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專利名稱：多端線路故障定位的混合型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種線路故障定位的方法，特別涉及一種多端線路故障定位的混合型方法。
背景技術(shù)：
電力公司必須為廣大用戶提供可靠的電力服務(wù)，降低運行成本，然而，這個目標被不斷出現(xiàn)的異常情況威脅著，如電網(wǎng)故障，隨著電網(wǎng)的老化和不斷增長的電力需求，出現(xiàn)嚴重的電網(wǎng)故障的幾率增加，為了防止電力系統(tǒng)設(shè)備的損壞和減少停電時間，輸電線路故障必須迅速分離和切除，在快速恢復(fù)供電和預(yù)防大規(guī)模停電中，快速和精確的故障定位是非常必要的。故障定位已經(jīng)被研究了數(shù)多年，不同的故障定位技術(shù)被提出，一般來說，故障定位方法分為以下兩類:行波方法和相量方法。行波方法通過測量故障波頭在故障點和線路兩端傳播的經(jīng)過時間來進行故障定位，由于這種方法依靠高頻故障波頭信號，所以通常對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有特殊的要求，除此之外，這些方法不能完全依靠故障生成的信號，還需要額外的設(shè)備生成沖擊信號并把信號注入到電力系統(tǒng)中。基于相量的方法，通過計算故障點和線路兩端的阻抗來進行故障定位，計算出的阻抗與線路一端到故障點的長度成正比，相量方法對使用的數(shù)據(jù)沒有特殊的要求，而且現(xiàn)在變電站的智能裝置(IEDs)包括數(shù)字繼電器和故障錄波器(DFRs)能夠很好的滿足這一點。在基于相量的方法中，有單端算法和雙端算法，單端算法僅使用一端電壓、電流而不需要線路兩端進行數(shù)據(jù)交換，雙端算法使用線路兩端的電壓、電流，所以需要線路兩端通訊，一般來說，雙端算法的精確度要比單端算法好得多。大多數(shù)基于相量的故障定位方法使用簡單的線路模型而且僅僅依靠一個可用的電壓、電流數(shù)據(jù)的子集。對線路模型不必要的簡化不可避免的限制了這種故障定位技術(shù)可以達到的精度，忽視重要的信息可以進一步降低故障定位技術(shù)的性能。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明具體公開了一種多端線路故障定位的混合型方法，該故障定位方法是一個雙端算法，基于采樣數(shù)據(jù)和相量，而這些數(shù)據(jù)能夠非常容易的從智能裝置(IEDs)獲取到，這種新的方法把相量與詳細的長線模型考慮在一起，所以被定義為混合型方法?；旌闲头椒ǖ膬?yōu)勢在于，成本低而且精確度高，混合型方法克服了現(xiàn)有的基于相量的故障定位方法的弊端，并提供精度更高的故障定位結(jié)果。為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:多端線路故障定位的混合型方法，包括以下步驟:步驟一，根據(jù)發(fā)送端的對稱分量電壓、電流，計算故障點的對稱分量電壓；步驟二，根據(jù)接收端的對稱分量電壓、電流，計算故障點的對稱分量電壓；步驟三，因為線路兩端不同步，所以假設(shè)δ是發(fā)送端滯后于接收端的相角，d故障距離，利用發(fā)送端計算出的故障點的對稱分量電壓和接收端的故障點的對稱分量電壓得到故障點的不匹配電壓，將故障點的不匹配電壓與Jocobian矩陣利用加權(quán)最小二乘法WLS通過迭代方式得到相角位移S和故障距離d ；步驟四，根據(jù)獲取到故障距離、相角位移，故障地點的序電壓和相量電壓從故障地點兩端電壓和電流測量計算出；步驟五，通過故障電流的總和與一個預(yù)先確定的常數(shù)C的函數(shù)關(guān)系來設(shè)定一個門檻值Ith，確定故障類型；步驟六，通過故障位置的電流和電壓計算得到故障電阻。上述方法是一種基于詳細線路模型的方法，在線路建模中，利用分布式的線路參數(shù)而且不作出任何假設(shè)，為了確保所有可用的信息被正確使用，方法應(yīng)用了加權(quán)最小二乘法(WLS)?；诩訖?quán)最小二乘法，故障定位可以被看作一個最小化的問題，因為它的目標是使在故障點計算出的對稱分量電壓不匹配的加權(quán)和最小化，對于不同的對稱分量選擇不同的加權(quán)系數(shù)，所以在解決故障定位問題中，對于參數(shù)比較精確的的序網(wǎng)絡(luò)，選擇較大的加權(quán)系數(shù)，從而使所對應(yīng)的序分量起更大的作用。來自不同的線路端數(shù)據(jù)不需要同步采樣，因為同步相角差和故障定位可以同時解決。計算出故障點位置和同步相角后，在故障點的對稱分量電壓和電流會被同步計算，對稱分量會被轉(zhuǎn)換為相量進行故障類型分析，確認故障類型后，會根據(jù)相電壓和相電流計算故障點的故障阻抗。本發(fā)明的有益效果:混合型方法的優(yōu)勢在于，成本效率高而且精確度也更高，通過運用適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)模型和智能得利用現(xiàn)有的信息，混合型方法克服了現(xiàn)有的基于相量的故障定位方法的弊端，并提供精度更高的故障定位結(jié)果。


圖1三相輸電線路接線圖；
圖2故障電阻Rag計算示意圖；
圖3故障電阻Rbg計算示意圖；
圖4故障電阻Rcg計算示意圖；
圖5故障電阻Rab計算示意圖；
圖6故障電阻Rbc計算示意圖；
圖7故障電阻Rac計算示意圖；
圖8故障電阻Ra、Rb和Rabg計算示意 圖9故障電阻Rb、Re和Rbcg計算示意 圖10故障電阻Ra、Re、Racg計算示意圖；
圖11故障電阻Ra、Rb、Re、Rabc計算示意圖。
具體實施方式

下面根據(jù)附圖對所采用的技術(shù)方案進行進一步的闡述。
如圖1所示，線路的長度由I表示，故障點距離發(fā)送端s的長度為d，距離接收端r 的長度為1-d。
根據(jù)發(fā)送端的對稱分量電壓、電流、特性阻抗，故障點的對稱分量電壓可以這樣計算:Vfs, J=V3j posh (d Y ) _IS，A1Sinh (d Y 丄)Vfs；2=Vs；2cosh (d Y 2) _Is 2Zc2sinh (d Y 2)Vfs；o=Vs；Ocosh (d Y。)-1s；0Zc0sinh (d Y。)其中，sinh O和cosh O是雙曲正弦和雙曲余弦函數(shù)；Vs；1, \ 2和\’0表示發(fā)送端測量的正序、負序和零序電壓；Is l, Is 2和Is tl表示發(fā)送端測量的正序、負序和零序電流；Vfs, 1； VhdPVfU表示根據(jù)發(fā)送端測量值計算出的故障點的正序、負序和零序電壓；Y1, Y 2和Y ^分別表示正序、負序和零序傳播常數(shù)；Zcl, Zc2和Zetl分別表示線路的正序、負序和零序特性阻抗。根據(jù)接收 端的對稱分量電壓、電流、特性阻抗，在故障點的對稱分量電壓可以這樣計算:Vixi=VrilCosh((1-d) Y ^-1r；jZ^sinh((1-d) Y1)Vfr’2=Vr’2cosh ((l_d) γ 2) _Ir，2Zc2sinh ((l_d) y 2)Vfr；0=Vr；0cosh((l-d) Y 0)-1r，0Zc(lsinh ((l_d) Y0)其中，\ 2和\ 0表示接收端測量的正序、負序和零序電壓；Ir；1, Ir；2和I。表示接收端測量的正序、負序和零序電流；Vfr；1, Vfr；2和VfM表示根據(jù)接收端測量值計算出的故障點的正序、負序和零序電壓。如果線路兩端的電壓和電流是同步的，那么從線路兩端的測量數(shù)據(jù)計算出的故障點的對稱分量電壓電流應(yīng)該完全一樣，考慮到線路兩端不可能完全同步這個事實，我們假設(shè)非同步采樣的相角位移為I我們進一步假設(shè)S是發(fā)送端滯后于接收端的相角，然后用加權(quán)最小二乘法(WLS),故障定位問題可以歸結(jié)為解決δ和d,所以下面方法可以最小化:W11 F1 ( δ , d) 12+W21 F2 ( δ，d) 12+w0 F0 ( δ , d) 2其中，F(xiàn)J δ，d)，F(xiàn)2( δ，d)和F0( δ，d)表示故障點計算出的不匹配正序、負序和零序電壓；W1, W2和Wci分別表示不匹配正序、負序和零序電壓的加權(quán)系數(shù)；匕(δ，d)，F(xiàn)2(δ，d)和 FQ( δ，d)的計算如下:Ρ (β, ) = yfsie}S — Vfr,IF2(5, d) = VfSi2efs — Vfr,2F0(5, d) - VfsfleiS - Vfrfl其中，Vfr, 1； Vfr,2和Vfy表示根據(jù)接收端測量值計算出的故障點的正序、負序和零序電壓；Vfs；1, Vfs；2和\s’0表示根據(jù)發(fā)送端測量值計算出的故障點的正序、負序和零序電壓；e是自然對數(shù)的底數(shù)，j代表-1的平方根。
基于加權(quán)最小二乘法(WLS)，相角位移δ和故障距離d可以被這樣迭代解決
權(quán)利要求
1.一種多端線路故障定位的混合型方法，其特征是，包括以下步驟: 步驟一，根據(jù)發(fā)送端的對稱分量電壓、電流，計算故障點的對稱分量電壓； 步驟二，根據(jù)接收端的對稱分量電壓、電流，計算故障點的對稱分量電壓； 步驟三，因為線路兩端不同步，所以假設(shè)δ是發(fā)送端滯后于接收端的相角，d故障距離，利用發(fā)送端計算出的故障點的對稱分量電壓和接收端的故障點的對稱分量電壓得到故障點的不匹配電壓，將故障點的不匹配電壓與Jocob ian矩陣利用加權(quán)最小二乘法WLS通過迭代方式得到相角位移S和故障距離d ； 步驟四，根據(jù)獲取到故障距離、相角位移，故障地點的序電壓和相量電壓從故障地點兩端電壓和電流測量計算出； 步驟五，通過故障電流的總和與一個預(yù)先確定的常數(shù)C的函數(shù)關(guān)系來設(shè)定一個門檻值Ith，確定故障類型； 步驟六，通過故障位置的電流和電壓計算得到故障電阻。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多端線路故障定位的混合型方法，其特征是，所述步驟一的故障點的對稱分量電壓計算公式: Vfs, i=Vs； !cosh (d Y i) -1s，!ZclSinh (d Y 丄) Vfs,2二\’2cosh (d Y 2) -1s,2Zc2sinh (d Y 2) Vfs, O=Vs, cicosh (d Y 0) -1s，ClZctlSinh (d Y 0) 其中，sinh O和cosh O是雙曲正弦和雙曲余弦函數(shù)； Vs；1, Vs；2和\0表示發(fā)送端測量的正序、負序和零序電壓； Is, Is，2和Is，。表示發(fā)送端測量的正序、負序和零序電流； Vfs, 1； Vfs,2和VfM表示根據(jù)發(fā)送端測量值計算出的故障點的正序、負序和零序電壓； Y1, Y2和Ytl分別表示正序、負序和零序傳播常數(shù)； 故障點距離發(fā)送端S的長度為d ; Zcl, Zc2和Zetl分別表不線路的正序、負序和零序特性阻抗。
3.如權(quán)利要求1所述的一種多端線路故障定位的混合型方法，其特征是，所述步驟二的故障點的對稱分量電壓計算公式:Vfr,i=Vr,iC0Sh((l_d) γ D-1rilZclSinh ((1-d) Y1) Vfr，2=Vr，2cosh ((l_d) y 2) -1r；2Zc2sinh ((1-d) y 2) vfr,0=Vr；0cosh((l-d) Y 0)_Ir,oZc0sinh((l-d) y 0) 其中，Vy，和\，0表示接收端測量的正序、負序和零序電壓； Ir, 1&2和1&。表示接收端測量的正序、負序和零序電流； Ι-d為故障點距離接收端r的長度； Vfr, 1； Vfr,2和VfM表示根據(jù)接收端測量值計算出的故障點的正序、負序和零序電壓。
4.如權(quán)利要求1所述的一種多端線路故障定位的混合型方法，其特征是，所述步驟三的通過迭代方式得到相角位移S和故障距離d的過程如下:
5.如權(quán)利要求1所述的一種多端線路故障定位的混合型方法，其特征是，所述步驟四的故障地點的序電壓和相量電壓計算公式如下:
6.如權(quán)利要求1所述的一種多端線路故障定位的混合型方法，其特征是，所述步驟五的門檻值Ith及故障類型的定義如下:
7.如權(quán)利要求1所述的一種多端線路故障定位的混合型方法，其特征是，所 述步驟六的故障電阻的Ra、Rb和Rabg求解如下: Ifg_Ifa+Ifb 其中，Ifg表示接地電流， 在故障定位中電流和電壓之間的關(guān)系被描述為:
全文摘要
一種多端線路故障定位的混合型方法，它的步驟為步驟一，根據(jù)發(fā)送端的對稱分量電壓、電流，計算故障點的對稱分量電壓；步驟二，根據(jù)接收端的對稱分量電壓和電流，計算故障點的對稱分量電壓；步驟三，假設(shè)δ是發(fā)送端滯后于接收端的相角，d故障距離，然后用加權(quán)最小二乘法(WLS)，通過迭代方式得到相角位移δ和故障距離d；步驟四，根據(jù)獲取到故障點和相角差，故障地點的序電壓和相量電壓可以從兩端電壓和電流測量計算出；步驟五，通過故障電流的總和和一個預(yù)先確定的常數(shù)C來設(shè)定一個門檻值Ith，確定故障類型；步驟六，通過故障位置的電流和電壓計算得到故障電阻。
文檔編號G01R31/08GK103197204SQ20131011788
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者蘇建軍, 夏濱, 袁桂華, 張瑞芳, 荊盼盼, 王連成 申請人:山東電力集團公司德州供電公司, 濟南海興電力科技有限公司