一种基于连续数据窗的直流线路时域故障测距方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及直流输电线路的故障测距方法，具体设及一种基于连续数据窗的直 流线路时域故障测距方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力电子技术、计算机技术和控制技术的发展，直流输电技术日趋成熟。我 国能源资源和负荷需求中屯、分布差异的特点决定了直流输电技术在我国具有广泛的应用。 与交流输电技术相比，直流输电技术具有输电距离长，输送电能容量大，控制灵活迅速等特 点，是解决电力资源优化配置、实现大规模新能源接入电网等问题的重要措施之一。舟山直 流工程标志着我国第一个直流工程的建成，近年来我国进一步加快高压直流/特高压直流 输电工程的发展速度，一大批的直流工程相继投入。可见，在我国未来电网的发展中，直流 输电技术将会得到越来越多的应用。
[0003] 高压直流输电线路是电网的重要组成部分。由于直流输电线路一般比较长，导致 故障发生的概率高。据统计，直流系统中50%是输电线路故障。实现快速准确的故障定位 能大大减少电力工作者的工作量，加快恢复供电的速度，减少经济损失，为交直流互联电网 的安全稳定运行奠定基础。可见，故障定位技术的发展具有显著的社会和经济效益。
[0004] 目前实际工程广泛采用行波原理进行故障定位。行波法定位原理简单，在理论上 不受过渡电阻和系统运行方式的影响，但是行波法在实际工程中仍面对很多问题，如行波 信号的提取，行波波头的准确识别，波速的确定等。近几年，不依赖于波头准确获取的时域 故障分析法受到广泛的关注。在理论上，时域故障分析法能利用故障后的所有暂态数据，数 据采样频率较行波法低，无需增加额外的设备，因此故障分析法具有实用价值，能作为行波 法的有效补充。但是故障分析法需要计算准确的线路参数，当线路参数不准确或者线路的 依频特性明显时，故障定位结果的可靠性和精度会受到影响。由于直流输电系统较为明显 的依频特性，并且现有时域故障分析方法存在基于贝瑞龙参数模型，采用固定的数据窗进 行计算等缺点，使故障定位结果的可靠性和精度得不到保障。因此亟需针对直流输电线路， 充分考虑输电线路的依频特性，利用故障后的暂态数据，研究一种新的适合于直流输电系 统的故障测距方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于弥补现有直流输电线路采用时域故障定位技术的不足，提供一 种基于连续数据窗的直流输电线路的时域故障定位算法，该方法基于分布参数模型，考虑 实际工程输电线路的依频特性W及采用不同数据窗进行故障定位得到结果的波动性，采用 统计学中异常数据处理的方法，定位精度和可靠性高。
[0006] 本发明的目的通过下述技术方案实现；一种基于连续数据窗的直流线路时域故障 测距方法，包括W下步骤：
[0007] (1)构造输电线路解禪矩阵
[000引根据电力系统电磁暂态理论可w得到直流输电线路的均匀传输线方程：
[0009]
【主权项】
1. 一种基于连续数据窗的直流线路时域故障测距方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1、构造输电线路的解耦矩阵； 步骤2、根据步骤1得到的解耦矩阵，对线路两端测得的电压和电流进行解耦变换，求 出双极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、构造基于连续数据窗的故障定位判据；根据故障定位函数，采用数据窗平移得 到多个定位结果，对得到的结果进行基于距离的异常点数据处理，消除由于输电线路频变 特性以及采用固定数据窗带来的误差。
2. 如权利要求1所述的基于连续数据窗的直流线路时域故障测距方法，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P、N分别代表双极直流输电系统的正极线路、负极线路； 步骤12、根据电力系统电磁暂态理论，得到直流输电线路的均匀传输线方程：
式中，[UphasJ = [Up uN]T为极线电压列向量；[iphasJ = [ip iN]T为极线电流列向量； [R]、[L]、[G]和[C]分别为直流输电线路单位长度的电阻、电感、电导和电容； 步骤13、构造输电线路的解耦矩阵，得到了电压、电流解耦矩阵[S]:
式中，是电压、电流解耦矩阵的逆矩阵； 上述解耦矩阵，双极直流输电线路的均匀传输线方程可以写成以下模量的形式：
式中，udP i m分别为模量电压量和模量电流量；t为模量电压对线路距离X的微分； t为模量电流对线路距离X的微分；f "为模量电压对时间t的微分；^为模量电流对时 间t的微分。
3. 如权利要求1所述的基于连续数据窗的直流线路时域故障测距方法，其特征在于， 在步骤2中，进行所述解耦变换的变换式如下：
式中，u(!和i (!分别表不电压的地模分量和电流的地模分量，u JP i汾别为电压的线模 分量和电流的线模分量。
4. 如权利要求1所述的基于连续数据窗的直流线路时域故障测距方法，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：
式中，i = 0, 1为模量标号；IV Vi，Z。#别是在i模下的电阻率，波速，特征阻抗；n = J、 K分别表示直流线路的两端，uni (t)、ini (t)分别是在t时刻η端的i模电压、电流；uin(X，t) 表示利用η端电气量计算出的、距离η端X处的i模电压，X是以η端为基准的距离。
5. 如权利要求1所述的基于连续数据窗的直流线路时域故障测距方法，其特征在于， 在步骤4中，所述构造基于连续数据窗的直流线路故障定位判据包括以下步骤： 步骤41、采用线模分量进行计算，假定装置的采样频率为f，取故障后的一段时间Τ，每 隔t时间取一段冗余数据窗Λ t，依据提出的故障定位算法，在T时间内可以得到（T/t+1) 个故障定位结果，对每一段数据窗构造故障定位判据如下式：
式中，％ (X，t)表示利用J端电气量计算出的、距离J端X处的线模电压，X是J端为基 准的距离；uK(l-x，t)表示利用K端电气量计算出的、距离K端X处的线模电压，X是以J端 为基准的距离Aft 1为所取冗余数据窗的长度； 步骤42、由步骤41中所述得到的定位结果作为集合A中的元素，求出A中的任意两点 Xfp、Xfq间的绝对距离为： d (xfp, xfq) - I xfp-xf(11 , 式中，xfp、xfq表示集合A中的任意两个元素；d(xfp, xfq)表示集合A中任意两个元素的 绝对距离； 步骤43、对于A中的任一点Xfp，给定一个比较小的正数D>0,若点集合A中的任一点Xfq 满足条件：d (xfp, xfq)〈D，则称xfpS X fq的D-邻近点，称所有D-邻近点的集合为X &的D-邻 域，在得到的样本集合中求出临界邻居数目最多的点的集合； 步骤44、在步骤43中得到的临界邻居数目最多的点的集合中，求出该集合元素平均 值； 步骤45、在步骤44中得到的平均值作为故障定位结果。
【专利摘要】本发明公开了一种基于连续数据窗的直流输电线路时域故障测距方法，包括以下步骤：1、构造输电线路解耦矩阵；2、根据得到解耦矩阵，对线路两端测得的电压和电流进行解耦变换，求出双极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、构造基于连续数据窗的故障定位判据。本发明具有充分利用故障暂态精度，定位精度和可靠性高，运算量少和易于实现等优点。
【IPC分类】G01R31-08
【公开号】CN104749488
【申请号】CN201510150587
【发明人】丘映丹, 李海锋, 蔡颖倩, 刘金平, 梁远升
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月31日