CN114460412B - 一种直流输电线路单端故障测距方法及系统 - Google Patents
一种直流输电线路单端故障测距方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114460412B CN114460412B CN202111344875.XA CN202111344875A CN114460412B CN 114460412 B CN114460412 B CN 114460412B CN 202111344875 A CN202111344875 A CN 202111344875A CN 114460412 B CN114460412 B CN 114460412B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- frequency
- signal
- ranging
- fault
- ended
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Locating Faults (AREA)
Abstract
本发明涉及一种直流输电线路单端故障测距方法及系统，属于电力系统继电保护控制领域。本发明利用单端量测到的故障行波频谱的等间隔频差与故障距离的数学关系实现测距，相较于时域行波单端测距法，该方法无需标定行波波头到达时刻，亦无需对单端获得的第二个波头进行辨识；相较于固有频率单端测距法，频差的提取不受系统边界条件影响，测距精度不受固有频率主频提取的精确性影响。本发明适合于各种复杂工况，测距结果准确率高，可靠性高，鲁棒性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流输电线路单端故障测距方法及系统，属于电力系统继电保护控制领域。
背景技术
我国幅员辽阔、能源与负荷呈逆向分布，决定了高压直流输电技术(HVDC)在我国具有广阔的应用前景。直流输电输送容量大、送电距离远，电网互联方便，功率调节容易，但由于其输电环境复杂多变，工作条件恶劣，直流线路是直流系统故障率最高的元件，运行数据也表明，我国直流输电可靠性指标略偏低。直流线路故障一般是遭受雷击、污秽或树枝等环境因素造成线路绝缘水平降低而产生的对地故障或者闪络。线路故障后，故障巡线难度大，严重影响永久性故障的恢复时间。因此，准确、快速、可靠地故障定位，可大幅度加快故障修复速度、减小停电损失，保障电力系统的安全稳定运行。
与交流系统相比，直流母线上仅有直流输电线路一回出线，HVDC高压直流输电线路单端故障行波测距不会受到母线上其他线路的影响，也不会存在单相电压过零点附近发生故障和两相电压相等附近发生相间故障时，初始电压行波为零或甚小等问题。高压直流输电线路两侧系统的物理边界的接线形式和边界条件电气特性也是确定的。单端行波测距方法主要取决于第二个行波波头突变是不是清晰可标定。原理上，HVDC输电线路单端行波测距实现较为容易，可靠性高。但实际上，第二个波头的准确标定决定了测距的精度和正确性。目前主流的行波测距工程应用仍然是双端法，其劣势是需要双侧数据的同步，线路长度工程呼称值参与故障距离的计算。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种直流输电线路的单端故障测距方法及系统，用以解决现有测距技术依赖双端时钟同步、单端测距依赖波头精确标定，测距精度不高的问题。
本发明利用单端量测到的故障行波频谱的等间隔频差与故障距离的数学关系实现测距，首先计算单端测距信号的频差，再利用频差值实现故障测距。相较于时域行波单端测距法，本发明无需标定行波波头到达时刻，亦无需对单端获得的第二个波头进行辨识；相较于固有频率单端测距法，频差的提取不受系统边界条件影响，测距精度不受固有频率主频提取的精确性影响。
本发明的技术方案是：一种直流输电线路单端故障测距方法，具体步骤为：
Step1：采集线路单端故障振荡行波信号，获取测距信号。
Step2：计算单端测距信号的频谱，判断频差稳定值是否存在，若否，则自动调整数据时窗长度，返回重新计算单端频谱，若是，则利用该频差进行故障测距，改变至少三次时窗长度，得到稳定存在的两个测距估计结果xa，xb。
本发明所提供的测距方法主要依据为反映故障位置的等间隔频谱的频差，若获得的频谱非等间隔，则影响计算结果，因此需要调整时窗长度以确保最优的等间隔频谱的获得。改变至少三次时窗长度，以故障行波在线路全长折反射所需的时间周期为单位时窗，假设该周期为τl，则三次时窗长度分别可取τl、2τl、4τl，以此确保所反映的频谱间隔为线路上故障位置所对应。由于线路不对称故障情况下会出现故障点透射现象，因此测距估计结果可能有两个，一个为真实的故障位置，另一个为故障距离另一端的位置，因此以下的步骤需要对这两个测距估计结果进行筛选。
Step3：计算单端校验信号，分别计算两个测距估计结果与校验信号之偏差δa，δb。
Step4：计算偏差δa与δb之差，判断δa与δb之差是否小于等于预设的校验阈值，若否，则测距结果为xb，若是，则测距结果为xa。
执行该步骤的优势在于，通过校验信号的筛选，可区分所得到的两个测距估计结果分别具体对应的是故障点距离第一端的位置，或者是距离第二端的位置，从而得到准确的故障距离。
在所述计算单端测距信号的频谱之前，还包括：
计算单端的测距信号：
首先获得故障特征量，其可以为，
求取故障振荡行波信号的相邻采样点的值之差，作为前一个采样点的新值，以此为故障特征量。执行此步骤的优势主要在于可靠提取含有丰富故障信息的特征量，通过差分滤波的方式放大故障信号的奇异性。
或，通过Karenbauer变换矩阵解耦故障振荡行波信号，求取极空间模量信号，求取相邻采样点的值之差，作为前一个采样点的新值，以此为故障特征量。执行此步骤的优势在于，对于存在耦合的两极线路，先进行解耦，避免耦合导致的故障行波频谱混叠现象。
计算所述的作为故障特征量的幂信号，构造测距信号。执行此步骤的优势在于，利用了幂变换的数学机理，从数学上放大故障特征信号，平抑噪声和弱信号，进一步凸显故障后自由振荡分量的振荡特征。
所述幂信号指的是对故障特征量进行奇次幂变换。执行此步骤的关键在于，奇次幂变化保留了故障信号的突变方向。
所述Step2具体为：
Step2.1：计算单端测距信号的频谱。
Step2.2：判断单端测距信号的频谱分布是否等间隔，若否，则自动调整数据时窗长度，返回重新计算单端频谱，若是，则
Step2.3：提取单端频谱的谱峰位置的频率值，对相邻两个频率值作差，得到单端频谱所对应的频差，若单端频差稳定值存在，则
Step2.4：利用波速除以单端频差值再乘上二分之一估算故障距离，记录测距估计结果xa， xb。
Step2.5：计算测距估计结果xa与xb之和与直流输电线路全长l之差。
Step2.6：判断xa与xb之和与直流输电线路全长l之差是否小于等于预设的估计阈值，若否，则返回继续计算单端测距信号的频谱，若是，则输出测距估计结果xa，xb。
所述Step3具体为：
Step3.1：对测距信号进行小波分解，分别计算提取的各频段信号的频谱。
Step3.2：分别判断各频段信号的频谱分布是否等间隔，若否，则自动调整数据时窗长度，返回重新计算各频段信号频谱，若是，则
Step3.3：分别提取各频段信号频谱的谱峰位置的频率值，对相邻两个频率值作差，得到各频段信号频谱所对应的频差，若频差稳定值存在，则
Step3.4：分别利用波速除以频差值再乘上二分之一估算故障距离，得到对应各频段信号的测距估计结果。
Step3.5：计算各测距估计结果的众数，作为校验信号。
Step3.6：分别计算两个测距估计结果与校验信号之偏差δa，δb。
所述对测距信号进行小波分解，具体为：
选择合适的B样条小波对输入的测距信号进行双通道滤波，输出测距信号的低频和高频细节部分。
对每次分解后的低频部分重复进行双通道滤波，分解为新的低频和高频细节部分。
所述重复分解次数依据设定的采样率选择，至少重复三次。执行此步骤的优势在于，重复至少三次，确保所提取的频谱为稳定的等间隔频谱。
所述Step4具体为：
Step4.1：计算偏差δa与δb之差。
Step4.2：判断δa与δb之差是否小于等于预设的校验阈值，若否，则执行Step4.3，若是，则执行Step4.4。
Step4.3：测距结果为xb。
Step4.4：测距结果为xa。
本发明所提测距方法技术方案的关键步骤step1、Step2对比常规时域行波测距方法，其优势在于，无需标定故障行波的波头，因此测距精度不受波头畸变、波形缺损、首波头丢失的影响。对比时域行波测距法对于高阻故障的适应性，高阻故障下行波波头不易辨识，易被噪声淹没，而本发明所提供的频差测距方法不依赖波头的辨识，依据的是故障行波的整体振荡特征，因此本发明所提供的方法对高阻故障等弱故障模态具有较好的鲁棒性。本发明所提供的频域测距方法技术方案相对于时域法而言，时域采样率越高，则频域法测距所需时窗长度就越长，因此，本发明所提供方法对录波的采样频率要求不苛刻，既可适应高时域采样率，又可适应录波装置的低采样率实现。即具有可利用行波测距装置采集的行波信号，亦可利用故障录波器采集的信号实现的有益效果，通过本发明所提供的构造测距信号的步骤，可体现其不受干扰信号、通道噪声影响的有益效果。本发明所提供的技术方案仅利用单端所采集到的数据实现测距，具有不受通道同步性影响的有益效果，作为现有行波测距算法的补充和辅助，与双端测距方法比较，本发明所提供的测距算法所得测距结果归算至杆塔号，线路长度不参与测距计算，其精度不受线路长度实际变化影响。
一种直流输电线路单端故障测距系统，包括：
信号采集模块，用于采集线路单端故障振荡行波信号。
频谱分析模块，用于在单端测距信号有效时，计算单测距信号的频谱，分析频谱是否等间隔分布。
频谱处理模块，用于在信号的频谱等间隔分布时，计算频差。
故障测距模块，用于计算并记录测距结果。
信号校验模块，用于计算校验信号，并分别计算测距估计结果与校验信号之偏差。
数据预处理模块，用于构造单端的测距信号。
所述数据预处理模块包括：
数值计算单元1，用于求取故障振荡行波信号的相邻采样点的值之差，作为前一个采样点的新值，以此为故障特征量。
数值计算单元2，用于通过Karenbauer变换矩阵解耦故障振荡行波信号，求取极空间模量信号，求取相邻采样点的值之差，作为前一个采样点的新值，以此为故障特征量。
数值计算单元3，用于计算所述的作为故障特征量的幂信号，构造测距信号。
所述频谱分析模块具体包括：
频谱计算单元1，用于计算单端测距信号的频谱。
频谱计算单元2，用于计算校验信号的频谱。
频谱分析单元1，用于判断单端测距信号的频谱分布是否等间隔，若否，则自动调整数据时窗长度，返回重新计算单端频谱。
频谱分析单元2，用于判断校验信号的频谱分布是否等间隔，若否，则自动调整数据时窗长度，返回重新计算小波分解后各频段信号的频谱。
所述信号校验模块包括：
校验信号计算单元1，用于计算测距估计结果xa与xb之和与直流输电线路全长l之差。
校验信号计算单元2，用于计算两个测距估计结果与校验信号之偏差δa，δb。
校验比较判断单元1，用于判断测距估计结果与校验信号之偏差δa，δb是否小于等于预设的估计阈值。
校验比较判断单元2，用于判断计算偏差δa与δb之差，判断δa与δb之差是否小于等于预设的校验阈值。
校验结果记录单元，用于记录单端校验信号校验结果。
所述故障测距模块包括：
测距计算单元，用于利用波速除以单端频差值再乘上二分之一来估算故障距离。
测距结果记录单元，用于记录测距估计结果xa，xb。
所述故障信号采集模块包括：
电压电流变送单元，用于变换互感器二次侧的电压电流信号为行波装置A/D采集的信号。
模拟量采集单元，用于将电压电流模拟量信号转换成数字信号。
突变量启动单元，用于判断波形突变是否大于设定的启动阈值，若是，则将电压电流信号存储成录波数据文件。
数据存储单元，用于按时标命名录波数据文件，并存储于本地存储器。
本发明的有益效果是：
1、无需标定行波波头到达时刻，亦无需对单端获得的第二个波头进行辨识。
2、频差的提取不受系统边界条件影响，测距精度不受固有频率主频提取的精确性影响。
3、测距精度不受波头畸变、波形缺损、首波头丢失的影响，对高阻故障等弱故障模态具有较好的鲁棒性。
4、可利用行波测距装置采集的行波信号，亦可利用故障录波器采集的信号实现，不受干扰信号、通道噪声、通道同步性影响，作为现有行波测距算法的补充和辅助，测距结果归算至杆塔号，线路长度不参与测距计算，其精度不受线路长度实际变化影响。
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，下面将对实施例或现有技术描述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，在没有实施创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明直流输电线路单端故障测距方法的第一实施例的流程示意图；
图2是图1中Step2包括的具体步骤的流程示意图；
图3是图1中Step3包括的具体步骤的流程图；
图4是图1中Step4包括的具体步骤的流程图；
图5是本发明提供的直流输电线路单端故障测距方法的第二实施例的流程示意图；
图6是本发明提供的直流输电线路单端故障测距系统的第一实施例的功能框图；
图7是本发明提供的直流输电线路单端故障测距系统的第二实施例的功能框图；
图8是本发明第三实施例所对应的系统示意图；
图9为图8中的平波电抗器和直流滤波器构成的物理边界示意图；
图10是实施例三中故障振荡行波信号的相邻采样点的值之差；
图11是实施例三中故障特征量的幂信号；
图12是实施例三中单端测距信号的频谱；
图13是实施例三中提取的各频段信号的频谱；
图14是实施例四中故障振荡行波信号的相邻采样点的值之差；
图15是实施例四中故障特征量的幂信号；
图16是实施例四中单端测距信号的频谱；
图17是实施例四中提取的各频段信号的频谱；
图18是实施例五中故障振荡行波信号的相邻采样点的值之差；
图19是实施例五中故障特征量的幂信号；
图20是实施例五中单端测距信号的频谱。
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不付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。
实施例1：如图1所示，一种直流输电线路单端故障测距方法，具体步骤为：
Step1：采集线路单端故障振荡行波信号，获取测距信号，具体包括：
Step1.1：求取故障振荡行波信号的相邻采样点的值之差，作为前一个采样点的新值，以此为故障特征量。
Step1.2：计算所述的作为故障特征量的幂信号，构造测距信号。
Step2：计算单端测距信号的频谱，判断频差稳定值是否存在，若否，则自动调整数据时窗长度，返回重新计算单端频谱，若是，则利用该频差进行故障测距，改变至少三次时窗长度，得到稳定存在的两个测距估计结果xa，xb，如图2所示，具体包括：
Step2.1：计算单端测距信号的频谱。
Step2.2：判断单端测距信号的频谱分布是否等间隔，若否，则自动调整数据时窗长度，返回步骤Step2.1重新计算单端频谱，若是，则执行Step2.3。
Step2.3：提取单端频谱的谱峰位置的频率值，对相邻两个频率值作差，得到单端频谱所对应的频差，若单端频差稳定值存在，则执行Step2.4。
Step2.4：利用波速除以单端频差值再乘上二分之一估算故障距离，记录测距估计结果xa， xb。
Step2.5：计算测距估计结果xa与xb之和与直流输电线路全长l之差。
Step2.6：判断该值是否小于等于预设的估计阈值，若否，则返回Step2.1继续计算单端测距信号的频谱，若是，则执行Step2.7。
Step2.7：输出测距估计结果xa，xb。
Step3.：计算单端校验信号，分别计算两个测距估计结果与校验信号之偏差δa，δb，如图 3所示，具体包括：
Step3.1：对测距信号进行小波分解，分别计算提取的各频段信号的频谱。
Step3.2：分别判断各频段信号的频谱分布是否等间隔，若否，则自动调整数据时窗长度，返回Step3.1重新计算各频段信号频谱，若是，则执行Step3.3。
Step3.3：分别提取各频段信号频谱的谱峰位置的频率值，对相邻两个频率值作差，得到各频段信号频谱所对应的频差，若频差稳定值存在，则执行Step3.4。
Step3.4：分别利用波速除以频差值再乘上二分之一估算故障距离，得到对应各频段信号的测距估计结果。
Step3.5：计算各测距估计结果的众数，作为校验信号。
Step3.6：分别计算两个测距估计结果与校验信号之偏差δa，δb。
Step4.：计算偏差δa与δb之差，判断δa与δb之差是否小于等于预设的校验阈值，若否，则执行Step4.3，测距结果为xb，若是，则执行Step4.4，测距结果为xa，如图4所示，具体包括：
Step4.1：计算偏差δa与δb之差。
Step4.2：判断δa与δb之差是否小于等于预设的校验阈值，若否，则执行Step4.4。若是，则执行Step4.3。
Step4.3：输出测距结果为xa。
Step4.4：输出测距结果为xb。
实施例2：如图5所示，一种直流输电线路单端故障测距方法，具体步骤为：
Step1：采集线路单端故障振荡行波信号。
Step1.1：通过Karenbauer变换矩阵解耦故障振荡行波信号，求取极空间模量信号，求取相邻采样点的值之差，作为前一个采样点的新值，以此为故障特征量。
Step1.2：计算所述的作为故障特征量的幂信号，构造测距信号。
Step2：计算单端测距信号的频谱，判断频差稳定值是否存在，若否，则自动调整数据时窗长度，返回重新计算单端频谱，若是，则利用该频差进行故障测距，改变至少三次时窗长度，得到稳定存在的两个测距估计结果xa，xb，具体包括：
Step2.1：计算单端测距信号的频谱。
Step2.2：判断单端测距信号的频谱分布是否等间隔，若否，则自动调整数据时窗长度，返回步骤Step2.1重新计算单端频谱，若是，则执行Step2.3。
Ste2.3：提取单端频谱的谱峰位置的频率值，对相邻两个频率值作差，得到单端频谱所对应的频差，若单端频差稳定值存在，则执行Step2.4。
Step2.4：利用波速除以单端频差值再乘上二分之一估算故障距离，记录测距估计结果xa， xb。
Step2.5：计算测距估计结果xa与xb之和与直流输电线路全长l之差。
Step2.6：判断该值是否小于等于预设的估计阈值，若否，则返回Step2.1继续计算单端测距信号的频谱，若是，则执行Step2.7。
Step2.7：输出测距估计结果xa，xb。
Step3：计算单端校验信号，分别计算两个测距估计结果与校验信号之偏差δa，δb，具体包括：
Step3.1：对测距信号进行小波分解，分别计算提取的各频段信号的频谱。
Step3.2：分别判断各频段信号的频谱分布是否等间隔，若否，则自动调整数据时窗长度，返回Step3.1重新计算各频段信号频谱，若是，则执行Step3.3。
Step3.3：分别提取各频段信号频谱的谱峰位置的频率值，对相邻两个频率值作差，得到各频段信号频谱所对应的频差，若频差稳定值存在，则执行Step3.4。
Step3.4：分别利用波速除以频差值再乘上二分之一估算故障距离，得到对应各频段信号的测距估计结果。
Step3.5：计算各测距估计结果的众数，作为校验信号。
Step3.6：分别计算两个测距估计结果与校验信号之偏差δa，δb。
Step4：计算偏差δa与δb之差，判断δa与δb之差是否小于等于预设的校验阈值，若否，则执行Step4.3，测距结果为xb，若是，则执行Step4.4，测距结果为xa，具体包括：
Step4.1：计算偏差δa与δb之差。
Step4.2：判断δa与δb之差是否小于等于预设的校验阈值，若否，则执行Step4.4。若是，则执行Step4.3。
Step4.3：输出测距结果为xb。
Step4.4：输出测距结果为xa。
实施例3：如图6所示，一种直流输电线路故障测距系统，包括：
信号采集模块101，用于采集线路单端故障振荡行波信号。
频谱分析模块102，用于在单端测距信号有效时，计算单测距信号的频谱，分析频谱是否等间隔分布。
频谱处理模块103，用于在信号的频谱等间隔分布时，计算频差。
故障测距模块104，用于计算并记录测距结果。
信号校验模块105，用于计算校验信号，并分别计算测距估计结果与校验信号之偏差。
其中，信号采集模块101，具体包括：
电压电流变送单元1011，用于变换互感器二次侧的电压电流信号为行波装置A/D采集的信号。
模拟量采集单元1012，用于将电压电流模拟量信号转换成数字信号。
突变量启动单元1013，用于判断波形突变是否大于设定的启动阈值，若是，则将电压电流信号存储成录波数据文件。
数据存储单元1014，用于按时标命名录波数据文件，并存储于本地存储器。
其中，频谱分析模块102，具体包括：
频谱计算单元1021A，用于计算单端测距信号的频谱。
频谱计算单元1021B，用于计算校验信号的频谱。
频谱分析单元1022A，用于判断单端测距信号的频谱分布是否等间隔，若否，则自动调整数据时窗长度，返回重新计算单端频谱。
频谱分析单元1022B，用于判断校验信号的频谱分布是否等间隔，若否，则自动调整数据时窗长度，返回重新计算小波分解后各频段信号的频谱。
其中，频谱处理模块103，具体包括：
频差计算单元1031A，用于提取单端频谱的谱峰位置的频率值，对相邻两个频率值作差，得到单端频谱所对应的频差。
频差计算单元1031B，用于提取校验信号频谱的谱峰位置的频率值，对相邻两个频率值作差，得到校验信号所对应的频差。
其中，故障测距模块104，具体包括：
测距计算单元1041，用于利用波速除以单端频差值再乘上二分之一估算故障距离。
测距结果记录单元1042，用于记录测距估计结果xa，xb。
其中，信号校验模块105，具体包括：
校验信号计算单元1051A，用于计算测距估计结果xa与xb之和与直流输电线路全长l之差。
校验信号计算单元1051B，用于计算两个测距估计结果与校验信号之偏差δa，δb。
校验比较判断单元1052A，用于判断该值是否小于等于预设的估计阈值。
校验比较判断单元1052B，用于判断计算偏差δa与δb之差，判断δa与δb之差是否小于等于预设的校验阈值。
校验结果记录单元1053，用于记录单端校验信号校验结果。
实施例4：如图7所示，一种直流输电线路故障测距系统，包括：
信号采集模块201，用于采集线路单端故障振荡行波信号。
数据预处理模块202，用于构造单端的测距信号。
频谱分析模块203，用于在单端测距信号有效时，计算单测距信号的频谱，分析频谱是否等间隔分布。
频谱处理模块204，用于在信号的频谱等间隔分布时，计算频差。
故障测距模块205，用于计算并记录测距结果。
信号校验模块206，用于计算校验信号，并分别计算测距估计结果与校验信号之偏差。
其中，信号采集模块201，具体包括：
电压电流变送单元2011，用于变换互感器二次侧的电压电流信号为行波装置A/D采集的信号。
模拟量采集单元2012，用于将电压电流模拟量信号转换成数字信号。
突变量启动单元2013，用于判断波形突变是否大于设定的启动阈值，若是，则将电压电流信号存储成录波数据文件。
数据存储单元2014，用于按时标命名录波数据文件，并存储于本地存储器。
其中，数据预处理模块202，具体包括：
数值计算单元2021A，用于求取故障振荡行波信号的相邻采样点的值之差，作为前一个采样点的新值，以此为故障特征量。
数值计算单元2021B，用于通过Karenbauer变换矩阵解耦故障振荡行波信号，求取极空间模量信号，求取相邻采样点的值之差，作为前一个采样点的新值，以此为故障特征量。
数值计算单元2021C，用于计算所述的作为故障特征量的幂信号，构造测距信号。
其中，频谱分析模块203，具体包括：
频谱计算单元2031A，用于计算单端测距信号的频谱。
频谱计算单元2031B，用于计算计算小波分解后各频段信号的频谱。
频谱分析单元2032A，用于判断单端测距信号的频谱分布是否等间隔，若否，则自动调整数据时窗长度，返回重新计算单端频谱。
频谱分析单元2032B，用于判断校验信号的频谱分布是否等间隔，若否，则自动调整数据时窗长度，返回重新计算小波分解后各频段信号的频谱。
其中，频谱处理模块204，具体包括：
频差计算单元2041A，用于提取单端频谱的谱峰位置的频率值，对相邻两个频率值作差，得到单端频谱所对应的频差。
频差计算单元2041B，用于提取校验信号频谱的谱峰位置的频率值，对相邻两个频率值作差，得到校验信号所对应的频差。
其中，故障测距模块205，具体包括：
测距计算单元2051，用于利用波速除以单端频差值再乘上二分之一估算故障距离。
测距结果记录单元2052，用于记录测距估计结果xa，xb。
其中，信号校验模块206，具体包括：
校验信号计算单元2061A，用于计算测距估计结果xa与xb之和与直流输电线路全长l之差。
校验信号计算单元2061B，用于计算两个测距估计结果与校验信号之偏差δa，δb。
校验比较判断单元2062A，用于判断该值是否小于等于预设的估计阈值。
校验比较判断单元2062B，用于判断计算偏差δa与δb之差，判断δa与δb之差是否小于等于预设的校验阈值。
校验结果记录单元2063，用于记录单端校验信号校验结果。
实施例5：如图8所示的±800kV直流输电系统仿真模型，线路采用频率相关模型；每极换流单元为双12脉冲换流器串联组成。直流输电线路为六分裂导线，线路长为1500km，线路两侧装有400mH的平波电抗器。系统量测端分别为M端和N端。
图9为平波电抗器和直流滤波器构成的物理边界示意图。如图2所示，直流侧特征谐波次数为Kp次，其中p为换流器的脉波数，K为任意正整数，因此直流滤波器选用12/24/36三调谐滤波器。
其参数为：L＝400mH、L1＝39.09mH、L2＝26.06mH、L3＝19.545mH、L4＝34.75mH、C1＝0.9μF、 C2＝0.9μF、C3＝1.8μF、C4＝0.675μF。图中B1～B4、D1、D2分别为直流滤波器、平波电抗器、直流母线的避雷器。平波电抗器在行波频率范围内，可视为开路。
按照如图8所示的系统结构和图9所示的参数，在PSCAD/EMTDC平台上搭建仿真模型，假设距离M端(整流侧)375km处(距离N端1125km)发生双极金属性短路故障m375_1M，采样率为1MHz，以M端数据进行单端测距。
应用实施例1所述的一种直流线路单端频差测距方法对其进行测距，具体步骤如下：
Step1具体包括：
Step1.1：求取故障振荡行波信号的相邻采样点的值之差，作为前一个采样点的新值，以此为故障特征量，如图10所示。
Step1.2：计算所述的作为故障特征量的幂信号，构造测距信号，如图11所示。
Step2具体包括：
Step2.1：计算单端测距信号的频谱，如图12所示。
Step2.2：判断单端测距信号的频谱分布是否等间隔，若是，则执行Step2.3。
Step2.3：提取单端频谱的谱峰位置的频率值，对相邻两个频率值作差，得到M端频谱所对应的频差△fM＝397.19Hz，若单端频差稳定值存在，则执行Step2.4。
Step2.4：利用波速除以单端频差值再乘上二分之一估算故障距离，记录测距估计结果 xa＝375.13km，xb＝1125km。
Step2.5：计算测距估计结果xa与xb之和与直流输电线路全长l之差xa+xb-l＝0.13。
Step2.6：判断该值是否小于等于预设的估计阈值，εset＝2，若是，则执行Step2.7。
Step2.7：输出测距估计结果xa＝375.13km，xb＝1125km。
Step3.：计算单端校验信号，分别计算两个测距估计结果与校验信号之偏差，δb，具体包括：
Step3.1：对测距信号进行小波分解，分别计算提取的各频段信号的频谱如图13所示。
Step3.2：分别判断各频段信号的频谱分布是否等间隔，若否，则自动调整数据时窗长度，返回Step3.1重新计算各频段信号频谱，若是，则执行Step3.3。
Step3.3：分别提取各频段信号频谱的谱峰位置的频率值，对相邻两个频率值作差，得到各频段信号频谱所对应的频差△f1＝198.54Hz：△f2＝198.54Hz：△f3＝198.54Hz，若频差稳定值存在，则执行Step3.4。
Step3.4：分别利用波速除以频差值再乘上二分之一估算故障距离，得到对应各频段信号的测距估计结果x1＝375.23km：x2＝375.23km：x3＝375.23km。
Step3.5：计算各测距估计结果的众数，作为校验信号，x校验＝375.23km。
Step3.6：分别计算两个测距估计结果与校验信号之偏差δa＝xa-x校验＝0.1092，δb＝xb-x校验＝749.77。
Step4.：计算偏差δa与δb之差，判断δa与δb之差是否小于等于预设的校验阈值，若否，则执行Step4.3，测距结果为xb，若是，则执行Step4.4，测距结果为xa，具体包括：
Step4.1：计算偏差δa与δb之差δa-δb＝-749.66。
Step4.2：判断δa与δb之差是否小于等于预设的校验阈值，δset＝0，若否，则执行Step4.4。若是，则执行Step4.3。
Step4.3：输出测距结果为xa。
实施例6：按照如图8所示的系统结构和图9所示的参数，在PSCAD/EMTDC平台上搭建仿真模型，假设在线路中点m750_slg处发生单极金属性短路故障，采样率为200kHz。
应用用实施例2所述的一种直流线路单端频差测距方法对其进行测距，具体步骤如下：
Step1具体包括：
Step1.1：Step1.1：通过Karenbauer变换矩阵解耦故障振荡行波信号，求取极空间模量信号，求取相邻采样点的值之差，作为前一个采样点的新值，以此为故障特征量。
如图14所示。
Step1.2：计算所述的作为故障特征量的幂信号，构造测距信号，如图15所示。
Step2具体包括：
Step2.1：计算单端测距信号的频谱，如图16所示。
Step2.2：判断单端测距信号的频谱分布是否等间隔，若是，则执行Step2.3。
Step2.3：提取单端频谱的谱峰位置的频率值，对相邻两个频率值作差，得到M端频谱所对应的频差△fM＝198.68Hz，若单端频差稳定值存在，则执行Step2.4。
Step2.4：利用波速除以单端频差值再乘上二分之一估算故障距离，记录测距估计结果 xa＝750km，xb＝750km。
Step2.5：计算测距估计结果xa与xb之和与直流输电线路全长l之差xa+xb-l＝0。
Step2.6：判断该值是否小于等于预设的估计阈值，εset＝2，若否，则返回Step2.1继续计算单端测距信号的频谱，若是，则执行Step2.7。
Step2.7：输出测距估计结果xa＝750km，xb＝750km。
Step3.：计算单端校验信号，分别计算两个测距估计结果与校验信号之偏差，δb，具体包括：
Step3.1：对测距信号进行小波分解，分别计算提取的各频段信号的频谱如图17所示。
Step3.2：分别判断各频段信号的频谱分布是否等间隔，若否，则自动调整数据时窗长度，返回Step3.1重新计算各频段信号频谱，若是，则执行Step3.3。
Step3.3：分别提取各频段信号频谱的谱峰位置的频率值，对相邻两个频率值作差，得到各频段信号频谱所对应的频差△f1＝198.64Hz：△f2＝198.64Hz：△f3＝198.64Hz，若频差稳定值存在，则执行Step3.4。
Step3.4：分别利用波速除以频差值再乘上二分之一估算故障距离，得到对应各频段信号的测距估计结果x1＝750.10km：x2＝750.10km：x3＝750.10km。
Step3.5：计算各测距估计结果的众数，作为校验信号，x校验＝750.10。
Step3.6：分别计算两个测距估计结果与校验信号之偏差δa＝xa-x校验＝0.1，δb＝xb-x校验＝0.1。
Step4.：计算偏差δa与δb之差，判断δa与δb之差是否小于等于预设的校验阈值，若否，则执行Step4.3，测距结果为xb，若是，则执行Step4.4，测距结果为xa，具体包括：
Step4.1：计算偏差δa与δb之差δa-δb＝0。
Step4.2：判断δa与δb之差是否小于等于预设的校验阈值，δset＝0.，若否，则执行Step4.4。若是，则执行Step4.3。
Step4.3：输出测距结果为xa。
实施例7：按照如图8所示的系统结构和图9所示的参数，在PSCAD/EMTDC平台上搭建仿真模型，假设距离M端(整流侧)700km处(距离N端800km)发生高阻短路故障，过渡电阻500欧姆m700_500，采样率为200kHz。
应用用实施例1所述的一种直流线路单端频差测距方法对其进行测距，具体步骤如下：
Step1具体包括：
Step1.1：求取故障振荡行波信号的相邻采样点的值之差，作为前一个采样点的新值，以此为故障特征量，如图18所示。
Step1.2：计算所述的作为故障特征量的幂信号，构造测距信号，如图19所示。
Step2具体包括：
Step2.1：计算单端测距信号的频谱，如图20所示。
Step2.2：判断单端测距信号的频谱分布是否等间隔，若是，则执行Step2.3。
Step2.3：提取单端频谱的谱峰位置的频率值，对相邻两个频率值作差，得到M端频谱所对应的频差△fM＝212.76Hz，若单端频差稳定值存在，则执行Step2.4。
Step2.4：利用波速除以单端频差值再乘上二分之一估算故障距离，记录测距估计结果 xa＝700.3km，xb＝801.2km。
Step2.5：计算测距估计结果xa与xb之和与直流输电线路全长l之差xa+xb-l＝1.1。
Step2.6：判断该值是否小于等于预设的估计阈值，εset＝2，若否，则返回Step2.1继续计算单端测距信号的频谱，若是，则执行Step2.7。
Step2.7：输出测距估计结果xa＝700.3km，xb＝801.2km。
Step3.：计算单端校验信号，分别计算两个测距估计结果与校验信号之偏差，δb，具体包括：
Step3.1：对测距信号进行小波分解，分别计算提取的各频段信号的频谱。
Step3.2：分别判断各频段信号的频谱分布是否等间隔，若否，则自动调整数据时窗长度，返回Step3.1重新计算各频段信号频谱，若是，则执行Step3.3。
Step3.3：分别提取各频段信号频谱的谱峰位置的频率值，对相邻两个频率值作差，得到各频段信号频谱所对应的频差△f1＝212.7Hz：△f2＝212.7Hz：△f3＝212.7Hz，若频差稳定值存在，则执行Step3.4。
Step3.4：分别利用波速除以频差值再乘上二分之一估算故障距离，得到对应各频段信号的测距估计结果x1＝700.51km：x2＝700.51km：x3＝700.51km。
Step3.5：计算各测距估计结果的众数，作为校验信号，x校验＝700.51km。
Step3.6：分别计算两个测距估计结果与校验信号之偏差δa＝xa-x校验＝0.21，δb＝xb-x校验＝100.7。
Step4.：计算偏差δa与δb之差，判断δa与δb之差是否小于等于预设的校验阈值，若否，则执行Step4.3，测距结果为xb，若是，则执行Step4.4，测距结果为xa，具体包括：
Step4.1：计算偏差δa与δb之差δa-δb＝-100.49。
Step4.2：判断δa与δb之差是否小于等于预设的校验阈值，δset＝0，若否，则执行Step4.4。若是，则执行Step4.3。
Step4.3：输出测距结果为xa。
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 (6)
1.一种直流输电线路单端故障测距方法，其特征在于：
Step1：采集线路单端故障振荡行波信号，获取测距信号；
Step2：计算单端测距信号的频谱，判断频差稳定值是否存在，若否，则自动调整数据时窗长度，返回重新计算单端频谱，若是，则利用该频差进行故障测距，改变至少三次时窗长度，得到稳定存在的两个测距估计结果x a，x b；
Step3：计算单端校验信号，分别计算两个测距估计结果与校验信号之偏差δ a，δ b；
Step4：计算偏差δ a与δ b之差，判断δ a与δ b之差是否小于等于预设的校验阈值，若否，则测距结果为x b，若是，则测距结果为x a；
所述获取测距信号为：
首先获得故障特征量，其可以为，
求取故障振荡行波信号的相邻采样点的值之差，作为前一个采样点的新值，以此为故障特征量；
或，通过Karenbauer变换矩阵解耦故障振荡行波信号，求取极空间模量信号，求取相邻采样点的值之差，作为前一个采样点的新值，以此为故障特征量；
计算作为故障特征量的幂信号，构造测距信号；
所述幂信号指的是对故障特征量进行奇次幂变换。
2.根据权利要求1所述的直流输电线路单端故障测距方法，其特征在于，所述Step2具体为：
Step2.1：计算单端测距信号的频谱；
Step2.2：判断单端测距信号的频谱分布是否等间隔，若否，则自动调整数据时窗长度，返回重新计算单端频谱，若是，则
Step2.3：提取单端频谱的谱峰位置的频率值，对相邻两个频率值作差，得到单端频谱所对应的频差，若单端频差稳定值存在，则
Step2.4：利用波速除以单端频差值再乘上二分之一估算故障距离，记录测距估计结果x a，x b；
Step2.5：计算测距估计结果x a与x b之和与直流输电线路全长l之差；
Step2.6：判断该值是否小于等于预设的估计阈值，若否，则返回继续计算单端测距信号的频谱，若是，则输出测距估计结果x a，x b。
3.根据权利要求1或2所述的直流输电线路单端故障测距方法，其特征在于，所述Step3具体为：
Step3.1：对测距信号进行小波分解，分别计算提取的各频段信号的频谱；
Step3.2：分别判断各频段信号的频谱分布是否等间隔，若否，则自动调整数据时窗长度，返回重新计算各频段信号频谱，若是，则
Step3.3：分别提取各频段信号频谱的谱峰位置的频率值，对相邻两个频率值作差，得到各频段信号频谱所对应的频差，若频差稳定值存在，则
Step3.4：分别利用波速除以频差值再乘上二分之一估算故障距离，得到对应各频段信号的测距估计结果；
Step3.5：计算各测距估计结果的众数，作为校验信号；
Step3.6：分别计算两个测距估计结果与校验信号之偏差δ a，δ b。
4.根据权利要求3所述的直流输电线路单端故障测距方法，其特征在于，所述对测距信号进行小波分解，具体为：
选择合适的B样条小波对输入的测距信号进行双通道滤波，输出测距信号的低频和高频细节部分；
对每次分解后的低频部分重复进行双通道滤波，分解为新的低频和高频细节部分；
重复分解次数依据设定的采样率选择，至少重复三次。
5.一种直流输电线路单端故障测距系统，其特征在于，包括：
信号采集模块，用于采集线路单端故障振荡行波信号；
频谱分析模块，用于在单端测距信号有效时，计算单测距信号的频谱，分析频谱是否等间隔分布；
频谱处理模块，用于在信号的频谱等间隔分布时，计算频差；
故障测距模块，用于计算并记录测距结果；
信号校验模块，用于计算校验信号，并分别计算测距估计结果与校验信号之偏差；
还包括数据预处理模块，用于构造单端的测距信号；
所述数据预处理模块包括：
数值计算单元1，用于求取故障振荡行波信号的相邻采样点的值之差，作为前一个采样点的新值，以此为故障特征量，
或数值计算单元2，用于通过Karenbauer变换矩阵解耦故障振荡行波信号，求取极空间模量信号，求取相邻采样点的值之差，作为前一个采样点的新值，以此为故障特征量；
数值计算单元3，用于计算作为故障特征量的幂信号，构造测距信号；
所述信号校验模块包括：
校验信号计算单元1，用于计算测距估计结果x a与x b之和与直流输电线路全长l之差；
校验信号计算单元2，用于计算两个测距估计结果与校验信号之偏差δ a，δ b；
校验比较判断单元1，用于判断计算测距估计结果x a与x b之和与直流输电线路全长l之差是否小于等于预设的估计阈值；
校验比较判断单元2，用于判断计算偏差δ a与δ b之差，判断δ a与δ b之差是否小于等于预设的校验阈值；
校验结果记录单元，用于记录单端校验信号校验结果；
其中，具体的校验结果为：
计算偏差δ a与δ b之差，判断δ a与δ b之差是否小于等于预设的校验阈值，若否，则测距结果为x b，若是，则测距结果为x a；
所述故障测距模块包括：
测距计算单元，用于估算故障距离；
测距结果记录单元，用于记录测距估计结果x a，x b。
6.根据权利要求5所述的直流输电线路单端故障测距系统，其特征在于，所述故障信号采集模块包括：
电压电流变送单元，用于变换互感器二次侧的电压电流信号为行波装置A/D采集的信号；
模拟量采集单元，用于将电压电流模拟量信号转换成数字信号；
突变量启动单元，用于判断波形突变是否大于设定的启动阈值，若是，则将电压电流信号存储成录波数据文件；
数据存储单元，用于按时标命名录波数据文件，并存储于本地存储器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111344875.XA CN114460412B (zh) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | 一种直流输电线路单端故障测距方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111344875.XA CN114460412B (zh) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | 一种直流输电线路单端故障测距方法及系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114460412A CN114460412A (zh) | 2022-05-10 |
| CN114460412B true CN114460412B (zh) | 2022-07-29 |
Family
ID=81405919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111344875.XA Active CN114460412B (zh) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | 一种直流输电线路单端故障测距方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114460412B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117388642B (zh) * | 2023-12-11 | 2024-04-09 | 昆明理工大学 | 一种基于单端频差的接地极线路故障测距方法及系统 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4063160A (en) * | 1975-04-28 | 1977-12-13 | Bbc Brown Boveri & Company Limited | Method and apparatus for locating a fault on a line by means of travelling wave signals |
| CN101718833A (zh) * | 2009-12-15 | 2010-06-02 | 西南交通大学 | 基于行波固有频率提取的输电线路故障单端测距方法 |
| CN102508121A (zh) * | 2011-11-08 | 2012-06-20 | 西安交通大学 | 多端柔性直流输电系统的直流线路单端故障定位方法 |
| CN104330705A (zh) * | 2014-11-14 | 2015-02-04 | 国家电网公司 | 基于相间故障位置因子的线路相间故障单端测距方法 |
| CN109116186A (zh) * | 2018-08-10 | 2019-01-01 | 重庆邮电大学 | 一种基于单端行波法和固有频率法的单端故障测距方法 |
| CN112083271A (zh) * | 2020-08-18 | 2020-12-15 | 昆明理工大学 | 一种基于护层电流行波时频复合分析的10kV电缆在线测距方法 |
-
2021
- 2021-11-15 CN CN202111344875.XA patent/CN114460412B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4063160A (en) * | 1975-04-28 | 1977-12-13 | Bbc Brown Boveri & Company Limited | Method and apparatus for locating a fault on a line by means of travelling wave signals |
| CN101718833A (zh) * | 2009-12-15 | 2010-06-02 | 西南交通大学 | 基于行波固有频率提取的输电线路故障单端测距方法 |
| CN102508121A (zh) * | 2011-11-08 | 2012-06-20 | 西安交通大学 | 多端柔性直流输电系统的直流线路单端故障定位方法 |
| CN104330705A (zh) * | 2014-11-14 | 2015-02-04 | 国家电网公司 | 基于相间故障位置因子的线路相间故障单端测距方法 |
| CN109116186A (zh) * | 2018-08-10 | 2019-01-01 | 重庆邮电大学 | 一种基于单端行波法和固有频率法的单端故障测距方法 |
| CN112083271A (zh) * | 2020-08-18 | 2020-12-15 | 昆明理工大学 | 一种基于护层电流行波时频复合分析的10kV电缆在线测距方法 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| Speeded-up robust features based single ended travelling wave fault location: a practical case study in Yunnan power grid of China;Pulin Cao et al.;《IET Generation》;20180430;第886-894页 * |
| 利用故障特征频带和TT变换的电缆单端行波测距;束洪春 等;《中国电机工程学报》;20130805;第33卷(第22期);第103-112页 * |
| 单端行波故障测距的频域方法;邬林勇 等;《中国电机工程学报》;20080905;第28卷(第25期);第99-104页 * |
| 基于宽频信息挖掘的同塔双回输电线路单端故障测距研究;宋建 等;《昆明理工大学学报（自然科学版）》;20210630;第46卷(第3期);第102-109页 * |
| 基于护层电流行波时频复合分析的10KV电缆故障测距研究;袁小兵;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士）工程科技II辑》;20210515(第5期);第C042-441-正文第38-39页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114460412A (zh) | 2022-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104977502B (zh) | 一种特高压直流输电线路区内外故障识别方法 | |
| CN114152840B (zh) | 一种lcc-mmc混合直流输电线路故障测距方法及系统 | |
| CN103513159A (zh) | 一种直流接地极线路上的故障测距方法及装置 | |
| CN103323747A (zh) | 一种小电流接地系统的单相接地故障选线方法 | |
| CN113109669B (zh) | 一种基于行波特征频率的配电网混联线路故障定位方法 | |
| CN107621591B (zh) | 一种基于零模行波波速变化特性的输电线路迭代测距方法 | |
| CN102967779B (zh) | 一种输电线路分布参数的辨识方法 | |
| CN110687399B (zh) | 一种配电网故障指示器波形故障开始时刻判断方法 | |
| CN113945806B (zh) | 一种柔性直流输电线路单端故障测距方法及系统 | |
| CN114460412B (zh) | 一种直流输电线路单端故障测距方法及系统 | |
| CN116338525B (zh) | 一种风电交流送出线路故障测距方法及系统 | |
| CN115015686A (zh) | 一种lcc-vsc混合高压直流输电线路故障测距方法及系统 | |
| CN103427405B (zh) | 基于高阶累积量的输电线路差动保护方法 | |
| CN115097253A (zh) | 一种mmc-hvdc直流输电线路故障测距方法及系统 | |
| CN115015687A (zh) | 一种四端环状柔性直流电网故障测距方法及系统 | |
| CN110927539B (zh) | 一种单端暂态能量谱相似性的配电网故障区段定位方法 | |
| CN114219947A (zh) | 基于边缘检测的大规模风电场送出线路纵联保护方法 | |
| CN114200246B (zh) | 一种直流输电线路故障测距方法及系统 | |
| CN114578184B (zh) | 一种直流输电线路双端行波频差比值故障测距方法及系统 | |
| CN114137356A (zh) | 一种直流输电线路测距方法及系统 | |
| CN115575783B (zh) | 一种交流输电线路多重雷绕击与反击识别方法及系统 | |
| CN114142442B (zh) | 一种直流输电线路保护方法及系统 | |
| CN114089104B (zh) | 一种基于线路边界线路侧电压的故障方向判别方法及系统 | |
| CN114002559B (zh) | 一种柔性直流输电线路行波双端测距方法及系统 | |
| CN115078901A (zh) | 一种配电网单相接地故障识别方法及识别装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |