CN109470987A - 一种基于区段匹配算法t接输电线路单端行波测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于区段匹配算法T接输电线路单端行波测距方法，属于电力系统继电保护技术领域。在T接输电线路的三端选择合适的测量端后，在检测到故障时，提取故障电流，选取合适的故障时窗波形，通过对特定时窗内对波形的进行小波变换模极大值处理，采用分段匹配的方法，可以实现T接输电线路发生故障区段及故障测距，此方法依据T接线路中行波传播路径的特殊性可有效的计算出T接输电线路的不同故障类型及不同过度电阻下的故障距离，因此分段匹配算法适用于T接输电线线路故障测距。

Description

一种基于区段匹配算法T接输电线路单端行波测距方法

技术领域

本发明涉及一种基于区段匹配算法T接输电线路单端行波测距方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

随着时代的发展，电力已经成为现代工业不可或缺的能源，电能应用将更为广泛。电网的电能输送能力及输电安全的重要性不言而喻。为了解决电网电能输送能力及减少输电线路廊道资源的占用，电网中极为广泛的使用了T接形式的输电线路。相较于传统的双端输电线路，T接输电线路为三端线路，其发生故障时停电范围将更广泛，对人类的生产生活影响更大，在最短的时间内，确定出T接输电线路故障点的位置、并排除故障、快速恢复生产意义重大。目前，T接输电线路的测距故障困难重重，单端测距更为复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于区段匹配算法T接输电线路单端行波测距方法，用以解决上述技术问题。

本发明的技术方案是：一种基于区段匹配算法T接输电线路单端行波测距方法，在T接输电线路的三端选择一端作为测量端，检测到故障时，选取故障时窗波形，通过对故障时窗波形的分析，采用线路分段匹配的方法，实现T接输电线路发生故障区段及测距；

具体步骤为：

(1)计算选定出T接输电线路行波的测量端，T接输电线路三端到T接点的距离分别为l₁、l₂、l₃，l₁为行波的测量端，且l₂和l₃应满足：

(2)T接输电线路发生故障后，在测量端提取故障相电流行波；

(3)在故障波形上选取故障相电流行波的时窗T：

T＝max((l₁+l₂)/v,(l₁+l₃)/v)

其中，max表示取最大值，l₁、l₂、l₃分别表示T接线路的三端到T接点的距离，v表示行波传播速度，取v＝2.98×10⁵km/s；

(4)对选定好的故障时窗的数据进行小波变换模极大值信号处理，提取到行波首波头到达时刻t₀行波信息；

(5)利用分段匹配算法，即对l₁、l₂，l₃段线路模拟故障，模拟故障的波头序列与小波变换后的波形突变时序信息进行匹配，需要满足下式：

|t_ti-t_si|＜δ

其中，t_t表示匹配的时间序列，t_s表示故障波形小波变换后的时间序列，i表示到达测量端不同的波头，δ表示匹配的时间序列和故障波波形的实际时间序列的误差，δ＝3.4×10^-5；

(6)当满足匹配算法时，即可确定故障区段，所获得t_t1、t_s1进行单端测距计算：

Lt＝(t_t1-t₀)v/2

Ls＝(t_s1-t₀)v/2

其中，Lt为匹配计算的故障距离，Ls原故障波形的故障距离，t_t1为匹配算法的故障点第一次反射波，t_s1为原波形经匹配得到的故障点第一次反射波，t₀为故障行波首波头到达时刻，v为行波波速；

(7)计算出T接输电线路的故障距离：

Lf＝(Lt+Ls)/2

其中，Lf为故障距离。

本发明的有益效果是：

1、T接输电线路的但端测距相对于多端测距，减少了行波测距的测量端数量，节约经济成本；

2、T接输电线路单端测距不需要与其他测量端对时，从而消除了对时所引起的测距误差；

3、T接输电线路由于T接点的存在，在线路中形成波阻抗不连续点，故障发生后在T接点会发生多次行波的折反射，增加了测量端对第二个波头辨识的难度，本发明提出的分段匹配算法，不需针对第二个波头进行辨识而实现单端测距，实现了T接线路单端行波测距的可能性。

附图说明

图1是本发明T接线路的拓扑图；

图2是本发明T接线路故障时行波传播示意图；

图3是本发明T线线路MT段故障时故障波形图；

图4是本发明T接线路PT段故障时故障波形图；

图5是本发明T接线路NT段故障时故障波形图；

图6是本发明步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

一种基于区段匹配算法T接输电线路单端行波测距方法，在T接输电线路的三端选择一端作为测量端，检测到故障时，选取故障时窗波形，通过对故障时窗波形的分析，采用线路分段匹配的方法，实现T接输电线路发生故障区段及测距；

具体步骤为：

(1)计算选定出T接输电线路行波的测量端，T接输电线路三端到T接点的距离分别为l₁、l₂、l₃，l₁为行波的测量端，且l₂和l₃应满足：l₂≠l₃；

(2)T接输电线路发生故障后，在测量端提取故障相电流行波；

(3)在故障波形上选取故障相电流行波的时窗T：

T＝max((l₁+l₂)/v,(l₁+l₃)/v)

其中，max表示取最大值，l₁、l₂、l₃分别表示T接线路的三端到T接点的距离，v表示行波传播速度，取v＝2.98×10⁵km/s；

(4)对选定好的故障时窗的数据进行小波变换模极大值信号处理，提取到行波首波头到达时刻t₀行波信息；

(5)利用分段匹配算法，即对l₁、l₂，l₃段线路模拟故障，模拟故障的波头序列与小波变换后的波形突变时序信息进行匹配，需要满足下式：

|t_ti-t_si|＜δ

其中，t_t表示匹配的时间序列，t_s表示故障波形小波变换后的时间序列，i表示到达测量端不同的波头，δ表示匹配的时间序列和故障波波形的实际时间序列的误差，δ＝3.4×10^-5；

表1：i对应的波头

(6)当满足匹配算法时，即可确定故障区段，所获得t_t1、t_s1进行单端测距计算：

Lt＝(t_t1-t₀)v/2

Ls＝(t_s1-t₀)v/2

其中，Lt为匹配计算的故障距离，Ls原故障波形的故障距离，t_t1为匹配算法的故障点第一次反射波，t_s1为原波形经匹配得到的故障点第一次反射波，t₀为故障行波首波头到达时刻，v为行波波速；

(7)计算出T接输电线路的故障距离：

Lf＝(Lt+Ls)/2

其中，Lf为故障距离。

本发明用PSCAD/EMTDC仿真软件对T接输电线路模型进行仿真验证，T接线路三端分别连接电源，T接点到三端的线路长度距离分别为45km、40km、50km，输电线路采用频变参数模型，电压等级为110kV。在此模型的基础上分别在三段进行故障仿真，通过测量端所测得故障电流波形，进行测距，具体实施如下：

实施例1：图1所示的T接输电线路的模型，M端为测量端，仿真设置的故障点在MT段发生单相接地故障，故障距离为距测量端20km处，故障类型为单相接地短路。测量端测得故障波形如图3(a)为故障波形，图3(b)为对故障波形进行小波变换模极大值处理，图3(c)为匹配算法与模极大值进行匹配，计算Lt＝20.4km，Ls＝19.817km，Lf＝20.1085km，故障点在MT段，测距结果与设定故障点位置满足误差要求，测量结果有效。

实施例2：图1所示的T接输电线路的模型，M端为测量端，仿真设置的故障点在PT段发生单相接地故障，故障距离为距测量端58km处，故障类型为单相接地短路。测量端测得故障波形如图4(a)为故障波形，图4(b)为对故障波形进行小波变换模极大值处理，图4(c)为匹配算法与模极大值进行匹配，计算Lt＝57.8km，Ls＝57.663km，Lf＝57.7315km，故障点在PT段，测距结果与设定故障点位置满足误差要求，测量结果有效。

实施例1：图1所示的T接输电线路的模型，M端为测量端，仿真设置的故障点在NT段发生单相接地故障，故障距离为距测量端68km处，故障类型为单相接地短路。测量端测得故障波形如图5(a)为故障波形，图5(b)为对故障波形进行小波变换模极大值处理，图5(c)为匹配算法与模极大值进行匹配，计算Lt＝67.95km，Ls＝67.646km，Lf＝67.798km，故障点在NT段，测距结果与设定故障点位置满足误差要求，测量结果有效。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (1)

1.一种基于区段匹配算法T接输电线路单端行波测距方法，其特征在于：在T接输电线路的三端选择一端作为测量端，检测到故障时，选取故障时窗波形，通过对故障时窗波形的分析，采用线路分段匹配的方法，实现T接输电线路发生故障区段及测距；

具体步骤为：

(1)计算选定出T接输电线路行波的测量端，T接输电线路三端到T接点的距离分别为l₁、l₂、l₃，l₁为行波的测量端，且l₂和l₃应满足：l₂≠l₃；

(2)T接输电线路发生故障后，在测量端提取故障相电流行波；

(3)在故障波形上选取故障相电流行波的时窗T：

T＝max((l₁+l₂)/v,(l₁+l₃)/v)

其中，max表示取最大值，l₁、l₂、l₃分别表示T接线路的三端到T接点的距离，v表示行波传播速度，取v＝2.98×10⁵km/s；

(4)对选定好的故障时窗的数据进行小波变换模极大值信号处理，提取到行波首波头到达时刻t₀行波信息；

(5)利用分段匹配算法，即对l₁、l₂，l₃段线路模拟故障，模拟故障的波头序列与小波变换后的波形突变时序信息进行匹配，需要满足下式：

|t_ti-t_si|＜δ

其中，t_t表示匹配的时间序列，t_s表示故障波形小波变换后的时间序列，i表示到达测量端不同的波头，δ表示匹配的时间序列和故障波波形的实际时间序列的误差，δ＝3.4×10^-5；

(6)当满足匹配算法时，即可确定故障区段，所获得t_t1、t_s1进行单端测距计算：

Lt＝(t_t1-t₀)v/2

Ls＝(t_s1-t₀)v/2

其中，Lt为匹配计算的故障距离，Ls原故障波形的故障距离，t_t1为匹配算法的故障点第一次反射波，t_s1为原波形经匹配得到的故障点第一次反射波，t₀为故障行波首波头到达时刻，v为行波波速；

(7)计算出T接输电线路的故障距离：

Lf＝(Lt+Ls)/2

其中，Lf为故障距离。