基于行波能量变化特性的高压输电网混联线路故障测距方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于行波能量变化特性的高压输电网混联线路故障测距方法、装置及系统，包括获取线路两端测点的故障零模电压行波信号和零模电流行波信号；基于故障零模电压行波信号和零模电流行波信号提取频率为ω的行波信号分量，得到零模电压行波分量和零模电流行波分量；计算出线路两端测点的行波能量；基于行波能量，以及故障区段定位判据，确定出故障区段；获取与该故障区段对应的故障点计算公式，将线路两端测点的行波能量和该故障区段对应的相关物理参数代入故障点计算公式，计算出故障点的准确位置。本发明专利技术仅需要提取故障初始行波波头，无需同步系统的支持，无需获取行波波速，避免高压远距离输电中信号同步误差和波速变化对故障区段判别的影响。

【技术实现步骤摘要】
基于行波能量变化特性的高压输电网混联线路故障测距方法、装置及系统
本专利技术属于电网故障定位
，具体涉及一种基于行波能量变化特性的高压输电网混联线路故障测距方法、装置及系统。
技术介绍
现代电力系统是一个复杂的输配电系统，担负着多个地区输送、分配电能的重任，当输电线路发生故障尤其是永久性故障时，会造成大面积停电，影响社会生产与居民生活，并会对系统的稳定性有很大的冲击。这就要求在发生故障后能够快速的定位故障点，排查、消除故障，尽早恢复线路的正常运行。相较于单一的架空输电线路或电缆线路，线路—电缆混合输电线路由两类线路交替连接而成，结构更加复杂，实现故障定位的难度更高。从行波的传播特性来看，因线路路和电缆线路的线路参数不同，两类线路上的波速度不一致，连接点前后的波阻抗不连续，现有的单一线路定位方法不能直接应用于混合线路的故障定位。较早期的混合线路故障定位主要致力于解决线路波速不一致所带来的困难，将传统的双端故障定位方法加以改进，取得了一定的成果，但从原理上看，以行波到达时间为基础的故障区段判断和故障定位方法一定会受到量测设备的同步性和行波波速的准确性的影响，而这两者又是不可控的，它们的误差必会影响区段判断的可靠性和定位精度。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种基于行波能量变化特性的高压输电网混联线路故障测距方法、装置及系统，仅需要提取故障初始行波波头，不需要同步系统的支持，也不需要获取行波波速，避免高压远距离输电中信号同步误差和波速变化对故障区段判别的影响。在故障区段确定的前提下，针对不同结构的线缆混合线路，定量推导线路两端行波能量与不同故障位置之间的映射关系，构成了基于行波能量变化特性的高压输电网混联线路故障测距方法、装置及系统，仿真结果表明所得测距结果具有较高的精度。为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：第一方面，本专利技术提供了一种基于行波能量变化特性的高压输电网混联线路故障测距方法，包括：获取线路两端测点的故障零模电压行波信号和零模电流行波信号；对所述故障零模电压信号和零模电流行波信号进行S变换，提取频率为ω的行波信号分量，得到零模电压行波分量和零模电流行波分量；基于所述零模电压行波分量和零模电流行波分量，计算出线路两端测点的行波能量；基于所述行波能量，以及预设的故障区段定位判据，确定出故障区段；获取与该故障区段对应的故障点计算公式，将线路两端测点的行波能量和该故障区段对应的相关物理参数代入故障点计算公式，计算出故障点的准确位置。可选地，所述行波能量WS(ω)的计算公式为：所述行波能量WR(ω)的计算公式为：其中，US0(ω)、UR0(ω)为线路两端测点的零模电压行波分量，IS0(ω)、IR0(ω)为线路两端测点的零模电流行波分量，WS(ω)和WR(ω)为线路两端测点的行波能量，t1和t2分别代表能量计算所选取故障信号片段的起始时间和终止时间。可选地，设定线段两端的测点分别为S点和R点，所述线段上设有第一连接点P1和第二连接点P2，所述故障区段定位判据包括：式中，K1为线路区段SP1最右端发生故障时两个测点的能量比，K2为连接点P1处发生故障的能量比，K3为线路区段P1P2最左端发生故障时两个测点的能量比，K4为线路区段P1P2最右端发生故障时两个测点的能量比，K5为连接点P2处发生故障的能量比，K6为线路区段P2R最左端发生故障时两个测点的能量比。可选地，所述K1、K2、K3、K4、K5、K6的获取方法为：基于仿真系统，仿真出当发生不同线路区段故障时线路两端的测点的两个测点的能量比，最终获得K1、K2、K3、K4、K5、K6。可选地，当故障点F1位于线路区段SP1时，所述故障位置计算公式为：式中，x代表故障点F1距线路S端的距离，γ1(ω)代表经过第一连接点P1的行波能量折射系数，γ2(ω)代表经过第二连接点P2的行波能量折射系数，α1ω(x)为线路区段SP1上频率为ω的行波分量在故障距离为x处的行波能量衰减系数，α3ω(x)为线路区段P1P2段上频率为ω的行波分量在故障距离为x时的行波能量衰减系数，α5ω(x)为线路区段P2R段上频率为ω的行波分量在故障距离为x时的行波能量衰减系数；所述故障点的准确位置通过以下步骤获得：设置x的初值为0，基于所述公式(1)，计算出初始的行波能量衰减系数；循环重复以下步骤，直至前后两次计算出的x的差值小于设定阈值范围，输出最后一次的x的值作为故障点F1的最终位置：将计算出的行波能量衰减系数，带入公式(1)，计算出x的值；将计算出的x的值，带入公式(1)，计算行波能量衰减系数。可选地，当故障点F2位于线路区段P1P2时，所述故障位置计算公式为：式中，x代表故障点F2距P1点的距离，α2ω(x)为线路区段P1P2段上频率为ω的行波分量在故障距离为x处的行波能量衰减系数，α4ω(x)为线路区段SP1、P2R段上频率为ω的行波分量在故障距离为x时的行波能量衰减系数；所述故障点的准确位置通过以下步骤获得：设置x的初值为0，基于所述公式(2)，计算出初始的行波能量衰减系数；循环重复以下步骤，直至前后两次计算出的x的差值小于设定阈值范围，输出最后一次的x的值作为故障点F1的最终位置：将计算出的行波能量衰减系数，带入公式(2)，计算出x的值；将计算出的x的值，带入公式(2)，计算行波能量衰减系数。可选地，当故障点F3位于线路区段P2R时，所述故障位置计算公式为：式中，x代表故障点F3距线路R端的距离，γ1(ω)代表经过第一连接点P1的行波能量折射系数，γ2(ω)代表经过第二连接点P2的行波能量折射系数，α1ω(x)为P2R段上频率为ω的行波分量在故障距离为x处的行波能量衰减系数，α3ω(x)为P1P2段上频率为ω的行波分量在故障距离为x时的行波能量衰减系数，α5ω(x)为SP1段上频率为ω的行波分量在故障距离为x时的行波能量衰减系数；所述故障点的准确位置通过以下步骤获得：设置x的初值为0，基于所述公式(3)，计算出初始的行波能量衰减系数；循环重复以下步骤，直至前后两次计算出的x的差值小于设定阈值范围，输出最后一次的x的值作为故障点F1的最终位置：将计算出的行波能量衰减系数，带入公式(3)，计算出x的值；将计算出的x的值，带入公式(3)，计算行波能量衰减系数。可选地，所述行波能量折射系数的计算方法为：在第一连接点或第二连接点前后设置行波测点；分别获取两个行波测点的故障零模电压行波信号和零模电流行波信号；对所述故障零模电压行波信号和零模电流行波信号进行S变换，提取频率为ω的行波信号分量，得到零模电压行波分量和零模电流行波分量；基于所述零模电压行波分量和零模电流行波分量计算出不同故障位置下第一连接点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于行波能量变化特性的高压输电网混联线路故障测距方法，其特征在于，包括：/n获取线路两端测点的故障零模电压行波信号和零模电流行波信号；/n对所述故障零模电压行波信号和零模电流行波信号进行S变换，提取频率为ω的行波信号分量，得到零模电压行波分量和零模电流行波分量；/n基于所述零模电压行波分量和零模电流行波分量，计算出线路两端测点的行波能量；/n基于所述行波能量，以及预设的故障区段定位判据，确定出故障区段；/n获取与该故障区段对应的故障点计算公式，将线路两端测点的行波能量和该故障区段对应的相关物理参数代入故障点计算公式，计算出故障点的准确位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于行波能量变化特性的高压输电网混联线路故障测距方法，其特征在于，包括：
获取线路两端测点的故障零模电压行波信号和零模电流行波信号；
对所述故障零模电压行波信号和零模电流行波信号进行S变换，提取频率为ω的行波信号分量，得到零模电压行波分量和零模电流行波分量；
基于所述零模电压行波分量和零模电流行波分量，计算出线路两端测点的行波能量；
基于所述行波能量，以及预设的故障区段定位判据，确定出故障区段；
获取与该故障区段对应的故障点计算公式，将线路两端测点的行波能量和该故障区段对应的相关物理参数代入故障点计算公式，计算出故障点的准确位置。


2.根据权利要求1所述的一种基于行波能量变化特性的高压输电网混联线路故障测距方法，其特征在于，所述行波能量WS(ω)的计算公式为：



所述行波能量WR(ω)的计算公式为：



其中，US0(ω)、UR0(ω)为线路两端测点的零模电压行波分量，IS0(ω)、IR0(ω)为线路两端测点的零模电流行波分量，WS(ω)和WR(ω)为线路两端测点的行波能量，t1和t2分别代表能量计算所选取故障信号片段的起始时间和终止时间。


3.根据权利要求1所述的一种基于行波能量变化特性的高压输电网混联线路故障测距方法，其特征在于：设定线段两端的测点分别为S点和R点，所述线段上设有第一连接点P1和第二连接点P2，所述故障区段定位判据包括：



式中，K1为线路区段SP1最右端发生故障时两个测点的能量比，K2为连接点P1处发生故障的能量比，K3为线路区段P1P2最左端发生故障时两个测点的能量比，K4为线路区段P1P2最右端发生故障时两个测点的能量比，K5为连接点P2处发生故障的能量比，K6为线路区段P2R最左端发生故障时两个测点的能量比。


4.根据权利要求4所述的一种基于行波能量变化特性的高压输电网混联线路故障测距方法，其特征在于，所述K1、K2、K3、K4、K5、K6的获取方法为：
基于仿真系统，仿真出当发生不同线路区段故障时线路两端的测点的两个测点的能量比，最终获得K1、K2、K3、K4、K5、K6。


5.根据权利要求4所述的一种基于行波能量变化特性的高压输电网混联线路故障测距方法，其特征在于：当故障点F1位于线路区段SP1时，所述故障位置计算公式为：



式中，x代表故障点F1距线路S端的距离，γ1(ω)代表经过第一连接点P1的行波能量折射系数，γ2(ω)代表经过第二连接点P2的行波能量折射系数，α1ω(x)为线路区段SP1上频率为ω的行波分量在故障距离为x处的行波能量衰减系数，α3ω(x)为线路区段P1P2段上频率为ω的行波分量在故障距离为x时的行波能量衰减系数，α5ω(x)为线路区段P2R段上频率为ω的行波分量在故障距离为x时的行波能量衰减系数；
所述故障点的准确位置通过以下步骤获得：
设置x的初值为0，基于所述公式(1)，计算出初始的行波能量衰减系数；
循环重复以下步骤，直至前后两次计算出的x的差值小于设定阈值范围，输出最后一次的x的值作为故障点F1的最终位置：
将计算出的行波能量衰减系数，带入公式(1)，计算出x的值；
将计算出的x的值，带入公式(1)，计算行波能量衰减系数。


6.根据权利要求4所述的一种基于行波能量变化特性的高压输电网混联线路故障测距方法，其特征在于，当故障点F2位于线路区段P1P2时，所述故障位置计算公式为：



式中，x代表故障点F2距P1点的距离，α2ω(x)为线路区段P1P2段上频率为ω的行波分量在故障距离为x处的行波能量衰减系数，α4ω(x)为线路区段SP1、P2R段上频率为ω的行波分量在故障距离为x时的行波能量衰减系数；
所述故障点的准确位置通过以下步骤获得：
设置x...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴锋，张涛，刘丰，刘贞瑶，谢伟，陈轩，郭嵘，康宇斌，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司检修分公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32