基于emtr的柔性直流线路故障测距方法
【专利摘要】一种基于EMTR的柔性直流线路故障测距方法，通过预先建立实际系统的仿真系统，并在故障时将线路中测得的故障电流经过EMTR变换后输入仿真系统，进而在仿真系统中得到线路各处电流有效值，电流有效值最大处即为故障点，本发明不需要高采样率，能够识别应用于各种故障类型，抗过度电阻能力强，不受线路边界条件的影响，可以有效的解决不同换流站时间不同步问题。
【专利说明】
基于EMTR的柔性直流线路故障测距方法
技术领域
[0001]本发明涉及的是一种线路故障检测领域的技术，具体是一种基于EMTR的柔性直流 线路故障测距方法。
【背景技术】
[0002 ]柔性直流输电系统根据换流站的类型可分为两电平系统、三电平系统(VSC-HVDC) 和多电平系统(丽C-HVDC)，柔性直流输电系统多采用电缆输电且换流站的类型复杂。高压 直流输电一般为长线路，通常采用基于行波原理的线路故障测距方法，但其辨识度不够。电 磁时间反转(electromagnetic timereversal，EMTR)即将信号在时间尺度上做镜像变换。
[0003] 经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN104360222A，【公开日】为2015年02 月18日，公开了一种高压/特高压直流线路故障电压行波快速计算方法，包括下述步骤:获 取相-频域故障点注入电流If及系统节点电压方程;获取直流线路端与故障点互阻抗的若 干个采样值;将得到的频率响应沿(FQ)频率轴划分为N段，并给定每个频段上的阶数初始 范围[仏 11*爲^];计算具有^阶的拟合函数!^+1)在该段产生的误差函数?1{ = ?(〇1{)-产(1{+1) (Qk)，将Ek作为第k段的VF法的拟合对象；k=l时，终止计算，输出^阶产(1)为频率响应F (Ω )的最终拟合结果;得到线路端暂态电压行波U的频域方程;通过拉氏逆变换实现频-时 域转换，获取其时域表达式u(t)。但该技术基于行波原理，辨识度较低。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于EMTR的柔性直流线路故障测 距方法。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0006] 本发明通过预先建立实际系统的仿真系统，并在故障时将线路中测得的故障电流 经过EMTR变换后输入仿真系统，进而在仿真系统中得到线路各处电流有效值，电流有效值 最大处即为故障点。
[0007] 所述的EMTR变换指将故障电流的函数中的自变量t代替为τ-t得到反转电流，其 中：t为测量时间，T为故障记录时长。
[0008] 所述的电流有效值
其中：为仿真系统中线路X处的反 转电流，At为采样时间间隔。
[0009] 本发明的具体步骤包括：
[0010] 1)记录实际系统的故障电流；
[0011] 2)设置仿真系统的系统参数；
[0012 ] 3)将故障电流进行EMTR变换得到对应的反转电流；
[0013] 4)在仿真系统中计算线路各处电流有效值，得出电流有效值的最大值所对应位置 即为故障点处。
[0014] 所述的故障电流包括正极左端故障电流iMP、正极右端故障电流iNP、负极左端故障 电流iMN以及负极右端故障电流i NN，对应的反转电流为正极左端反转电流益、正极右端反转 电流◎、负极左端故障电流益,以及负极右端故障电流
[0015] 所述的系统参数包括:仿真系统的拓扑结构、线路两端的等效阻抗以及计算步长 Λ X0 技术效果
[0016] 与现有技术相比，本发明不需要高采样率，能够识别应用于各种故障类型，抗过度 电阻能力强，不受线路边界条件的影响，可以有效的解决不同换流站时间不同步问题。
【附图说明】
[0017] 图1为双端柔性直流输电系统示意图；
[0018] 图2为柔性直流输电线路故障示意图；
[0019] 图3为实施例1的方法流程示意图；
[0020] 图4为反转电流注入仿真系统示意图；
[0021]图5为不同过渡电阻的测距结果；
[0022]图6为不同故障类型的测距结果；
[0023]图7为不同时间同步误差的测距结果。
【具体实施方式】
[0024]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 实施例1
[0025] 如图1所示，本实施例涉及的双端柔性直流输电系统包括:交流系统、变压器、换流 站和直流输电线路，其中交流系统包括ACl和AC2。根据换流阀的种类，可以将柔性直流输电 系统分为VSC-HVDC和MMC-HVDC，如图1所示，MMC-HVDC系统不需要在换流站并联大电容，而 VSC-HVDC需要大电容，电容中性点可接地或不接地。
[0026] 如图2所示，所述的双端柔性直流输电系统发生故障时，故障点F处的线间电压为 Uf。该故障类型为单极接地故障、双极接地故障或双极短路接地故障。线路两端所测的故障 电流大小分别为iMP、iNP、iMN、iNN，电流方向如图2中所示，线路两端的等效阻抗为Z 11、Z12、Z21、 Z22〇
[0027] 如图3所示，获得故障点F的故障距离的步骤包括：
[0028] 1)记录实际系统的故障电流iMP(0，t)、iMN(0，t)、iNP(L, t)、iNN(L, t):
[0029] 如图4所示，所述的故障电流以线路左端为坐标原点建立坐标系，iMP(0，t)表示在 线路正极左端所测得的电流值，其中：〇表示其位于坐标原点，t为测量时间；iMN(0，t)表示在 线路负极左端所测得的电流值；i NP(L，t)表示在线路正极右端距坐标原点L处所测得的电 流;iNN(L，t)表示在线路负极右端所测的电流。
[0030] 2)设置仿真系统的系统参数：
[0031]所述的系统参数包括仿真系统的拓扑结构、线路两端的等效阻抗以及计算步长△ X。所述的仿真系统模拟了实际的线路参数和连接拓扑。将等效阻抗即211、212、221、2 22的值输 入仿真系统。所述的计算步长A X，即线路中每隔Ax的长度计算一次电流有效值。
[0032] 3)将故障电流进行反转得到对应的反转电流iMP(0，T-t)、iMN(0，T-1)、i NP(L，T-t)、 i_(L，T-t):
[0033] 如图4所示，将故障电流iMP、iNP、iMN、i_进行EMTR变换得到?、?、?、?。所述 的EMTR变换指将故障电流中的t代替为T-t，得到对应的反转电流，T表示故障记录时长，SP 从故障开始时刻记录T时段的故障电流。
[0034] 4)计算仿真系统中线路各处的电流有效值，得出电流有效值的最大值rfeM/；)， real为故障距离：
[0035] 所述的电流有效彳]
_中：^/)的下标X表示仿真系统中 距原点的距离，At表示采样时间间隔，N表示在T时间内总共采样的离散的故障电流个数。 仿真系统中的线路任意X处的电流/f包括两级电流：亞和③，其中：4s表示在X处线路的正 极电流，◎表示在X处线路的负极电流，G和_通过图4所示仿真电路在PSCAD/EMDTC计算得 出。当rP)取最大值即maxI^rdU时，此处的X值即为real值，得到故障距离;r eal。
[0036] 图5中（a)~(d)表示正极线路在60km、100km、200km、380km处发生不同过渡电阻的 接地短路故障后，通过上述方法获得的测距结果。图6给出了在140km处，过渡电阻为100 Ω， 发生不同类型的故障后，通过上述方法计算得出的测距结果，从图中可以看出不同故障类 型下的测距结果不变。图7为两端换流站的不同时间同步误差情形下线路各处的反转电流 值。所述的时间同步误差为不同换流站时间基准源的误差。从图7中可以看出，当时间同步 误差△ τ<500ys时，反转电流的测量值几乎不变；当△ τ = 500ys时，电流波峰开始具有偏移 倾向。实际情况中的时间同步误差极少达到500ys，本方法能够有效的应对时间同步误差问 题。
[0037] 本方法不需要高采样率，能够识别应用于各种故障类型，抗过度电阻能力强，不受 线路边界条件的影响，可以有效的解决不同换流站时间不同步问题。
【主权项】
1. 一种基于EMTR的柔性直流线路故障测距方法，其特征在于，通过预先建立实际系统 的仿真系统，并在故障时将线路中测得的故障电流经过EMTR变换后输入仿真系统，进而在 仿真系统中得到线路各处电流有效值，电流有效值最大处即为故障点； 所述的EMTR变换指将故障电流的函数中的自变量t代替为T-t得到反转电流，其中：t为 测量时间，T为故障记录时长。2. 根据权利要求1所述的基于EMTR的柔性直流线路故障测距方法，其特征是，所述的电 流有效值* = ￡，其中：if为仿真系统中线路X处的反转电流，At为采样 时间间隔。3. 根据权利要求1或2所述的基于EMTR的柔性直流线路故障测距方法，其特征是，具体 步骤为： 1) 记录实际系统的故障电流； 2) 设置仿真系统的系统参数； 3) 将故障电流进行EMTR变换得到反转电流； 4) 计算仿真系统中线路各处电流有效值，得出电流有效值的最大值所对应位置即为故 障点处。4. 根据权利要求3所述的基于EMTR的柔性直流线路故障测距方法，其特征是，所述的系 统参数包括:仿真系统的拓扑结构、线路两端的等效阻抗W及计算步长Αχ。5. 根据权利要求3所述的基于EMTR的柔性直流线路故障测距方法，其特征是，所述的故 障电流包括正极左端故障电流iMP、正极右端故障电流iNP、负极左端故障电流iMNW及负极右 端故障电流iNN，对应的反转电流为正极左端反转电流盤、正极右端反转电流韻、负极左端 故障电流；源W及负极右端故障电流踢。
【文档编号】G01R31/08GK105842582SQ201610171510
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】张希鹏, 邰能灵, 郑晓冬, 宁连营, 王娴
【申请人】上海交通大学