CN110095685A - 基于动态实时参数的t型线路沿线电压交叉修正故障测距方法 - Google Patents
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Abstract
基于动态实时参数的T型线路沿线电压交叉修正故障测距方法,利用T型线路正常运行状态下的电气信息,动态实时计算三端线路实时参数,并基于遗传算法修正线路实时参数的计算误差;在线路发生故障后,基于修正参数下的线路分布参数线路模型,分别计算T节点电压,通过电压比较判断故障支路;然后将非故障两支路等值为T端,与故障支路一端形成两端输电线路模型;最后,利用两侧测量电压与计算对侧电压形成两条直线,基于直线交叉求取交点,形成故障测距方法。本发明可以实时动态调整线路参数误差,提高故障测距精度,工程实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种针对T型输电线路的故障测距方法,具体是一种基于动态实时参数的T型线路沿线电压交叉修正故障测距方法。
背景技术
随着电力系统的发展,当受到供电半径、走廊等的限制时往往会采用T型输电线路进行电力输送。在线路发生故障时,精度的故障测距对于电力系统的安全稳定和经济运行均有重要作用(林富洪,王增平.采用同向正序基频分量的双回线故障测距原理[J].中国电机工程学报,2011,31(4):93-98.)。当前,输电线路测距往往采用线路工频量电气参数,但实际运行时,电气参数易受天气、温度、湿度、大地电阻率等环境影响而动态变化。因此,基于固定电气参数的线路故障测距精度受到不同程度的影响,T型输电线路节点结构复杂,测距影响更大,提高其故障测距精度历来是研究热点。目前的T型输电线路故障测距算法基本分为两步进行。第一步先判断故障支路,第二步根据判断的结果,将三端线路等效成双端线路进行测距。然而,当发生T节点附近故障,尤其是经高阻短路故障时,由于无法正确的判断故障支路,常常会导致测距失败。
为解决上述问题,现有技术中出现了一些创新性的成果,如:李杰,孙铭江,赖军,龚玲,杨国华.一种T型线路故障测距系统及方法[P].四川:CN106291256A,2017-01-04专利文件记载中,取得了一定的效果,但测距需在每条支路上都进行检测搜索,故算法定位速度不够,不能实现在线监测。
降低线路参数误差对测距精度的影响,提高T型输电线路故障支路判别的可靠性,改善故障死区,并且提高故障测距的精度、提高收敛速度,对T型输电线路的稳定可靠运行有着重要的意义。因此,针对T型输电线路特亟待提出新的故障测距方法。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本发明提出一种基于动态实时参数的T型线路沿线电压交叉修正故障测距方法,主要解决如下问题:1)、解决实际工程中的输电线路参数易发生改变而影响测距精度问题,实现动态实时校正输电线路参数;2)、克服T型线路中易出现T节点判别死区问题,确保无论故障发生在某条支路或者是T节点附近均能正确判别;3)、保证对线路故障的高精度测距,解决现有许多测距方案运算复杂、所需迭代次数多的问题。
本发明采取的技术方案为:
基于动态实时参数的T型线路沿线电压交叉修正故障测距方法,利用T型线路正常运行状态下的电气信息,动态实时计算三端线路实时参数,并基于遗传算法修正线路实时参数的计算误差;在线路发生故障后,基于修正参数下的线路分布参数线路模型,分别计算T节点电压,通过电压比较判断故障支路;然后将非故障两支路等值为T端,与故障支路一端形成两端输电线路模型;最后,利用两侧测量电压与计算对侧电压形成两条直线,基于直线交叉求取交点,形成故障测距方法。
基于动态实时参数的T型线路沿线电压交叉修正故障测距方法,包括:
动态计算并修正T型输电线路实时参数步骤:
步骤1:测量得到T型输电线路三端电压、电流;
步骤2:利用分布式参数模型,分别沿三端分支计算线路T节点的分布电压
步骤3:理论上同一T节点电压满足UT1=UT2=UT3;但由于参数存在误差,利用遗传算法建立适应度函数
其中:J为适应度函数值,N为一周波采样点数,UT1(i)、UT2(i)、UT3(i)为i时刻T节点计算分布电压幅值,设置最大进化代数N=100和适应度函数值J≤1%,作为收敛条件,实现计算参数误差修正。
基于动态实时参数的T型线路沿线电压交叉修正故障测距方法,其特征在于包括:
T型输电线路故障支路判断步骤:
步骤1:在系统发生故障后,利用动态计算并修正T型输电线路实时参数,分别计算此时T节点分布电压由于线路存在故障支路,得到的三个电压一定不相等。
步骤2:构建故障支路判据,方向判据与幅值大小比较判据方向比较作为第一判据,幅值大小比较作为第二判据。
其中:i,j对应非故障支路,k对应故障支路;K1,K2为确定非故障支路整定门槛值,根据参数误差校准后小于±5%,K1取0.95,K2取1.05;K3为确定故障支路整定门槛值,根据可靠性原则,K3取1.15。
基于动态实时参数的T型线路沿线电压交叉修正故障测距方法,其特征在于包括:
T型三端线路等值两端线路计算:利用T型输电线路故障支路判断,确定的故障支路和非故障支路,针对非故障支路两端计算T节点等值电压和电流其中:分别由N、P端计算流入T点的电流。
基于动态实时参数的T型线路沿线电压交叉修正故障测距方法,其特征在于包括:
直线交叉计算故障测距步骤:
步骤1:利用等值两端系统电压和两端电流基于分布式参数模型,分别计算线路对侧电压幅值UML、UTL。在线路两侧分布电压平面上,分别由测量电压幅值UM、UT和计算电压幅值UML、UTL,建立两条直线,求取交点x1。
步骤2:利用等值两端系统电压和两端电流基于分布式参数模型,分别计算交点x1的电压幅值UMx1、UTx1。在线路两侧分布电压平面上,再一次分别由测量电压幅值UM、UT和计算电压幅值UMx1、UTx1,建立两条新的直线,求取交点x2。
依次类推,直到满足判据|UMxn-UTxn|≤Uset结束。UMxn、UTxn分别为第n次的计算电压幅值。Uset为门槛值Uset=Min(|UM-UM03|,|UT-UT03|),UM03、UT03分别为由M端、T端计算各自0.3km处的分布电压值。此时,第n次计算过程中的交点xn即为故障点位置。
基于动态实时参数的T型线路沿线电压交叉修正故障测距方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤1:T型输电线路三侧故障测距装置分别测量三端电压三端电流
步骤2:利用分布式参数模型,分别沿三端计算线路T节点的分布电压,
其中:分别为沿MT、NT、PT分支得到的T节点计算电压,γ1、γ2、γ3分别为三端输电线路传播常数,ZC1、ZC2、ZC3分别为三端输电线路特性阻抗,L1,L2,L3分别为三端输电线路长度;
步骤3:理论上同一T节点电压满足UT1=UT2=UT3;但由于参数存在误差,利用遗传算法建立适应度函数J为适应度函数值,N为一周波采样点数,UT1(i)、UT2(i)、UT3(i)为i时刻T节点计算分布电压幅值。设置最大进化代数N=100和适应度函数值J≤1%作为收敛条件,进而实现计算参数误差修正。
步骤4:在系统发生故障后,利用步骤3的修正参数,分别计算此时T节点分布电压 由于线路存在故障支路,该三个电压一定不相等。
步骤5:构建故障支路判据。方向判据与幅值大小比较判据方向比较作为第一判据,幅值大小比较作为第二判据。i、j对应非故障支路,k对应故障支路;K1、K2为确定非故障支路整定门槛值,根据参数误差校准后小于±5%,K1推荐0.95,K2推荐1.05;K3为确定故障支路整定门槛值,根据可靠性原则,K3推荐1.15;
步骤5中,由于非故障支路电压同方向,且幅值相等;故障支路与非故障支路电压反方向,且幅值不相等。以此类推,可以分别确定故障发生在NT、PT支路时的情况。但当发生高阻接地故障时,故障支路与非故障支路电压可能同方向,但幅值依旧不相等。因此,结合上述分析,构建方向比较作为第一判据,幅值大小比较作为第二判据。而当故障发生在T节点附近时,三端计算T节点电压将趋于相同。对于这样情况,前提已知发生区内故障,且方向比较和幅值比较均不能判别时,将直接认定故障在此区域附近,也可以直接作为故障测距的结果。
步骤6:判别出T型线路故障支路后,将三端线路模型等效为双端线路模型。确定了故障支路和非故障支路后,针对非故障支路两端计算T节点等值电压和电流其中,分别由N、P端计算流入T点的电流。
步骤7:利用等值两端系统电压和两端电流基于分布式参数模型,分别计算线路对侧电压幅值UML、UTL。在线路两侧分布电压平面上,分别由测量电压幅值UM、UT和计算电压幅值UML、UTL,建立两条直线,求取交点x1。
步骤8:利用等值两端系统电压和两端电流基于分布式参数模型,分别计算交点x1的电压幅值UMx1、UTx1。在线路两侧分布电压平面上,再一次分别由测量电压幅值UM、UT和计算电压幅值UMx1、UTx1,建立两条新的直线,求取交点x2。依次类推,直到满足判据|UMxn-UTxn|≤Uset结束。UMxn、UTxn分别为第n次的计算电压幅值。Uset为门槛值Uset=Min(|UM-UM03|,|UT-UT03|),UM03、UT03分别为由M端、T端计算各自0.3km处的分布电压值。此时,第n次计算过程中的交点xn即为故障点位置。
本发明一种基于动态实时参数的T型线路沿线电压交叉修正故障测距方法,有益效果在于:
(1):可以实时动态调整线路参数误差,提高故障测距精度,工程实用性强;
(2):有效地解决了T节点死区的问题,且测距原理简单,只需要进行简单的迭代,即可达到测距所需精度。
(3):测距结果有很高的精度和自适应性。迭代次数少,收敛速度快,测距精度高且计算量小。
(4):测距结果不受系统运行方式、过渡电阻、故障类型等因素的影响。
附图说明
图1为正常运行下的T型线路模型。
图2为转换后的双端故障线路模型。
图3为沿线电压幅值分布图。
图4为故障测距原理图。
图5为故障测距误差修正原理图。
图6(a)为测距算法仿真图一,AG故障,Rg=100Ω。
图6(b)为测距算法仿真图二,ABC故障,Rg=30Ω。
具体实施方式
基于动态实时参数的T型线路沿线电压交叉修正故障测距方法,利用T型线路正常运行状态下的电气信息,动态实时计算三端线路实时参数,并基于遗传算法修正参数的计算误差;在线路发生故障后,基于修正参数下的线路分布参数线路模型,分别计算T节点电压,通过电压比较判断故障支路;进一步将非故障两支路等值为T端,与故障支路一端形成两端输电线路模型;最后,利用两侧测量电压与计算对侧电压形成两条直线,基于直线交叉求取交点形成故障测距。
所述测距方法包括:动态计算并修正T型输电线路实时参数、T型输电线路故障支路判别、线路故障综合判据、直线交叉故障测距。
一种基于动态实时参数的T型线路沿线电压交叉修正故障测距新方法,具体包括以下步骤:
步骤1:T型输电线路三侧故障测距装置分别测量三端电压三端电流
步骤2:利用分布式参数模型,分别沿三端计算线路T节点的分布电压,
图1所示为正常运行下的T型线路,L1,L2,L3分别为三端输电线路长度,为T节点电压,分别为沿MT、NT、PT分支得到的T节点计算电压,γ1、γ2、γ3分别为三端输电线路传播常数,ZC1、ZC2、ZC3分别为三端输电线路特性阻抗。
步骤3:确定辨识参数。考虑到实际线路参数测试时一般为线路r、l、c值,因此基于T型线路,设置三端所要辨识的模型参数{r1、l1、c1、L1、r2、l2、c2、L2、r3、l3、c3、L3},为了区分电感参数和线路长度,将线路长度参数变化定义为L。设定参数误差范围后对其进行校正更容易找到依据,如线路参数r、l、L的设定误差范围在±5%以内,线路参数c误差设定±10%以内。因此,在进行实际参数误差校准时,分别设置ro、lo、co值,通过代入线路传播常数和线路特性阻抗公式,实现式(1)分布电压的最终计算。
理论上同一T节点电压满足UT1=UT2=UT3;但由于参数存在误差,利用遗传算法建立适应度函数J为适应度函数值,N为一周波采样点数,UT1(i)、UT2(i)、UT3(i)分别为i时刻T节点计算分布电压幅值。利用遗传算法实现参数辨识的过程中,按照变量总维数为12,且各自误差范围±5%或±10%,即使按照1%误差确立种群,群体总数将非常巨大。考虑到线路参数本身是在测量误差范围内寻优,并结合运行时间限制,其最大进化代数m和种群规模ps应当适宜,不要过大。但交叉概率pc和变异概率pm设置相对设置大一些。这里强调的是,变异区别于0-1编码变异,而是要在误差范围内随机变异。根据上述分析,取进化代数m为60,种群规模ps为1000,交叉概率pc为0.5,变异概率pm为0.15。
除了最大进化代数作为算法的收敛条件,适应度函数J的最小值是函数收敛的关键。按照电压相等,两两相间值为零,其适应度值最理想为零,考虑误差范围,以J≤1%作为收敛条件,进而实现计算参数误差修正。
步骤4:在系统发生故障后,利用步骤3的修正参数,分别计算此时T节点分布电压由于线路存在故障支路,该三个电压一定不相等。
步骤5:构建故障支路判据。方向判据与幅值大小比较判据方向比较作为第一判据,幅值大小比较作为第二判据。i、j对应非故障支路,k对应故障支路;K1、K2为确定非故障支路整定门槛值,根据参数误差校准后小于±5%,K1取0.95,K2取1.05;K3为确定故障支路整定门槛值,根据可靠性原则,K3取1.15。
步骤6:判别出T型线路故障支路后,可通过非故障支路的等值计算,将T型线路的故障测距问题转换为两端输电线路故障测距问题。
假定故障支路为MT,结合输电线路参数的校准值得到γo、ZCo,流入MT支路的电流计算为其中,分别由N、P端计算流入T点的电流,如式(2)所示。
此时T点的电压理论上存在但由于误差存在,选取作为T点电压。此时,将三端线路模型等效为双端线路模型,如图(2)所示,线路长度为L,故障点F位于MT线路,距离M端x。
步骤7:建立两条直线,求取交点x1。
如图3所示为在平面坐标系下,当两端输电线路发生区内故障时,分别沿线路两端计算得到的沿线电压分布。横坐标L对应输电线路长度,纵坐标为电压幅值大小。虚线LMa、LTa分别为M、T端沿线电压幅值分布曲线。由图3可知,两曲线交点fa横坐标即为故障距离x。而在直角坐标系中,已知两段非平行直线必定相交有且仅有一点,且基于直线函数即可方便、快速定位交点坐标。具体包括以下三部分:
1):获取等值两端系统电流电压测量值基于分布式参数模型,计算对端L处的电压
2):确定四点坐标。由式(3)可以得到UML、UTL幅值大小,并且结合线路M、T端测量电压幅值UM、UT,可得到线路两端计算电压点,坐标(0,UTL);(L,UML),线路两端测量电压点,坐标(0,UM);(L,UT)。分别连接坐标(0,UM)与(L,UML),(L,UT)与(0,UTL),即可得到两条直线LMx1、LTx1。
3):确定直线后,可计算其交点:
式(4)中,所得解(x1,fx1)即为交点的坐标。如图4所示,横坐标x为实际故障点位置,横坐标x1为输电线路上所测得故障点的初位置。
步骤8:对初次测距结果进行修正。利用等值两端系统电压和两端电流 基于分布式参数模型,分别计算交点x1的电压幅值UMx1、UTx1。在线路两侧分布电压平面上,再一次分别由测量电压幅值UM、UT和计算电压幅值UMx1、UTx1,得到新的坐标点。将(x1,UMx1)、(x1,UTx1)分别作为新的计算点,构成两条直线,利用式(5)求取新的直线交叉点(x2,fx2)。
以此类推,每次得到新的故障位置xn后,建立通用公式(6),确立新的故障位置。
直到满足判据|UMxn-UTxn|≤Uset结束。UMxn、UTxn分别为第n次的计算电压幅值。Uset为门槛值Uset=Min(|UM-UM03|,|UT-UT03|),考虑到故障类型、过渡电阻和故障位置等不同情况,很难基于固定值来确定该门槛。结合线路测距误差要求,如220kV线路300m,设计该门槛值至少满足300m电压差值需求。UM03、UT03分别为由M端、T端计算各自0.3km处的分布电压值。此时,第n次计算过程中的交点xn即为故障点位置。故障测距误差修正原理图及仿真图如图5,图6(a)、图6(b)所示。
图5中,LMx2、LTx2为第一次修正后得到的两条直线,其交点(x2,fx2)即为修正后的故障测距位置,由图5中可以明显得出,修正后的位置相较初次测距已明显接近实际故障点位置。
直线修正的故障测距仿真图6(a)、图6(b)很好的展现了测距的沿线分布趋势,
虚线L1表示M端推算电压沿线分布曲线;
虚线L2表示T端推算电压沿线分布曲线;
实线L3表示M侧两坐标所得直线一;
实线L4表示M侧两坐标所得直线二。
图6(a)、图6(b)均为发生MT支路故障时的情况。其中,虚线L1、虚线L2分别表示从M端和T端的沿线电压幅值分布曲线变化趋势,其交点为真实故障点,实线L3、实线L4分别表示利用直线交叉测距法第一次得到的两条直线,其交点即为初次故障测距点。可以看出经过初次测距即在线路中有很高的测距精度,其中全线的最高测距误差不超过0.2km,能实现全线的高精度测距。
Claims (6)
1.基于动态实时参数的T型线路沿线电压交叉修正故障测距方法,其特征在于:利用T型线路正常运行状态下的电气信息,动态实时计算三端线路实时参数,并基于遗传算法修正线路实时参数的计算误差;在线路发生故障后,基于修正参数下的线路分布参数线路模型,分别计算T节点电压,通过电压比较判断故障支路;然后将非故障两支路等值为T端,与故障支路一端形成两端输电线路模型;最后,利用两侧测量电压与计算对侧电压形成两条直线,基于直线交叉求取交点,形成故障测距方法。
2.基于动态实时参数的T型线路沿线电压交叉修正故障测距方法,其特征在于包括:
动态计算并修正T型输电线路实时参数步骤:
步骤1:测量得到T型输电线路三端电压、电流;
步骤2:利用分布式参数模型,分别沿三端分支计算线路T节点的分布电压
步骤3:理论上同一T节点电压满足UT1=UT2=UT3;但由于参数存在误差,利用遗传算法建立适应度函数
其中:J为适应度函数值,N为一周波采样点数,UT1(i)、UT2(i)、UT3(i)为i时刻T节点计算分布电压幅值,设置最大进化代数N=100和适应度函数值J≤1%,作为收敛条件,实现计算参数误差修正。
3.根据权利要求2所述基于动态实时参数的T型线路沿线电压交叉修正故障测距方法,其特征在于包括T型输电线路故障支路判断步骤:
步骤1:在系统发生故障后,利用动态计算并修正T型输电线路实时参数,分别计算此时T节点分布电压由于线路存在故障支路,得到的三个电压一定不相等;
步骤2:构建故障支路判据,方向判据与幅值大小比较判据方向比较作为第一判据,幅值大小比较作为第二判据;
其中:i,j对应非故障支路,k对应故障支路;K1,K2为确定非故障支路整定门槛值,根据参数误差校准后小于±5%,K1取0.95,K2取1.05;K3为确定故障支路整定门槛值,根据可靠性原则,K3取1.15。
4.根据权利要求3所述基于动态实时参数的T型线路沿线电压交叉修正故障测距方法,其特征在于包括T型三端线路等值两端线路计算:利用T型输电线路故障支路判断,确定的故障支路和非故障支路,针对非故障支路两端计算T节点等值电压和电流其中:分别由N、P端计算流入T点的电流。
5.根据权利要求4所述基于动态实时参数的T型线路沿线电压交叉修正故障测距方法,其特征在于包括直线交叉计算故障测距步骤:
步骤1:利用等值两端系统电压和两端电流基于分布式参数模型,分别计算线路对侧电压幅值UML、UTL;在线路两侧分布电压平面上,分别由测量电压幅值UM、UT和计算电压幅值UML、UTL,建立两条直线,求取交点x1;
步骤2:利用等值两端系统电压和两端电流基于分布式参数模型,分别计算交点x1的电压幅值UMx1、UTx1;在线路两侧分布电压平面上,再一次分别由测量电压幅值UM、UT和计算电压幅值UMx1、UTx1,建立两条新的直线,求取交点x2;
依次类推,直到满足判据|UMxn-UTxn|≤Uset结束;UMxn、UTxn分别为第n次的计算电压幅值;Uset为门槛值Uset=Min(|UM-UM03|,|UT-UT03|),UM03、UT03分别为由M端、T端计算各自0.3km处的分布电压值;此时,第n次计算过程中的交点xn即为故障点位置。
6.基于动态实时参数的T型线路沿线电压交叉修正故障测距方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤1:T型输电线路三侧故障测距装置分别测量三端电压三端电流
步骤2:利用分布式参数模型,分别沿三端计算线路T节点的分布电压,
其中:分别为沿MT、NT、PT分支得到的T节点计算电压,γ1、γ2、γ3分别为三端输电线路传播常数,ZC1、ZC2、ZC3分别为三端输电线路特性阻抗,L1,L2,L3分别为三端输电线路长度;
步骤3:理论上同一T节点电压满足UT1=UT2=UT3;但由于参数存在误差,利用遗传算法建立适应度函数J为适应度函数值,N为一周波采样点数,UT1(i)、UT2(i)、UT3(i)为i时刻T节点计算分布电压幅值;设置最大进化代数N=100和适应度函数值J≤1%作为收敛条件,进而实现计算参数误差修正;
步骤4:在系统发生故障后,利用步骤3的修正参数,分别计算此时T节点分布电压 由于线路存在故障支路,该三个电压一定不相等;
步骤5:构建故障支路判据;方向判据与幅值大小比较判据方向比较作为第一判据,幅值大小比较作为第二判据;i、j对应非故障支路,k对应故障支路;K1、K2为确定非故障支路整定门槛值,根据参数误差校准后小于±5%,K1推荐0.95,K2推荐1.05;K3为确定故障支路整定门槛值,根据可靠性原则,K3推荐1.15;
步骤5中,由于非故障支路电压同方向,且幅值相等;故障支路与非故障支路电压反方向,且幅值不相等;以此类推,可以分别确定故障发生在NT、PT支路时的情况;但当发生高阻接地故障时,故障支路与非故障支路电压可能同方向,但幅值依旧不相等;因此,结合上述分析,构建方向比较作为第一判据,幅值大小比较作为第二判据;而当故障发生在T节点附近时,三端计算T节点电压将趋于相同;对于这样情况,前提已知发生区内故障,且方向比较和幅值比较均不能判别时,将直接认定故障在此区域附近,也可以直接作为故障测距的结果;
步骤6:判别出T型线路故障支路后,将三端线路模型等效为双端线路模型;确定了故障支路和非故障支路后,针对非故障支路两端计算T节点等值电压和电流其中,分别由N、P端计算流入T点的电流;
步骤7:利用等值两端系统电压和两端电流基于分布式参数模型,分别计算线路对侧电压幅值UML、UTL;在线路两侧分布电压平面上,分别由测量电压幅值UM、UT和计算电压幅值UML、UTL,建立两条直线,求取交点x1;
步骤8:利用等值两端系统电压和两端电流基于分布式参数模型,分别计算交点x1的电压幅值UMx1、UTx1;在线路两侧分布电压平面上,再一次分别由测量电压幅值UM、UT和计算电压幅值UMx1、UTx1,建立两条新的直线,求取交点x2;依次类推,直到满足判据|UMxn-UTxn|≤Uset结束;UMxn、UTxn分别为第n次的计算电压幅值;Uset为门槛值Uset=Min(|UM-UM03|,|UT-UT03|),UM03、UT03分别为由M端、T端计算各自0.3km处的分布电压值;此时,第n次计算过程中的交点xn即为故障点位置。
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