电力电子装置扰动下的主动式配电网行波故障定位方法与流程

1.本发明涉及配电网继电保护技术领域，具体是一种电力电子装置扰动下的主动式配电网行波故障定位方法。


背景技术：

2.多分支、复杂拓扑结构下的配电网一旦出现故障，运维人员很难及时判定故障发生位置，影响到现场运维人员开展故障排除与供电恢复进程，导致供电可靠性水平下降。因此，可靠准确的故障定位技术对于配电网自愈至关重要。
3.行波故障定位方法借助故障产生的高频暂态行波波头到达行波传感器的时间差实现故障定位，定位精度高，已广泛应用于高压输电网中。由于配电线路分支多、拓扑结构复杂，配电线路中架空线路和电缆线路长度参数缺失或存在较大误差，故障线模行波在配电线路中传输中将发生多次折反射，仅依靠故障产生的行波到达配电线路起始端节点和末端节点到达时刻差实现的故障定位结果将出现非常大的偏差。因此，必须依靠新的输入信号，对配电线路故障行波定位进行校正，提高配电网行波故障定位精度。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种电力电子装置扰动下的主动式配电网行波故障定位方法。
5.为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
6.一种电力电子装置扰动下的主动式配电网行波故障定位方法，包括以下步骤：
7.步骤a、利用变电站接地变压器处可控消弧线圈或母线处可控电容补偿器中的电力电子装置，产生主动扰动式下的行波波形，记录配电线路起始端节点和末端节点处的行波波形；
8.步骤b、利用分支线路末端配电变压器处可控电容补偿器中的电力电子装置，产生主动扰动式下的行波波形，记录配电线路起始端节点和末端节点处的行波波形；
9.步骤c、根据步骤a和步骤b中得到的配电线路起始端节点和末端节点处行波波形，提取行波波头到达到达时刻，推算出配电线路各区段参数；
10.步骤d、一旦发生故障，则通过配电线路起始端节点和末端节点记录的行波波头到达时刻，以及步骤c得到的配电线路各区段参数，实现故障定位。
11.步骤a中，所述利用变电站接地变压器处可控消弧线圈或母线处可控电容补偿器中的电力电子装置，产生主动扰动式下的行波波形，记录配电线路起始端节点和末端节点处的行波波形，具体如下：
12.步骤a1-1、调节变电站接地变压器处可控消弧线圈或母线处可控电容补偿器中的电子电子装置，改变变电站处的等效电抗；
13.步骤a1-2、记录配电线路起始端节点的行波波形，对该行波波形进行微分求导，利用导数最大值获取起始端节点行波波形在第一个突变点时刻t
1,1
；
14.步骤a1-3、记录配电线路末端节点的行波波形，对该行波波形进行微分求导，利用导数最大值获取末端节点行波波形在第一个突变点时刻t
2,1
。
15.步骤b、利用分支线路末端配电变压器处可控电容补偿器中的电力电子装置，产生主动扰动式下的行波波形，记录配电线路起始端节点和末端节点处的行波波形，具体如下；
16.步骤b1-1、利用分支线路pm末端配电变压器处可控电容补偿器中的电力电子装置，改变分支线路末端变电站处的等效电抗，分支线路pm为连接至配电线路起始端节点至末端节点线路上的节点m的分支线路；
17.步骤b1-2、记录配电线路起始端节点的行波波形，对该行波波形进行微分求导，利用导数最大值获取起始端节点行波波形在第一个突变点对应时刻
18.步骤b1-3、记录配电线路末端节点的行波波形，对该行波波形进行微分求导，利用导数最大值获取末端节点行波波形在第一个突变点对应时刻
19.步骤b1-4、重复b1-1到b1-3，直至获取所有分支线路末端扰动产生行波到达配电线路起始端节点和末端节点的时刻。
20.步骤c、根据步骤a和步骤b中得到的配电线路起始端节点和末端节点处行波波形，提取行波波头到达时刻，推算出配电线路各区段参数，具体如下：
21.步骤c1-1、按分支节点、架空—电缆连接点等将配电线路进行区段划分，从配电线路起始端节点至末端节点，划分为n个区段，第i个区段的长度为li，类型为xi，xi＝0代表架空线路，xi＝1代表电缆线路，第i个区段的起始节点编号为i-1，其末端节点为i；
22.步骤c1-2、根据步骤a1-2和步骤a1-3的结果，得到配电线路起始端节点至末端节点的实际长度满足下式：
[0023][0024]
式中：va代表故障行波在架空线路中的波速，vb代表故障行波在电缆线路中的波速；
[0025]
步骤c1-3、根据步骤b1-2和步骤b1-3的结果，得到配电线路起始端节点至末端节点的各区段参数满足下式：
[0026][0027]
式中：r
l
为分支线路接入节点的集合；
[0028]
步骤c1-4、联立求解公式(1)以及根据不同配电线路分支线路末端扰动建立的公式(2)，求解得出配电线路区段参数。
[0029]
步骤d、一旦发生故障，则通过配电线路起始端节点和末端节点记录的行波波头到达时刻，以及步骤c得到的配电线路各区段参数，实现故障定位，具体如下：
[0030]
步骤d1-1、记录配电线路起始端节点获取的故障暂态行波波形，对该行波波形进行微分求导，利用导数最大值获取起始端节点行波波形在第一个突变点对应时刻t
1,f
；
[0031]
步骤d1-2、记录配电线路末端节点获取的故障暂态行波波形，对该行波波形进行微分求导，利用导数最大值获取末端节点行波波形在第一个突变点对应时刻t
2,f
；
[0032]
步骤d1-3、开展配电线路故障行波区段定位，故障区段k由满足下式条件来确定，实际应用中逐区段进行搜索确定：
[0033][0034]
步骤d1-4、在确定故障区段k的基础上，定位故障位置为距离故障区段k的起始节点编号为i-1的距离l
fk
为：
[0035][0036]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0037]
本发明利用利用变电站接地变压器处可控消弧线圈或母线处可控电容补偿器中的电力电子装置以及分支线路末端配电变压器处可控电容补偿器中的电力电子装置，产生主动扰动式下的行波波形，记录配电线路起始端节点和末端节点处的行波波形来确定配电线路各区段的实际参数，据此实现配电线路故障行波高精度定位，避免了配电线路参数缺失或误差对故障定位的影响。
附图说明
[0038]
图1为本发明实施例提供的一种电力电子装置扰动下的主动式配电网行波故障定位方法的流程图；
[0039]
图2为本发明实施例某典型配电线路拓扑图。
具体实施方式
[0040]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]
请参阅图1及图2，本发明实施例提供一种电力电子装置扰动下的主动式配电网行波故障定位方法，包括以下步骤：
[0042]
步骤a、利用变电站接地变压器处可控消弧线圈或母线处可控电容补偿器中的电力电子装置，产生主动扰动式下的行波波形，记录配电线路起始端节点和末端节点处的行波波形；
[0043]
步骤b、利用分支线路末端配电变压器处可控电容补偿器中的电力电子装置，产生主动扰动式下的行波波形，记录配电线路起始端节点和末端节点处的行波波形；
[0044]
步骤c、根据步骤a和步骤b中得到的配电线路起始端节点和末端节点处行波波形，提取行波波头到达时刻，推算出配电线路各区段参数。
[0045]
步骤d、一旦发生故障，则通过配电线路起始端节点和末端节点记录的行波波头到达时刻，以及步骤c得到的配电线路各区段参数，实现故障定位。
[0046]
步骤a中，所述利用变电站接地变压器处可控消弧线圈或母线处可控电容补偿器中的电力电子装置，产生主动扰动式下的行波波形，记录配电线路起始端节点和末端节点
处的行波波形，具体如下：
[0047]
步骤a1-1、调节变电站接地变压器处可控消弧线圈或母线处可控电容补偿器中的电子电子装置，改变变电站处的等效电抗。
[0048]
步骤a1-2、记录配电线路起始端节点的行波波形，对该行波波形进行微分求导，利用导数最大值获取起始端节点行波波形在第一个突变点时刻t
1,1
。
[0049]
步骤a1-3、记录配电线路末端节点的行波波形，对该行波波形进行微分求导，利用导数最大值获取末端节点行波波形在第一个突变点时刻t
2,1
。
[0050]
步骤b、利用分支线路末端配电变压器处可控电容补偿器中的电力电子装置，产生主动扰动式下的行波波形，记录配电线路起始端节点和末端节点处的行波波形，具体如下；
[0051]
步骤b1-1、利用分支线路pm末端配电变压器处可控电容补偿器中的电力电子装置，改变分支线路末端变电站处的等效电抗，分支线路pm为连接至配电线路起始端节点至末端节点线路上的节点m的分支线路。
[0052]
步骤b1-2、记录配电线路起始端节点的行波波形，对该行波波形进行微分求导，利用导数最大值获取起始端节点行波波形在第一个突变点对应时刻
[0053]
步骤b1-3、记录配电线路末端节点的行波波形，对该行波波形进行微分求导，利用导数最大值获取末端节点行波波形在第一个突变点对应时刻
[0054]
步骤b1-4、重复b1-1到b1-3，直至获取所有分支线路末端扰动产生行波到达配电线路起始端节点和末端节点的时刻。
[0055]
步骤c、根据步骤a和步骤b中得到的配电线路起始端节点和末端节点处行波波形，提取行波波头到达到达时刻，推算出配电线路各区段参数，具体如下：
[0056]
步骤c1-1、按分支节点、架空—电缆连接点等将配电线路进行区段划分，从配电线路起始端节点至末端节点，划分为n个区段。第i个区段的长度为li，类型为xi，xi＝0代表架空线路，xi＝1代表电缆线路，第i个区段的起始节点编号为i-1，其末端节点为i。
[0057]
步骤c1-2、根据步骤a1-2和步骤a1-3的结果，得到配电线路起始端节点至末端节点的实际长度满足下式：
[0058][0059]
式中：va代表故障行波在架空线路中的波速，vb代表故障行波在电缆线路中的波速。
[0060]
步骤c1-3、根据步骤b1-2和步骤b1-3的结果，得到配电线路起始端节点至末端节点的各区段参数满足下式：
[0061][0062]
式中：r
l
为分支线路接入节点的集合。
[0063]
步骤c1-4、联立求解公式(1)以及根据不同配电线路分支线路末端扰动建立的公式(2)，求解得出配电线路区段电缆和架空线路的长度参数。
[0064]
步骤d、一旦发生故障，则通过配电线路起始端节点和末端节点记录的行波波头到达时刻，以及步骤c得到的配电线路各区段电缆和架空线路的长度参数，实现故障定位，具体如下：
[0065]
步骤d1-1、记录配电线路起始端节点获取的故障暂态行波波形，对该行波波形进行微分求导，利用导数最大值获取起始端节点行波波形在第一个突变点对应时刻t
1,f
。
[0066]
步骤d1-2、记录配电线路末端节点获取的故障暂态行波波形，对该行波波形进行微分求导，利用导数最大值获取末端节点行波波形在第一个突变点对应时刻t
2,f
。
[0067]
步骤d1-3、开展配电线路故障行波区段定位，故障区段k由满足下式条件来确定，实际应用中可逐区段进行搜索确定：
[0068][0069]
步骤d1-4、在确定故障区段k的基础上，定位故障位置为距离故障区段k的起始节点编号为i-1的距离l
fk
为：
[0070][0071]
下面以一个具体实例进行说明：
[0072]
电力电子装置扰动下的主动式配电网行波故障定位方法，按照图1给出的步骤进行故障定位，图2给出了某典型配电线路拓扑图。
[0073]
(1)在图2所示配电网变电站处施加扰动信号，记录得到配电线路起始端节点0和末端节点3的行波波形，得到起始端节点0的行波到达时刻t
1,1
＝15时1分30秒45微秒，得到末端节点3的行波到达时刻t
2,1
＝15时1分30秒166.8微秒。
[0074]
(2)在图2所示配电网p1分支线路末端处施加扰动信号，记录得到配电线路起始端节点0和末端节点3的行波波形，得到起始端节点0的行波到达时刻得到末端节点3的行波到达时刻
[0075]
(3)在图2所示配电网p2分支线路末端处施加扰动信号，记录得到配电线路起始端节点0和末端节点3的行波波形，得到起始端节点0的行波到达时刻得到末端节点3的行波到达时刻
[0076]
(4)配电线路分段1为架空线路，x1＝0；分段2为电缆线路，x2＝1；分段3为架空线路，x3＝0；架空线路行波波速为va＝2.95
·
108m/s，电缆线路行波波速vb＝2.9
·
108m/s。根据上述主动扰动式下得到的行波波形到达配电线路起始端节点和末端节点的到达时刻，可以得到下述公式：
[0077][0078][0079][0080]
联立上述公式计算得到，区段1架空线路的长度l1＝15.6km，区段2电缆线路的长
度l2＝8.5km，区段3架空线路的长度l3＝11.7km。说明图2上给定的配电线路参数是有误差的。
[0081]
(5)某次故障发生后，配电线路起始端节点的故障行波到达时刻为t
1,f
＝16时9分80秒80.9微秒，配电线路末端节点的故障行波到达时刻为t
2,f
＝16时9分80秒67.3微秒。据此推算故障区段k＝2，该故障位置与区段2的端点1的距离为l
fk
＝4.3km。
[0082]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。