专利名称：一种利用六相系统新相模变换的耦合双回线故障测距方法
技术领域：
本发明涉及一种利用六相系统新相模变换的耦合双回线故障测距方法，属电力系统继电保护技术领域。
背景技术：
同塔双回线路共用杆塔，所需出线走廊窄，具有建设速度快，输送能力强，节省投资等优势，能够很好地满足现代电力系统对供电可靠性和大容量输电的要求，所以在国内外电力系统中的应用日益广泛。但同杆双回线同用一个杆塔，不仅相间存在互感，而且线间也存在互感，现在的解耦方法如六序分量法等并不能反应双回线所有的故障类型，有时候需要双模量才能反映某一种故障类型。
比较经典的三相系统的相模变换有对称分量变换、Clarke变换、Karenbauer变换等。其中，对称分量变换中含有复数因子，计算起来较复杂，适用于工频稳态下的相模变换，Clarke变换和Karenbauer变换等变换矩阵中元素全为实数，适用于频域分析同时也适用于时域分析，但研究发现Clarke和Karenbauer变换在故障分析时必须使用双模量或与选相配合，使计算量大大的增加。本发明在分析现有的相模变换矩阵的不足的基础上，构造出了一种新的相模变换矩阵，新相模变换能用单一模量就能反映三相系统中所有的故障类型。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术不足，发明一种依据三相系统和同塔双回线系统之间的关系，导出用单一模量反映所有双回线故障的相模变换矩阵，并用此相模变换矩阵将双回线解耦六个独立的模量，在单一模量下，利用电弧电压、电流的转移特性来，完成双耦合回线故障定位测距的方法。
本发明利用六相系统新相模变换的耦合双回线故障测距方法是这样完成的 采集包括双回线始端六相电流、电压量，依据在三相系统中能用单一模量反映所有故障类型的相模变换矩阵M，推导出耦合双回线的相模变换矩阵S，在某一模量下，在时域中计算出故障点的电压、电流值，依据电弧的转移特性利用最小二乘法计算获得的x为最终的故障距离，最终将获得的故障距离信息通过输出端口，输送到显示器。
耦合双回线故障测距完成步骤是 1)、采集包括双回线始端六相电流、电压量； 2)、根据耦合双回线的相模变换矩阵S，将六相系统的始端电压、电流量解耦成相互独立的电压、电流模量， 其中传播系数表示为 模特征阻抗表示为 3)、在任一模量下，已知始端的电压、电流值，根据式(a)可以求出故障点的电压时域表达式为 4)、同理，在任一模量下，根据式(b)可以求出故障点的电压时域表达式为 iFj(t)＝iMFj(t)+iNFj(t) (b) 式中
5)、求出任一模量下故障点的电压和电流后，利用相模反变换得到故障点的相电压和相电流，并将其离散化得到uF(n)、IF(n)； 6)、利用某一模量下故障线路，当处于电弧转移特性的AB段或CD段时，与之对应的时段内uarc(t)及R可保持不变，则过渡电阻R及uarc(n)可用电压电流采样值表示为 uarc(n)＝uAF(n)-RiAF(n) (d) 考虑到偶然误差对测量精度的影响，本发明利用最小二乘法来减少误差，求取多个R，并以各个R的均方差Er的平方最小为目标时求得的x为最终的故障距离； 式中N为求取Rj的个数； 7)将获得的信息通过输出端口，输送到显示器。
本发明与现有技术相比，具有如下优点 1、能用单一模量反映所有的双回线故障类型，不需要与故障选相等配合 2、故障测距算法在时域中进行，所需要的时间窗小。
本发明具有如下几个特点算法在时域中进行，所需的时间窗短，不需要滤波等环节；用最小二乘法来提高测距精度，且测距的精度不受过渡电阻、故障类型及对端系统阻抗变化的影响，大量的电磁暂态仿真结果表明该算法具有很高的精度。
图1本发明双回线示意图。
图2本发明电弧转移特性及等效模型。
图3本发明某一模量下故障线路。
图4本发明故障测距流程图。
具体实施例方式 一、利用单回线与耦合双回线阻抗矩阵关系推导出新相模变换矩阵 对于同塔双回线，其系统线路图如图1所示图中Zs为每回线的自阻抗，Zm为每回线各相之间的互阻抗，Zm′为两回线之间各相间的互阻抗 其电压、电流关系为 [UmnI、II]＝[Z′][ImnI、II] (1) 其中 令式(2)中 则有 令 令式(4)、(5)形成如下形式 [A]＝[A0]|[A1](6) 易得 其中 从式(10)可以看出，ZH已经实现了对角化，对于ZG，可以很容易的把它变成对角阵，其模变换矩阵P为 至此，若已知单回线[ZG]和[ZH]的模变换矩阵即可推导出耦合双回线Z′的模变换矩阵[S] 则有 至此，根据在三相系统中能用单一模量反映所有故障类型的相模变换矩阵M 推导出耦合双回线的相模变换矩阵S 本发明以300km，500kV双电源系统对线路发生各种单回线故障和跨线故障进行仿真验证，具体的参数如表1所示 表1 300km，500kV双电源系统参数 二、测距算法具体步骤如下 a、采集包括双回线始端六相电流、电压量，根据耦合双回线的相模变换矩阵S，将六相系统的始端电压、电流量解耦成相互独立的电压、电流模量， b、在任一模量下，已知始端的电压、电流值，根据式(a)可以求出故障点的电压时域表达式为 c、同理，在任一模量下，根据式(b)可以求出故障点的电压时域表达式为 iFj(t)＝iMFj(t)+iNFj(t) (b) 式中
d、求出任一模量下故障点的电压和电流后，利用相模反变换得到故障点的相电压和相电流，并将其离散化得到uF(n)、IF(n)； e、利用某一模量下故障线路，当处于电弧转移特性的AB段或CD段时，与之对应的时段内uarc(t)及R可保持不变，则过渡电阻R及uarc(n)可用电压电流采样值表示为 uarc(n)＝uAF(n)-RiAF(n) (d) 考虑到偶然误差对测量精度的影响，本发明利用最小二乘法来减少误差，求取多个R，并以各个R的均方差Er的平方最小为目标时求得的x为最终的故障距离； 式中N为求取Rj的个数； f、将获得的信息通过输出端口，输送到显示器。
三、仿真结果分析 利用上述方法，在电磁暂态程序中进行了各种故障类型和不同过渡电阻的仿真，部分结果见表2和表3 表2 IAIIBCG故障时不同接地电阻的仿真结果
表3 当对端系统阻抗变化IA故障时的仿真结果
从表1可以看出，对于IAIIBCG故障时不同的接地电阻，该算法的测距最大绝对误差为0.8533km，能满足超高压线路对测距精度的要求；从表2中可以看出，对端系统阻抗的变化对本算法的测距精度没有影响，从上面的测距结果可以看出该测距法对于双回线测距是有效的。
权利要求
1、一种利用六相系统新相模变换的耦合双回线故障测距方法，其特征在于采集包括双回线始端六相电流、电压量，依据在三相系统中能用单一模量反映所有故障类型的相模变换矩阵M，推导出耦合双回线的相模变换矩阵S，在某一模量下，在时域中计算出故障点的电压、电流值，依据电弧的转移特性利用最小二乘法计算获得的x为最终的故障距离，最终将获得的故障距离信息通过输出端口，输送到显示器。
2、根据权利要求1所述的利用六相系统新相模变换的耦合双回线故障测距方法，其特征在于耦合双回线故障测距完成步骤是
1)、采集包括双回线始端六相电流、电压量；
2)、根据耦合双回线的相模变换矩阵S，将六相系统的始端电压、电流量解耦成相互独立的电压、电流模量，
其中传播系数表示为
模特征阻抗表示为
3)、在任一模量下，已知始端的电压、电流值，根据式(a)可以求出故障点的电压时域表达式为
4)、同理，在任一模量下，根据式(b)可以求出故障点的电压时域表达式为
iFj(t)＝iMFj(t)+iNFj(t) (b)
式中
5)、求出任一模量下故障点的电压和电流后，利用相模反变换得到故障点的相电压和相电流，并将其离散化得到uF(n)、IF(n)；
6)、利用某一模量下故障线路，当处于电弧转移特性的AB段或CD段时，与之对应的时段内uarc(t)及R可保持不变，则过渡电阻R及uarc(n)可用电压电流采样值表示为
uarc(n)＝uAF(n)-RiAF(n)(d)
考虑到偶然误差对测量精度的影响，本发明利用最小二乘法来减少误差，求取多个R，并以各个R的均方差Er的平方最小为目标时求得的x为最终的故障距离；
式中N为求取Rj的个数；
7)将获得的信息通过输出端口，输送到显示器。
全文摘要
一种利用六相系统新相模变换的耦合双回线故障测距方法，属电力系统继电保护技术领域。本方法是根据普通三相系统和同塔双回线系统的阻抗矩阵关系，从能用单一模量反映所有普通三相系统故障的新相模变换矩阵出发，推导出适用于双回线的相模变换矩阵。提出了一种基于新模量变换的双回线故障定位时域算法。该算法利用在某一模量下电弧电压、电流的转移特性来构造测距判据。它具有如下几个特点算法在时域中进行，所需的时间窗短，不需要滤波等环节；用最小二乘法来提高测距精度，且测距的精度不受过渡电阻、故障类型及对端系统阻抗变化的影响，大量的电磁暂态仿真结果表明该算法具有很高的精度。
文档编号G01R31/08GK101252275SQ20081005826
公开日2008年8月27日 申请日期2008年4月8日 优先权日2008年4月8日
发明者束洪春, 刘振松, 俊 董, 孙士云, 刘可真, 岚 唐, 刘志坚, 孙向飞, 毅 杨, 勇 常, 单节杉, 刘永泰 申请人:昆明理工大学