CN111308270B - 一种基于节点故障注入电流的输电线路故障检测方法 - Google Patents

一种基于节点故障注入电流的输电线路故障检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于节点故障注入电流的输电线路故障检测方法，属于电力系统故障检测技术领域。将电网分成几个区域，按照间隔母线策略布置同步相量测量装置，计算每个区域的所有边界节点的电流的矢量和的幅值，如果该幅值大于区域故障阈值，就判断该区域为故障区域；收集保护启动时刻后每个采样时刻时故障区域的各边界节点的正序电压和电流，分别计算各节点的电压故障分量、节点注入电流故障分量，构造和获得故障区域的节点故障注入电流向量，根据该向量中故障线路两端节点的故障注入电流很大的特点，建立基于节点故障注入电流的输电线路故障检测判据。主要用于输电线路故障检测。

Description

一种基于节点故障注入电流的输电线路故障检测方法
技术领域
本发明属于电力系统线路故障检测技术领域。
背景技术
近年来，随着同步相量测量技术的不断发展，同步相量测量单元(phasormeasurement unit，PMU)因为时间同步性高、更新周期短、测量准确度高等优点在电力系统中得到了广泛应用，为输电线路故障检测提供了新手段。现有的输电线路故障检测方法绝大部分都需要全局布置PMU，而PMU的造价昂贵，考虑到经济性，研究间隔母线布置PMU下的输电线路故障检测方法，具有较好的工程意义。
王波,江全元,陈晓刚,等.基于同步电压相量的故障定位新方法[J].电力系统自动化(11):39-43，该文献基于故障分量网络，通过定义故障点的匹配指标，基于该指标，采用遍历搜索的方法确定故障点。Quanyuan Jiang,Xingpeng Li,Bo Wang,PMU-Based FaultLocation Using Voltage Measurements in Large Transmission Networks[J].IEEETransactions on Power Delivery,27(3):1644-1652，该文献基于PMU安装处与故障点之间转移阻抗以及PMU安装处的电压变化量，提出了故障点注入电流的估计方法，并构造相应定位函数，为了提高搜索效率，提出了先确定故障区域再定位故障点的方法。但是以上方法均需要迭代求解，搜索计算量大，且定位精度受到迭代步长的影响。
罗深增，李银红，陈博，等.计及PMU最优配置的输电线路广域自适应故障定位方法[J].中国电机工程学报，2016，36(15)：4134-4144，该文献在有限PMU策略下利用分布参数模型，推算故障点的电压电流，从故障通路纯电阻性角度建立方程，准确求得故障点的位置，但是其方法的计算过程较为复杂。
发明内容
本发明的目的是提供了一种基于节点故障注入电流的输电线路故障检测方法，它能有效地解决各种故障情景下检测故障线路且不会受到故障位置、故障类型、过渡电阻影响的技术问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于节点故障注入电流的输电线路故障检测方法，步骤如下：
步骤1、对整个电网进行区域划分，按照间隔母线的策略，在各区域的边界节点布置同步相量测量装置PMU；调度中心通过广域通信网络实时收集每个区域的各个边界节点的正序电压和电流，计算每个区域的所有边界节点的电流的矢量和的幅值Itotal，如果一个区域的所有边界节点的电流矢量和的幅值Itotal大于区域故障阈值Iset，就判断该区域为故障区域，其中，区域故障阈值Iset设定为电网正常时一个区域的所有边界节点的电流的矢量和的幅值乘以一个系数，该系数为1.3～1.5；此时刻为保护启动时刻；
步骤2、收集故障区域保护启动时刻后的每个采样时刻的各个边界节点的正序电压和电流，设该故障区域的节点数为n，根据故障区域中一条线路发生故障前、后的节点电压方程的变化，通过推导构造故障区域的节点故障注入电流向量dI，
Figure GDA0003072524770000011
其中，Y为节点导纳矩阵，是n×n阶的方阵，通过收集电网中各节点之间的导纳参数得到；
Figure GDA0003072524770000021
是故障区域的电压故障分量向量；
Figure GDA0003072524770000022
是故障区域的节点注入电流故障分量向量，
Figure GDA0003072524770000023
均为包含n个元素的列向量；
步骤3、对保护启动时刻后的每个采样时刻，分别计算故障区域的电压故障分量向量
Figure GDA0003072524770000024
节点注入电流故障分量向量
Figure GDA0003072524770000025
通过步骤2中dI的定义，计算得到故障区域的节点故障注入电流向量dI；
设一个区域只有一个未布置同步相量测量装置PMU的母线M；
对于未布置PMU的母线M，利用与它相连线路布置PMU的i侧的正序电压
Figure GDA0003072524770000026
电流
Figure GDA0003072524770000027
通过
Figure GDA0003072524770000028
推算得到母线M来自i侧的正序推算电压
Figure GDA0003072524770000029
其中，γi为线路Mi的传播系数，Zi为线路Mi的特征阻抗；LM,i为线路Mi的全长；然后去掉母线M的各侧正序推算电压中最小值和最大值，求取剩余正序推算电压的平均值，作为母线M的正序估计电压；
对于布置PMU的母线节点，直接收集得到实测正序电压；
将母线节点在保护启动时刻后每个采样时刻的正序估计电压或实测正序电压减去保护启动时刻前的电压，得到母线节点采样时刻的电压故障分量
Figure GDA00030725247700000210
事先收集电网中各节点的负荷阻抗Zload；
对于未布置PMU的母线M，它的保护启动时刻前的负荷电流
Figure GDA00030725247700000211
等于保护启动时刻前的估计电压
Figure GDA00030725247700000212
除以负荷阻抗Zload，它的节点注入电流
Figure GDA00030725247700000213
等于保护启动时刻前的负荷电流
Figure GDA00030725247700000214
设线路故障前、后母线处的负荷阻抗为定值，母线M的保护启动时刻后每个采样时刻的负荷电流
Figure GDA00030725247700000215
等于每个采样时刻的正序估计电压
Figure GDA00030725247700000216
除以负荷阻抗Zload，该节点每个采样时刻的节点注入电流
Figure GDA00030725247700000217
等于每个采样时刻的负荷电流
Figure GDA00030725247700000218
对于布置PMU的母线节点，直接收集与该母线相连的区域外其它线路上的电流、来自发电机的注入电流、负载电流，将它们相加得到母线节点的节点注入电流
Figure GDA00030725247700000219
将母线节点在保护启动时刻后每个采样时刻的节点注入电流
Figure GDA00030725247700000220
减去保护启动时刻前的节点注入电流
Figure GDA00030725247700000221
得到母线节点每个采样时刻的节点注入电流故障分量
Figure GDA00030725247700000222
重复步骤3，获得故障区域中其余各节点的电压故障分量、节点注入电流故障分量，得到故障区域的电压故障分量向量
Figure GDA00030725247700000223
节点注入电流故障分量向量
Figure GDA00030725247700000224
在得到故障区域的电压故障分量向量
Figure GDA00030725247700000225
节点注入电流故障分量向量
Figure GDA00030725247700000226
以后，再根据节点故障注入电流向量dI的定义，计算得到故障区域在每个采样时刻的节点故障注入电流向量dI；
步骤4、针对步骤3得到的故障区域的节点故障注入电流向量dI，取出其中的最大值和次大值，并且次大值与第三大值的比值大于比值阈值K，则判断dI中最大值和次大值的节点编号所在的线路为故障线路，否则，返回步骤1。
所述的比值阈值K为3～5。
本发明的有益技术效果为：
本发明采用间隔母线布置PMU策略，先判断故障区域，再收集保护启动时刻后每个采样时刻时故障区域的各边界节点的正序电压和电流，分别计算故障区域各节点的电压故障分量、节点注入电流故障分量，构造和获得故障区域的节点故障注入电流向量，利用节点故障注入电流向量建立判据，来检测故障线路，本发明的计算简单，不需要迭代，输电线路故障检测准确，不受故障位置、故障类型、过渡电阻的影响，一定程度上拓展间隔母线布置PMU在输电线路故障检测方面的应用。
附图说明
图1为本发明流程图。
图2为线路ij发生故障时的电网结构示意图。
图3为IEEE39节点测试系统。
图4为L26-29在距26侧50％处发生AG故障、0.01Ω下各节点的节点故障注入电流dI的仿真图。
图5为系统振荡再故障下各节点的节点故障注入电流dI的仿真图。
图6为转换性故障下各节点的节点故障注入电流dI的仿真图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细说明。
本发明的流程图如图1所示，具体步骤如下：一种基于节点故障注入电流的输电线路故障检测方法，步骤如下：
步骤1、对整个电网进行区域划分，按照间隔母线的策略，在各区域的边界节点布置同步相量测量装置PMU；调度中心通过广域通信网络实时收集每个区域的各个边界节点的正序电压和电流，计算每个区域的所有边界节点的电流的矢量和的幅值Itotal，如果一个区域的所有边界节点的电流矢量和的幅值Itotal大于区域故障阈值Iset，就判断该区域为故障区域，其中，区域故障阈值Iset设定为电网正常时一个区域的所有边界节点的电流的矢量和的幅值乘以一个系数，该系数为1.3～1.5；此时刻为保护启动时刻；
步骤2、收集故障区域保护启动时刻后的每个采样时刻的各个边界节点的正序电压和电流，设该故障区域的节点数为n，根据故障区域中一条线路发生故障前、后的节点电压方程的变化，通过推导构造故障区域的节点故障注入电流向量dI，
Figure GDA0003072524770000031
其中，Y为节点导纳矩阵，是n×n阶的方阵，通过收集电网中各节点之间的导纳参数得到；
Figure GDA0003072524770000032
是故障区域的电压故障分量向量；
Figure GDA0003072524770000033
是故障区域的节点注入电流故障分量向量，
Figure GDA0003072524770000034
均为包含n个元素的列向量；
步骤3、对保护启动时刻后的每个采样时刻，分别计算故障区域的电压故障分量向量
Figure GDA0003072524770000035
节点注入电流故障分量向量
Figure GDA0003072524770000036
通过步骤2中dI的定义，计算得到故障区域的节点故障注入电流向量dI；
设一个区域只有一个未布置同步相量测量装置PMU的母线M；
对于未布置PMU的母线M，利用与它相连线路布置PMU的i侧的正序电压
Figure GDA0003072524770000037
电流
Figure GDA0003072524770000038
通过
Figure GDA0003072524770000039
推算得到母线M来自i侧的正序推算电压
Figure GDA00030725247700000310
其中，γi为线路Mi的传播系数，Zi为线路Mi的特征阻抗；LM,i为线路Mi的全长；然后去掉母线M的各侧正序推算电压中最小值和最大值，求取剩余正序推算电压的平均值，作为母线M的正序估计电压；
对于布置PMU的母线节点，直接收集得到实测正序电压；
将母线节点在保护启动时刻后每个采样时刻的正序估计电压或实测正序电压减去保护启动时刻前的电压，得到母线节点采样时刻的电压故障分量
Figure GDA0003072524770000041
事先收集电网中各节点的负荷阻抗Zload；
对于未布置PMU的母线M，它的保护启动时刻前的负荷电流
Figure GDA0003072524770000042
等于保护启动时刻前的估计电压
Figure GDA0003072524770000043
除以负荷阻抗Zload，它的节点注入电流
Figure GDA0003072524770000044
等于保护启动时刻前的负荷电流
Figure GDA0003072524770000045
设线路故障前、后母线处的负荷阻抗为定值，母线M的保护启动时刻后每个采样时刻的负荷电流
Figure GDA0003072524770000046
等于每个采样时刻的正序估计电压
Figure GDA0003072524770000047
除以负荷阻抗Zload，该节点每个采样时刻的节点注入电流
Figure GDA0003072524770000048
等于每个采样时刻的负荷电流
Figure GDA0003072524770000049
对于布置PMU的母线节点，直接收集与该母线相连的区域外其它线路上的电流、来自发电机的注入电流、负载电流，将它们相加得到母线节点的节点注入电流
Figure GDA00030725247700000410
将母线节点在保护启动时刻后每个采样时刻的节点注入电流
Figure GDA00030725247700000411
减去保护启动时刻前的节点注入电流
Figure GDA00030725247700000412
得到母线节点每个采样时刻的节点注入电流故障分量
Figure GDA00030725247700000413
重复步骤3，获得故障区域中其余各节点的电压故障分量、节点注入电流故障分量，得到故障区域的电压故障分量向量
Figure GDA00030725247700000414
节点注入电流故障分量向量
Figure GDA00030725247700000415
在得到故障区域的电压故障分量向量
Figure GDA00030725247700000416
节点注入电流故障分量向量
Figure GDA00030725247700000417
以后，再根据节点故障注入电流向量dI的定义，计算得到故障区域在每个采样时刻的节点故障注入电流向量dI；
步骤4、针对步骤3得到的故障区域的节点故障注入电流向量dI，取出其中的最大值和次大值，并且次大值与第三大值的比值大于比值阈值K，则判断dI中最大值和次大值的节点编号所在的线路为故障线路，否则，返回步骤1。
所述的比值阈值K为3～5。
构造故障区域的节点故障注入电流向量dI的推导如下：
如果一个区域系统的节点数为n，则故障前系统的节点电压方程表示为：
Figure GDA00030725247700000418
式中，变量上标中0表示是故障前的电压、电流，
Figure GDA00030725247700000420
是各节点的正序电压，
Figure GDA00030725247700000419
是各节点的注入电流，Y是节点导纳矩阵；
设置在线路ij之间的f处发生故障，故障点f到线路ij一侧节点i的距离除以线路全长，定义为故障距离x。
若线路ij之间的阻抗为Zij，考虑在节点导纳矩阵Y中加入节点f，故障前f点的注入电流为0，则发生故障前具有n+1个节点的系统的节点电压方程表示为：
Figure GDA0003072524770000051
其中，节点导纳矩阵Y中元素上标中撇号′表示增加节点f后发生改变的导纳元素Y′ii、Y′ij、Y′ji、Y′jj和新增的导纳元素Y′if、Y′fi、Y′jf、Y′fj、Y′ff，它们的数值分别如下：
Figure GDA0003072524770000052
将式(2)矩阵方程的第n+1行展开，得到：
Figure GDA0003072524770000053
由式(4)得到故障前f点的正序电压
Figure GDA0003072524770000054
Figure GDA0003072524770000055
当f点发生故障时，f点的注入电流为
Figure GDA0003072524770000056
则故障后具有n+1个节点的系统的节点电压方程表示为：
Figure GDA0003072524770000057
式中，电压、电流上标中撇号′表示是故障后的节点电压和节点注入电流；
将公式(6)矩阵方程的第n+1行展开：
Figure GDA0003072524770000061
由式(7)，得到故障后f点的正序电压
Figure GDA0003072524770000062
Figure GDA0003072524770000063
将故障后各节点的正序电压减去故障前的正序电压，得到电压故障分量向量
Figure GDA0003072524770000064
即
Figure GDA0003072524770000065
它是包含n个元素的列向量；
将故障后各节点的节点注入电流减去故障前的节点注入电流，得到节点注入电流故障分量
Figure GDA0003072524770000066
即
Figure GDA0003072524770000067
它是包含n个元素的列向量；
将式(8)减去式(5)，得到f点的电压故障分量
Figure GDA0003072524770000068
Figure GDA0003072524770000069
将式(6)减去式(2)，得到故障后由故障分量组成的节点电压方程：
Figure GDA00030725247700000610
由于故障线路ij的两端节点分别是i、j，将式(10)的第i行展开，得到：
Figure GDA00030725247700000611
将式(9)的
Figure GDA00030725247700000612
代入式(11)，化简得到：
Figure GDA00030725247700000613
根据式(3)，化简式(12)中的各变量：
Figure GDA00030725247700000614
Figure GDA00030725247700000615
Figure GDA00030725247700000616
式(12)最终可化简为：
Figure GDA0003072524770000071
同理，将式(10)的第j行展开，最终可化简为：
Figure GDA0003072524770000072
对于其它非故障线路的一端节点k，将式(10)前n行中对应的第k行展开，k≠i,j，得到：
Figure GDA0003072524770000073
从化简后的式(16)、(17)可看到，故障线路ij两端节点i、j所在的第i行、第j行的方程右边除了注入电流故障分量
Figure GDA0003072524770000074
以外，还分别有故障注入电流
Figure GDA0003072524770000075
从(18)可看到，非故障线路的一端节点k所在的第k行的方程右边只有注入电流故障分量
Figure GDA0003072524770000076
针对式(10)的前n行，根据化简后的式(16)、(17)、(18)等，重新构造一个不包含故障点f的电压及其电压故障分量的矩阵方程：
Figure GDA0003072524770000077
其中，dI为节点故障注入电流向量，
Figure GDA0003072524770000078
它是包含n个元素的列向量，仅仅在第i行和第j行存在非零量，其余各行都等于零；
由式(19)，构造区域的节点故障注入电流向量dI，如下式：
Figure GDA0003072524770000079
由dI的特征可知，该列向量中故障线路ij两端母线节点i、j的节点故障注入电流不为零，分别为
Figure GDA00030725247700000710
它们与故障点的位置成比例关系，而其它正常母线节点的节点故障注入电流理论上都为零；因此，故障线路与正常线路两端节点的节点故障注入电流存在很大的差异，这个差异作为间隔母线布置PMU下故障线路检测的依据。
仿真验证
利用电磁暂态软件PSCAD/EMTDC搭建IEEE10机39节点系统，系统结构图如图3所示。系统电压等级为345kV，频率为60Hz，采样频率为3kHz。图3所示的区域Z1包括的节点有26、28、29，其中母线26、29布置有PMU，母线28未布置PMU。通过仿真实验设置区域故障阈值Iset为0.6KA。比值阈值K一般为3～5，通过仿真实验取K＝3.5。
各种故障情景的仿真结果
为了验证故障点位置、故障类型、过渡电阻对本算法的影响，在IEEE39节点系统中，设置线路L26_29在距离母线26的5％、50％、95％处分别发生故障。故障类型有A相接地故障AG、A相与B相短路接地故障ABG、A相与B相短路故障AB、ABC三相短路接地故障ABC，其中对于AG、两相接地故障ABG设置有300Ω的过渡电阻。
对于线路L26_29在距离母线26的5％发生AG故障时，收集线路L26_29所在区域Z1布置PMU的节边界点26、29的正序电压电流，计算得到区域Z1的所有边界节点的电流矢量和的幅值Itotal＝1.55KA，大于区域故障阈值Iset为0.6KA，故判断区域Z1为故障区域。
线路L26_29两侧的节点26、29及正常节点28在发生各种故障情况下的节点故障注入电流如表1所示，其中dI26、dI28、dI29分别为各母线的节点故障注入电流。
表1在线路L26_29发生各种故障下的仿真结果
Figure GDA0003072524770000081
由表1可看到，在线路L26_29发生各种故障的情景下，故障线路L26_29两侧节点26、29的节点故障注入电流dI26、dI29总是区域内节点故障注入电流的最大值和次大值、并且次大值是第三大值dI28的3.5倍以上，即正常节点28的节点故障注入电流dI28始终远小于次大值。本方法能够准确地识别出故障线路L26-29两侧的节点26、29，检测故障线路为L26_29，不会对区域内的正常线路造成误判，并有较高的裕度。对于300Ω的高阻接地故障，计算的节点故障注入电流与金属性故障的相比略有减小，但是正常节点的故障注入电流仍远小于故障节点的，说明了本方法不受过渡电阻的影响。
线路L26_29在距离母线26的50％处在0.3s发生A相金属性接地故障时，故障节点和正常节点的节点故障注入电流dI随时间的变化情况如图4所示。可看到，在0.3s发生故障时，故障节点26和29的节点故障注入电流dI26、dI29迅速增大且近似相等，正常节点28的节点故障注入电流dI28保持在0附近，不会因为区外故障而增大。这样本方法可准确地检测出故障线路为L26_29。
系统振荡再发生线路故障下的仿真结果
设置线路L17-27在0.2s时发生三相短路故障，在0.3s时跳开线路L17-27两侧的断路器来切除故障，造成系统的暂态稳定破坏来模拟系统振荡。
当系统发生振荡后，再设置线路L26-29于50％处在0.35s发生ABG故障，故障节点26、29和相邻正常节点28的节点故障注入电流dI随时间的变化如图5所示。
由图5可看到，在0.3s系统开始振荡后，各节点的节点故障注入电流均为0，本方法不会发生误动。线路L26-29在0.35s发生ABG故障、过渡电阻为0.01Ω时，线路L26-29两侧节点26、29的节点故障注入电流dI26、dI29迅速增大到2.36，而正常节点28的节点故障注入电流dI28保持在0附近，通过故障判据，本方法检测出线路L26-29发生故障。仿真实验表明在系统振荡中再发生线路故障时，本方法能够正确检测出故障线路。因此，本方法不受系统振荡的影响。
在系统振荡时再发生线路L26_29的各种故障的仿真结果如表2所示。
表2在系统振荡时再发生线路L26_29的各种故障的仿真结果
Figure GDA0003072524770000091
由表2可看到，在系统发生振荡再发生线路故障时，本方法仍然能够检测出各种故障情景下的故障线路。
非全相运行再发生线路故障下的仿真结果
为了验证非全相运行时再发生线路故障时本方法的有效性，在0.3s设置线路L26_29两侧B相断路器跳开，形成B相断开的线路非全相运行状态，再在0.35s时设置发生A相接地故障AG、A相与C相短路故障AC、A相与C相短路接地故障ACG、C相接地故障CG进行试验，设置AG、CG、ACG故障有300Ω的过渡电阻。
线路L26-29在非全相运行再发生线路故障下的仿真结果如表3所示。
表3线路L26-29在非全相运行再发生线路故障下的仿真结果
Figure GDA0003072524770000092
Figure GDA0003072524770000101
由表3可看到，在B相断开的非全相运行状态下，线路L26-29分别发生AG、CG故障时，线路L26-29两侧节点26、29的节点故障注入电流dI26、dI29总是区域中的最大值和次大值，正常节点28的节点故障注入电流dI28最小，且为第三大值，并且次大值与第三大值dI28的比值总是大于比例阈值K＝3.5。仿真实验验证了本方法在非全相运行中再发生线路故障时仍然能够检测出故障线路。
转换性故障的仿真结果
为了验证本方法对转换型故障的适用性，设置线路L26_28中点处在0.3s时发生A相短路接地故障AG，并在0.35s时转换成线路L26_29正向区内发生B相短路接地故障BG进行实验，区内故障均设置在线路L26_29上距母线29端50％处。转换性故障的仿真结果如图6所示。
由图6可见，在区外线路L28_29发生AG故障时，故障节点28和29的节点故障注入电流dI28、dI29总是最大值和次大值，并且近似相等，正常节点26的节点故障注入电流dI26最小，且为第三大值，次大值与第三大值dI26的比值远大于比例阈值K＝3.5，本方法能够准确地识别出故障线路L28_29；
当故障转换到区内线路L26_29发生BG故障时，故障节点26和29的节点故障注入电流dI26、dI29总是最大值和次大值，并且近似相等，正常节点28的节点故障注入电流dI28最小，且为第三大值，也能准确识别出故障线路L26_29。通过仿真实验验证了在区外故障转区内故障时，本方法能够检测出不同的故障线路。

Claims (2)

1.一种基于节点故障注入电流的输电线路故障检测方法，步骤如下：
步骤1、对整个电网进行区域划分，按照间隔母线的策略，在各区域的边界节点布置同步相量测量装置PMU；调度中心通过广域通信网络实时收集每个区域的各个边界节点的正序电压和电流，计算每个区域的所有边界节点的电流的矢量和的幅值Itotal，如果一个区域的所有边界节点的电流矢量和的幅值Itotal大于区域故障阈值Iset，就判断该区域为故障区域，其中，区域故障阈值Iset设定为电网正常时一个区域的所有边界节点的电流的矢量和的幅值乘以一个系数，该系数为1.3～1.5；此时刻为保护启动时刻；
步骤2、收集故障区域保护启动时刻后的每个采样时刻的各个边界节点的正序电压和电流，设该故障区域的节点数为n，根据故障区域中一条线路发生故障前、后的节点电压方程的变化，通过推导构造故障区域的节点故障注入电流向量dI，
Figure FDA0003072524760000011
其中，Y为节点导纳矩阵，是n×n阶的方阵，通过收集电网中各节点之间的导纳参数得到；
Figure FDA0003072524760000012
是故障区域的电压故障分量向量；
Figure FDA0003072524760000013
是故障区域的节点注入电流故障分量向量，
Figure FDA0003072524760000014
均为包含n个元素的列向量；
步骤3、对保护启动时刻后的每个采样时刻，分别计算故障区域的电压故障分量向量
Figure FDA0003072524760000015
节点注入电流故障分量向量
Figure FDA0003072524760000016
通过步骤2中dI的定义，计算得到故障区域的节点故障注入电流向量dI；
设一个区域只有一个未布置同步相量测量装置PMU的母线M；
对于未布置PMU的母线M，利用与它相连线路布置PMU的i侧的正序电压
Figure FDA0003072524760000017
电流
Figure FDA0003072524760000018
通过
Figure FDA0003072524760000019
推算得到母线M来自i侧的正序推算电压
Figure FDA00030725247600000110
其中，γi为线路Mi的传播系数，Zi为线路Mi的特征阻抗；LM,i为线路Mi的全长；然后去掉母线M的各侧正序推算电压中最小值和最大值，求取剩余正序推算电压的平均值，作为母线M的正序估计电压；
对于布置PMU的母线节点，直接收集得到实测正序电压；
将母线节点在保护启动时刻后每个采样时刻的正序估计电压或实测正序电压减去保护启动时刻前的电压，得到母线节点采样时刻的电压故障分量
Figure FDA00030725247600000111
事先收集电网中各节点的负荷阻抗Zload；
对于未布置PMU的母线M，它的保护启动时刻前的负荷电流
Figure FDA00030725247600000112
等于保护启动时刻前的估计电压
Figure FDA00030725247600000113
除以负荷阻抗Zload，它的节点注入电流
Figure FDA00030725247600000114
等于保护启动时刻前的负荷电流
Figure FDA00030725247600000115
设线路故障前、后母线处的负荷阻抗为定值，母线M的保护启动时刻后每个采样时刻的负荷电流
Figure FDA00030725247600000116
等于每个采样时刻的正序估计电压
Figure FDA00030725247600000117
除以负荷阻抗Zload，该节点每个采样时刻的节点注入电流
Figure FDA00030725247600000118
等于每个采样时刻的负荷电流
Figure FDA00030725247600000119
对于布置PMU的母线节点，直接收集与该母线相连的区域外其它线路上的电流、来自发电机的注入电流、负载电流，将它们相加得到母线节点的节点注入电流
Figure FDA00030725247600000120
将母线节点在保护启动时刻后每个采样时刻的节点注入电流
Figure FDA00030725247600000121
减去保护启动时刻前的节点注入电流
Figure FDA00030725247600000122
得到母线节点每个采样时刻的节点注入电流故障分量
Figure FDA00030725247600000123
重复步骤3，获得故障区域中其余各节点的电压故障分量、节点注入电流故障分量，得到故障区域的电压故障分量向量
Figure FDA0003072524760000021
节点注入电流故障分量向量
Figure FDA0003072524760000022
在得到故障区域的电压故障分量向量
Figure FDA0003072524760000023
节点注入电流故障分量向量
Figure FDA0003072524760000024
以后，再根据节点故障注入电流向量dI的定义，计算得到故障区域在每个采样时刻的节点故障注入电流向量dI；
步骤4、针对步骤3得到的故障区域的节点故障注入电流向量dI，取出其中的最大值和次大值，并且次大值与第三大值的比值大于比值阈值K，则判断dI中最大值和次大值的节点编号所在的线路为故障线路，否则，返回步骤1。
2.根据权利要求1所述的一种基于节点故障注入电流的输电线路故障检测方法，其特征在于，所述的比值阈值K为3～5。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113725808B (zh) * 2021-06-03 2023-12-15 保定钰鑫电气科技有限公司 一种三相电力系统相间短路的处理方法
CN113406437B (zh) * 2021-06-21 2022-03-08 西南交通大学 一种基于辅助分类生成对抗网络的输电线路故障检测方法
CN114755530B (zh) * 2022-04-20 2023-03-28 西南交通大学 一种输电线路鲁棒故障定位方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101533061A (zh) * 2009-04-09 2009-09-16 浙江大学 基于稀疏pmu配置的大型输电网络故障定位方法
JP2013090438A (ja) * 2011-10-18 2013-05-13 Daihen Corp 単独運転検出装置、系統連系インバータシステム、および、単独運転検出方法
CN104578159A (zh) * 2015-01-13 2015-04-29 国家电网公司 一种含分布式电源的配电网三相潮流修正方法
CN106199328A (zh) * 2015-04-30 2016-12-07 阿尔斯通技术有限公司 故障位置检测以及距离保护设备及相关方法
CN108362978A (zh) * 2018-03-08 2018-08-03 国网山东省电力公司滨州供电公司 一种基于测距函数相位特性的t型输电线路故障定位方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10132853B2 (en) * 2015-04-10 2018-11-20 Washington State University Wide area fault detection method using PMU data
US10175268B2 (en) * 2015-04-17 2019-01-08 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Actively calibrated capacitively coupled electrostatic device for high voltage measurement
CN108508326B (zh) * 2018-04-26 2020-03-17 西南交通大学 一种基于正序电流故障分量的输电线路故障检测方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101533061A (zh) * 2009-04-09 2009-09-16 浙江大学 基于稀疏pmu配置的大型输电网络故障定位方法
JP2013090438A (ja) * 2011-10-18 2013-05-13 Daihen Corp 単独運転検出装置、系統連系インバータシステム、および、単独運転検出方法
CN104578159A (zh) * 2015-01-13 2015-04-29 国家电网公司 一种含分布式电源的配电网三相潮流修正方法
CN106199328A (zh) * 2015-04-30 2016-12-07 阿尔斯通技术有限公司 故障位置检测以及距离保护设备及相关方法
CN108362978A (zh) * 2018-03-08 2018-08-03 国网山东省电力公司滨州供电公司 一种基于测距函数相位特性的t型输电线路故障定位方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PMU-Based Fault Location Using Voltage Measurements in Large Transmission Networks;Quanyuan Jiang等;《 IEEE Transactions on Power Delivery》;20120614;全文 *
Transmission Lines Positive Sequence Parameters Estimation and Instrument Transformers Calibration Based on PMU Measurement Error Model;Chen Wang等;《IEEE Access》;20191001;全文 *
基于故障分支快速辨识的T型高压输电线路故障定位新算法;陈旭等;《电力系统自动化》;20160225;全文 *
计及PMU 最优配置的输电线路;罗深增等;《中国电机工程学报》;20160805;全文 *

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