一种直流输电线路单端故障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故障测距方法及系统，属于电力系统继电保护控制领域。本发明专利技术利用单端量测到的故障行波频谱的等间隔频差与故障距离的数学关系实现测距，相较于时域行波单端测距法，该方法无需标定行波波头到达时刻，亦无需对单端获得的第二个波头进行辨识；相较于固有频率单端测距法，频差的提取不受系统边界条件影响，测距精度不受固有频率主频提取的精确性影响。本发明专利技术适合于各种复杂工况，测距结果准确率高，可靠性高，鲁棒性高。高。高。

【技术实现步骤摘要】
一种直流输电线路单端故障测距方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种直流输电线路单端故障测距方法及系统，属于电力系统继电保护控制领域。

技术介绍

[0002]我国幅员辽阔、能源与负荷呈逆向分布，决定了高压直流输电技术(HVDC)在我国具有广阔的应用前景。直流输电输送容量大、送电距离远，电网互联方便，功率调节容易，但由于其输电环境复杂多变，工作条件恶劣，直流线路是直流系统故障率最高的元件，运行数据也表明，我国直流输电可靠性指标略偏低。直流线路故障一般是遭受雷击、污秽或树枝等环境因素造成线路绝缘水平降低而产生的对地故障或者闪络。线路故障后，故障巡线难度大，严重影响永久性故障的恢复时间。因此，准确、快速、可靠地故障定位，可大幅度加快故障修复速度、减小停电损失，保障电力系统的安全稳定运行。
[0003]与交流系统相比，直流母线上仅有直流输电线路一回出线，HVDC高压直流输电线路单端故障行波测距不会受到母线上其他线路的影响，也不会存在单相电压过零点附近发生故障和两相电压相等附近发生相间故障时，初始电压行波为零或甚小等问题。高压直流输电线路两侧系统的物理边界的接线形式和边界条件电气特性也是确定的。单端行波测距方法主要取决于第二个行波波头突变是不是清晰可标定。原理上，HVDC输电线路单端行波测距实现较为容易，可靠性高。但实际上，第二个波头的准确标定决定了测距的精度和正确性。目前主流的行波测距工程应用仍然是双端法，其劣势是需要双侧数据的同步，线路长度工程呼称值参与故障距离的计算。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种直流输电线路的单端故障测距方法及系统，用以解决现有测距技术依赖双端时钟同步、单端测距依赖波头精确标定，测距精度不高的问题。
[0005]本专利技术利用单端量测到的故障行波频谱的等间隔频差与故障距离的数学关系实现测距，首先计算单端测距信号的频差，再利用频差值实现故障测距。相较于时域行波单端测距法，本专利技术无需标定行波波头到达时刻，亦无需对单端获得的第二个波头进行辨识；相较于固有频率单端测距法，频差的提取不受系统边界条件影响，测距精度不受固有频率主频提取的精确性影响。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种直流输电线路单端故障测距方法，具体步骤为：
[0007]Step1：采集线路单端故障振荡行波信号，获取测距信号。
[0008]Step2：计算单端测距信号的频谱，判断频差稳定值是否存在，若否，则自动调整数据时窗长度，返回重新计算单端频谱，若是，则利用该频差进行故障测距，改变至少三次时窗长度，得到稳定存在的两个测距估计结果x
a
，x
b
。
[0009]本专利技术所提供的测距方法主要依据为反映故障位置的等间隔频谱的频差，若获得
的频谱非等间隔，则影响计算结果，因此需要调整时窗长度以确保最优的等间隔频谱的获得。改变至少三次时窗长度，以故障行波在线路全长折反射所需的时间周期为单位时窗，假设该周期为τ
l
，则三次时窗长度分别可取τ
l
、2τ
l
、4τ
l
，以此确保所反映的频谱间隔为线路上故障位置所对应。由于线路不对称故障情况下会出现故障点透射现象，因此测距估计结果可能有两个，一个为真实的故障位置，另一个为故障距离另一端的位置，因此以下的步骤需要对这两个测距估计结果进行筛选。
[0010]Step3：计算单端校验信号，分别计算两个测距估计结果与校验信号之偏差δ
a
，δ
b
。
[0011]Step4：计算偏差δ
a
与δ
b
之差，判断δ
a
与δ
b
之差是否小于等于预设的校验阈值，若否，则测距结果为x
b
，若是，则测距结果为x
a
。
[0012]执行该步骤的优势在于，通过校验信号的筛选，可区分所得到的两个测距估计结果分别具体对应的是故障点距离第一端的位置，或者是距离第二端的位置，从而得到准确的故障距离。
[0013]在所述计算单端测距信号的频谱之前，还包括：
[0014]计算单端的测距信号：
[0015]首先获得故障特征量，其可以为，
[0016]求取故障振荡行波信号的相邻采样点的值之差，作为前一个采样点的新值，以此为故障特征量。执行此步骤的优势主要在于可靠提取含有丰富故障信息的特征量，通过差分滤波的方式放大故障信号的奇异性。
[0017]或，通过Karenbauer变换矩阵解耦故障振荡行波信号，求取极空间模量信号，求取相邻采样点的值之差，作为前一个采样点的新值，以此为故障特征量。执行此步骤的优势在于，对于存在耦合的两极线路，先进行解耦，避免耦合导致的故障行波频谱混叠现象。
[0018]计算所述的作为故障特征量的幂信号，构造测距信号。执行此步骤的优势在于，利用了幂变换的数学机理，从数学上放大故障特征信号，平抑噪声和弱信号，进一步凸显故障后自由振荡分量的振荡特征。
[0019]所述幂信号指的是对故障特征量进行奇次幂变换。执行此步骤的关键在于，奇次幂变化保留了故障信号的突变方向。
[0020]所述Step2具体为：
[0021]Step2.1：计算单端测距信号的频谱。
[0022]Step2.2：判断单端测距信号的频谱分布是否等间隔，若否，则自动调整数据时窗长度，返回重新计算单端频谱，若是，则
[0023]Step2.3：提取单端频谱的谱峰位置的频率值，对相邻两个频率值作差，得到单端频谱所对应的频差，若单端频差稳定值存在，则
[0024]Step2.4：利用波速除以单端频差值再乘上二分之一估算故障距离，记录测距估计结果x
a
， x
b
。
[0025]Step2.5：计算测距估计结果x
a
与x
b
之和与直流输电线路全长l之差。
[0026]Step2.6：判断x
a
与x
b
之和与直流输电线路全长l之差是否小于等于预设的估计阈值，若否，则返回继续计算单端测距信号的频谱，若是，则输出测距估计结果x
a
，x
b
。
[0027]所述Step3具体为：
[0028]Step3.1：对测距信号进行小波分解，分别计算提取的各频段信号的频谱。
[0029]Step3.2：分别判断各频段信号的频谱分布是否等间隔，若否，则自动调整数据时窗长度，返回重新计算各频段信号频谱，若是，则
[0030]Step3.3：分别提取各频段信号频谱的谱峰位置的频率值，对相邻两个频率值作差，得到各频段信号频谱所对应的频差，若频差稳定值存在，则
[0031]Step3.4：分别利用波速除以频差值再乘上二分之一估算故障距离，得到对应各频段信号的测距估计结果。
[0032]S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流输电线路单端故障测距方法，其特征在于：Step1：采集线路单端故障振荡行波信号，获取测距信号；Step2：计算单端测距信号的频谱，判断频差稳定值是否存在，若否，则自动调整数据时窗长度，返回重新计算单端频谱，若是，则利用该频差进行故障测距，改变至少三次时窗长度，得到稳定存在的两个测距估计结果x
a
，x
b
；Step3：计算单端校验信号，分别计算两个测距估计结果与校验信号之偏差δ
a
，δ
b
；Step4：计算偏差δ
a
与δ
b
之差，判断δ
a
与δ
b
之差是否小于等于预设的校验阈值，若否，则测距结果为x
b
，若是，则测距结果为x
a
。2.根据权利要求1所述的直流输电线路单端故障测距方法，其特征在于，所述获取测距信号为：首先获得故障特征量，其可以为，求取故障振荡行波信号的相邻采样点的值之差，作为前一个采样点的新值，以此为故障特征量；或，通过Karenbauer变换矩阵解耦故障振荡行波信号，求取极空间模量信号，求取相邻采样点的值之差，作为前一个采样点的新值，以此为故障特征量；计算所述的作为故障特征量的幂信号，构造测距信号；所述幂信号指的是对故障特征量进行奇次幂变换。3.根据权利要求1所述的直流输电线路单端故障测距方法，其特征在于，所述Step2具体为：Step2.1：计算单端测距信号的频谱；Step2.2：判断单端测距信号的频谱分布是否等间隔，若否，则自动调整数据时窗长度，返回重新计算单端频谱，若是，则Step2.3：提取单端频谱的谱峰位置的频率值，对相邻两个频率值作差，得到单端频谱所对应的频差，若单端频差稳定值存在，则Step2.4：利用波速除以单端频差值再乘上二分之一估算故障距离，记录测距估计结果x
a
，x
b
；Step2.5：计算测距估计结果x
a
与x
b
之和与直流输电线路全长l之差；Step2.6：判断该值是否小于等于预设的估计阈值，若否，则返回继续计算单端测距信号的频谱，若是，则输出测距估计结果x
a
，x
b
。4.根据权利要求1或2所述的直流输电线路单端故障测距方法，其特征在于，所述Step3具体为：Step3.1：对测距信号进行小波分解，分别计算提取的各频段信号的频谱；Step3.2：分别判断各频段信号的频谱分布是否等间隔，若否，则自动调整数据时窗长度，返回重新计算各频段信号频谱，若是，则Step3.3：分别提取各频段信号频谱的谱峰位置的频率值，对相邻两个频率值作差，得到各频段信号频谱所对应的频差，若频差稳定值存在，则Step3.4：分别利用波速除以频差值再乘上二分之一估算故障距离，得到对应各频段信号的测距估计结果；Step3.5：计算各测距估计结果的众数，作为校验信号；
Step3.6：分别计算两个测距估计结果与校验信号之偏差δ
a
，δ
b
。5.根据权利要求4所述的直流输电线路单端故障测距方法，其特征在于，所述对测距信号进行小波分解，具体为：选择合适的B样条小波对输入的测距信号进行双通道滤波，输出测距信号的低频和高频细节部分；对每次分解后的低频部分重复进行双通道滤波，分解为新的低频和高频细节部分；所述重复分解次数依据设定的采样率选择，至少重复三次。6.根据权利要求1所述的直流输电线路单端故障测距方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：束洪春，杨竞及，单节杉，安娜，曹璞璘，董俊，田鑫萃，张广斌，代月，唐玉涛，韩一鸣，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：