝11.6mH，正序电感Lm1＝30.8mH；N侧系统零序电感Lm0＝23.1mH，正序电感Lm1＝61.6mH；Em＝1.05∠0°，En＝1.00∠-30°。采样频率选择为4kHz。
采用本发明方法得到的计算结果如表1所示。由表1可见，正序电阻、正序电感、正序电容的计算结果误差均较小。其中的R1误差未超过5％，L1的误差未超过0.2％，C1的误差仅为0.01％。又由表1可见，虽然零序电阻和零序电感的计算结果受过渡电阻和故障位置的影响，但计算误差也较小。其中，R0误差未超过3％，L0误差未超过0.5％。因此，本发明所提方法具有较高的计算精度。
表1输电线路参数计算结果
Claims (6)
1.基于单相接地故障录波数据的故障线路参数计算方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、故障数据的获取；
步骤2、低通滤波；
步骤3、计算线路两侧非故障相间线模电流、电压；
步骤4、计算线路两侧零模电流、零模电压；
步骤5、计算故障线路参数。
2.根据权利要求1所述的基于单相接地故障录波数据的故障线路参数计算方法，其特征在于，所述步骤1具体为：线路MN发生单相接地故障，通过故障录波装置或继电保护装置获取输电线路两侧的电流、电压采样值，其中包括M侧A、B、C相的电流量ima、imb、imc，电压量uma、umb、umc，N侧A、B、C相的电流量ina、inb、inc，电压量una、unb、unc。
3.根据权利要求1所述的基于单相接地故障录波数据的故障线路参数计算方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
采用截止频率为100Hz的低通滤波器对采集到的电流、电压采样值进行滤波，滤除高频分量。
4.根据权利要求1所述的基于单相接地故障录波数据的故障线路参数计算方法，其特征在于，所述步骤3具体为：
非故障相间线模电流、电压由式(1)～式(4)获取：
式中，为M侧相间线模电压、相间线模电流，为N侧相间线模电压、相间线模电流；为M侧非故障相的电压、电流，为N侧非故障相的电压、电流。
5.根据权利要求1所述的基于单相接地故障录波数据的故障线路参数计算方法，其特征在于，所述步骤4具体为：
线路两侧零模电流、电压由式(5)～(8)获取：
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式中，um0、im0为M侧零模电压、零模电流，un0、in0为N侧零模电压、零模电流；uma、umb、umc、ima、imb、imc为M侧A、B、C相的电压和电流，una、unb、unc、ina、inb、inc为N侧A、B、C相的电压和电流。
6.根据权利要求1所述的基于单相接地故障录波数据的故障线路参数计算方法，其特征在于，所述步骤5具体为：
步骤(5.1)、正序参数的计算：
步骤(5.1.1)、建立非故障相间线模π型等值电路；
步骤(5.1.2)、根据电路定律列写等值电路的微分方程如式(9)：
由式(9)得：
式中，为M侧非故障相间线模电压、电流，为N侧非故障相间线模电压、电流；为M侧非故障相间线模电压、线模电流对时间t的一阶微分，为N侧非故障相间线模电压对时间t的一阶微分，为M侧非故障相间线模电压对时间t的二阶微分；R1、L1、C1为待求正序电阻、正序电感、正序电容；
步骤(5.1.3)、将步骤3求得的线路两侧非故障相间线模电流、电压代入式(10)、(11)，其中的一阶、二阶微分用数值差分计算，采用最小二乘算法求解式(10)获得线路正序电容C1；将获得的C1代入式(11)，采用最小二乘算法求解式(11)获得正序电阻、正序电感：
步骤5.2、零序参数的计算
步骤5.2.1、通过测距装置或人工巡查确定故障位置，确定故障位置距M侧母线长度占线路全长的比例为α；
步骤5.2.2、依据故障位置，建立故障线路零模R-L等值电路；
步骤5.2.3、根据电路定律列写等值电路的微分方程如式(12)：
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式中，α为故障点至M端母线距离占线路全长的百分比；um0、im0为M侧零模电压、电流，un0、in0为N侧零模电压、电流；为M侧和N侧零模电流对时间t的一阶微分；R0、L0为待求零序电阻、零序电感；
步骤5.2.4、将步骤4得到的线路两侧零模电流、零模电压代入式(13)，一阶微分用数值差分计算，采用最小二乘算法求解式(13)获得线路零序电阻、零序电感。
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