一种非同步采样电网暂态行波模量时间差的故障定位方法技术

本发明专利技术公开了一种非同步采样电网暂态行波模量时间差的故障定位方法，其特征是，首先，利用实际的电压模量行波到达时间差向量来确定故障区域。然后，基于虚拟故障点方法，利用故障区域内任意两条母线处电压模量行波的理论到达时间差比值与修正后的实际到达时间差比值之间的差值，识别故障线路。最后，求解所构造的目标函数，利用等区间搜索算法得到精确的故障位置。本发明专利技术所达到的有益效果：本发明专利技术无需各测量点精确同步，不受故障电阻与故障初相角的影响，适用于一般故障和近母线端故障，具有较高的精度、可靠性和工程实践意义。

【技术实现步骤摘要】
一种非同步采样电网暂态行波模量时间差的故障定位方法
本专利技术涉及一种非同步采样电网暂态行波模量时间差的故障定位方法，属于电网故障查验

技术介绍
随着现代电网规模的不断扩大，输电线路故障的可能性也在不断增加。输电网的快速准确故障定位对于减少经济损失和提高系统可靠性具有重要意义。目前，输电网故障定位方法可分为阻抗法和行波法。阻抗法利用故障距离与计算阻抗的关系进行故障定位，方法虽然简单，但是易受故障电阻、电弧等因素的影响。行波法一般是通过检测初始暂态行波首波头到达电网各测量点的时刻，利用这些时刻与故障距离之间的内在逻辑关系进行故障定位，其定位精度高、不受电弧等因素影响，应用越来越广。近年来，随着信号处理技术、广域测量技术、信息融合技术的发展，行波法又得到了进一步地发展。目前，广域行波输电网故障定位方法存在的问题主要有：(1)要求精确的同步测量；(2)要求高采样速率的行波检测装置；(3)全网行波的折反射复杂，除首波头外的后续波头识别困难。因此研究原理简单、实用性强、可靠性高的新型广域行波输电网故障定位方法不仅具有理论研究价值，而且对于工程实践具有重要的现实意义。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种非同步采样电网暂态行波模量时间差的故障定位方法，解决目前广域行波输电网故障定位存在的问题。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种非同步采样电网暂态行波模量时间差的故障定位方法，其特征是，包括如下步骤：步骤1)在输电网中检测到故障后，分别提取各个测量点的原始电压行波信号，对其进行相模变换，得到线模电压行波信号和零模电压行波信号；步骤2)获取各测量点线模、零模电压行波首波头到达时刻，利用下式计算母线n处的电压模量行波到达时间差：Δtn_actual＝tz_n_actual-ta_n_actual，其中，ta_n_actual和tz_n_actual分别代表在母线n上获取的线模、零模电压行波的实际到达时刻；步骤3)根据步骤2)的计算结果，构建实际的电压模量行波到达时间差向量：TΔ_actual＝[Δt1_actual，Δt2_actual，…，ΔtN_actual]，其中，TΔ_actual是实际的到达时间差向量，N是安装的测量设备的总数；步骤4)寻找电压模量行波到达时间差向量中最小值所对应的母线，并利用以下判据确定故障区域：(a)如果最小值的个数为1，则故障区域包含了与母线Nf连接的所有线路；(b)如果最小值的个数为2，则认为实际故障位置位于两个相等最小元素值所对应的母线间的线路中点处，其中，Nf是TΔ_actual中最小值所对应的母线编号；步骤5)利用虚拟故障点法，在故障区域的每一条线路中，从Ni端开始按照固定步长Δx设置虚拟故障点，并假设在所设置虚拟故障点Ff处依次发生故障；故障区域内任意母线Ni和Nj处测量到的电压模量行波到达时间差的理论值依次为和其中，是虚拟故障点Ff和母线Ni之间的距离；步骤6)定义为与的比值，如下式所示：步骤7)考虑测量误差，对实际测量得到的电压模量行波到达时间差的比值进行修正，共有9种情况，从而构造向量其中，tErr表示测量误差，表示其中任一元素；步骤8)根据步骤6)-7)的结果，对于中的每一个元素(k＝1,2,...,9)，求出理论和修正后实际比值之间的差值的绝对值为其中进而构造向量最后基于虚拟故障点法，构造分块矩阵其中，M为母线Ni和母线Nf之间所设置虚拟故障点的总数；步骤9)将步骤8)中的结果代入下面的判据，以识别故障线路：其中向量步骤10)根据步骤9)中得到的故障线路，设为判断在Nf处测量到的电压模量到达时间差的可靠性，决定是否将该处的信息用于进一步的故障精确定位；步骤11)在识别出故障线路后，通过查找故障线路所对应的各向量中的最小值，可以获得由多个疑似故障位置组成的集合；其中，步骤12)在构建用于精确故障定位的目标函数之前，先剔除明显错误的疑似故障位置，之后构造如下所示的目标函数，求解得到实际的故障位置：其中，f(·)是用于计算精确故障位置的目标函数，xF是待求的实际故障位置，LF是故障线路的总长度。前述的一种非同步采样电网暂态行波模量时间差的故障定位方法，其特征是，所述步骤2)中电压模量行波首波头的到达时刻利用离散小波变换和Teager能量算子相结合的波头识别方法得到，具体步骤如下：①在每个测量点采集电压模量行波信号；②对采集到的信号应用4层db6小波分解并提取d1层的细节系数；③进行细节系数的小波重构；④计算获得的重构系数的小波Teager能量Ψe；⑤记录Ψe模极大值所对应的时刻。前述的一种非同步采样电网暂态行波模量时间差的故障定位方法，其特征是，所述步骤5)中计算电压模量行波到达时间差理论值的具体内容如下：其中，是虚拟故障点Ff和母线Ni之间的最短路径，是虚拟故障点Ff和母线Nj之间的最短路径，v1是线模电压行波的波速，v0是零模电压行波的波速；前述的一种非同步采样电网暂态行波模量时间差的故障定位方法，其特征是，所述虚拟故障点Ff与母线Ni和Nj之间的最短路径计算采用以下方法：将故障区域划分为三种基本的拓扑结构：三角形、环形和径向拓扑结构，根据母线Ni、Nj、Nf三者间的位置关系，判断其所属的拓扑结构；分别计算虚拟故障点Ff到母线Ni和Nj的最短路径。前述的一种非同步采样电网暂态行波模量时间差的故障定位方法，其特征是，所述步骤7)中测量误差tErr的取值为1μs。前述的一种非同步采样电网暂态行波模量时间差的故障定位方法，其特征是，所述步骤10)中判断在Nf处的信息是否可用于进一步精确定位的判据如下：其中，是母线Nf处的实际到达时间差，ΔtLim是时间差阈值。前述的一种非同步采样电网暂态行波模量时间差的故障定位方法，其特征是，所述ΔtLim＝3μs。前述的一种非同步采样电网暂态行波模量时间差的故障定位方法，其特征是，所述步骤11)中向量前述的一种非同步采样电网暂态行波模量时间差的故障定位方法，其特征是，所述步骤12)中采用等区间搜索算法求解得到实际的故障位置。本专利技术所达到的有益效果：本专利技术无需各测量点精确同步，不受故障电阻与故障初相角的影响，适用于一般故障和近母线端故障，具有较高的精度、可靠性和工程实践意义。附图说明图1是本专利技术流程图；图2是IEEE30节点标准测试系统拓扑图；图3是典型故障区域示意图；图4是典型故障区域的三种基本拓扑结构划分示意图，(a)为三角形拓扑图，(b)为环形拓扑图，(c)为径向拓扑图；图5是等区间搜索算法示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。一个典型的单回线输电网的拓扑结构如图2所示，本专利技术提出了一种非同步采样电网暂态行波模量时间差的故障定位方法，包括如下步骤：步骤1)在输电网中检测到故障后，分别提取各个测量点的原始电压行波信号，然后对其进行相模变换，得到线模电压行波信号和零模电压行波信号，分别记作其中下标n表示母线编号，上标(0)、(1)分别表示零模和线模；步骤2)利用离散小波变换和Teager能量算子相结合的波头识别方法，获取各测量点线模、零模电压行波首波头到达时刻，利用下式计算母线n处的电压模量行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非同步采样电网暂态行波模量时间差的故障定位方法，其特征是，包括如下步骤：步骤1)在输电网中检测到故障后，分别提取各个测量点的原始电压行波信号，对其进行相模变换，得到线模电压行波信号和零模电压行波信号；步骤2)获取各测量点线模、零模电压行波首波头到达时刻，利用下式计算母线n处的电压模量行波到达时间差：Δtn_actual＝tz_n_actual‑ta_n_actual，其中，ta_n_actual和tz_n_actual分别代表在母线n上获取的线模、零模电压行波的实际到达时刻；步骤3)根据步骤2)的计算结果，构建实际的电压模量行波到达时间差向量：TΔ_actual＝[Δt1_actual，Δt2_actual，…，ΔtN_actual]，其中，TΔ_actual是实际的到达时间差向量，N是安装的测量设备的总数；步骤4)寻找电压模量行波到达时间差向量中最小值所对应的母线，并利用以下判据确定故障区域：(a)如果最小值的个数为1，则故障区域包含了与母线Nf连接的所有线路；(b)如果最小值的个数为2，则认为实际故障位置位于两个相等最小元素值所对应的母线间的线路中点处，

【技术特征摘要】
1.一种非同步采样电网暂态行波模量时间差的故障定位方法，其特征是，包括如下步骤：步骤1)在输电网中检测到故障后，分别提取各个测量点的原始电压行波信号，对其进行相模变换，得到线模电压行波信号和零模电压行波信号；步骤2)获取各测量点线模、零模电压行波首波头到达时刻，利用下式计算母线n处的电压模量行波到达时间差：Δtn_actual＝tz_n_actual-ta_n_actual，其中，ta_n_actual和tz_n_actual分别代表在母线n上获取的线模、零模电压行波的实际到达时刻；步骤3)根据步骤2)的计算结果，构建实际的电压模量行波到达时间差向量：TΔ_actual＝[Δt1_actual，Δt2_actual，…，ΔtN_actual]，其中，TΔ_actual是实际的到达时间差向量，N是安装的测量设备的总数；步骤4)寻找电压模量行波到达时间差向量中最小值所对应的母线，并利用以下判据确定故障区域：(a)如果最小值的个数为1，则故障区域包含了与母线Nf连接的所有线路；(b)如果最小值的个数为2，则认为实际故障位置位于两个相等最小元素值所对应的母线间的线路中点处，其中，Nf是TΔ_actual中最小值所对应的母线编号；步骤5)利用虚拟故障点法，在故障区域的每一条线路中，从Ni端开始按照固定步长Δx设置虚拟故障点，并假设在所设置虚拟故障点Ff处依次发生故障；故障区域内任意母线Ni和Nj处测量到的电压模量行波到达时间差的理论值依次为和其中，是虚拟故障点Ff和母线Ni之间的距离；步骤6)定义为与的比值，如下式所示：步骤7)考虑测量误差，对实际测量得到的电压模量行波到达时间差的比值进行修正，共有9种情况，从而构造向量其中，tErr表示测量误差，表示其中任一元素；步骤8)根据步骤6)-7)的结果，对于中的每一个元素(k＝1,2,...,9)，求出理论和修正后实际比值之间的差值的绝对值为其中进而构造向量最后基于虚拟故障点法，构造分块矩阵其中，M为母线Ni和母线Nf之间所设置虚拟故障点的总数；步骤9)将步骤8)中的结果代入下面的判据，以识别故障线路：其中向量步骤10)根据步骤9)中得到的故障线路，设为判断在Nf处测量到的电压模量到达时间差的可靠性，决定是否将该处的信息用于进一步的故障精确定位；步骤11)在识别出故障线路后，...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁睿，彭楠，叶开，徐皓远，孟祥震，周鲁天，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32