考虑波速衰减及时间误差的复杂电网故障精准定位方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑波速衰减及时间误差的复杂电网故障精准定位方法，首先基于行波传输规律，建立波速、时间与距离的等式约束；其次，依据波头时间误差范围及波速衰减规律，引入平均波速变量，形成不等式约束；再次，以波头时间与波头形态中心的偏离度最小为目标，引入最短路径临界标志变量，构建故障点到量测点的最短距离函数，建立行波故障定位模型；最后，求解模型最优解，得到故障距离。本发明专利技术涉及复杂电网故障精准定位领域，本方法能够有效减小同步误差、采样精度及波速衰减对定位精度的影响，实现复杂电网下故障的快速、准确、可靠定位。位。位。

Accurate fault location method of Complex Power Grid Considering wave velocity attenuation and time error

【技术实现步骤摘要】
考虑波速衰减及时间误差的复杂电网故障精准定位方法


[0001]本专利技术涉及复杂电网故障精准定位领域，具体为一种考虑波速衰减及时间误差的复杂电网故障精准定位方法。

技术介绍

[0002]目前输电网行波定位方法主要有单端法、双端法、广域法。其中，单端法和双端法主要着眼于单一线路的故障定位。随着输电网拓扑日益复杂和同步技术的发展，有学者提出了广域行波法，这种方法综合利用全网或者局部的量测信息，提升了信息利用率，实现了较为精准的故障定位。目前，实际采用的行波量测设备同步精度、采样率能够满足广域行波定位的基本要求，但是仍然存在μs级的误差，导致获取的波头时频信息与实际相比存在偏差，限制了定位精度的提升。在实际工程应用中，范围大、跨度广的输电网同步量测设备可能会因为设备故障、基准时源切换等问题，导致不同程度的失步，使波头时间信息出现异常。此外，波速选取也是影响广域行波法精度的主要因素，行波法如果不考虑波速的衰减，距离故障点较远的行波数据会给定位带来较大误差。最重要的是，在复杂网络情况下环网结构多且呈现相互耦合、嵌套的特点，涉及环网的数据占比高，需要建立有效的在线环网处理方法。
[0003]面对以上挑战，研究时间误差原理和波速衰减规律，提出能够有效减小同步误差、采样精度及波速衰减的影响，实现复杂电网下故障快速、准确、可靠定位方法，具有重要意义。

技术实现思路

[0004]针对上述情况，为解决现有行波故障定位精度受同步误差、采样精度及波速衰减影响的问题，本专利技术提供了一种考虑波速衰减及时间误差的复杂电网故障精准定位方法。
[0005]本专利技术提供如下的技术方案：本专利技术提出的一种考虑波速衰减及时间误差的复杂电网故障精准定位方法，具体包括下列步骤：
[0006](1)依据当前拓扑数据使用Dijkstra方法建立最优路径矩阵L，形成故障线路最短距离差矩阵L
ifj
；
[0007](2)形成波速取值上下限矩阵V
low
、V
up
，定义波速变量矩阵形成波速约束；
[0008](3)依据波头采集数据，提取波头时间差的波动上下限t
es
、t
se
，形成时间上下限矩阵 T
se
、T
es
，定义时间差变量矩阵T
*
，建立时间约束；
[0009](4)建立波头中心时间矩阵T
mij
，构建目标函数，构建行波故障定位模型；
[0010](5)求解所建立模型，得到故障定位结果；
[0011](6)若无解，将模型去掉时间约束重新求解，得到故障定位结果，从而实现故障定位。
[0012]进一步地，在步骤(1)中最优路径矩阵L建立方法如下：
[0013]获取系统拓扑的线路长度，给当前每个节点标号1～N，建立邻接矩阵B：
[0014]B＝[b
ij
]N
×
N
(1≤i,j≤N)
[0015]矩阵中元素b
ij
取值如下：
[0016][0017]将邻接矩阵B代入Dijkstra算法，求解得到节点间最短距离矩阵L：
[0018]L＝[l
ij
]N
×
N
(1≤i,j≤N)
[0019]式中，l
ij
为节点i到节点j的最短距离；
[0020]形成故障线路最短距离差矩阵L
ifj
：故障后，依据断路器状态识别故障线路，标记故障线路两端节点编号为A、B，A>B，设A为参考节点，设x为故障点距节点A的长度。如果满足：
[0021]|l
Ai
‑
l
Bi
|≥l
AB
[0022]则故障点到节点i的最短路径长度l
fi
(x)表示为：
[0023][0024]不满足，则：
[0025][0026]式中，b
i
为当前线路相对于节点i的最短距离临界点，l
Abi
为线路参考端点A与临界点b
i
的距离，b
i
为l
AB
上存在的临界点，该临界点使得故障点F的位置会决定l
fi
(x)的值；s
i
为该线路相对与节点i的最短路径临界标志变量，其取值为：
[0027][0028]然后生成故障点对全网节点的最短距离函数集合L
if
＝{l
f1
(x),l
f2
(x),
…
,l
fN
(x)}。进而生成最短距离差矩阵L
ifj
：
[0029][0030]式中元素l
ifj
(x)取值为：
[0031]l
ifj
(x)＝l
fi
(x)
‑
l
fj
(x)。
[0032]进一步地，在步骤(2)中波速约束建立如下：
[0033][0034]式中，矩阵V
low
及V
up
分别为波速上限、下限矩阵，矩阵元素分别为0.936c、0.987c，c表示光速，c＝3
×
108m/s。V
*
为：
[0035][0036]式中，矩阵元素为各节点之间的平均波速变量。
[0037]进一步地，在步骤(3)中时间约束建立如下：
[0038]通过db6小波变换处理首波头并提取小波d1层细节系数，设定实际波头到达时间的波动范围为该频段整个暂态过程的范围，并将这个暂态过程的形态中心作为波头时间的波动中心，表示为：
[0039]t
si
＜t
i
＜t
ei
[0040]式中，t
i
为首波头到达节点i的时间，如i节点无量测点，则t
i
＝0；t
si
为节点i首波头的暂态起始时间，t
ei
为节点i首波头的暂态结束时间，如果t
i
＝0，则t
si
＝0、t
ei
＝0；依据以上波头时间波动范围，得到各节点波头时间差t
ij
的波动范围：
[0041]t
si
‑
t
ej
＜t
ij
＜t
ei
‑
t
sj
[0042]式中t
ij
取值为：
[0043][0044]建立各节点首波头到达时间差变量矩阵T
*
：
[0045][0046]式中，N为节点总数，矩阵元素t*ij为待求的各节点之间首波头到达时间差；同理，建立时间上限矩阵T
es
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑波速衰减及时间误差的复杂电网故障精准定位方法，其特征在于，包括依次执行的步骤(1)至步骤(6)：(1)依据当前拓扑数据使用Dijkstra方法建立最优路径矩阵L，形成故障线路最短距离差矩阵L
ifj
；(2)形成波速取值上下限矩阵V
low
、V
up
，定义波速变量矩阵形成波速约束；(3)依据波头采集数据，提取波头时间差的波动上下限t
es
、t
se
，形成时间上下限矩阵T
se
、T
es
，定义时间差变量矩阵T
*
，建立时间约束；(4)建立波头中心时间矩阵T
mij
，构建目标函数，构建行波故障定位模型；(5)求解所建立模型，得到故障定位结果；(6)若无解，将模型去掉时间约束重新求解，得到故障定位结果。2.权利要求1所述考虑波速衰减及时间误差的复杂电网故障精准定位方法，其特征在于，在步骤(1)中最优路径矩阵L建立方法如下：获取系统拓扑的线路长度，给当前每个节点标号1～N，建立邻接矩阵B：矩阵中元素b
ij
取值如下：将邻接矩阵B代入Dijkstra算法，求解得到节点间最短距离矩阵L：式中，l
ij
为节点i到节点j的最短距离。3.根据权利要求2所述考虑波速衰减及时间误差的复杂电网故障精准定位方法，其特征在于，在步骤(1)中故障线路最短距离差矩阵L
ifj
建立方法如下：故障后，依据断路器状态识别故障线路，标记故障线路两端节点编号为A、B，A>B，设A为参考节点，设x为故障点距节点A的长度。如果满足：|l
Ai
‑
l
Bi
|≥l
AB
则故障点到节点i的最短路径长度l
fi
(x)表示为：不满足，则：式中，b
i
为当前线路相对于节点i的最短距离临界点，l
Abi
为线路参考端点A与临界点b
i
的距离，b
i
为l
AB
上存在的临界点，该临界点使得故障点F的位置会决定l
fi
(x)的值。s
i
为该线
路相对与节点i的最短路径临界标志变量。从而生成故障点对全网节点的最短距离函数集合L
if
＝{l
f1
(x),l
f2
(x),
…
,l
fN
(x)}，进而得到最短距离差矩阵L
ifj
。4.根据权利要求3所述考虑波速衰减及时间误差的复杂电网故障精准定位方法，其特征在于，在步骤(2)中波速约束建立如下：式中，矩阵V
low
及V
up
分别为波速上限、下限矩阵，矩阵元素分别为0.936c、0.987c，c表示光速，c＝3
×
108m/s。5.根据权利要求4所述考虑波速衰减及时间误差的复杂电网故障精准定位方法，其特征在于，在步骤(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁睿，王全金，王子龙，王昊，蒋成瑞，李英恺，彭楠，张鹏，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：