基于广域行波能量和时间差的复杂电网故障定位方法技术

本发明专利技术公开了基于广域行波能量和时间差的复杂电网故障定位方法，该故障定位方法从电网发生故障后产生行波能量出发，分析线路长度和母线出度对行波能量在电网传播过程中衰减的影响，测量故障发生后各变电站的三相电流，计算各变电站的行波能量大小，据此确定故障区段和故障点。本发明专利技术通过利用大量现有设备，对数据采样实时性要求低，容易实现；经按实际参数建立的仿真模型分析，不受故障相角和故障阻抗的影响，且精度很高，鲁棒性强。本发明专利技术的定位方法适合应用于复杂电网中。

Fault location method for complex power grid based on wide area traveling wave energy and time difference

The invention discloses a fault location method for complex grid traveling wave energy and time difference based on the traveling wave fault location method to produce energy from the grid fault analysis of circuit influence on traveling wave energy attenuation in the power grid in the propagation process and the length of bus, measuring three-phase current of each substation fault occurred, the calculation of traveling wave the energy of each substation, determine the fault section and the fault point. The present invention by the use of a large number of existing equipment, low sampling, real-time data is easy to achieve; analysis of the simulation model is established according to the actual parameters, is not affected by fault phase and fault impedance, and has high precision and strong robustness. The positioning method of the invention is suitable for use in complex power grids.

【技术实现步骤摘要】
基于广域行波能量和时间差的复杂电网故障定位方法
本专利技术属于电网监测
，特别涉及了基于广域行波能量和时间差的复杂电网故障定位方法。
技术介绍
快速准确定位故障位置是现代电力系统广域网络首要解决的问题之一。自从GPS(全球定位系统)广泛应用于工程行业以来，高精度时钟定位同步功能使得行波测距技术得到了迅速发展。其中基于时差的双端测距法凭借其具有良好的适用性、高精度性与良好的鲁棒性的特点，成为行波测距的重要手段之一。在广域网络中，变电站的数量较多，因此故障发生时采集的信息存在着冗余。如何充分利用这些故障行波信息进行故障的定位与测距便成为行波定位面临的一个重要课题。尽管基于时差的双端测距法是当前行波测距的主要方法之一，但对于较为庞大的广域网络，较大的信息冗余时，仅利用了时间这一物理量进行故障的定位与测距，会在故障定位判断上出现一定困难。在故障精确测距的过程中，同样会面临大量的冗余信息，而且在GPS同步出现较大误差情况下，若不对其进行筛选，对双端测距的结果将造成较大影响。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
提出的技术问题，本专利技术旨在提供基于广域行波能量和时间差的复杂电网故障定位方法，适用于复杂的大型电网，保护范围无死区且定位迅速准确，并具有较好的精度和鲁棒性。为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：基于广域行波能量和时间差的复杂电网故障定位方法，包括以下步骤：(1)将电网的原始拓扑结构标记为P1，在该电网中的共有N个变电站，分别记为B1,B2,…,BN，每个变电站都安装行波录波装置，所述行波录波装置设有三相线路电流行波监测模块；(2)当系统发生故障后，各个站点的行波录波装置启动，对故障信号进行录波，录得故障时间窗长度为n个工频周期，分别为故障前n1个工频周期和故障后n2个工频周期，n＝n1+n2；(3)对采集到的故障行波信息进行预处理，通过相模变换获得零模行波和线模行波，采用Daubechies离散小波对各站点的零模行波进行d层分解，以最小尺度下d1层细节系数的模极大值表征行波的能量幅值，各个站点的模极大值能量记为E1,E2,…,EN；(4)比较E1,E2,…,EN，找出其中两个最大值EMAX1和EMAX2对应的站点Bi和Bj，由此迅速判断故障位于支路Bi-Bj上；(5)设故障线路两端的变电站Bi和Bj为1级变电站，与1级变电站邻接的非故障线路另一端的变电站设为2级变电站，与2级变电站邻接的变电站设为3级变电站，依次类推，将整个电网划分为m级变电站；若某个变电站属于多个等级的变电站时，则将该变电站记为多个等级中最小等级的变电站；(6)以1级变电站为起点，向外辐射至m1级变电站，m1≤m，将此区域作为局部故障网络，其拓扑记为P2，P2中共有M个变电站，M≤N；(7)采用Daubechies离散小波对线模行波进行d层分解，取最高频率下d1层细节系数的模极大值对应的时刻作为故障波头到达该站点的时刻，对于拓扑P2，将M个变电站的故障起始时刻记为T1,T2,…,TM；(8)在拓扑P2中，依据Folyd最短路径算法，简化局部故障网络，得到具有全部有效信息的故障局部网络，其拓扑记为P3，P3中共有Q个变电站，Q≤M；在拓扑P3中，使用扩展双端测距算法，以故障线路的一端作为参考端，在波头到达参考端对侧所有站点的时间中任取一个数据，与波头到达参考端的时间组成一个测距数组，按照经过故障线路的最短路径计算，共得到Q-1个故障位置结果；(9)设行波到达故障线路的参考端和参考端对侧任一站点之间的最短路径所经过的变电站个数为h，则赋予步骤(8)得到的Q-1个故障位置的权值R＝1/(h-1)，通过加权求和，得到最终的故障位置。进一步地，在步骤(2)中，对故障信号进行录波时，采样频率为10kHz，录得故障时间窗长度为7个工频周期，分别为故障前3个工频周期和故障后的4个工频周期。进一步地，在步骤(3)中，所述相模变换采用克拉克变换。进一步地，在步骤(3)中，采用DB6离散小波对零模行波进行5层分解；在步骤(7)中，采用Daubechies离散小波对线模行波进行5层分解。进一步地，在步骤(6)中，在提取局部故障网络的过程中，将故障行波注入变电站母线方向的三相线路电流行波监测模块测得的数据保留，而把故障行波流出变电站母线方向的三相线路电流行波监测模块测得的数据去除。进一步地，在步骤(6)中，以1级变电站为起点，向外辐射至3级变电站，将此区域作为局部故障网络。采用上述技术方案带来的有益效果：本专利技术使用行波能量作为故障特征，不受线路故障类型的影响，受故障合闸相角、接地电阻的影响小。系统在各种故障情况下都会有故障行波能量的产生，定位方法适用性强。本专利技术适应于复杂的大型电网，保护范围无死区，定位速度迅速准确。保护的有效范围为全网系统，不存在定位死区。通过故障后故障区段的确定实现网络拓扑简化，提取定位有效信息，简化计算，能够快速定位故障点。本专利技术故障定位的可靠性及精度不严重依赖于测量点间同步时钟的精度，在部分测量点数据丢失或误差较大时也能完成故障定位，方法具有较好的精度及鲁棒性。本专利技术方法可以利用大量现有的投运检测设备，实现简单，具有较强的经济性和较好的实用价值。附图说明图1是本专利技术的流程图。图2是简单单端辐射状网络。图3是单端辐射状网络行波能量分析。图4是多母线分支的简单网络拓扑。图5是透射系数与母线出度的关系。图6是复杂电网拓扑P1示意图。图7是全网45个变电站的电流行波检测装置检测到的行波能量示意图。图8是P1根据简化原则得到局部故障网络拓扑P2示意图。图9是依据Folyd得到的拓扑P3示意图。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。基于广域行波能量和时间差的复杂电网故障定位方法，如图1所示，具体过程如下：步骤1：对于拓扑结构确定的复杂电网，其原始拓扑结构记为P1，在该电网中共有N个变电站，分别记为B1,B2,…,BN，每个变电站都需要安装行波录波装置，具有三相线路电流行波监测模块，中控室安装故障定位主站。步骤2：当系统发生故障后，各个站点的录波装置启动，对故障信号进行录波。采样频率取10kHz，录得故障时间窗长度为7个工频周期，分别为故障前3个工频周期和故障后4个工频周期。步骤3：各站点对采集到的故障行波信息进行预处理。通过相模变换获得零模行波电流和线模行波电流。相模变换取克拉克变换。步骤4：使用DB6离散小波对各站点的零模行波进行5层分解，以最小尺度下d1层细节系数的模极大值表征行波的能量幅值，则各个站点的模极大值能量表示为E1,E2,…,EN。行波的能量受到线路的长度和节点处折反射规律的影响：行波在线路上传输存在衰减特性：上式中，α为衰减常数，β为相位常数，它们都是频率的函数。Z为线路的单位阻抗值，Y为线路的单位导纳值，下标mode为1,2时为线模，为0时为地模。随着线路长度l的增加，行波的幅值衰减，相位滞后。其能量随着线路长度衰减的规律如图2和图3所示。行波在节点处的折反射对行波能量的衰减影响：在一母线处，随着分支出度数量的增多，行波能量在每一个分支上由于受到折反射规律的影响能量衰减，具体如图4所示。图4所示母线共有N-1条分支出度，假设各线路波阻抗相同，即Z1＝Z2＝…＝ZN，所以除线路1外N-1条线路的并本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于广域行波能量和时间差的复杂电网故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将电网的原始拓扑结构标记为P

【技术特征摘要】
1.基于广域行波能量和时间差的复杂电网故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将电网的原始拓扑结构标记为P1，在该电网中的共有N个变电站，分别记为B1,B2,…,BN，每个变电站都安装行波录波装置，所述行波录波装置设有三相线路电流行波监测模块；(2)当系统发生故障后，各个站点的行波录波装置启动，对故障信号进行录波，录得故障时间窗长度为n个工频周期，分别为故障前n1个工频周期和故障后n2个工频周期，n＝n1+n2；(3)对采集到的故障行波信息进行预处理，通过相模变换获得零模行波和线模行波，采用Daubechies离散小波对各站点的零模行波进行d层分解，以最小尺度下d1层细节系数的模极大值表征行波的能量幅值，各个站点的模极大值能量记为E1,E2,…,EN；(4)比较E1,E2,…,EN，找出其中两个最大值EMAX1和EMAX2对应的站点Bi和Bj，由此迅速判断故障位于支路Bi-Bj上；(5)设故障线路两端的变电站Bi和Bj为1级变电站，与1级变电站邻接的非故障线路另一端的变电站设为2级变电站，与2级变电站邻接的变电站设为3级变电站，依次类推，将整个电网划分为m级变电站；若某个变电站属于多个等级的变电站时，则将该变电站记为多个等级中最小等级的变电站；(6)以1级变电站为起点，向外辐射至m1级变电站，m1≤m，将此区域作为局部故障网络，其拓扑记为P2，P2中共有M个变电站，M≤N；(7)采用Daubechies离散小波对线模行波进行d层分解，取最高频率下d1层细节系数的模极大值对应的时刻作为故障波头到达该站点的时刻，对于拓扑P2，将M个变电站的故障起始时刻记为T1,T2,…,TM；(8)在拓扑P2中，依据Folyd最短路径算法，简化局部故障网络，得到具...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁睿，刘成磊，马凌峰，李意，谢添，聂鹏飞，彭楠，吴胜磊，温颖，陈培阳，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32