CN117517876B - 直流输电线路的故障定位方法、故障定位设备及存储介质 - Google Patents

直流输电线路的故障定位方法、故障定位设备及存储介质 Download PDF

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CN117517876B CN202410009808.XA CN202410009808A CN117517876B CN 117517876 B CN117517876 B CN 117517876B CN 202410009808 A CN202410009808 A CN 202410009808A CN 117517876 B CN117517876 B CN 117517876B
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Abstract

本发明公开了一种直流输电线路的故障定位方法、故障定位设备及存储介质,所述方法包括:在检测到直流输电线路发生故障时,获取所述直流输电线路的故障电压行波信号,并对所述故障电压行波信号解耦,获取所述故障行波信号对应的线模电压行波信号;控制所述线模电压行波信号沿预设数据时间窗的第一方向进行时间偏移,生成第一矩阵,以及控制所述线模电压行波信号沿预设数据时间窗的第二方向进行时间偏移,生成第二矩阵;根据所述第一矩阵和所述第二矩阵,确定所述直流输电线路对应的能量函数;根据所述能量函数以及所述预设数据时间窗的时间上限值和时间下限值,确定所述直流输电线路的故障距离,从而提高直流输电线路故障定位的精度。

Description

直流输电线路的故障定位方法、故障定位设备及存储介质
技术领域
本发明涉及电气工程技术领域,尤其涉及一种直流输电线路的故障定位方法、故障定位设备及存储介质。
背景技术
直流输电系统在负荷潮流发生变化时,其直流电压的极性不会发生变化,因此可实现多端直流电源的并联,从而实现大规模的送电和交直流异步联网。其中,柔性直流输电系统(Flexible DC Transmission System,简称FDCTS)由于其多种优点,如无换相失败、可实现可再生能源等分布式电源的接入电网、没有无功补偿问题、谐波性能好、可提高电能质量、控制灵活、易于扩建、能够向无源网络供电等,被广泛应用于远距离高容量输电。然而,因输电线路较长、电压等级较高等特点常使用架空线路输电,导致柔性直流输电线路故障率较高。而且由于输电线路大部分架设于山区,当柔性直流输电线路发生故障时,需要对柔性直流输电线路进行故障定位,从而给后续的检修争取时间,尽快恢复系统供电。
目前,当柔性直流输电线路发生故障时,是通过识别首波头与第二波头到来的时间差,并结合行波波速计算故障距离,从而实现故障定位。然而,上述故障定位方式需要准确识别波头到来时刻,若波头到来时刻识别不准确,将会导致故障定位结果的精度降低,迫切需要提出一种新的故障定位方法,以提高故障定位结果的精度。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案,并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明实施例通过提供一种直流输电线路的故障定位方法、故障定位设备及计算机可读存储介质,旨在解决故障定位精度低的技术问题。
为实现上述目的,本发明实施例提供一种直流输电线路的故障定位方法,所述直流输电线路的故障定位方法包括以下:
在检测到直流输电线路发生故障时,获取所述直流输电线路的故障电压行波信号,并对所述故障电压行波信号解耦,获取所述故障行波信号对应的线模电压行波信号;
控制所述线模电压行波信号沿预设数据时间窗的第一方向进行时间偏移,生成第一矩阵,以及控制所述线模电压行波信号沿预设数据时间窗的第二方向进行时间偏移,生成第二矩阵;
根据所述第一矩阵和所述第二矩阵,确定所述直流输电线路对应的能量函数;
根据所述能量函数以及所述预设数据时间窗的时间上限值和时间下限值,确定所述直流输电线路的故障距离。
进一步地,所述控制所述线模电压行波信号沿预设数据时间窗的第一方向进行时间偏移,生成第一矩阵,以及控制所述线模电压行波信号沿预设数据时间窗的第二方向进行时间偏移,生成第二矩阵的步骤,包括:
根据行波波速确定时间偏移步进值,以及根据所述行波波速和所述直流输电线路的总长度和所述时间偏移步进值确定时间偏移次数;
控制所述线模电压行波信号按照所述时间偏移步进值沿所述预设数据时间窗的所述第一方向移动,并当移动所述时间偏移次数时,根据所述预设数据时间窗内的第一线模电压行波信号生成所述第一矩阵;以及,
控制所述线模电压行波信号按照所述时间偏移步进值沿所述预设数据时间窗的所述第二方向移动,并当移动所述时间偏移次数时,根据所述预设数据时间窗内的第二线模电压行波信号生成所述第二矩阵。
进一步地,所述控制所述线模电压行波信号按照所述时间偏移步进值沿所述预设数据时间窗的所述第一方向移动,并当移动所述时间偏移次数时,根据所述预设数据时间窗内的第一线模电压行波信号生成所述第一矩阵的步骤,以及所述控制所述线模电压行波信号按照所述时间偏移步进值沿所述预设数据时间窗的所述第二方向移动,并当移动所述时间偏移次数时,根据所述预设数据时间窗内的第二线模电压行波信号生成所述第二矩阵的步骤还包括:
若当前时间偏移存在目标线模电压行波信号超出所述预设数据时间窗的范围,则对所述目标线模电压行波信号进行向前补齐操作,其中,所述向前补齐操作为将所述目标线模电压行波信号填充至所述预设数据时间窗的空余位置。
进一步地,所述根据所述第一矩阵和所述第二矩阵,确定所述直流输电线路对应的能量函数的步骤,包括:
将所述第一矩阵和所述第二矩阵对应元素相乘,获得目标矩阵;
获取所述目标矩阵各行对应的目标数值,计算各行对应的所述目标数值的和;
基于各行对应的所述目标数值的和,构造所述能量函数。
进一步地,所述根据所述能量函数以及所述预设数据时间窗的时间上限值和时间下限值,确定所述直流输电线路的故障距离的步骤,包括:
基于所述时间上限值和所述时间下限值对所述能量函数作定积分,获得所述能量函数对应的能量突变数值;
于各个所述能量突变数值中确定满足预设条件的目标能量突变数值;
根据所述目标能量突变数值对应的距离,确定所述直流输电线路的故障距离。
进一步地,所述在检测到直流输电线路发生故障时,获取所述直流输电线路的故障电压行波信号,并对所述故障电压行波信号解耦,获取所述故障行波信号对应的线模电压行波信号的步骤之后,包括:
对所述线模电压行波信号进行差分运算,并对差分运算后的所述线模电压行波信号执行所述控制预设数据时间窗沿所述线模电压行波信号的第一方向进行时间偏移,生成第一矩阵,以及控制所述预设数据时间窗沿所述线模电压行波信号的第二方向进行时间偏移,生成第二矩阵的步骤。
进一步地,所述在检测到直流输电线路发生故障时,获取所述直流输电线路的故障电压行波信号,并对所述故障电压行波信号解耦,获取所述故障行波信号对应的线模电压行波信号的步骤,包括:
根据凯伦贝尔变换公式对所述故障电压行波信号解耦,获得所述故障行波信号对应的线模电压行波信号。
此外,本发明为实现上述目的,本发明还提供一种故障定位装置,所述故障定位装置包括:
线模电压行波信号获取模块,用于在检测到直流输电线路发生故障时,获取所述直流输电线路的故障电压行波信号,并对所述故障电压行波信号解耦,获取所述故障行波信号对应的线模电压行波信号;
矩阵生成模块,用于控制预设数据时间窗沿所述线模电压行波信号的第一方向进行时间偏移,生成第一矩阵,以及控制所述预设数据时间窗沿所述线模电压行波信号的第二方向进行时间偏移,生成第二矩阵;
能量函数确定模块,用于根据所述第一矩阵和所述第二矩阵,确定所述直流输电线路对应的能量函数;
故障定位模块,用于根据所述能量函数以及所述预设数据时间窗的时间上限值和时间下限值,确定所述直流输电线路的故障距离。
此外,本发明为实现上述目的,本发明还提供一种故障定位设备,所述故障定位设备包括:存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的直流输电线路的故障定位程序,所述直流输电线路的故障定位程序被所述处理器执行时实现如上所述的直流输电线路的故障定位方法的步骤。
此外,本发明为实现上述目的,本发明还提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有直流输电线路的故障定位程序,所述直流输电线路的故障定位程序被处理器执行时实现如上所述的直流输电线路的故障定位方法的步骤。
本发明一实施例提出的一种直流输电线路的故障定位方法,故障定位设备及计算机可读存储介质,在检测到直流输电线路发生故障时,通过获取直流输电线路的故障电压行波信号,并对故障电压行波信号解耦,获取故障行波信号对应的线模电压行波信号,然后控制线模电压行波信号沿预设数据时间窗的第一方向进行时间偏移,生成第一矩阵,以及控制线模电压行波信号沿预设数据时间窗的第二方向进行时间偏移,生成第二矩阵,并根据第一矩阵和第二矩阵,确定直流输电线路对应的能量函数,然后根据能量函数以及预设数据时间窗的时间上限值和时间下限值,确定直流输电线路的故障距离,从而提高直流输电线路故障定位的精度。本发明在直流输电线路故障时,通过模拟首波头和第二波头相遇叠加时的能量分布,确定直流输电线路的故障距离,而无需识别首波头到来时刻,从而提高故障定位的精度。
附图说明
图1为本发明直流输电线路的故障定位方法的实施例一的流程示意图;
图2为本发明直流输电线路的故障定位方法的第实施例二中步骤S20的细化流程示意图;
图3为本发明直流输电线路的故障定位方法的实施例三中步骤S30的细化流程示意图;
图4为本发明直流输电线路的故障定位方法的实施例四中步骤S40的细化流程示意图;
图5为本发明涉及的双端柔性直流输电线路仿真模型系统;
图6为本发明涉及的故障定位装置示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
目前,当柔性直流输电线路发生故障时,是通过识别首波头与第二波头到来的时间差,并结合行波波速计算故障距离,从而实现故障定位。然而,上述故障定位方式需要准确识别波头到来时刻,若波头到来时刻识别不准确,将会导致故障定位结果的精度降低,迫切需要提出一种新的故障定位方法,以提高故障定位结果的精度。
为解决相关技术中的上述缺陷,本发明提出一种直流输电线路的故障定位方法,其主要解决步骤包括以下:
在检测到直流输电线路发生故障时,通过获取直流输电线路的故障电压行波信号,并对故障电压行波信号解耦,获取故障行波信号对应的线模电压行波信号,然后控制线模电压行波信号沿预设数据时间窗的第一方向进行时间偏移,生成第一矩阵,以及控制线模电压行波信号沿预设数据时间窗的第二方向进行时间偏移,生成第二矩阵,并根据第一矩阵和第二矩阵,确定直流输电线路对应的能量函数,然后根据能量函数以及预设数据时间窗的时间上限值和时间下限值,确定直流输电线路的故障距离,从而提高直流输电线路故障定位的精度。本发明在直流输电线路故障时,通过模拟首波头和第二波头相遇叠加时的能量分布,确定直流输电线路的故障距离,而无需识别首波头到来时刻,从而提高故障定位的精度。
为了更好地理解上述技术方案,下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明,并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
实施例一
参照图1,在本发明直流输电线路的故障定位方法的实施例一中,所述一种直流输电线路的故障定位方法包括以下步骤:
步骤S10:在检测到直流输电线路发生故障时,获取所述直流输电线路的故障电压行波信号,并对所述故障电压行波信号解耦,获取所述故障行波信号对应的线模电压行波信号;
在本实施例中,在检测到直流输电线路发生故障时,可通过直流输电线路送端的高速采集装置获取直流输电线路的故障电压行波信号,并采用预设的解耦公式对故障电压行波信号解耦,获取故障行波信号中的线模电压行波信号。需要说明的是,高速采集装置采集到的故障电压行波信号包括首波头信号和第二波头信号。
可选地,可基于通过高速采集装置基于预设采样率对直流输电线路的电压行波信号进行采样,采样后所获得的各个电压行波信号即为所述故障电压行波信号。
可选地,预设数据时间窗的时间下限值可设置为故障电压行波信号的起始时间,时间上限值可设置为故障电压行波信号的结束时间。
例如,可通过高速采集装置采集直流输电线路故障后0ms至1ms的故障电压行波信号,从而将预设数据时间窗的时间下限值设置为0ms,时间上限值设置为1ms。
可选地,在另一可选实施方式中,高速采集装置可采集直流输电线路故障前至故障后一段时间内的故障电压行波信号,来确定故障位置,本实施例对此不做具体限定。
例如,可通过高速采集装置采集直流输电线路故障前0.01ms至故障后2.7ms的故障电压行波数据,并将预设数据时间窗的时间下限值设置为0.01ms,时间上限值设置为2.7ms。
需要说明的是,本发明不限定采用上述哪种方式采集故障电压行波信号,用户可基于自身需求进行选择,优选采集直流输电线路故障前至故障后一段时间内的故障电压行波信号,以使得故障瞬变信号更加明显,便于故障定位和分析。
可选地,可采用凯伦贝尔变换公式作为解耦公式,对故障电压行波信号进行解耦,本实施例对此不做具体限定。其中,凯伦贝尔变换公式如下:
其中,U1p和U1n分别表示故障电压行波信号的正极电压和负极电压,U1表示线模电压行波信号。
需要说明的是,故障电压行波信号包括零模分量和线模分量。其中,零模分量是指故障电压行波信号中的直流分量或平均值,线模分量是指故障电压行波信号中的交流分量。由于零模分量以相线和大地为回路传播,行波波速在不同频率下存在较大的离散性,在传播过程中衰减大,导致行波波速不够稳定,而线模分量在相间组成回路传播,行波速度均较为稳定。因此,本发明采用线模分量,即线模电压行波信号来分析确定直流输电线路的故障位置,从而提高故障定位的精度。
步骤S20:控制所述线模电压行波信号沿预设数据时间窗的第一方向进行时间偏移,生成第一矩阵,以及控制所述线模电压行波信号沿预设数据时间窗的第二方向进行时间偏移,生成第二矩阵;
在本实施例中,本发明通过控制线模电压行波信号沿预设数据时间窗的第一方向和第二方向进行时间偏移,生成对应的第一矩阵和第二矩阵,旨在模拟推迟首波头到来时刻,提前第二波头到来时刻,使首波头和第二波头在同一时刻相遇叠加,从而通过首波头和第二波头相遇叠加时的能量分布,确定直流输电线路的故障位置,而无需识别首波头到来时刻,从而提高故障定位的精度。
需要说明的是,首波头和第二波头的到达同一位置的时刻不同,首波头的到达时刻早于第二波头。第一方向和第二方向互为反方向,分别用于模拟推迟首波头到来时刻,提前第二波头到来时刻。当第一方向为右方向时,第二方向为左方向。当第一方向为左方向时,第二方向为右方向。可以理解的是,右方向为模拟推迟首波头到来时刻,左方向为模拟提前第二波头到来时刻。
可选地,作为本发明的可选实施方式,为避免线模电压行波信号中的干扰分量影响故障定位精度,可通过对线模电压行波信号进行差分运算,以将线模电压行波信号进行放大,从而达成抑制线模电压行波信号中的干扰分量,避免出现虚假能量突变对故障定位造成影响的目的。然后再对差分运算后的线模电压行波信号执行所述控制所述线模电压行波信号沿预设数据时间窗的第一方向进行时间偏移,生成第一矩阵,以及控制所述线模电压行波信号沿预设数据时间窗的第二方向进行时间偏移,生成第二矩阵的步骤,可提高故障定位的精度。
可选地,可通过对线模电压行波信号进行向前差分并求其5次幂实现对线模电压行波信号的放大,本实施例对此不做具体限定。可以理解的是,对线模电压行波信号的差分运算可对波头能量进行放大,突出波头的能量,并对干扰能量进行抑制,通过5次幂变换可进一步放大波头能量,并保证反向行波波头能量进行放大后极性仍为负。
步骤S30:根据所述第一矩阵和所述第二矩阵,确定所述直流输电线路对应的能量函数;
在本实施例中,根据第一矩阵和第二矩阵,确定直流输电线路对应的能量函数。能量函数表征首波头和第二波头相遇叠加时的能量分布,从而在确定能量函数后,可根据直流输电线路在故障时,首波头和第二波头相遇叠加的能量突变规律,进一步确定故障位置。
步骤S40:根据所述能量函数以及所述预设数据时间窗的时间上限值和时间下限值,确定所述直流输电线路的故障距离。
在本实施例中,通过预设数据时间窗的时间上限值和时间下限值,对能量函数进行定积分计算,从而获得在预设数据时间窗内首波头和第二波头相遇叠加的总能量值,从而根据直流输电线路在故障时,首波头和第二波头相遇叠加的能量突变规律,从获得的总能量值中确定故障位置对应的目标总能量值,进而根据目标总能量值对应的距离,进一步确定故障距离,实现故障定位。
在本实施例提供的技术方案中,在检测到直流输电线路发生故障时,通过获取直流输电线路的故障电压行波信号,并对故障电压行波信号解耦,获取故障行波信号对应的线模电压行波信号,然后控制线模电压行波信号沿预设数据时间窗的第一方向进行时间偏移,生成第一矩阵,以及控制线模电压行波信号沿预设数据时间窗的第二方向进行时间偏移,生成第二矩阵,并根据第一矩阵和第二矩阵,确定直流输电线路对应的能量函数,然后根据能量函数以及预设数据时间窗的时间上限值和时间下限值,确定直流输电线路的故障距离,从而提高直流输电线路故障定位的精度。本发明在直流输电线路故障时,通过模拟首波头和第二波头相遇叠加时的能量分布,确定直流输电线路的故障距离,而无需识别首波头到来时刻,从而提高故障定位的精度。
实施例二
参照图2,在实施例二中,基于上述实施例一,所述步骤S20,包括:
步骤S21:根据行波波速确定时间偏移步进值,以及根据所述行波波速、所述直流输电线路的总长度和所述时间偏移步进值确定时间偏移次数;
在本实施例中,时间偏移步进值与行波波速有关。因此通过将直流输电线路的总长度除以行波波速再除以时间偏移步进值可确定预设数据时间窗的时间偏移次数。可以理解的是,当预设数据时间窗对应的时间单位与行波波速对应的时间单位不同时,需要先对行波波速进行时间单位的转换。
例如,行波波速v的单位为m/s,而当预设数据时间窗的时间单位T为ms时,需要将行波波速v的单位转换为m/ms。
步骤S22:控制所述线模电压行波信号按照所述时间偏移步进值沿所述预设数据时间窗的所述第一方向移动,并当移动所述时间偏移次数时,根据所述预设数据时间窗内的第一线模电压行波信号生成所述第一矩阵;
步骤S23:控制所述线模电压行波信号按照所述时间偏移步进值沿所述预设数据时间窗的所述第二方向移动,并当移动所述时间偏移次数时,根据所述预设数据时间窗内的第二线模电压行波信号生成所述第二矩阵。
在本实施例中,通过控制线模电压行波信号按照时间偏移步进值沿预设数据时间窗的第一方向进行移动,并当移动对应的时间偏移次数时,结束时间偏移。并通过提取每次时间偏移时预设数据时间窗内的第一线模电压行波信号,生成第一初始矩阵,然后进行转置生成第一矩阵。同理,通过控制线模电压行波信号按照时间偏移步进值沿预设数据时间窗的第二方向进行移动,并当移动对应的时间偏移次数时,结束时间偏移。并通过提取每次时间偏移时预设数据时间窗内的第二线模电压行波信号,生成第二初始矩阵,然后进行转置生成第二矩阵。需要说明的是,所述步骤S22和步骤S23可同时执行,也可分别执行,本实施例对此不做具体限定。
需要说明的是,每次时间偏移对应的预设数据时间窗内的所有第一线模电压行波信号作为第一初始矩阵的一行,每个第一线模电压行波信号作为第一初始矩阵一个元素。同理,每次时间偏移对应的预设数据时间窗内的所有第二线模电压行波信号作为第二初始矩阵的一行,每个第二线模电压行波信号作为第二初始矩阵一个元素。然后对初始矩阵进行转置即可获得对应的第一矩阵和第二矩阵。
可选地,若当前时间偏移存在目标线模电压行波信号超出预设数据时间窗的范围,则对目标线模电压行波信号进行向前补齐操作,其中,向前补齐操作为将目标线模电压行波信号填充至预设数据时间窗的空余位置。当移动对应的时间偏移次数时,结束时间偏移。并通过提取每次时间偏移时预设数据时间窗内的线模电压行波信号,生成初始矩阵,然后进行转置生成对应的矩阵。
例如,假设直流输电线路长度为L,v为行波波速,且行波波速单位为km/ms,那么时间偏移步进值为q=0.1/v,时间偏移次数为S=L/v/q=L/0.1,即每次时间偏移步进值为行波传播0.1km所需要的时间,则可得到时间偏移次数应为最大时间偏移值(L/v)再除以时间偏移步进值q。第一方向为右方向,第二方向为左方向。因此,线模电压行波信号每次沿预设数据时间窗的右方向移动q个时间单位,且超出预设数据时间窗的范围的目标线模电压行波信号进行向前补齐操作,当时间偏移了S次时,结束时间偏移。然后提取每次时间偏移的预设数据时间窗内的第一线模电压行波数据作为矩阵的第m列元素生成第一初始矩阵,然后对第一初始矩阵进行转置,生成第一矩阵A。以及,线模电压行波信号每次沿预设数据时间窗每次的左方向移动q个时间单位,且超出预设数据时间窗的范围的目标线模电压行波信号进行向前补齐操作,当时间偏移了S次时,结束时间偏移。然后提取每次时间偏移的预设数据时间窗内的第二线模电压行波数据作为矩阵的第m列元素生成第二初始矩阵,然后对第二初始矩阵进行转置,生成第二矩阵B。
其中,第一矩阵A如下表示:
其中,f(t)为所述高速采集装置采集的离散故障电压行波信号,则,t为原始故障电压行波信号各离散数据点的初始时间,f(t-q)为将原始离散故障电压行波信号沿预设数据时间窗的右方向移动q个时间单位,n为离散故障电压行波信号数据点数,m为原始离散故障电压行波信号沿时间的正方向移动的次数。
其中,第二矩阵B可如下表示:
在本实施例提供的技术方案中,通过根据行波波速确定时间偏移步进值,以及根据行波波速、直流输电线路的总长度和所述时间偏移步进值确定时间偏移次数,然后控制线模电压行波信号按照时间偏移步进值沿预设数据时间窗的第一方向移动,并当移动时间偏移次数时,根据预设数据时间窗内的第一线模电压行波信号生成第一矩阵。以及,控制线模电压行波信号按照时间偏移步进值沿预设数据时间窗的第二方向移动,并当移动时间偏移次数时,根据预设数据时间窗内的第二线模电压行波信号生成第二矩阵,从而实现对首波头线模电压行波信号的推迟模拟和对第二波头线模电压行波信号的提前模拟。
实施例三
参照图3,在实施例三中,基于上述任一实施例,所述步骤S30,包括:
步骤S31:将所述第一矩阵和所述第二矩阵对应元素相乘,获得目标矩阵;
在本实施例中,通过将第一矩阵和第二矩阵对应元素相乘,获得的目标矩阵即为模拟首波头线模电压行波信号和第二波头线模电压行波信号的相遇叠加。目标矩阵的各行的各个元素对应为每次时间偏移预设数据时间窗内的每个首波头线模电压行波信号和第二波头线模电压行波信号的相遇叠加。
目标矩阵C可如下表示:
步骤S32:获取所述目标矩阵各行对应的目标数值,计算各行对应的所述目标数值的和;
步骤S33:基于各行对应的所述目标数值的和,构造所述能量函数。
在本实施例中,通过计算目标矩阵各行的目标数值的和,从而获得每次时间偏移预设数据时间窗内的所有首波头线模电压行波信号和第二波头线模电压行波信号的能量总和。每次时间偏移对应的能量总和构成能量函数。
每次时间偏移预设数据时间窗内的所有首波头线模电压行波信号和第二波头线模电压行波信号的能量总和Sk可如下表示:
能量函数S(t)可如下表示:
在本实施例提供的技术方案中,通过将第一矩阵和第二矩阵对应元素相乘,获得目标矩阵,然后获取目标矩阵各行对应的目标数值,计算各行对应的目标数值的和,基于各行对应的目标数值的和,构造能量函数,从而实现对首波头线模电压行波信号和第二波头线模电压行波信号的能量叠加,以进一步根据直流输电线路故障时,首波头线模电压行波信号和第二波头线模电压行波信号相遇叠加时的能量突变规律,确定故障距离,而无须识别首波头到来时刻,从而提高故障定位的精度。
实施例四
参照图4,在实施例四中,基于上述任一实施例,所述步骤S40,包括:
步骤S41:基于所述时间上限值和所述时间下限值对所述能量函数作定积分,获得所述能量函数对应的能量突变数值;
在本实施例中,通过对能量函数进行定积分计算,并以预设数据时间窗的时间上限值作为定积分的上限值,以预设数据时间窗的下限值作为定积分的下限值,从而确定每次时间偏移首波头线模电压行波信号和第二波头线模电压行波信号相遇叠加时的能量突变数值,该能量突变数值即为每次时间偏移首波头线模电压行波信号和第二波头线模电压行波信号相遇叠加时的最大能量值。
能量突变数值g(x)可如下表示:
其中,t0为预设数据时间窗的时间下限值,t1为预设数据时间窗的时间上限值。
步骤S42:于各个所述能量突变数值中确定满足预设条件的目标能量突变数值;
步骤S43:根据所述目标能量突变数值对应的距离,确定所述直流输电线路的故障距离。
在本实施例中,根据直流输电线路故障时,首波头线模电压行波信号和第二波头线模电压行波信号相遇叠加时的能量突变规律,设置所述预设条件。进而满足预设条件的目标能量突变数值即为直流输电线路故障时,首波头线模电压行波信号和第二波头线模电压行波信号相遇叠加时对应的能量突变分布,进而根据目标能量突变数值的距离,确定故障距离。需要说明的是,目标能量突变数值的距离是指目标能量突变数值反映的故障距离。
可以理解的是,目标能量突变数值反映的故障距离x= (获取满足预设条件的目标能量突变数值所进行的时间偏移次数)*0.1。
现对本发明确定故障距离的原理进行说明。由于在原始电压行波信号中,首波头 电压行波信号到来时刻与第二波头电压行波信号到来时刻相差,xf表示首波头电压 行波信号到第二波头电压行波信号之间的距离。而直流输电线路发生故障后,故障点会产 生行波并向线路两端传播,在波阻抗不连续的点发生折反射,由于行波折反射系数小于1, 因此行波在传播过程中存在能量的衰减,表现为首波头幅值最大,并层层衰减,此时若首波 头和第二波头相遇叠加,所对应的能量突变是最大的。因此本发明通过对两组相同的线模 电压行波数据在预设数据时间窗的时间轴上的移动,虚拟推迟首波头线模电压行波信号到 来时刻,虚拟提前第二波头线模电压行波信号到来时刻,从而实现实际首波头线模电压行 波信号与实际第二波头线模电压行波信号在同时刻出现,此时首波头线模电压行波信号与 第二波头线模电压行波信号相遇叠加,能量突变最大,线模电压行波数据在时间轴移动的 总长度为,反映了实际故障距离。因此,本发明的所述预设条件为能量突变数值中的 最值,表征直流输电线路故障时,首波头线模电压行波信号与第二波头线模电压行波信号 相遇叠加所对应的目标能量突变数值,从而计算故障距离,而无须识别首波头到来时刻,提 高故障定位的精度。
可选地,可通过判断目标能量突变数值是否小于0,若是,则实际故障距离为目标能量突变数值所反映的故障距离。若否,则故障距离为直流输电线路的总长度减去目标能量突变数值所反映的故障距离。
例如,参照图5,图5为本发明涉及的双端柔性直流输电线路仿真模型系统,线路全 线长400km,电压等级为±300kV。设置故障发生在线路90km处,故障类型设置为正极接地永 久性故障,过渡电阻设置为0.01Ω,采样率为1MHz。采用本发明提供的直流输电线路的故障 定位方法,目标能量突变数值预设条件为能量突变数值小于0,获取目标能量突变数值小于 0时所进行的时间偏移次数为899次,即,899=x/0.1,则故障距离x f为目标能量突变数值所 反映的故障位置x=899×0.1=89.9km,即,测距误差仅为100m,大大提高了故障 定位的精度。
在本实施例提供的技术方案中,通过基于时间上限值和时间下限值对能量函数作定积分,获得能量函数对应的能量突变数值,然后于各个能量突变数值中确定满足预设条件的目标能量突变数值,从而根据目标能量突变数值对应的距离,确定直流输电线路的故障距离,而无需识别首波头到来时刻,且利用波头能量的叠加形成的能量突变实现故障定位,不受过渡电阻的影响,对于线路远端高阻故障仍能保证极高的定位精度。
此外,参照图6,图6为本发明涉及的故障定位装置示意图。本发明为实现上述目的,本发明还提供一种故障定位装置,所述故障定位装置包括:
线模电压行波信号获取模块,用于在检测到直流输电线路发生故障时,获取所述直流输电线路的故障电压行波信号,并对所述故障电压行波信号解耦,获取所述故障行波信号对应的线模电压行波信号;
矩阵生成模块,用于控制预设数据时间窗沿所述线模电压行波信号的第一方向进行时间偏移,生成第一矩阵,以及控制所述预设数据时间窗沿所述线模电压行波信号的第二方向进行时间偏移,生成第二矩阵;
能量函数确定模块,用于根据所述第一矩阵和所述第二矩阵,确定所述直流输电线路对应的能量函数;
故障定位模块,用于根据所述能量函数以及所述预设数据时间窗的时间上限值和时间下限值,确定所述直流输电线路的故障距离。
此外,本发明为实现上述目的,本发明还提供一种故障定位设备,所述故障定位设备包括:存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的直流输电线路的故障定位程序,所述直流输电线路的故障定位程序被所述处理器执行时实现如上所述的直流输电线路的故障定位方法的步骤。
此外,本发明为实现上述目的,本发明还提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有直流输电线路的故障定位程序,所述直流输电线路的故障定位程序被处理器执行时实现如上所述的直流输电线路的故障定位方法的步骤。
需要说明的是,在本文中,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到上述 实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通 过硬件,但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术作出贡献的部分可以以软件产品的形式体 现出来,该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中,包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机、电脑)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种直流输电线路的故障定位方法,其特征在于,所述直流输电线路的故障定位方法包括:
在检测到直流输电线路发生故障时,获取所述直流输电线路的故障电压行波信号,并对所述故障电压行波信号解耦,获取所述故障电压行波信号对应的线模电压行波信号;
控制所述线模电压行波信号沿预设数据时间窗的第一方向进行时间偏移,生成第一矩阵,以及控制所述线模电压行波信号沿预设数据时间窗的第二方向进行时间偏移,生成第二矩阵;
根据所述第一矩阵和所述第二矩阵,确定所述直流输电线路对应的能量函数;
根据所述能量函数以及所述预设数据时间窗的时间上限值和时间下限值,确定所述直流输电线路的故障距离;
所述控制所述线模电压行波信号沿预设数据时间窗的第一方向进行时间偏移,生成第一矩阵,以及控制所述线模电压行波信号沿预设数据时间窗的第二方向进行时间偏移,生成第二矩阵的步骤,包括:
根据行波波速确定时间偏移步进值,以及根据所述行波波速、所述直流输电线路的总长度和所述时间偏移步进值确定时间偏移次数;
控制所述线模电压行波信号按照所述时间偏移步进值沿所述预设数据时间窗的所述第一方向移动,并当移动所述时间偏移次数时,根据所述预设数据时间窗内的第一线模电压行波信号生成所述第一矩阵;以及,
控制所述线模电压行波信号按照所述时间偏移步进值沿所述预设数据时间窗的所述第二方向移动,并当移动所述时间偏移次数时,根据所述预设数据时间窗内的第二线模电压行波信号生成所述第二矩阵;
所述控制所述线模电压行波信号按照所述时间偏移步进值沿所述预设数据时间窗的所述第一方向移动,并当移动所述时间偏移次数时,根据所述预设数据时间窗内的第一线模电压行波信号生成所述第一矩阵的步骤,以及所述控制所述线模电压行波信号按照所述时间偏移步进值沿所述预设数据时间窗的所述第二方向移动,并当移动所述时间偏移次数时,根据所述预设数据时间窗内的第二线模电压行波信号生成所述第二矩阵的步骤还包括:
若当前时间偏移存在目标线模电压行波信号超出所述预设数据时间窗的范围,则对所述目标线模电压行波信号进行向前补齐操作,其中,所述向前补齐操作为将所述目标线模电压行波信号填充至所述预设数据时间窗的空余位置;
所述根据所述第一矩阵和所述第二矩阵,确定所述直流输电线路对应的能量函数的步骤,包括:
将所述第一矩阵和所述第二矩阵对应元素相乘,获得目标矩阵;
获取所述目标矩阵各行对应的目标数值,计算各行对应的所述目标数值的和;
基于各行对应的所述目标数值的和,构造所述能量函数;
所述根据所述能量函数以及所述预设数据时间窗的时间上限值和时间下限值,确定所述直流输电线路的故障距离的步骤,包括:
基于所述时间上限值和所述时间下限值对所述能量函数作定积分,获得所述能量函数对应的能量突变数值;
于各个所述能量突变数值中确定满足预设条件的目标能量突变数值;
根据所述目标能量突变数值对应的距离,确定所述直流输电线路的故障距离;
所述在检测到直流输电线路发生故障时,获取所述直流输电线路的故障电压行波信号,并对所述故障电压行波信号解耦,获取所述故障电压行波信号对应的线模电压行波信号的步骤之后,包括:
对所述线模电压行波信号进行差分运算,并对差分运算后的所述线模电压行波信号执行所述控制预设数据时间窗沿所述线模电压行波信号的第一方向进行时间偏移,生成第一矩阵,以及控制所述预设数据时间窗沿所述线模电压行波信号的第二方向进行时间偏移,生成第二矩阵的步骤;
所述在检测到直流输电线路发生故障时,获取所述直流输电线路的故障电压行波信号,并对所述故障电压行波信号解耦,获取所述故障电压行波信号对应的线模电压行波信号的步骤,包括:
根据凯伦贝尔变换公式对所述故障电压行波信号解耦,获得所述故障电压行波信号对应的线模电压行波信号。
2.一种用于实现如权利要求1中所述的直流输电线路的故障定位方法的装置,其特征在于,所述装置包括:
线模电压行波信号获取模块,用于在检测到直流输电线路发生故障时,获取所述直流输电线路的故障电压行波信号,并对所述故障电压行波信号解耦,获取所述故障电压行波信号对应的线模电压行波信号;
矩阵生成模块,用于控制预设数据时间窗沿所述线模电压行波信号的第一方向进行时间偏移,生成第一矩阵,以及控制所述预设数据时间窗沿所述线模电压行波信号的第二方向进行时间偏移,生成第二矩阵;
能量函数确定模块,用于根据所述第一矩阵和所述第二矩阵,确定所述直流输电线路对应的能量函数;
故障定位模块,用于根据所述能量函数以及所述预设数据时间窗的时间上限值和时间下限值,确定所述直流输电线路的故障距离。
3.一种故障定位设备,其特征在于,所述故障定位设备包括:存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的直流输电线路的故障定位程序,所述直流输电线路的故障定位程序被所述处理器执行时实现如权利要求1所述的直流输电线路的故障定位方法的步骤。
4.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有直流输电线路的故障定位程序,所述直流输电线路的故障定位程序被处理器执行时实现如权利要求1所述的直流输电线路的故障定位方法的步骤。
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