一种同塔双回直流线路的混合模量时域故障定位方法
【专利摘要】本发明公开了一种完全同塔双回直流线路的混合模量时域故障定位方法，包括以下步骤：1、利用阻抗矩阵和导纳矩阵构造相模变换矩阵，构建电压解耦矩阵和电流解耦矩阵；2、根据得到的电压解耦矩阵和电流解耦矩阵，对线路两端测得的电压和电流进行解耦变换，求出同塔双回直流输电线路测量端的各模量电压和模量电流，提取线模电压分量和线模电流分量；3、计算线路两端沿线电压分布；4、构造基于混合模量的故障定位判据。本发明具有提高了故障定位精度高，可靠性高，运算量少和易于实现等优点。
【专利说明】一种同塔双回直流线路的混合模量时域故障定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及同塔双回直流输电线路的故障定位方法，具体涉及一种同塔双回直 流线路的混合模量时域故障定位方法。
【背景技术】
[0002] 相对于高压交流输电，高压直流输电具有输送容量大，控制灵活迅速，不存在同步 稳定问题等优势，在远距离大容量电能传输、电网互联、分布式电源接入电网等领域有着广 泛的应用。随着经济的不断发展，土地资源愈加紧张，导致输电网络的建设成本日益增加。 同塔双回直流输电线路由于具有占用输电走廊通道小，建设速度快的特点，能有效缓解上 述矛盾，经济和社会效益显著，因此已经引起了广泛的关注并得到了具体的工程应用。可以 预见，随着我国直流工程建设的推进，同塔双回直流输电技术将会得到越来越多的应用。
[0003] 高压直流输电线路一般比较长，发生故障的几率高。而故障定位是查找和清除故 障的重要依据，在故障发生后，快速准确的故障定位能大大减少巡线人员的工作量，快速恢 复供电，减少经济损失。在直流线路故障定位方法中，时域测距方法由于不依赖于初始行波 波头的准确捕捉，可以在故障后各时间段进行故障定位，因此可以作为行波测距方法的有 效补充。然而，目前对于直流线路的故障定位方法仅仅局限于单回直流线路，并且是基于输 电线路为对称结构这一基本前提。但对于同塔双回直流输电线路而言，由于同时存在线间 耦合和相间耦合，这使得同塔双回直流输电线路的故障电磁耦合特性非常复杂；更值得关 注的是，实际工程中的同塔双回直流线路不采用对称换位措施，即不能把线路简单地作为 平衡线路进行处理。因此，现有的单回直流输电线路的相模变换方法以及故障定位算法不 再适用同塔双回直流线路，亟需针对同塔双回直流输电线路的特点，研究其适用的故障定 位方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于弥补现有同塔双回直流输电线路故障定位技术的空白，提供一 种同塔双回直流线路的混合模量时域故障定位方法，该故障定位方法是基于线路分布参数 模型的同塔双回直流输电线路的故障定位算法，该方法考虑实际工程输电线路不采用对称 换位措施，在时域中进行，所需数据窗短，定位精度高。
[0005] 本发明的目的通过下述技术方案实现：一种同塔双回直流线路的混合模量时域故 障定位方法，包括以下步骤：
[0006] (1)构造解耦矩阵：由于同塔双回输电线路不可视为对称线路，因此需要根据实 际的阻抗矩阵和导纳矩阵构造相模变换矩阵。若分别用IPUN和2P、2N分别代表同塔架设 的I回正极、负极和II回正极、负极线路。根据电力系统电磁暂态理论可以得到同塔双回 的均匀传输线方程：
[0007]
【权利要求】
1. 一种同塔双回直流线路的混合模量时域故障定位方法，其特征在于，包括以下步 骤： 步骤1、利用阻抗矩阵和导纳矩阵构造相模变换矩阵，以构造电压解耦矩阵和电流解耦 矩阵； 步骤2、根据步骤1得到的电压解耦矩阵和电流解耦矩阵，对线路两端测得的电压和电 流进行解耦变换，求出同塔双回直流输电线路测量端的各模量电压和电流瞬时值，以提取 线模电压分量和线模电流分量； 步骤3、计算沿线电压分布，使用线模电压分量和线模电流分量以及线模参数分别从线 路两端计算沿线电压的分布； 步骤4、构造基于混合模量的故障定位判据；根据一定的比例系数合成两个模量电压 分布，利用两个模量的冗余信息，消除由于相模解耦带来的误差。
2. 如权利要求1所述的同塔双回直流线路的混合模量时域故障定位方法，其特征在 于，在步骤1中，所述的相模变换矩阵的构造方法包括以下步骤： 步骤11、分别用1P、1N、2P和2N分别代表同塔架设的I回正极线路、I回负极线路、II 回正极线路和II回负极线路； 步骤12、根据电力系统电磁暂态理论，得到同塔双回的均匀传输线方程：
式中，[UphaJ = [U1P u1N U2p U2Jt 为极线电压列向量；[IphaJ = [i1P iIN i2p i2N]T 为极 线电流列向量；[ZphasJ为线路的阻抗矩阵；[YphasJ为线路的导纳矩阵； 将上式整理得到二阶微分方程：
式中，[UphaJ = [U1P u1N U2p U2Jt 为极线电压列向量；[IphaJ = [i1P i1N i2p i2N]T 为极 线电流列向量；[ZphasJ为线路的阻抗矩阵；[YphasJ为线路的导纳矩阵； 步骤13、根据矩阵特征值理论，把两个矩阵对角化，可知[ZphaJ [YphaJ的特征值矩阵 为[A]，特征向量矩阵[TJ，因此存在下式： [ZphaJ [YphaJ = [TJ [AJtTj-1； 根据[ZphaJ [YphaJ = [[YphaJ [ZphaJ]T，得到以下关系式： [Tv]-1 = [Ti]' 求得波阻抗矩阵为： [幻=[在]-11 J-1M [在:， 即：得到了电压解耦矩阵[Tv]、电流解耦矩阵[Ti]和波阻抗矩阵[Z。]。
3. 如权利要求1所述的同塔双回直流线路的混合模量时域故障定位方法，其特征在 于，在步骤2中，进行所述解耦变换的变换式如下：
其中，e表不地模分量，f、g和h分别表不第一线模分量、第二线模分量和第三线模分 量。
4. 如权利要求1所述的同塔双回直流线路的混合模量时域故障定位方法，其特征在 于，在步骤3中，所述计算沿线电压分布的方法包括以下步骤： 步骤31、采用贝瑞龙参数模型，根据线路两端得到的电气量，并利用下式分别计算两端 模量沿线电压的分布：
其中，i = e，f，g，h为模量标号；ri、Vi和Zcd分别是在i模下的电阻率、波速和特征阻 抗；％ (t)、k⑴分别是在t时刻J端的i模电压、电流；uKi (t)、iKi⑴分别是在t时刻K 端的i模电压、电流；uik (x，t)表示利用J端电气量计算出的、距离J端X处的i模电压，X 是以J端为基准的距离；uik (x，t)表示利用K端电气量计算出的、距离K端X处的i模电压， X是以K端为基准的距离。
5. 如权利要求1所述的同塔双回直流线路的混合模量时域故障定位方法，其特征在 于，在步骤4中，所述构造基于混合模量的故障定位判据包括以下步骤： 步骤41、采用f?模和g模分量进行合成，进而构造故障定位判据如下式：
其中，Uj (X，t)表示利用J端电气量计算出的、距离J端X处f模电压和g模电压的合 成值，X是J端为基准的距离；UK (1-X，t)表示利用K端电气量计算出的、距离K端X处f模 电压和g模电压的合成值，X是以J端为基准的距离；a、0分别为f模电压和g模电压的 比例系数Aft1为所取冗余数据窗的长度； 步骤42、由步骤31中所述分别计算两端沿线电压的分布的公式，得到所提出的算法需 要的数据窗长度为：
【文档编号】G01R31/08GK104345249SQ201410582450
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】李海锋, 丘映丹, 梁远升, 郭履星, 武霁阳, 王钢 申请人:华南理工大学