CN109839569A - 一种基于六序分量法的同杆双回线故障测距方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于六序分量法的同杆双回线故障测距方法及系统,所述方法包括:获取故障后线路两侧的电压及电流量;将所述电压及电流量变换为三相对称的六序分量;取所述六序分量中的同向正序分量,得到同向电流正序分量和同向电压正序分量;根据所述同向电流正序分量和同向电压正序分量,采用对端约束条件,构造虚构的同向正序电压量和虚构的同向正序电流量;根据所述虚构的同向正序电压量和虚构的同向正序电流量构造故障测距函数;根据所述故障测距函数进行故障测距。本发明中的上述方法能够适用于各种故障类型,实现准确测距。
Description
技术领域
本发明涉及故障测距领域,特别是涉及一种基于六序分量法的同杆双回线故障测距方法及系统。
背景技术
随着我国经济的发展,电力行业作为先行行业,必须能够跟上经济发展的速度。这导致现代电力系统结构日益复杂,电压等级及输送容量不断提高,。高压及超高压输电线路肩负着输送电能的任务,是电力系统的重要组成部分,对电力系统安全稳定运行有重要影响。由于高压及超高压输电线路由于输送容量大,因此,越来越被广泛采用。同杆双回线两回线共用同一杆塔,出线走廊窄,节约土地资源,建设速度快,可以提高电力系统稳定性,可以很好的满足现代电力系统的需求。但高压输电线路一般距离较长,环境因素复杂,很容易由于自然原因造成故障,且由于环境地形等原因,导致人工巡线查找故障位置十分困难,因此需要故障测距算法迅速确定故障位置。相较于传统输电线路,同杆双回线故障情况复杂,有120种之多,且由于两回线电磁耦合严重,不能沿用单回线的故障测距方法。故障定位可以根据不同故障特征,准确判断故障位置,指导巡线人员快速找到故障点,减少停电时间,节约人力资源,对电力系统安全稳定运行有重要意义。
为解决同杆双回线故障测距问题,不少学者通过引入六序分量法进行故障分析。宋国兵等人分析了故障后双回线环流网的特点,利用环流网线路两端反向电压为0的特点构造了故障测距函数。但该方法由于在故障测距函数中引入反向量,导致在发生某些不存在环流网的故障故障时,无法实现准确的故障定位。王树刚等人根据反序网电流相位关系构造了故障测距函数,由于测距函数中不存在电压量,故不会受电压互感器传变特性的影响,但该方法不存在一个统一的故障的函数,在故障定位时需先判断故障类型。林洪福等人采用同向正序网构造故障测距函数,可以适用于各种故障类型,其故障测距函数在故障位置发生相位突变,这导致故障测距函数求解困难且精度与求解方法的步长有关。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于六序分量法的同杆双回线故障测距方法及系统,能够适用于各种故障类型,实现准确测距。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种基于六序分量法的同杆双回线故障测距方法,所述方法包括:
获取故障后线路两侧的电压及电流量;
将所述电压及电流量变换为三相对称的六序分量;
取所述六序分量中的同向正序分量,得到同向电流正序分量和同向电压正序分量;
根据所述同向电流正序分量和同向电压正序分量,采用对端约束条件,构造虚构的同向正序电压量和虚构的同向正序电流量;
根据所述虚构的同向正序电压量和虚构的同向正序电流量构造故障测距函数;
根据所述故障测距函数进行故障测距。
可选的,所述将所述电压及电流量变换为三相对称的六序分量具体采用以下公式:
其中,表示电压六序分量,表示电流六序分量,M表示六序分量变换矩阵,表示线路电压列向量,表示线路电流列向量。
可选的,所述六序分量变换矩阵M具体表示如下:
其中,a表示旋转系数,a=ej120。
可选的,所述线路电压列向量以及线路电流列向量具体表示如下:
其中,分别为线路1中A相、B相和C相的相电压,分别为线路2中A相、B相和C相的相电压;
其中,分别为线路1中A相、B相和C相的相电流,分别为线路2中A相、B相和C相的相电流。
可选的,所述根据所述同向电流正序分量和同向电压正序分量,采用对端约束条件,构造虚构的同向正序电压量和虚构的同向正序电流量具体采用以下公式:
其中,表示虚构的同向正序电压量,表示虚构的同向正序电流量,表示线路端部得到的同向正序电压,表示线路端部得到的同向正序电流,表示同向正序电流相位,表示同向正序电压相位。
可选的,所述根据所述虚构的同向正序电压量和虚构的同向正序电流量构造故障测距函数具体采用以下公式:
其中,表示根据M侧的同向正序电压和同向正序电流从M侧向N侧推算的线路同向正序电压,表示根据N侧约束条件构造的N侧同向正序电压和同向正序电流从N向M侧推算的线路同向正序电压,x为未知数,最终求解的x为故障位置。
本发明另外提供一种基于六序分量法的同杆双回线故障测距系统,所述系统包括:
电压及电流量获取模块,用于获取故障后线路两侧的电压及电流量;
六序分量变换模块,用于将所述电压及电流量变换为三相对称的六序分量;
同向正序分量获取模块,用于取所述六序分量中的同向正序分量,得到同向电流正序分量和同向电压正序分量;
构造模块,用于根据所述同向电流正序分量和同向电压正序分量,采用对端约束条件,构造虚构的同向正序电压量和虚构的同向正序电流量;
故障测距函数构造模块,用于根据所述虚构的同向正序电压量和虚构的同向正序电流量构造故障测距函数;
测距模块,用于根据所述故障测距函数进行故障测距。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明中的该方法在已有的故障测距基础上,构造出一种仅以同向正序分量为基础构造的测距函数,该测距函数在测距时不用实现明确故障相及故障类型,存在唯一最小值,便于求解。相较于传统双端法,该测距方法使用的对端数据为经过处理后的数据,不传输采样点,数据传输量小,且由于使用幅值构造测距函数使用幅值,故不同步角对该测距函数无影响。
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他的附图。
图1为本发明实施例基于六序分量法的同杆双回线故障测距方法流程图;
图2为本发明实施例同杆双回线结构图;
图3为本发明实施例故障测距函数在300km线路150km处发生IIA-G故障时的变化趋势图;
图4为本发明实施例基于六序分量法的同杆双回线故障测距系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于六序分量法的同杆双回线故障测距方法及系统,能够适用于各种故障类型,实现准确测距。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例基于六序分量法的同杆双回线故障测距方法流程图,如图1所示,所述方法包括:
步骤101:获取故障后线路两侧的电压及电流量;
步骤102:将所述电压及电流量变换为三相对称的六序分量;
步骤103:取所述六序分量中的同向正序分量,得到同向电流正序分量和同向电压正序分量;
步骤104:根据所述同向电流正序分量和同向电压正序分量,采用对端约束条件,构造虚构的同向正序电压量和虚构的同向正序电流量;
步骤105:根据所述虚构的同向正序电压量和虚构的同向正序电流量构造故障测距函数;
步骤106:根据所述故障测距函数进行故障测距。
具体的,步骤102和步骤103中,所述将所述电压及电流量变换为三相对称的六序分量具体采用以下公式:
其中,表示电压六序分量,表示电流六序分量,M表示六序分量变换矩阵,表示线路电压列向量,表示线路电流列向量。
其中该向量中第3个元素即为电压的同序正向分量;
其中,该向量中第3个元素即为电流的同序正向分量。
仅使用故障后线路的同序正序分量构造故障测距函数,由于同序正序分量在同杆双回线的任何故障情况下均存在,故用同序正序分量构造故障测距函数,可以适用于任何不同的故障类型。
所述线路电压列向量以及线路电流列向量具体表示如下:
其中,分别为线路1中A相、B相和C相的相电压,分别为线路2中A相、B相和C相的相电压;
其中,分别为线路1中A相、B相和C相的相电流,分别为线路2中A相、B相和C相的相电流。
所述六序分量变换矩阵M具体表示如下:
其中,a表示旋转系数,a=ej120。
具体的,步骤104中,长线路同向正序电压分布参数方程如下:
其中为距线路一端距离为xkm处线路的同向正序电压,UT1、IT1为线路端部得到的同向正序电压及同向正序电流,γT1为同向正序网络的传播系数,ZT1为同序正序网络的特征阻抗。
设取
由于ejθ仅影响向量相角而不影响其幅值,故只需知道线路端部同向正序电压和同向正序电流的幅值及其相位差,就可以正确计算线路任意位置同向正序电压的幅值,由此,可以取虚构的同向正序电压与同向正序电流为:
其中,表示虚构的同向正序电压量,表示虚构的同向正序电流量,表示线路端部得到的同向正序电压,表示线路端部得到的同向正序电流,表示同向正序电流相位,表示同向正序电压相位。
具体的,步骤105中,所述根据所述虚构的同向正序电压量和虚构的同向正序电流量构造故障测距函数具体如下:
由于故障处仅存在唯一同向正序故障电压,故可从线路两端同时向对端推导线路同序正序电压:
取M端为本端,N端为对端,故只要从通信系统中获得N端的同向正序电压和同向正序电流的幅值及其相位差,就可以在M端虚构一个N端的同向正序电压与同向正序电流,从而可以准确计算从N端向线路推算的同向正序电压幅值,而两电压幅值曲线仅在故障处存在唯一交点,利用该特点,可以可以构造故障测距函数如下:
其中,表示根据M侧的同向正序电压和同向正序电流从M侧向N侧推算的线路同向正序电压,表示根据N侧约束条件构造的N侧同向正序电压和同向正序电流从N向M侧推算的线路同向正序电压,x为未知数,最终求解的x为故障位置。
故障测距函数仅在故障点存在唯一最小值,即f(x)=0
例如:系统参数如下EM=525∠25°kV,EN=500∠0°kV,ZSM=j60.25Ω,ZSN=j40Ω,线路长300km线路参数如下所示:
[R1R0Rm0]=[0.018396 0.26486 0.24619]
[L1L0Lm0]=[0.00092959 0.032022 0.0019996]
[C1C0Cm0]=[1.2571e-8 7.8555e-9 -2.0444e-9]
当线路150km处发生II-AG(线路2A相接地短路)时,通过提取同向正序分量,可得
UMT1=(4.127e5+j8.5e4)V
IMT1=(769.3+j229.4)A
UNT1=(4.191e5+j2.629e4)V
INT1=(-328.7+j135.3)A
取M端为本端,N端为对端,则可计算|UNT1|=4.199e5V,|INT1|=355.4A,Angle(INT1/UNT1)=2.688(弧度)
此时,将|UNT1|、|INT1|和Angle(INT1/UNT1)传输至M侧,则可在M侧虚构N端同向正序电压与同向正序电流为
UNT1’=4.199e5V
INT1’=355.4∠2.688A
此时再将UMT1、IMT1、UNT1’、INT1’代入测距方程,并求出测距方程方程最小值点即可。
最后,采用仿真工具对算例进行仿真分析,如图2所示图2为本发明实施例同杆双回线结构图,通过采用同杆双回线故障后的同向正序分量构造故障测距函数,可以适用于各种不同的故障类型,在存在不同过渡电阻时,均可以实现在未知故障相及故障类型情况下实现准确定位。
图3为本发明实施例故障测距函数在300km线路150km处发生IIA-G故障时的变化趋势图。
图4为本发明实施例基于六序分量法的同杆双回线故障测距系统结构示意图,如图4所示,所述系统包括:
电压及电流量获取模块201,用于获取故障后线路两侧的电压及电流量;
六序分量变换模块202,用于将所述电压及电流量变换为三相对称的六序分量;
同向正序分量获取模块203,用于取所述六序分量中的同向正序分量,得到同向电流正序分量和同向电压正序分量;
构造模块204,用于根据所述同向电流正序分量和同向电压正序分量,采用对端约束条件,构造虚构的同向正序电压量和虚构的同向正序电流量;
故障测距函数构造模块205,用于根据所述虚构的同向正序电压量和虚构的同向正序电流量构造故障测距函数;
测距模块206,用于根据所述故障测距函数进行故障测距。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种基于六序分量法的同杆双回线故障测距方法,其特征在于,所述方法包括:
获取故障后线路两侧的电压及电流量;
将所述电压及电流量变换为三相对称的六序分量;
取所述六序分量中的同向正序分量,得到同向电流正序分量和同向电压正序分量;
根据所述同向电流正序分量和同向电压正序分量,采用对端约束条件,构造虚构的同向正序电压量和虚构的同向正序电流量;
根据所述虚构的同向正序电压量和虚构的同向正序电流量构造故障测距函数;
根据所述故障测距函数进行故障测距。
2.根据权利要求1所述的基于六序分量法的同杆双回线故障测距方法,其特征在于,所述将所述电压及电流量变换为三相对称的六序分量具体采用以下公式:
其中,表示电压六序分量,表示电流六序分量,M表示六序分量变换矩阵,表示线路电压列向量,表示线路电流列向量。
3.根据权利要求2所述的基于六序分量法的同杆双回线故障测距方法,其特征在于,所述六序分量变换矩阵M具体表示如下:
其中,a表示旋转系数,a=ej120。
4.根据权利要求1所述的基于六序分量法的同杆双回线故障测距方法,其特征在于,所述线路电压列向量以及线路电流列向量具体表示如下:
其中,分别为线路1中A相、B相和C相的相电压,分别为线路2中A相、B相和C相的相电压;
其中,分别为线路1中A相、B相和C相的相电流,分别为线路2中A相、B相和C相的相电流。
5.根据权利要求1所述的基于六序分量法的同杆双回线故障测距方法,其特征在于,所述根据所述同向电流正序分量和同向电压正序分量,采用对端约束条件,构造虚构的同向正序电压量和虚构的同向正序电流量具体采用以下公式:
其中,表示虚构的同向正序电压量,表示虚构的同向正序电流量,表示线路端部得到的同向正序电压,表示线路端部得到的同向正序电流,表示同向正序电流相位,表示同向正序电压相位。
6.根据权利要求1所述的基于六序分量法的同杆双回线故障测距方法,其特征在于,所述根据所述虚构的同向正序电压量和虚构的同向正序电流量构造故障测距函数具体采用以下公式:
其中,表示根据M侧的同向正序电压和同向正序电流从M侧向N侧推算的线路同向正序电压,表示根据N侧约束条件构造的N侧同向正序电压和同向正序电流从N向M侧推算的线路同向正序电压,x为未知数,最终求解的x为故障位置。
7.一种基于六序分量法的同杆双回线故障测距系统,其特征在于,所述系统包括:
电压及电流量获取模块,用于获取故障后线路两侧的电压及电流量;
六序分量变换模块,用于将所述电压及电流量变换为三相对称的六序分量;
同向正序分量获取模块,用于取所述六序分量中的同向正序分量,得到同向电流正序分量和同向电压正序分量;
构造模块,用于根据所述同向电流正序分量和同向电压正序分量,采用对端约束条件,构造虚构的同向正序电压量和虚构的同向正序电流量;
故障测距函数构造模块,用于根据所述虚构的同向正序电压量和虚构的同向正序电流量构造故障测距函数;
测距模块,用于根据所述故障测距函数进行故障测距。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190604 |