CN109270406B - 一种基于双端不同步电气量计算过渡电阻的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双端不同步电气量计算过渡电阻的方法，包括：S1、读取线路两端的电压电流稳态与故障后的数据；S2、对读取的数据进行快速傅里叶分解，得到稳态与暂态相量；S3、根据对称分量法，求解故障后两端的电压电流序分量；S4、根据线路两侧推导故障点电压相等的特点，列写出正序与负序分量、不同步角度、故障距离的关系，求得两端电压不同步角度与故障距离，并对受端电流相量进行同步化处理；S5、根据送端电压相量与两侧电流相量计算过渡电阻值。本发明提供的技术方案，通过两侧电压电流不同步数据，基于故障点电压相等的方法，列写正序负序故障距离表达式，求解不同步角度，对受端电压、电流相量修正，最后计算得到故障过渡电阻值。

Description

一种基于双端不同步电气量计算过渡电阻的方法

技术领域

本发明实施例涉及电网故障诊断领域，尤其涉及一种基于双端不同步电气量计算过渡电阻的方法。

背景技术

电力系统中的短路故障一般都不是金属性的，而是在短路点存在过渡电阻。短路点的过渡电阻是指当发生相间或接地短路时，短路电流从一相流到另一相或从相导线流入大地的途中所经过物质的电阻，包括电弧、中间物质电阻、相导线与地之间的接触电阻、金属杆塔的接地电阻等，目前国内外所有的研究分析中均将过渡电阻视作纯电阻。过渡电阻的存在给电力系统故障分析、保护定值整定计算、保护装置的可靠动作带来诸多不利影响，很多保护装置的误动或拒动都与过渡电阻有关。对过渡电阻特性进行在线、实时计算，对于帮助运行人员进行准确的系统分析、掌握过渡电阻变化特性、提高保护装置应对过渡电阻的动作性能具有重要意义。

目前，从理论上讲，对过渡电阻的计算存在两种思路：一，基于相量的计算方法；二，基于采样值的计算方法。有方法提出了基于保护安装处测量到的有功功率计算过渡电阻的方法，该算法具有对过渡电阻的自适应性，能够精确地测出保护安装处和故障点间的阻抗的电阻分量，有效地解决了高阻引起的保护拒动问题。该算法受输电线路长度影响小，所以适用于中长线路，并且保护的性能不受直流分量和釆样频率等故障条件的影响，该算法也适用于两相短路接地故障。但计算中忽略了线路的相间、对地耦合电容，因此计算误差比较大。

有方法介绍到相模变换法，相模变换的实质是利用数学的方法对三相系统进行解耦，以便将相互耦合的相域方程转化为没有耦合的模域方程，进而对其中的任何一个模分量都可以按照单相系统分别分析。有文献介绍了相模变换中的一种解耦方法，即卡伦鲍厄变换。采用卡伦鲍厄变换的主要原因是，在系统发生短路故障时，可利用故障边界条件获得其相应的复合模网进行故障计算。相模变换法与对称分量法有许多相同之处，比如同一故障情况下模量与序分量有相似的故障边界条件，因而各自对应的复合模网与复合序网相似。不同的是，相模变换计算中采用瞬时值计算，而对称分量法采用相量，因此相模变换法计算所需数据窗较短，响应速度快。

上述所做的工作都有一定的深度并取得了一定的成就，但各自都有其局限性，如基于相量的过渡电阻计算方法响应时间较长、计算结果受故障测距误差影响，且没有考虑到两端数据的不同步问题。基于瞬时值的过渡电阻计算方法虽釆用线路的π型等效模型，却将故障点两侧的线路视作同一个线路进行处理，建模较为粗略，计算误差较大，且不同步问题仍然存在。

发明内容

本发明提供一种基于双端不同步电气量计算过渡电阻的方法，以解决现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：

一种基于双端不同步电气量计算过渡电阻的方法，包括：

S1、读取线路两端的电压电流稳态与故障后的数据；

S2、对读取的数据进行快速傅里叶分解，得到稳态与暂态相量；

S3、根据对称分量法，求解故障后两端的电压电流序分量；

S4、根据线路两侧推导故障点电压相等的特点，列写出正序与负序分量、不同步角度、故障距离的关系，求得两端电压不同步角度与故障距离，并对受端电流相量进行同步化处理；

S5、根据送端电压相量与两侧电流相量计算过渡电阻值。

进一步地，所述基于双端不同步电气量计算过渡电阻的方法中，所述步骤S1具体为：

从保信系统故障录波信息或其他数据源中读取线路两端的电压电流稳态与故障后的数据。

进一步地，所述步骤S2中稳态与暂态相量的提取，是利用快速傅里叶分解对离散的电压电流采样值x(n)进行分解，提取基频分量：

对与离散信号的DFT定义为：

其中k＝0，1，…N-1，

将x(n)分解为偶数与奇数的两个序列之和，即

x(n)＝x₁(n)+x₂(n)；

所以：

进一步地，所述基于双端不同步电气量计算过渡电阻的方法，所述步骤S3包括：

设存在

三个相量是不对称三相相量，则：

其中，F代表电压或电流；

式中a为运算子，a＝e^j120°：

分别为A、B、C三相相量的零序分量，

分别为A、B、C三相相量的正序分量，

分别为A、B、C三相相量的负序分量，

进一步地，所述基于双端不同步电气量计算过渡电阻的方法，所述步骤S4包括：

故障距离与两端电气量表达式：设线路送端与受端为S、R，全线长度为L，单位长度阻抗为Z，故障点距离送端为d，始端电压为Us，始端电流为Is，受端不同步电压为U_R，受端不同步电流为I_R；

受端同步电压电流为：

U'_R＝U_R×e^jδ＝U_R×y；

I'_R＝I_R×e^jδ＝I_R×y；

根据两侧电压电流相量推导得到的故障点电压相等原理，基于两侧电压电流相量列写的故障距离表达式为：

列写正序网络与负序网络的故障距离：即发生故障后用正序与负序阻抗表示：

联立以上两式，整理为：

ay²+by+c＝0；

其中

a＝U_R1I_R2-U_R2I_R1；

b＝U_S2I_R1-(U_R2-I_R2ZL)I_S1-U_S1I_R2+(U_R1-I_R1ZL)I_S2；

c＝U_S2I_S1-U_S1I_S2；

解得不同步角度为：

解得不同步角度后，就可以进而计算故障距离：

受端电流同步化处理：

U'_R＝U_R×e^jδ＝U_R×y；

I'_R＝I_R×e^jδ＝I_R×y。

进一步地，所述基于双端不同步电气量计算过渡电阻的方法，所述步骤S5包括：

根据送端电压故障相量，与修正后的受端电流相量，计算过渡电阻值，具体公式如下：

本发明实施例提供的一种基于双端不同步电气量计算过渡电阻的方法，通过对线路集中参数模型短路时，两端采集的不同步数据进行同步化处理，计算短路时的过渡电阻。所采用的方法为基于故障点等电压的集中参数模型序分量法，即利用两端的不同步数据，推算故障点电压，利用正序负序网络阻抗相等，计算两端不同步角度与故障距离；对不同步电流相量进行不同步修正，实现计算过渡电阻值的计算。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种基于双端不同步电气量计算过渡电阻的方法的流程示意图；

图2是本发明实施例一用于验证所搭建的双端电源系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

请参阅附图1，为本发明实施例一提供的一种基于双端不同步电气量计算过渡电阻的方法的流程示意图，该方法具体包括如下步骤：

S1、读取线路两端的电压电流稳态与故障后的数据。

具体的，所述步骤S1为：

从保信系统故障录波信息或其他数据源中读取线路两端的电压电流稳态与故障后的数据。

S2、对读取的数据进行快速傅里叶分解，得到稳态与暂态相量。

具体的，所述步骤S2中稳态与暂态相量的提取，是利用快速傅里叶分解对离散的电压电流采样值进行分解，提取基频分量：

对与离散信号的DFT定义为：

X(n)

其中k＝0，1，…N-1，

将x(n)分解为偶数与奇数的两个序列之和，即

x(n)＝x₁(n)+x₂(n)；

所以：

S3、根据对称分量法，求解故障后两端的电压电流序分量。

具体的，所述步骤S3包括：

设存在

三个相量是不对称三相相量，则：

其中，F代表电压或电流；

式中a为运算子，a＝e^j120°：

分别为A、B、C三相相量的零序分量，

分别为A、B、C三相相量的正序分量，

分别为A、B、C三相相量的负序分量，

S4、根据线路两侧推导故障点电压相等的特点，列写出正序与负序分量、不同步角度、故障距离的关系，求得两端电压不同步角度与故障距离，并对受端电流相量进行同步化处理。

具体的，所述步骤S4包括：

故障距离与两端电气量表达式：设线路送端与受端为S、R，全线长度为L，单位长度阻抗为Z，故障点距离送端为d，始端电压为Us，始端电流为Is，受端不同步电压为U_R，受端不同步电流为I_R；

受端同步电压电流为：

U'_R＝U_R×e^jδ＝U_R×y；

I'_R＝I_R×e^jδ＝I_R×y；

根据两侧电压电流相量推导得到的故障点电压相等原理，基于两侧电压电流相量列写的故障距离表达式为：

列写正序网络与负序网络的故障距离：即发生故障后用正序与负序阻抗表示：

联立以上两式，整理为：

ay²+by+c＝0；

其中

a＝U_R1I_R2-U_R2I_R1；

b＝U_S2I_R1-(U_R2-I_R2ZL)I_S1-U_S1I_R2+(U_R1-I_R1ZL)I_S2；

c＝U_S2I_S1-U_S1I_S2；

解得不同步角度为：

解得不同步角度后，就可以进而计算故障距离：

受端电流同步化处理：

U'_R＝U_R×e^jδ＝U_R×y；

I'_R＝I_R×e^jδ＝I_R×y。

S5、根据送端电压相量与两侧电流相量计算过渡电阻值。

具体的，所述步骤S5包括：

根据送端电压故障相量，与修正后的受端电流相量，计算过渡电阻值，具体公式如下：

为了验证本发明实施例提供的技术方案的正确性和有效性，釆用PSCAD/EMTDC仿真软件，搭建如图2所示的110kV双端电源系统，线路采用π型集中参数模型，长度为80KM，其中故障测距为50KM。线路参数为：Z1＝0.00011+j0.00038，Z0＝0.00047+j0.0011，设故障发生时刻为1.0s，故障持续时间为0.05s，本文就这0.05s的时域信号进行过渡电阻计算，采样频率为20000Hz。

设置故障类型为A相经50Ω过渡电阻接地，故障点距离线路M侧母线50KM，右侧延时0.005秒(90°)。为了验证文章所述方法的有效性，利用本发明提出的方法进行了计算，并与模型故障参数进行了对比，验证了方法的正确性。

(1)PSCAD采集左右两端故障后电压电流数据；

(2)电压电流相量提取，通过FFT提取左右两端故障前与故障后电压电流相量如下表：

(3)根据对称分量法，求解故障后两端电压电流序分量如下表：

4)利用故障点等电压，列写出正序与负序分量、不同步角度、故障距离的关系，求得两端电压不同步角度与故障距离，并对受端电流相量进行同步化处理。

求解不同步角度为0.0032+0.9993i，即右侧采样不同步角度为90度，与假设相符。

根据故障点电压等电压，求得故障距离为49.72Km，与假定的50Km误差较小。

5)依据送端电压相量，与两侧电流相量计算过渡电阻值。

通过对受端电流量修正，根据下式：

计算得过渡电阻值为：51.44+1.998i。

本发明实施例提供的一种基于双端不同步电气量计算过渡电阻的方法，通过对线路集中参数模型短路时，两端采集的不同步数据进行同步化处理，计算短路时的过渡电阻。所采用的方法为基于故障点等电压的集中参数模型序分量法，即利用两端的不同步数据，推算故障点电压，利用正序负序网络阻抗相等，计算两端不同步角度与故障距离；对不同步电流相量进行不同步修正，实现计算过渡电阻值的计算。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种基于双端不同步电气量计算过渡电阻的方法，其特征在于，包括：

S1、读取线路两端的电压电流稳态与故障后的数据；

S2、对读取的数据进行快速傅里叶分解，得到稳态与暂态相量；

S3、根据对称分量法，求解故障后两端的电压电流序分量；

S4、根据线路两侧推导故障点电压相等的特点，列写出正序与负序分量、不同步角度、故障距离的关系，求得两端电压不同步角度与故障距离，并对受端电流相量进行同步化处理；

S5、根据送端电压相量与两侧电流相量计算过渡电阻值；

所述步骤S4包括：

故障距离与两端电气量表达式：设线路送端与受端为S、R，全线长度为L，单位长度阻抗为Z，故障点距离送端为d，始端电压为Us，始端电流为Is，受端不同步电压为U_R，受端不同步电流为I_R；

受端同步电压电流为：

U'_R＝U_R×e^jδ＝U_R×y；

I'_R＝I_R×e^jδ＝I_R×y；

根据两侧电压电流相量推导得到的故障点电压相等原理，基于两侧电压电流相量列写的故障距离表达式为：

列写正序网络与负序网络的故障距离：即发生故障后用正序与负序阻抗表示：

联立以上两式，整理为：

ay²+by+c＝0；

其中

a＝U_R1I_R2-U_R2I_R1；

b＝U_S2I_R1-(U_R2-I_R2ZL)I_S1-U_S1I_R2+(U_R1-I_R1ZL)I_S2；

c＝U_S2I_S1-U_S1I_S2；

解得不同步角度为：

解得不同步角度后，就可以进而计算故障距离：

受端电流同步化处理：

U'_R＝U_R×e^jδ＝U_R×y；

I'_R＝I_R×e^jδ＝I_R×y；

所述步骤S5包括：

根据送端电压故障相量，与修正后的受端电流相量，计算过渡电阻值，具体公式如下：

2.根据权利要求1所述的基于双端不同步电气量计算过渡电阻的方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：

从保信系统故障录波信息中读取线路两端的电压电流稳态与故障后的数据。

3.根据权利要求1所述的基于双端不同步电气量计算过渡电阻的方法，其特征在于，所述步骤S2中稳态与暂态相量的提取，是利用快速傅里叶分解对离散的电压电流采样值x(n)进行分解，提取基频分量：

对与离散信号的DFT定义为：

其中k＝0，1，…N-1，

将x(n)分解为偶数与奇数的两个序列之和，即

x(n)＝x₁(n)+x₂(n)；

所以：

4.根据权利要求1所述的基于双端不同步电气量计算过渡电阻的方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

设存在

三个相量是不对称三相相量，则：

其中，F代表电压或电流；

式中a为运算子，a＝e^j120°：

分别为A、B、C三相相量的零序分量，

分别为A、B、C三相相量的正序分量，

分别为A、B、C三相相量的负序分量，

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