CN112345877A - 一种基于高精度时基与距离权重结合的输电线路故障定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高精度时基与距离权重结合的输电线路故障定位方法,方法包括以下步骤:S1:获取输电线路故障电路信号;S2:对输电线路进行行波波头识别;S3:判定输电线路故障区段;S4:建立输电线路故障距离矩阵;S5:计算输电线路的故障位置。本发明提供一种考虑电流行波传输衰减特性的分布式电流行波监测的高精度行波故障定位方法。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路故障定位技术领域,尤其是涉及一种基于高精度时基与距离权重结合的输电线路故障定位方法。
背景技术
21世纪,随着国家大力推动新基建的发展,生产生活对电能的需求日益增加。为了满足电力供应需求,提高输电线路的输送能力和降低输送过程中的电能损耗,国家正在大力建设高压、超高压以及特高压输电线路。
输电线路作为电力系统的组成部分,担任着电力传输的重要任务,保证电力的稳定可靠然而,输电线路却容易由于覆冰、雷击、鸟害、外力破外等自然或人为原因造成故障。因此,为了保证电力的稳定供应,需在输电线路发生故障后,快速、准确地进行输电线路故障定位,便于检修人员及时对故障发生位置进行检修和加快检修进度。
目前,输电线路故障定位方法主要分为故障分析法和行波定位法两大类。故障分析法中由于不对称阻抗和过渡电阻的影响,测距方程存在伪根,且定位精度相对于行波定位法存在较大的误差。行波定位法根据双端电流监测点之间的时间差进行故障定位。然而,传统的行波定位法由于电流监测点布置较少,计算所得的定位误差相对较大,且传统方法未考虑电流行波传输衰减特性,导致传播过程距离越远测得的误差越大。因此,需要考虑电流传播距离与信号可信度之间的关系,设置分布式电流监测点,来提高行波定位方法的精度。
发明内容
本发明是为了克服现有技术的测距方程存在伪根,且定位精度存在较大的误差,传播过程距离越远测得的误差越大的问题,提供一种考虑电流行波传输衰减特性的分布式电流行波监测的高精度行波故障定位方法。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种基于高精度时基与距离权重结合的输电线路故障定位方法,方法包括以下步骤:
S1:获取输电线路故障电路信号;
S2:对输电线路进行行波波头识别;
S3:判定输电线路故障区段;
S4:建立输电线路故障距离矩阵;
S5:计算输电线路的故障位置。。
作为优选,所述步骤S1具体过程为:在输电线路上的布置p个故障电流监测点,每个监测点安装1组三相故障录波采集装置,利用故障录波采集装置获取三相电流数据Ia、Ib、Ic;根据karenbauer变换对输电线路三相电流信号进行解耦,得到p个监测点故障电流数据的0模量值。
作为优选,所述步骤S2具体过程为:利用自适应局部迭代滤波算法,分别对p个监测点故障电流数据的0模量值进行信号分解处理,分解后得到各个模态分量IMF1、IMF2、……、IMFn;取IMF1模态分量,对其进行能量算子计算,并根据能量算子大小判断行波波头。
作为优选,所述步骤S3具体过程为:利用采集到的p组三相故障电流信号,依次判断p组故障相电流的极性;根据p组故障相电流的极性的连续性,对p组故障相的极性进行分组,可以得到两组极性相反的故障电流信号;最后,通过极性相反故障电流信号的组别,即可判断故障发生的区段。
作为优选,所述步骤S4具体过程为:计算各个电流监测点识别出的行波波头,得到行波波头时间;基于行波定位原理,计算出故障发生点到各个电流监测点之间的距离;并建立故障发生点与电流监测点的距离矩阵。
作为优选,所述步骤S5具体过程为:根据电流传播的衰减特性,构建故障距离与故障行波信号的可信度关系与权重系数;建立故障距离与到电流监测点的故障行波传输距离权重系数矩阵;计算出故障发生点到变电站M的距离矩阵;根据距离矩阵计算出故障发生点到变电站M的距离。
作为优选,所述步骤S1中各个电流监测点的故障录波采集装置需要使用GPS秒脉冲信号作为同步采样信号。
作为优选,所述步骤S3中记故障发生点左端的电流监测点序号依次为1,2,3,L,m,右端的电流监测点序号依次为1,2,3,L,n,满足m+n=p。
作为优选,所述步骤S4包括以下步骤:
S41:根据各个电流监测点识别出的行波波头,计算出行波波头时间。其中,故障发生点左端的电流监测点识别出的行波波头时间为ti,故障发生点右端的电流监测点识别出的行波波头时间为tj;
式中,Lij由故障发生点左端电流监测点i和故障发生点右端电流监测点j的参数计算得到,v为行波的传播速度;
S43:利用步骤Step4.2中计算所得到的的数据,构建出故障发生点到左端各个电流监测点的距离矩阵,即有
作为优选,所述步骤S5包括以下步骤:
S51:用步骤S42计算所得故障距离,根据行波传输衰减特性,构建行波信号可信度与故障距离的关系为
式中,αij表示由故障发生点左端第i个电流监测点与右端第j个电流监测点求出故障距离的可信度;利用可信度求出故障行波传输距离权重系数为
S52:用步骤S51中的故障行波传输距离权重系数,构建出故障发生点到左端电流监测点的故障行波传输距离权重系数矩阵为
S53:利用步骤S52中的故障行波传输距离权重系数矩阵与Step4.3中的故障发生点到左端各个电流监测点的距离矩阵构建出权重距离矩阵P为
式中,q1 q2 L qm-1 qm为权重距离矩阵Q的行元素;
式中,qi为权重系数矩阵Q的元素,qi=ωi1x1i+ωi2x2m+ωmnxnm+(m-i)l。
因此,本发明具有如下有益效果:结合输电线路行波电流传输衰减特性,建立故障距离与可信度的关系,并采用分布式电流监测点布置方式;具有较高的定位精度。
附图说明
图1是本发明的一种双端输电线路分布式电流行波监测点安装位置示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例:一种基于高精度时基与距离权重结合的输电线路故障定位方法,如图1所示,方法包括以下步骤:
S1:获取输电线路故障电路信号;具体过程为:在输电线路上的布置p个故障电流监测点,每个监测点安装1组三相故障录波采集装置,利用故障录波采集装置获取三相电流数据Ia、Ib、Ic;根据karenbauer变换对输电线路三相电流信号进行解耦,得到p个监测点故障电流数据的0模量值;各个电流监测点的故障录波采集装置需要使用GPS秒脉冲信号作为同步采样信号;
S2:对输电线路进行行波波头识别;具体过程为:利用自适应局部迭代滤波算法,分别对p个监测点故障电流数据的0模量值进行信号分解处理,分解后得到各个模态分量IMF1、IMF2、……、IMFn;取IMF1模态分量,对其进行能量算子计算,并根据能量算子大小判断行波波头;
S3:判定输电线路故障区段;具体过程为:利用采集到的p组三相故障电流信号,依次判断p组故障相电流的极性;根据p组故障相电流的极性的连续性,对p组故障相的极性进行分组,可以得到两组极性相反的故障电流信号;最后,通过极性相反故障电流信号的组别,即可判断故障发生的区段;记故障发生点左端的电流监测点序号依次为1,2,3,L,m,右端的电流监测点序号依次为1,2,3,L,n,满足m+n=p;
S4:建立输电线路故障距离矩阵;具体过程为:计算各个电流监测点识别出的行波波头,得到行波波头时间;基于行波定位原理,计算出故障发生点到各个电流监测点之间的距离;并建立故障发生点与电流监测点的距离矩阵;
S41:根据各个电流监测点识别出的行波波头,计算出行波波头时间。其中,故障发生点左端的电流监测点识别出的行波波头时间为ti,故障发生点右端的电流监测点识别出的行波波头时间为tj;
式中,Lij由故障发生点左端电流监测点i和故障发生点右端电流监测点j的参数计算得到,v为行波的传播速度;
S43:利用步骤Step4.2中计算所得到的的数据,构建出故障发生点到左端各个电流监测点的距离矩阵,即有
S5:计算输电线路的故障位置。具体过程为:根据电流传播的衰减特性,构建故障距离与故障行波信号的可信度关系与权重系数;建立故障距离与到电流监测点的故障行波传输距离权重系数矩阵;计算出故障发生点到变电站M的距离矩阵;根据距离矩阵计算出故障发生点到变电站M的距离;
S51:用步骤S42计算所得故障距离,根据行波传输衰减特性,构建行波信号可信度与故障距离的关系为
式中,αij表示由故障发生点左端第i个电流监测点与右端第j个电流监测点求出故障距离的可信度;利用可信度求出故障行波传输距离权重系数为
S52:用步骤S51中的故障行波传输距离权重系数,构建出故障发生点到左端电流监测点的故障行波传输距离权重系数矩阵为
S53:利用步骤S52中的故障行波传输距离权重系数矩阵与Step4.3中的故障发生点到左端各个电流监测点的距离矩阵构建出权重距离矩阵P为
S54:利用S53的故障距离矩阵,可求出故障发生点到变电站M的权重距离矩阵为
式中,q1 q2 L qm-1qm为权重距离矩阵Q的行元素;
式中,qi为权重系数矩阵Q的元素,qi=ωi1x1i+ωi2x2m+ωmnxnm+(m-i)l。
结合输电线路行波电流传输衰减特性,建立故障距离与可信度的关系,并采用分布式电流监测点布置方式;具有较高的定位精度。
最后,还需要注意的是,以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然,本发明不限于以上实例,还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形,均应认为是本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于高精度时基与距离权重结合的输电线路故障定位方法,其特征是方法包括以下步骤:
S1:获取输电线路故障电路信号;
S2:对输电线路进行行波波头识别;
S3:判定输电线路故障区段;
S4:建立输电线路故障距离矩阵;
S5:计算输电线路的故障位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于高精度时基与距离权重结合的输电线路故障定位方法,其特征是步骤S1具体过程为:在输电线路上的布置p个故障电流监测点,每个监测点安装1组三相故障录波采集装置,利用故障录波采集装置获取三相电流数据Ia、Ib、Ic;根据karenbauer变换对输电线路三相电流信号进行解耦,得到p个监测点故障电流数据的0模量值。
3.根据权利要求1所述的一种基于高精度时基与距离权重结合的输电线路故障定位方法,其特征是步骤S2具体过程为:利用自适应局部迭代滤波算法,分别对p个监测点故障电流数据的0模量值进行信号分解处理,分解后得到各个模态分量IMF1、IMF2、……、IMFn;取IMF1模态分量,对其进行能量算子计算,并根据能量算子大小判断行波波头。
4.根据权利要求1所述的一种基于高精度时基与距离权重结合的输电线路故障定位方法,其特征是步骤S3具体过程为:利用采集到的p组三相故障电流信号,依次判断p组故障相电流的极性;根据p组故障相电流的极性的连续性,对p组故障相的极性进行分组,可以得到两组极性相反的故障电流信号;最后,通过极性相反故障电流信号的组别,即可判断故障发生的区段。
5.根据权利要求1所述的一种基于高精度时基与距离权重结合的输电线路故障定位方法,其特征是步骤S4具体过程为:计算各个电流监测点识别出的行波波头,得到行波波头时间;基于行波定位原理,计算出故障发生点到各个电流监测点之间的距离;并建立故障发生点与电流监测点的距离矩阵。
6.根据权利要求1所述的一种基于高精度时基与距离权重结合的输电线路故障定位方法,其特征是步骤S5具体过程为:根据电流传播的衰减特性,构建故障距离与故障行波信号的可信度关系与权重系数;建立故障距离与到电流监测点的故障行波传输距离权重系数矩阵;计算出故障发生点到变电站M的距离矩阵;根据距离矩阵计算出故障发生点到变电站M的距离。
7.根据权利要求1所述的一种基于高精度时基与距离权重结合的输电线路故障定位方法,其特征是步骤S1中各个电流监测点的故障录波采集装置需要使用GPS秒脉冲信号作为同步采样信号。
8.根据权利要求1所述的一种基于高精度时基与距离权重结合的输电线路故障定位方法,其特征是步骤S3中记故障发生点左端的电流监测点序号依次为1,2,3,L,m,右端的电流监测点序号依次为1,2,3,L,n,满足m+n=p。
10.根据权利要求1所述的一种基于高精度时基与距离权重结合的输电线路故障定位方法,其特征是步骤S5包括以下步骤:
S51:用步骤S42计算所得故障距离,根据行波传输衰减特性,构建行波信号可信度与故障距离的关系为
式中,αij表示由故障发生点左端第i个电流监测点与右端第j个电流监测点求出故障距离的可信度;利用可信度求出故障行波传输距离权重系数为
S52:用步骤S51中的故障行波传输距离权重系数,构建出故障发生点到左端电流监测点的故障行波传输距离权重系数矩阵为
S53:利用步骤S52中的故障行波传输距离权重系数矩阵与Step4.3中的故障发生点到左端各个电流监测点的距离矩阵构建出权重距离矩阵P为
S54:利用S53的故障距离矩阵,可求出故障发生点到变电站M的权重距离矩阵为
式中,q1 q2 L qm-1 qm为权重距离矩阵Q的行元素;
S55:利用S54中的权重距离矩阵可以得到故障发生点到变电站M的距离为
式中,qi为权重系数矩阵Q的元素,qi=ωi1x1i+ωi2x2m+ωmnxnm+(m-i)l。
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