一种直流线路单端测距方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种直流输电线路单端测距方法及系统，采集直流输电线路侧耦合电容器中性点电流，包括故障极及非故障极线路；通过对故障极/非故障极线路中性点电流的时域积分提取定时窗内的两极线路的暂态电压波形；通过小波变换提取两极暂态电压波形的小波互相关序列；根据两极小波互相关序列识别出故障点/线路对端反射波；根据幅值及极性最终判定故障点/线路对端反射波类型，利用故障点/线路对端反射波结合行波波速确定故障点到测量端换流站的距离。本发明专利技术提供的技术方案解决直流输电系统的信号谐振以及系统杂波对直流输电线路单端行波测距方法的干扰问题。

A single terminal fault location method and system for DC transmission lines

The invention relates to a single-terminal fault location method and system for HVDC transmission lines, which collects neutral point currents of coupling capacitors on the side of HVDC transmission lines, including fault poles and non-fault poles, and extracts transient voltage waveforms of two-pole lines in the timing window by integrating the neutral point currents of fault poles/non-fault poles in the time domain. Wavelet transform extracts the wavelet cross-correlation sequence of the transient voltage waveform of two poles; identifies the fault point/line-to-end reflection wave according to the cross-correlation sequence of two poles wavelet; determines the type of the fault point/line-to-end reflection wave according to the amplitude and polarity; determines the fault point/line-to-line reflection wave combined with the traveling wave velocity to determine the fault point to the measurement. The distance between end converter stations. The technical scheme provided by the invention solves the problems of signal resonance of HVDC transmission system and interference of system clutter to single-ended traveling wave ranging method of HVDC transmission line.

【技术实现步骤摘要】
一种直流线路单端测距方法及系统
本专利技术涉及一种直流线路单端测距方法及系统，具体涉及一种直流线路单端测距方法及系统。
技术介绍
直流输电线路精确故障定位(也称为故障测距)对于线路故障后的快速恢复供电具有重要意义，从长期运行的角度看，可靠准确的故障测距有助于提高线路运行可靠性。输电线路故障测距从原理上可分为阻抗法、故障分析法、行波法等，其中阻抗法、故障分析法受线路参数、过渡电阻等因素影响难以满足直流输电线路对测距精度的要求，现有已投运直流输电线路行波故障测距装置(下文简称为直流线路测距装置)均采用双端行波法。双端行波法利用故障初始行波到达线路两端的时间差进行故障测距，从实际运行经验看，双端行波法在精度上较好地满足了电力运营单位要求，但其信号采样方式以及需双端数据配合的特点使得其运行可靠性受到一定影响，此外，缺乏有效测试手段也对装置可靠性造成一定影响。近年来，多次出现因单侧装置工作异常导致的直流线路故障测距失败的情况，间接影响了直流线路的快速恢复供电。在交流输电系统中，当双端测距失败的情况下，单端测距作为为重要后备手段已在大量实际故障分析中证明其有效性。与双端行波法相比较，单端行波法利用故障初始波头与故障点/线路对端反射波时间差进行定位，无须时钟同步及通讯，可在一侧装置异常情况下完成故障定位。但在直流输电系统，目前，尚未有效可靠的单端测距方法，主要原因有：1)直流输电系统换流阀的导通/关断过程带来大量的系统杂波干扰，而交流系统干扰量也会进入直流线路耦合电容器，这些杂波干扰与故障产生的暂态行波信号频带相近，影响了对反射波头的识别；备注：由于直流电压互感器暂态响应特性较差，难以传变10kHz以上信号，因此，直流线路故障测距均是通过直流线路的线路侧耦合电容器间接采集线路电压信号。早期直流线路故障测距装置是通过PLC(噪声滤波器)中性点电流采集，近年来，均改为直流线路侧耦合电容器。2)直流输电线路普遍较长，暂态行波在传输过程中色散较为严重，波形畸变以及多种折反射波的混叠影响了基于波形相似性的反射波识别；3)直流换流站安装的噪声滤波器等设备使得各类型高频信号在站端反复谐振，这也对反射波识别造成影响。为解决上述问题，研究人员提出了一些改进方案，总体思路可分为两类：1)多方法配合的直流线路单端测距法，总体思路是利用阻抗法或故障分析法提供辅助时窗解决反射波的识别问题。但受限于上述方法本身精度，提供的辅助时窗在杂波较多以及近端故障(靠近换流站)情况下基本没有效果。2)通过神经网络技术提高波形畸变情况下反射波识别成功率，但此类方法只能解决信号色散的影响，难以解决干扰信号与反射波混叠时的反射波识别问题。受上述因素影响，直流输电线路自动单端测距处于不可用状态，目前直流线路单端故障测距依赖分析人员手工完成，可靠性仍较低。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种直流线路单端测距方法及系统，解决直流输电系统的信号谐振以及系统杂波对直流输电线路单端行波测距方法的干扰问题。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：本专利技术提供一种直流线路单端测距方法，其改进之处在于：采集直流故障极/非故障极线路的线路侧耦合电容器中性点电流，根据耦合电容器中性点电流得到两极线路暂态电压波形，并提取故障极/非故障极暂态电压波形的小波互相关序列；根据故障极/非故障极暂态电压波形的小波互相关序列识别故障点/线路对端反射波，根据幅值及极性判定反射波类型，利用故障点反射波/线路对端反射波结合行波波速确定故障点到换流站的距离。进一步地：采集直流故障极/非故障极线路的线路侧耦合电容器中性点电流，根据耦合电容器中性点电流得到两极线路暂态电压波形，并提取故障极/非故障极暂态电压波形的小波互相关序列，包括：对直流线路侧耦合电容器中性点电流进行时域积分，得到定时窗内的故障极/非故障极线路暂态电压，根据所述线路暂态电压绘制线路暂态电压波形；采用小波变换模极大值识别故障极/非故障极线路暂态电压波形的故障初始时刻；基于所述直流线路暂态电压波形的故障初始时刻，对故障极/非故障极线路平移补偿后，利用小波变换提取故障极/非故障极线路暂态电压波形的时频相关性，计算故障极/非故障极的小波互相关序列。进一步地：对直流线路侧耦合电容器中性点电流进行时域积分，得到定时窗内的故障极/非故障极线路暂态电压如下式所示：其中，i(t)为耦合电容器中性点电流；t-t0为定时窗；u(t)表示t时刻的线路电压，u(t0)表示t0时刻的线路电压；c表示耦合电容器的等效电容；t0为初始波头到达时刻。进一步地：所述采用小波变换模极大值识别故障极/非故障极线路暂态电压波形的故障初始时刻，包括：在选定的小波变换尺度下，将经积分还原后的线路电压信号分解为近似系数和细节系数；根据细节系数计算模极大值序列；根据模极大值序列识别故障极/非故障极线路暂态电压波形的故障初始时刻。进一步地：所述小波变换将经积分还原后的线路电压信号分解为近似系数和细节系数表达式如下：y(z)＝l(z)+d(z)式中，d(z)为细节系数；z代表波形采样点，z＝0,1,......n；l(z)为近似系数；y(z)表示暂态电压波形，采用小波变换模极大值法对d(z)分析得到故障极/非故障极线路暂态电压波形的故障初始时刻分别为t1、t2。进一步地：基于所述直流线路暂态电压波形的故障初始时刻，对故障极/非故障极线路平移补偿后，利用小波变换提取故障极/非故障极线路暂态电压波形的时频相关性，计算故障极/非故障极的小波互相关序列表达式如下：WCXY(a,Δt)＝E[WXX(a,t1)WYY(a,t1+Δt)]式中，WXX(a,t1)为t1时刻故障极线路信号的小波变换细节系数；WYY(a,t1+Δt)为t1+Δt时刻非故障极线路信号的小波变换细节系数；a为小波变换尺度；时延Δt＝t2-t1，对非故障极小波系数前向平移时延Δt实现时延补偿；WCXY(a,Δt)为故障极/非故障极线路信号的小波互相关序列。进一步地：所述根据故障极/非故障极暂态电压波形的小波互相关序列识别故障点/线路对端反射波，根据幅值及极性判定反射波类型，利用故障点反射波/线路对端反射波结合行波波速确定故障点到换流站的距离，包括：对故障极/非故障极线路幅值进行归一化处理，以初始波头幅值为基准，根据极性及幅值提取故障点/线路对端反射波；根据故障极线路对端反射波与故障初始时刻时间差结合线路波速确定故障点到换流站距离。进一步地：所述对故障极/非故障极线路幅值进行归一化处理，以初始波头幅值为基准，根据极性及幅值提取故障点/线路对端反射波，包括：根据小波互相关序列提取的反射波，对故障极/非故障极线路的反射波进行分析，若对应的反射波极性为正，且故障极幅值大于非故障极幅值，则确定为故障点反射波；根据小波互相关序列提取的反射波，对故障极/非故障极线路的反射波进行分析，若对应的反射波极性为负，且非故障极幅值大于故障极幅值，则确定为线路对端反射波。进一步地：所述根据故障极线路对端反射波与故障初始时刻时间差结合线路波速确定故障点到换流站距离的表达式如下：d1＝(t′1–t1)×v/2d2＝L-(t″1–t1)×v/2式中：d1、d2为故障点距离换流站距离；t0为初始波头到达时刻，t′1为故障点反射波到达时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流线路单端测距方法，其特征在于：采集直流故障极/非故障极线路的线路侧耦合电容器中性点电流，根据耦合电容器中性点电流得到两极线路暂态电压波形，并提取故障极/非故障极暂态电压波形的小波互相关序列；根据故障极/非故障极暂态电压波形的小波互相关序列识别故障点/线路对端反射波，根据幅值及极性判定反射波类型，利用故障点反射波/线路对端反射波结合行波波速确定故障点到换流站的距离。

【技术特征摘要】
1.一种直流线路单端测距方法，其特征在于：采集直流故障极/非故障极线路的线路侧耦合电容器中性点电流，根据耦合电容器中性点电流得到两极线路暂态电压波形，并提取故障极/非故障极暂态电压波形的小波互相关序列；根据故障极/非故障极暂态电压波形的小波互相关序列识别故障点/线路对端反射波，根据幅值及极性判定反射波类型，利用故障点反射波/线路对端反射波结合行波波速确定故障点到换流站的距离。2.如权利要求1所述的直流线路单端测距方法，其特征在于：采集直流故障极/非故障极线路的线路侧耦合电容器中性点电流，根据耦合电容器中性点电流得到两极线路暂态电压波形，并提取故障极/非故障极暂态电压波形的小波互相关序列，包括：对直流线路侧耦合电容器中性点电流进行时域积分，得到定时窗内的故障极/非故障极线路暂态电压，根据所述线路暂态电压绘制线路暂态电压波形；采用小波变换模极大值识别故障极/非故障极线路暂态电压波形的故障初始时刻；基于所述直流线路暂态电压波形的故障初始时刻，对故障极/非故障极线路平移补偿后，利用小波变换提取故障极/非故障极线路暂态电压波形的时频相关性，计算故障极/非故障极的小波互相关序列。3.如权利要求2所述的直流线路单端测距方法，其特征在于：对直流线路侧耦合电容器中性点电流进行时域积分，得到定时窗内的故障极/非故障极线路暂态电压如下式所示：其中，i(t)为耦合电容器中性点电流；t-t0为定时窗；u(t)表示t时刻的线路电压，u(t0)表示t0时刻的线路电压；c表示耦合电容器的等效电容；t0为初始波头到达时刻。4.如权利要求2所述的直流线路单端测距方法，其特征在于：所述采用小波变换模极大值识别故障极/非故障极线路暂态电压波形的故障初始时刻，包括：在选定的小波变换尺度下，将经积分还原后的线路电压信号分解为近似系数和细节系数；根据细节系数计算模极大值序列；根据模极大值序列识别故障极/非故障极线路暂态电压波形的故障初始时刻。5.如权利要求4所述的直流线路单端测距方法，其特征在于：所述小波变换将经积分还原后的线路电压信号分解为近似系数和细节系数表达式如下：y(z)＝l(z)+d(z)式中，d(z)为细节系数；z代表波形采样点，z＝0,1,......n；l(z)为近似系数；y(z)表示暂态电压波形，采用小波变换模极大值法对d(z)分析得到故障极/非故障极线路暂态电压波形的故障初始时刻分别为t1、t2。6.如权利要求2所述的直流线路单端测距方法，其特征在于：基于所述直流线路暂态电压波形的故障初始时刻，对故障极/非故障极线路平移补偿后，利用小波变换提取故障极/非故障极线路暂态电压波形的时频相关性，计算故障极/非故障极的小波互相关序列表达式如下：WCXY(a,Δt)＝E[WXX(a,t1)WYY(a,t1+Δt)]式中，WXX(a,t1)为t1时刻故障极线路信号的小波变换细节系数；WYY(a,t1+Δt)为t1+Δt时刻非故障极线路信号的小波变换细节系数；a为小波变换尺度；时延Δt＝t2-t1，对非故障极小波系数前向平移时延Δt实现时延补偿；WCXY(a,Δt)为故障极/非故障极线路信号的小波互相关序列。7.如权利要求1所述的直流线路单端测距方法，其特征在于：所述根据故障极/非故障极暂态电压波形的小波互相关序列识别故障点/线路对端反射波，根据幅值及极性判定反射波类型，利用故障点反射波/线路对端反射波结合行波波速确定故障点到换流站的距离，包括：对故障极/非故障极线路幅值进行归一化处理，以初始波头幅值为基准...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宁明，杜向楠，冯志畅，陈东，许勇，
申请(专利权)人：南瑞集团有限公司，中电普瑞电力工程有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32