一种基于故障行波沿线分布特性的链式输电线路单端故障测距有限延拓方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于故障行波沿线分布特性的链式输电线路单端故障测距有限 延拓方法，属于电力系统故障测距技术领域。
【背景技术】
[0002] 故障测距的任务就是当线路的某一点发生故障时，通过线路两端的实测电流、电 压及线路阻抗等参数计算出故障距离。通常，输电线故障测距方法主要有两类，一类是阻抗 法，是直接计算故障阻抗或其百分比的算法；另一类是行波法，利用高频故障暂态电流、电 压的行波等来间接判定故障点的距离。
[0003] 输电线路行波故障测距经历了早期行波故障测距和现代行波故障测距两个阶段。 近年来随着硬件制造水平以及计算机技术的飞速发展，现代行波测距技术在很多方面遇到 的困境都得到了突破，但仍存在一些尚未解决或者急需要改进的问题，这些问题主要有：故 障行波的辨识准确度如何提高，行波波头到达测量端时刻如何准确的捕捉，不同输电线路 及电压等级对应的波速怎样选取，利用其它健全线路含有的故障信息怎样实现广域行波测 距等方面。因此，现代行波故障测距在未来发展之路中还要面对许多技术和原理层面上的 挑战。现提出一种基于故障行波沿线分布特性的链式输电线路单端故障测距有限延拓方 法。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种基于故障行波沿线分布特性的链式输电线 路单端故障测距有限延拓方法，用以解决上述问题。
[0005] 本发明的技术方案是：一种基于故障行波沿线分布特性的链式输电线路单端故障 测距有限延拓方法，首先，由上级线路量测端高速采集装置获取的量测端故障电流行波数 据；其次，利用相邻健全线路电流行波和波阻抗来构造电压行波，并采用构造电压行波和电 流行波以及贝杰龙线路传递方程计算沿线电压和电流；再次，根据方向行波公式计算正向 行波和反向行波，并在两个相继行波分析时窗内，沿最长线路计算测距函数；最后根据测距 函数沿线分布的突变点，得到故障距离。
[0006] 具体步骤为：
[0007] 第一步、读取行波数据：由高速采集装置获得的量测端故障电流行波数据，并截取 故障初始行波到达前ΓΛ2ν)时窗长度和故障初始行波到达后Γ/V时窗长度，即总共 1.51/ν时窗长度的行波数据，其中ΓzmaxCl^l);
[0008] 第二步、利用相邻健全线路电流行波和波阻抗来构造电压行波，BP:
[0009] uM=ikXZc (1)
[0010]式中，uM为量测端电压，i,为最长健全线路量测端电流，Z。为线路波阻抗；
[0011] 第三步、计算方向行波沿线路分布：
[0012] 若本级线路长度h小于下级线路长度1，利用贝杰龙公式计算在行波观测时窗 [t0，tQ+V(2v)]和[tQ+V(2v)，tQ+l/v]内的方向行波沿线分布；
[0013] 若本级线路长度h大于下级线路长度1，利用贝杰龙公式计算在行波观测时窗 [t0，t0+l/(2v)]和[to+VQvhvVv]内的方向行波沿线分布，即：
[0014]
[0016] 式中，下标s表示模量，s= 1，2,uMiS为量测端线模电压，iMiS为量测端线模电流， X为离开量侧端的距离，&单位长度的线模电阻，Z。1；3为线模波阻抗，v3为线模波速度；
[0017] 第四步、计算正向行波与反向行波：
[0018] 正向电压行波为：
[0019] u+XjS= (uXjS+ZCjSiXjS)/2 (4)
[0020] 反向电压行波为：
[0021] uXiS= (uXjS-ZCjSiXjS)/2 (5)
[0022] 式中，u\s为距离量测端x处的正向行波，ux,s为距离量测端为x处的反向行波， uXiS为距离量测端X处的电压行波，iXiS为距离量测端X处的电流行波；
[0023] 第五步、采用式（4)和式（5)提取正向行波和反行波的突变：
[0024] 首先，采用差分运算得到⑴和％⑷；
[0025] ⑷
[0026] (7)
[0027] 为正向行波的差分结果，㈧为反向行波的差分结果，Δt为采样间 隔；
[0028]其次，计算差分结果cdlf在一段时间的能量S2u(x，t)，即：
[0029] (8；
[0030] (9)
[0031] 式中，为正向行波在一段时间内的能量，为反向行波在一段时间 内的能量；
[0032] 第六步、构造测距函数：在[t。，?ο+Γ/(2v)]和[?ο+Γ/(2ν)，?ο+Γ/ν]，Γ= max(I1)，行波分析时窗内，计算测距函数，即：
[0033] = (χ，?)χ&,(χ，，)￡?，，戌[0/] (10)
[0034] 、、为积分上、下限；
[0035] 第七步、确定故障距离：
[0036] 首先计算[t。，tQ+r/(2v)]和[tQ+r/(2v),tQ+r/ν]两个相继时窗内的测距 函数fuI(x)和fu"(x)沿线分布的突变点，并记[Uh+ΓΛ2ν)]时窗内测距函数沿线的 突变点ful(x) = [χ"，χΙ2,……]，[tQ+rA2v)，tQ+r/V]时窗内的测距函数的沿线的突 变点fuii(X) - [xm，χι?2,......];
[0037] 若fuI (x)和fuII (x)存在一对有突变点满足= 1 ;
[0038] 若A的极性为负，则故障距离Μ端X、，
[0039] 若Α的极性为正，则故障距离Μ端X
[0040] 其中，t。为故障初始行波到达时刻。
[0041] 本发明的有益效果是：
[0042] (1)不需要辨识故障点反射波，易于实现单端测距的自动化。
[0043] (2)利用贝杰龙线路模型具有沿线长维度上的高通滤波器作用，使得测距方法更 具鲁棒性和普适性。
【附图说明】
[0044] 图1是本发明实施例1、实施例2、实施例3的输电线路结构图；
[0045] 图2是本发明实施例1中所述的故障条件下量测端电流行波；
[0046] 图3是本发明实施例1中所述的故障条件下测距函数沿线分布，其中（a)为 [t0，tQ+rΛ2ν)]时窗长下测距函数在全长的分布，（b)为[tQ+rA2v)，tQ+l' /V]时窗 长下测距函数在全长的分布；
[0047] 图4是本发明实施例2中所述的故障条件下量测端电流行波；
[0048] 图5是本发明实施例2中所述的故障条件下测距函数沿线分布，其中（a)为 [t0，tQ+rΛ2ν)]时窗长下测距函数在全长的分布，（b)为[tQ+rA2v)，tQ+l' /V]时窗 长下测距函数在全长的分布；
[0049] 图6是本发明实施例2中所述的故障条件下量测端电流行波；
[0050] 图7是本发明实施例3中所述的故障条件下测距函数沿线分布，其中（a)为 [t0，tQ+rΛ2ν)]时窗长下测距函数在全长的分布，（b)为[tQ+rA2v)，tQ+l' /V]时窗 长下测距函数在全长的分布。
【具体实施方式】
[0051] 下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明作进一步说明。
[0052] -种基于故障行波沿线分布特性的链式输电线路单端故障测距有限延拓方法，首 先，由上级线路量测端高速采集装置获取的量测端故障电流行波数据；其次，利用相邻健全 线路电流行波和波阻抗来构造电压行波，并采用构造电压行波和电流行波以及贝杰龙线路 传递方程计算沿线电压和电流；再次，根据方向行波公式计算正向行波和反向行波，并在两 个相继行波分析时窗内，沿最长线路计算测距函数；最后根据测距函数沿线分布的突变点， 得到故障距离。
[0053] 具体步骤为：
[0054] 第一步、读取行波数据：由高速采集装置获得的量测端故障电流行波数据，并截取 故障初始行波到达前ΓΛ2ν)时窗长度和故障初始行波到达后Γ/V时窗长度，即总共 1.51/ν时窗长度的行波数据，其中ΓzmaxCl^l);
[0055] 第二步、利用相邻健全线路电流行波和波阻抗来构造电压行波，BP:
[0056] uM=ikXZc (1)
[0057] 式中，uM为量测端电压，i,为最长健全线路量测端电流，Z。为线路波阻抗；
[0058] 第三步、计算方向行波沿线路分布：
[0059] 若本级线路长度h小于下级线路长度1，利用贝杰龙公式计算在行波观测时窗 [t0，tQ+V(2v)]和[tQ+V(2v)，tQ+l/v]内的方向行波沿线分布；
[0060] 若本级线路长度h大于下级线路长度1，利用贝杰龙公式计算在行波观测时窗 [t0，t0+l/(2v)]和[to+VQvhvVv]内的方向行波沿线分布，即：
[0061]
[0063] 式中，下标s表示模量，s= 1，2,uMiS为量测端线模电压，iMiS为量测端线模电流， X为离开量侧端的距离，&单位长度的线模电阻，Z。1；3为线模波阻抗，v3为线模波速度；
[0064] 第四步、计算正向行波与反向行波：
[0065] 正向电压行波为：
[0066] u+XjS= (uXjS+ZCjSiXjS)/2 (4)
[0067] 反向电压行波为：
[0068] uXiS= (uXjS-ZCjSiXjS)/2 (5)
[0069] 式中，u\s为距离量测端x处的正向行波，ux,s为距离量测端为x处的反向行波， uXiS为距离量测端X处的电压行波，iXiS为距离量测端X处的电流行波；
[0070] 第五步、采用式（4)和式（5)提取正向行波和反行波的突变：
[0071] 首先，采用差分运算得到V.+ (0和V,,-W;
[0072] C65
[0073] (7)
[0074] U)为正向行波的差分结果，％⑴为反向行波的差分结果，Δt