一种同塔双回直流线路新型双端故障测距方法
【专利摘要】本发明涉及一种同塔双回直流线路新型双端故障测距方法，属于电力系统继电保护技术领域。当同塔双回直流线路发生接地故障时，首先，分别对量测端M和量测端N获取电压求取故障分量，并采用相模变换求取线模电压分量；其次，应用贝杰龙传输方程和量测端线模电压分量计算沿线电压变化量；再次求量测端M沿线电压行波和量测端N沿线电流电压变化量乘积的三次方，并于观测时窗内进行积分来构造测距函数；结合测距函数的沿线突变规律及故障电压行波的小波变换模极大值点极性来实现故障测距。本发明针对同塔双回直流线路进行故障定位，其原理简单，毋需标定故障行波波波头，且不受故障瞬时性、故障过渡电阻变化等因素的影响，测距结果准确可靠。
【专利说明】
-种同塔双回直流线路新型双端故障测距方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种同塔双回直流线路新型双端故障测距方法，属于电力系统继电保 护技术领域。
【背景技术】
[0002] 直流线路是同塔双回直流输电系统的重要组成部分，其电压等级高，输电距离远， 在输送大容量电能的过程中途经区域环境恶劣，极易引发故障。对直流线路的故障点进行 精确定位技术有助于快速、准确地确定故障位置，减轻巡线盲目性、加速恢复送电。直流线 路故障定位大多采用行波原理。目前的行波测距方法大多是基于故障行波时域特征并于时 间轴上对行波进行观测、刻画和波头标定，W及故障距离的计算。其中，时域单端行波测距 需要在行波波头标定和波头识别的可靠性、测距分析的自动化方面做进一步研究；时域双 端行波测距由于利用故障线路两侧的初始行波波到时差，其初始行波标定可靠性和准确性 易得W保证，且毋需对故障点反射波进行辨识，但双端行波测距对线路两端时钟精确同步 要求较高。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是是克服传统时域行波测距要求故障行波有效辨识和 测距时钟精确同步的局限性，提出一种同塔双回直流线路新型双端故障测距方法。
[0004] 本发明的技术方案是:一种同塔双回直流线路新型双端故障测距方法，当同塔双 回直流线路发生接地故障时，首先，分别对量测端M和量测端N获取电压求取故障分量，并采 用相模变换求取线模电压分量;其次，应用贝杰龙传输方程和量测端线模电压分量计算沿 线电压变化量;再次求量测端M沿线电压行波和量测端N沿线电流电压变化量乘积的=次 方，并于观测时窗内进行积分来构造测距函数;结合测距函数的沿线突变规律及故障电压 行波的小波变换模极大值点极性来实现故障测距。
[0005] 具体步骤为：
[0006] 第一步、当同塔双回直流线路发生接地故障时，在采样率IMHz下，对量测端电压行 波信号进行采样，用量测端所获故障极线电压减去故障前的极线电压得到极线电压故障分 量：
[0007]
CU
[000引式（1)中，下标IP、IN、EP和EN分别表示I回线正极、I回线负极、n回线正极和n 回线负极;下标R的取值为M和N，分别表示整流侧量测端M和逆变侧量测端N;下标I 0 I表示故 障发生前；
[0009] 第二步、对步骤(1)的极线电压突变量作解禪变换，得到极线电压突变模量：
[0010]
(2)
[OOW 式(2)中，S-1为电压解禪矩阵;U'R,日(t)为零模电压;U'R,l(t)、U'R,2(tWu'R,3(t^ 解禪变换得到的=个线模电压；
[0012]第=步、选取步骤(2)得到的线模分量电压，并利用式(3)计算同塔双回直流线路 的沿线电压行波：
(63)
[0014] 式(3)中，下标S表示线模分量，取S = I，2,或3;下标R表示整流侧量测端M或逆变侧 量巧觸N，取R=M或N;rs，Zc,s，Vs分别为s模行波的电阻、波阻抗和波速;x为距量测端的距离； UR(x，A t)是t时刻距离R端X处的S模沿线电压行波；
[0015] 第四步、将步骤(3)得到的整流侧和逆变侧S模沿线电压行波相乘并求其=次方， 最后于时窗长度1/Vs进行积分来构造测距函数：
[0016]
(：4>
[0017]式(4)中，L为故障极线的长度;to为故障初始行波到达量测端R的时刻；
[0018]第五步、故障位置的获取：
[0019] 对突变点解集X=[X1，X2,……Xn]中，寻找对应距离之和等于故障线长的两个突变 点，即满足判据：
[0020]
巧）
[0021] 满足式(6)的X和/均含有故障位置的信息；
[0022] 对整流侧量测端R所获故障电压行波进行小波变换，并求取小波变换模极大值，根 据X对应的故障位置确定第2个故障行波；
[0023] 若第二个模极大值点的极性与第一个模极大值点的极性相反，则判断故障点位于 半线长之内，且故障距离离开量测端M:x;
[0024] 若第二个模极大值点的极性与第一个模极大值点的极性相同，则判断故障点位于 半线长之外，且故障距离离开量测端M:
[0025] 本发明的有益效果是:针对同塔双回直流线路进行故障定位，其原理简单，毋需标 定故障行波波波头，且不受故障瞬时性、故障过渡电阻变化等因素的影响，测距结果准确可 靠。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明实施例1、实施例2的同塔双回直流线路结构图；
[0027] 图2是本发明实施例1半线长之内故障下量测端M电压行波故障分量；
[0028] 图3是本发明实施例1半线长之内故障下量测端N电压行波故障分量；
[0029] 图4是本发明实施例1半线长之内故障下量测端M电压行波模分量；
[0030] 图5是本发明实施例1半线长之内故障下量测端N电压行波模分量；
[0031] 图6是本发明实施例伴线长之内测距函数fu(x)的突变分布结果；
[0032] 图7是本发明实施例1半线长之内故障电压行波小波变换模极大值结果；
[0033] 图8是本发明实施例2半线长之外故障下量测端M电压行波故障分量；
[0034] 图9是本发明实施例2半线长之外故障下量测端N电压行波故障分量；
[0035] 图10是本发明实施例2半线长之外故障下量测端M电压行波突变模量；
[0036] 图11是本发明实施例2半线长之外故障下量测端N电压行波模分量；
[0037] 图12是本发明实施例2半线长之外测距函数fu(x)的突变分布结果；
[0038] 图13是本发明实施例2半线长之外故障电压行波小波变换模极大值结果。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明作进一步说明。
[0040] :-种同塔双回直流线路新型双端故障测距方法，当同塔双回直流线路发生接地 故障时，首先，分别对量测端M和量测端N获取电压求取故障分量，并采用相模变换求取线模 电压分量;其次，应用贝杰龙传输方程和量测端线模电压分量计算沿线电压变化量;再次求 量测端M沿线电压行波和量测端N沿线电流电压变化量乘积的=次方，并于观测时窗内进行 积分来构造测距函数;结合测距函数的沿线突变规律及故障电压行波的小波变换模极大值 点极性来实现故障测距。
[0041] 具体步骤为：
[0042] 第一步、当同塔双回直流线路发生接地故障时，在采样率IMHz下，对量测端电压行 波信号进行采样，用量测端所获故障极线电压减去故障前的极线电压得到极线电压故障分 量：
[0043]
(1)
[0044] 式（1)中，下标ip、iN、EP和EN分别表示I回线正极、I回线负极、n回线正极和n 回线负极;下标R的取值为M和N，分别表示整流侧量测端M和逆变侧量测端N;下标I 0 I表示故 障发生前；
[0045] 第二步、对步骤(1)的极线电压突变量作解禪变换，得到极线电压突变模量：
[0046]
(2)
[0047] 式(2)中，S-I为电压解禪矩阵;U'R,日(t)为零模电压;U'R,l(t)、U'R,2(t)和U'R,3(t)为 解禪变换得到的=个线模电压；
[0048] 第=步、选取步骤(2)得到的线模分量电压，并利用式(3)计算同塔双回直流线路 的沿线电压行波：
[0049]
(S)
[0050] 式(3)中，下标S表示线模分量，取S = 1，2，或3;下标R表示整流侧量测端M或逆变侧 量巧觸N，取R=M或N;rs，Zc,s，Vs分别为s模行波的电阻、波阻抗和波速;x为距量测端的距离； UR(x，A t)是t时刻距离R端X处的S模沿线电压行波；
[0051] 第四步、将步骤(3)得到的整流侧和逆变侧S模沿线电压行波相乘并求其=次方， 最后于时窗长度1/Vs进行积分来构造测距函数：
[0化2]
(4)
[0053] 式(4)中，L为故障极线的长度;to为故障初始行波到达量测端R的时刻；
[0054] 第五步、故障位置的获取：
[005引对突变点解集X= [XI，X2，……Xn]中，寻找对应距离之和等于故障线长的两个突变 点，即满足判据：
[0056] x+x*=l X,X*G [xi,X2,......Xn]巧）
[0057] 满足式(6)的X和/均含有故障位置的信息；
[0058] 对整流侧量测端R所获故障电压行波进行小波变换，并求取小波变换模极大值，根 据X对应的故障位置确定第2个故障行波；
[0059] 若第二个模极大值点的极性与第一个模极大值点的极性相反，则判断故障点位于 半线长之内，且故障距离离开量测端M:x;
[0060] 若第二个模极大值点的极性与第一个模极大值点的极性相同，则判断故障点位于 半线长之外，且故障距离离开量测端M:
[0061] 实施例1:采用如图1所示的±500kV同塔双回直流输电系统。线路全长为1286虹1， 采用四分裂导线，线路两侧装有0.3H的平波电抗器，每极单12脉动阀组接线，额定输送功率 为6400MW，额定电流为3200A。采样率设为1M。假设整流侧和逆变侧的电气量均可测，若I回 线正极IP的半线长之内距离整流侧量测端M600km处发生金属性接地故障。
[0062] 根据步骤一，得到整流侧量测端M和N的各极线电压故障分量波形，分别如图2和图 3所示;根据步骤二，采用式(2)对量测端M和量测端N的极线电压突变量进行电压解禪变换， 得到量测端M的电压线模分量，分别如图4和图5所示;根据步骤=，采用式(3)计算沿线电压 变化量;根据步骤四，采用式(4)构造测距函数fu(x)，其沿线能量分布结果如图6所示。由图 6可知，测距函数沿线的突变点解集X= [599 686 1196];根据步骤五，得到X1+X2 = 1，可知突 变点Xl和X2含有故障位置的信息。对量测端M的故障电压行波进行小波变换模极大值分析， 如图7所示，根据xi = 599,得到第二个模极大值点的极性与第一个模极大值点的极性相反， 故判断故障发生在半线长内，且故障距离开量测端M599km。
[0063] 实施例2:采用如图1所示的±500kV同塔双回直流输电系统。线路全长为1286km， 采用四分裂导线，线路两侧装有0.3H的平波电抗器，每极单12脉动阀组接线，额定输送功率 为6400MW，额定电流为3200A。采样率设为1M。假设整流侧和逆变侧的电气量均可测，若I回 线正极IP的半线长之外距离整流侧量测端M，900km处发生金属性接地故障。
[0064] 根据步骤一，得到整流侧量测端M和N的各极线电压故障分量波形，分别如图8和图 9所示;根据步骤二，采用式(2)对量测端M和量测端N的极线电压突变量进行电压解禪变换， 得到量测端M的电压线模分量，分别如图10和图11所示;根据步骤=，采用式(3)计算沿线电 压变化量;根据步骤四，采用式(4)构造测距函数fu(x)，其沿线能量分布结果如图12所示。 由图12可知，测距函数沿线的突变点解集x=[386 769 900];根据步骤五，得到xi+X2=l，可 知突变点Xl和X3含有故障位置的信息。对量测端M的故障电压行波进行小波变换模极大值分 析，如图13所示，根据xi = 386,得到第二个模极大值点的极性与第一个模极大值点的极性 相同，故判断故障发生在半线长外，且故障距离开量测端M:^xi = 900km。
[0065] W上结合附图对本发明的【具体实施方式】作了详细说明，但是本发明并不限于上述 实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可W在不脱离本发明宗旨的前 提下作出各种变化。
【主权项】
1. 一种同塔双回直流线路新型双端故障测距方法，其特征在于：当同塔双回直流线路 发生接地故障时，首先，分别对量测端M和量测端N获取电压求取故障分量，并采用相模变换 求取线模电压分量;其次，应用贝杰龙传输方程和量测端线模电压分量计算沿线电压变化 量;再次求量测端M沿线电压行波和量测端N沿线电流电压变化量乘积的三次方，并于观测 时窗内进行积分来构造测距函数;结合测距函数的沿线突变规律及故障电压行波的小波变 换模极大值点极性来实现故障测距。2. 根据权利要求1所述的同塔双回直流线路新型双端故障测距方法，其特征在于具体 步骤为： 第一步、当同塔双回直流线路发生接地故障时，在采样率IMHz下，对量测端电压行波信 号进行采样，用量测端所获故障极线电压减去故障前的极线电压得到极线电压故障分量：⑴ 式（1)中，下标ΙΡ、ΙΝ、ΠΡ和ΠΝ分别表示I回线正极、I回线负极、Π 回线正极和Π 回线 负极;下标R的取值为M和N，分别表示整流侧量测端M和逆变侧量测端N;下标I O I表示故障发 生前； 第二步、对步骤(1)的极线电压突变量作解耦变换，得到极线电压突变模量：(2) 式(2)中，S 1为电压解親矩阵;Y R,Q(t)为零模电压;Y R,l(t)、l/ R,2(t)和Y R,3(t)为解親 变换得到的三个线模电压； 第三步、选取步骤(2)得到的线模分量电压，并利用式(3)计算同塔双回直流线路的沿 线电压行波：(3) 式(3)中，下标S表示线模分量，取S = 1，2，或3;下标R表示整流侧量测端M或逆变侧量测 端N，取R = M或1^，2。,8，^分别为4莫行波的电阻、波阻抗和波速^为距量测端的距离;1^ (X，At)是t时刻距离R端X处的s模沿线电压行波； 第四步、将步骤(3)得到的整流侧和逆变侧s模沿线电压行波相乘并求其三次方，最后 于时窗柃麼1 /v。讲杆葙分杏抝诰测昍函_；: (4) 式(4)中，L为故障极线的长度;to为故障初始行波到达量测端R的时刻； 第五步、故障位置的获取： 对突变点解集X= [XI，X2,......Xn]中，寻找对应距离之和等于故障线长的两个突变点， 即满足判据： X+X*=l X,X*e [χι,Χ2,......Xn] (5) 满足式(6)的X和，均含有故障位置的信息； 对整流侧量测端R所获故障电压行波进行小波变换，并求取小波变换模极大值，根据X 对应的故障位置确定第2个故障行波； 若第二个模极大值点的极性与第一个模极大值点的极性相反，则判断故障点位于半线 长之内，且故障距离离开量测端Μ:χ; 若第二个模极大值点的极性与第一个模极大值点的极性相同，则判断故障点位于半线 长之外，且故障距离离开量测端M: 1-χ。
【文档编号】G01R31/08GK106019079SQ201610332726
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】田鑫萃, 束洪春
【申请人】昆明理工大学