專利名稱：輸電線路故障方向元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及故障檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及輸電線路故障方向
檢測(cè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高壓輸電線路特別是超、特高壓長(zhǎng)距離輸電線路的參數(shù)具有明顯的分布參數(shù)特征。傳統(tǒng)的基于工頻電氣量的繼電保護(hù)受到輸電線路分布電容、電流互感器飽和等因素的影響，不能準(zhǔn)確檢測(cè)線路上的故障。但實(shí)際上故障后的故障暫態(tài)行波包含了豐富的故障信息。故障后的電壓故障暫態(tài)行波波頭和電流故障暫態(tài)行波波頭信號(hào)是一個(gè)頻譜范圍很廣的信號(hào)，理論上是一個(gè)全頻域的信號(hào)。早在上世紀(jì)50年代國(guó)內(nèi)外學(xué)者就開始研究基于故障暫態(tài)行波的繼電保護(hù)，并提出了多種行波保護(hù)原理和方案。但是現(xiàn)有研究表明，電力系統(tǒng)中應(yīng)用的電流互感器可以有效地傳變故障電流故障暫態(tài)行波，在電力系統(tǒng)220kV及以上電壓等級(jí)中廣泛使用的電壓互感器——電容式電壓互感器，僅僅可以傳變電力系統(tǒng)工作頻率(50Hz或60Hz)左右一個(gè)很窄的頻帶的電壓信號(hào)，不能有效地將電力系統(tǒng)一次側(cè)的故障電壓故障暫態(tài)行波波頭傳變到互感器的二次側(cè)。因此基于電壓故障暫態(tài)行波和電流故障暫態(tài)行波的故障方向檢測(cè)和方向保護(hù)無法實(shí)現(xiàn)，這也是電力系統(tǒng)行波保護(hù)研究領(lǐng)域中多年來的一個(gè)沒有解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種輸電線路故障方向元件，包括波頭極性獲取單元IOO，分別獲取輸電線路的各電流模量故障暫態(tài)行波的波頭極性匪I。，匪Ie，MMIY ;初始極性獲取單元200，分別獲取所述輸電線路的各電壓模量故障暫態(tài)行波中工頻分量的初始極性S。， Se， SY ;比較單元300，將所述各電流模量故障暫態(tài)行波的波頭極性MMIa，MMIe，MMIY分別與對(duì)應(yīng)模量的所述電壓故障暫態(tài)行波中工頻分量的初始極性進(jìn)行比較，并根據(jù)判斷結(jié)果確定所述輸電線路的故障方向。 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述波頭極性獲取單元100 :電流采樣單元102，在輸電線路的正常運(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)所述輸電線路的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣和存儲(chǔ)，采樣率為400kHz，獲得電流的采樣值序列；電流數(shù)據(jù)處理單元104，首先當(dāng)所述輸電線路發(fā)生故障時(shí)，對(duì)所采集的三相電流值ia(n) ， ib(n) ， i。(n)進(jìn)行凱倫貝爾變換，將存在電磁耦合關(guān)系的三相電流解耦為獨(dú)立的三個(gè)模量電流ia (n) ， ie (n) ， iY (n);接著對(duì)所述三個(gè)模量電流ia (n) ， ie (n)，iY (n)進(jìn)行小波變換，求得對(duì)應(yīng)的小波變換系數(shù)；最后分別求取所述小波變換系數(shù)的模極大值，并根據(jù)所述模極大值的極性來分別確定所述電流故障暫態(tài)行波的波頭極性。
在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，在所述電流數(shù)據(jù)處理單元104中凱倫貝爾變換為<formula>formula see original document page 5</formula>
在所述電流數(shù)據(jù)處理單元104中，采用三次中心B樣條函數(shù)的導(dǎo)函數(shù)作為小波函數(shù)。在所述電流數(shù)據(jù)處理單元104中，所述小波變換系數(shù)的模極大值為對(duì)于任一給定的
正數(shù)e，當(dāng)|n_n。| < e滿足時(shí)，對(duì)任意的n ^ n。，如果
T^.《 )1 —T^《w)l成立，則認(rèn)為
W ; i(w。 )l為所述小波變換系數(shù)的模極大值，其中n為采樣序號(hào)，n。為模極大值所對(duì)應(yīng)的
采樣序號(hào)，IW^ Z(")l為所述小波變換系數(shù)，j為小波變換的尺度。 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述初始極性獲取單元200中包括 電壓采樣單元202，正常運(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)所述輸電線路的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣和存
儲(chǔ)，采樣率為20kHz，獲得所述電壓的采樣值序列； 電壓數(shù)據(jù)處理單元204，首先當(dāng)所述輸電線路故障時(shí)，提取所述輸電線路的各相電壓故障暫態(tài)行波中工頻分量ufttDa， ufttDb， ufttD。；接著對(duì)所提取的所述工頻分獸" "
丄fttpb賃
:電壓
乂fttpa
Ufttp。進(jìn)行凱倫貝爾變換，將存在電磁耦合關(guān)系的三相電壓解耦為獨(dú)立的三
二水7
Ufttpa ， Ufttp0
fttpY ;然后分別對(duì)所述三個(gè)模量電壓故障暫態(tài)行波中工頻分量的初始階段采樣值進(jìn)行求和；最后根據(jù)求和結(jié)果確定所述電壓故障暫態(tài)行波中的工頻分量的初始極性。
在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述初始階段為從所述故障后所述故障暫態(tài)行波到達(dá)母線電容式電壓互感器處的時(shí)刻開始到預(yù)定時(shí)間結(jié)束的時(shí)間間隔。
在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述預(yù)定時(shí)間為2毫秒。 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述初始極性獲取單元200中使用符號(hào)函數(shù)來確定所述電壓故障暫態(tài)行波中的工頻分量的初始極性。 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述比較單元300，當(dāng)確定所述各電流模量故障暫態(tài)行波的波頭極性中的任一模量的波頭極性與對(duì)應(yīng)模量的所述電壓故障暫態(tài)行波中工頻分量的初始極性相反，則確定所述輸電線路故障為正向故障。 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述比較單元300，當(dāng)確定所述各電流模量故障暫態(tài)行波的波頭極性都與對(duì)應(yīng)模量的所述電壓故障暫態(tài)行波中工頻分量的初始極性相同時(shí)，則確定所述輸電線路故障為反向故障。 從而，本發(fā)明能夠在電容式電壓互感器不能有效地將電力系統(tǒng)一次側(cè)的電壓故障暫態(tài)行波波頭傳變到電容式電壓互感器二次側(cè)的情況下，充分利用電流故障暫態(tài)行波在電力系統(tǒng)故障檢測(cè)中的作用，利用電容式電壓互感器二次側(cè)可以得到的故障后電壓故障暫態(tài)行波中的工頻分量來極化電流故障暫態(tài)行波，從而確定故障方向，進(jìn)而構(gòu)成一種可實(shí)用的輸電線路故障方向判別元件，最終實(shí)現(xiàn)輸電線路行波方向保護(hù)。 雖然電容式電壓互感器不能傳變電壓故障暫態(tài)行波的波頭，但是故障后電壓故障暫態(tài)行波中，不僅僅包含電壓故障暫態(tài)行波的波頭，同時(shí)還包含了大量的工頻分量，這些工頻分量是可以傳變到電容式電壓互感器的二次側(cè)的，而且電壓故障暫態(tài)行波的波頭極性和電壓故障暫態(tài)行波中工頻分量的初始極性是具有一致性的，所以可以用電壓故障暫態(tài)行波 中的工頻分量初始極性和電流故障暫態(tài)行波的波頭極性構(gòu)成極性比較式故障方向檢測(cè)元 件，從而解決了長(zhǎng)期以來由于電容式電壓互感器不能傳變電壓故障暫態(tài)行波的波頭而無法 構(gòu)成可應(yīng)用于實(shí)際電力系統(tǒng)的行波故障方向檢測(cè)元件及行波方向保護(hù)的這一難題。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的輸電線路故障方向元件的結(jié)構(gòu)圖； 圖2是圖1中示出的波頭極性獲取單元100的結(jié)構(gòu)圖； 圖3是圖1中示出的初始極性獲取單元200的結(jié)構(gòu)圖； 圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的輸電線路故障方向元件的原理圖； 圖5是根據(jù)本發(fā)明的輸電線路故障方向元件中的正向故障的判據(jù)圖；以及 圖6是根據(jù)本發(fā)明的輸電線路故障方向元件中的反向故障的判據(jù)圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的輸電線路故障方向元件的結(jié)構(gòu)圖。該輸電 線路故障方向元件包括波頭極性獲取單元100，分別獲取輸電線路的各電流模量故障暫 態(tài)行波的波頭極性匪I a ，匪I e ，匪I Y ;初始極性獲取單元200，分別獲取所述輸電線路的各 電壓模量故障暫態(tài)行波中工頻分量的初始極性Sa， Se， SY ;比較單元300，將所述各電流模 量故障暫態(tài)行波的波頭極性MMIa ，MMIe ，MMIY分別與對(duì)應(yīng)模量的所述電壓故障暫態(tài)行波中 工頻分量的初始極性進(jìn)行比較，并根據(jù)判斷結(jié)果確定所述輸電線路的故障方向。
在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，如圖2所示。所述波頭極性獲取單元100包括電流采 樣單元102，在輸電線路的正常運(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)所述輸電線路的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣和存儲(chǔ)， 采樣率為400kHz，獲得電流的采樣值序列；電流數(shù)據(jù)處理單元104，用于所述輸電線路發(fā)生 故障時(shí)，首先對(duì)所采集的三相電流值ia(n)， ib(n)， i。(n)進(jìn)行凱倫貝爾變換，將存在電磁耦 合關(guān)系的三相電流解耦為獨(dú)立的三個(gè)模量電流ia (n) ， ie (n) ， iY (n);接著對(duì)所述三個(gè)模量 電流ia (n) ， ie (n) ， iY (n)進(jìn)行小波變換，求得對(duì)應(yīng)的小波變換系數(shù)；最后分別求取所述小 波變換系數(shù)的模極大值，并根據(jù)所述模極大值的極性來分別確定所述電流故障暫態(tài)行波的 波頭極性。 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述電流數(shù)據(jù)處理單元104，采用三次中心B樣條函 數(shù)的導(dǎo)函數(shù)作為小波函數(shù)。所述小波變換系數(shù)的模極大值為對(duì)于任一給定的正數(shù)e，當(dāng)
n-n。| < e滿足時(shí)，對(duì)任意的n ^ n。，如果
W^'Oz)成立，則認(rèn)為lw^ )|
為所述小波變換系數(shù)的模極大值，其中n為采樣序號(hào)，n。為模極大值所對(duì)應(yīng)的采樣序號(hào)， |w , "w)l為所述小波變換系數(shù)，j為小波變換的尺度。 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述初始極性獲取單元200包括 電壓采樣單元202，正常運(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)所述輸電線路的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣和存
儲(chǔ)，采樣率為20kHz，獲得所述電壓的采樣值序列； 電壓數(shù)據(jù)處理單元204，首先當(dāng)所述輸電線路故障時(shí)，提取所述輸電線路的各相電
壓故障暫態(tài)行波中工頻分
Ufttpa賃Ufttpb賃Utttpc
;接著對(duì)所提取的所述工頻分量u
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賃u
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6Uffttp。進(jìn)行凱倫貝爾變換，將存在電磁耦合關(guān)系的三相電壓解耦為獨(dú)立的三
二vM
:電壓
Ufttpa賃%UpP
fttpY ;然后分別對(duì)所述三個(gè)模量電壓故障暫態(tài)行波中工頻分量的初始階段采 樣值進(jìn)行求和；最后根據(jù)求和結(jié)果確定所述電壓故障暫態(tài)行波中的工頻分量的初始極性。
在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述初始階段為從所述故障后所述故障暫態(tài)行波到 達(dá)母線電容式電壓互感器處的時(shí)刻開始到預(yù)定時(shí)間結(jié)束的時(shí)間間隔。
在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述預(yù)定時(shí)間為2毫秒。 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述初始極性獲取單元200使用符號(hào)函數(shù)來確定所 述電壓故障暫態(tài)行波中的工頻分量的初始極性。 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，在所述比較單元300中，當(dāng)確定所述各電流模量故障 暫態(tài)行波的波頭極性中的任一模量的波頭極性與對(duì)應(yīng)模量的所述電壓故障暫態(tài)行波中工 頻分量的初始極性相反，則確定所述輸電線路故障為正向故障。 在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，在所述比較單元300中，當(dāng)確定所述各電流模量故障 暫態(tài)行波的波頭極性都與對(duì)應(yīng)模量的所述電壓故障暫態(tài)行波中工頻分量的初始極性相同 時(shí)，則確定所述輸電線路故障為反向故障。 圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的輸電線路故障方向元件的流程圖。
本發(fā)明的優(yōu)先實(shí)施方式的流程圖如圖4所示，包括以下步驟
1)電流故障暫態(tài)行波波頭極性的獲取 1.1)正常運(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)輸電線路的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣和存儲(chǔ)，采樣率為 400kHz，獲得電流的采樣值序列，當(dāng)輸電線路發(fā)生故障時(shí)，首先對(duì)采集的三相電流值ia(n)， ib(n)， i。(n)進(jìn)行凱倫貝爾(Karenbauer)變換，將存在電磁耦合關(guān)系的三相電流解耦為獨(dú) 立的三個(gè)模量電流ia (n) ， ie (n) ， iY (n)。 1. 2)對(duì)采集到的故障后電流故障暫態(tài)行波ia (n) ， ie (n) ， iY (n)進(jìn)行小波變換求 得各模量電流對(duì)應(yīng)的小波變換系數(shù)^2_/ L 0)， W2i 0)， ^2J' (")。
在本實(shí)施例中，小波函數(shù)采用三次中心B樣條函數(shù)的導(dǎo)函數(shù)作為小波函數(shù)。小波 系數(shù)序列Olk}k￡Z， (gJksz為

波變換
Uik} = (0. 125， 0. 375， 0. 375， 0. 125) (k {gk} = (-2，2) (k = O，l). 采用上述小波變換后，故障電流的離散信號(hào)
-l，O， 1，2)
(n)可以分解為它的小波逼近和小
V(") = SW"("-2, 式中人"00為電流信號(hào)i(n)的小波逼近系數(shù)，W^'00為電流信號(hào)的小波變換

匪I,
1. 3)對(duì)各模量電流的小波變換系數(shù)求取模極大值MMI a ， MMI e 小波變換的模極大值定義為
對(duì)任 一 給定的正數(shù)e > 0，當(dāng)|n-n。| < e滿足時(shí)，對(duì)任意的n
有
2
W^《w)l成立，則稱lT^"( )l為小波變換系數(shù)的模極大值，小波變換系數(shù)的模極大值實(shí)際是小波變換系數(shù)的局部極大值。電流信號(hào)小波變換的模極大值極性就代表了電 流故障暫態(tài)行波波頭的極性。 2)電壓故障暫態(tài)行波中工頻分量的提取 2. 1)正常運(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)輸電線路的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣和存儲(chǔ)，采樣率為20kHz， 獲得電壓的采樣值序列，當(dāng)輸電線路故障時(shí)，用故障后的電壓采樣點(diǎn)u(n)減去2倍的故障 前一個(gè)工頻周期對(duì)應(yīng)的電壓采樣點(diǎn)u (n-N)，再加上故障前兩個(gè)工頻周期對(duì)應(yīng)的電壓采樣點(diǎn) u(n-2N)，用下式提取各相電壓故障暫態(tài)行波中工頻分量ufttpa， ufttpb， ufttpc。
ufttpm (n) = um (n) _2um (n_N) +um (n_2N) 上式中Ufttpm(n)是線路故障后故障電壓行波中的工頻分量離散采樣點(diǎn)，N為一個(gè) 工頻周期的采樣點(diǎn)數(shù)，在本實(shí)施例中N = 400， m表示a， b， c三相。 2. 2)對(duì)采集的三相電壓值ufttpa， ufttpb， ufttpc進(jìn)行凱倫貝爾(Karenbauer)變換，將 存在電磁耦合關(guān)系的三相電壓解耦為獨(dú)立的三個(gè)模量電壓ufttpa ， ufttpe ， ufttpY 。
2. 3)用下式對(duì)電壓故障暫態(tài)行波中工頻分量初始階段的采樣值進(jìn)行求和。 W =〉 ，U f" ( W )
a:=、 式中k為故障后故障暫態(tài)行波到達(dá)母線電容式電壓互感器處的時(shí)刻對(duì)應(yīng)的采樣 點(diǎn)，k2為與采樣點(diǎn)、相差2毫秒對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)。usu_中的下標(biāo)sum表示求和，第二個(gè)下標(biāo) m表示模量a ， p ， Y ，ufttpm中的下標(biāo)fttp表示故障暫態(tài)行波中工頻分量，下標(biāo)m表示模量 a ， P ， Y 。 2. 4)用下式求得電壓故障暫態(tài)行波中工頻分量的初始極性。 Sm = sgn (usuJ 式中m代表模量a ， P ， y 。 3)行波方向元件的方向判定 3. 1)對(duì)獲得電流故障暫態(tài)行波波頭極性MMI。 ，MMIe，MMIY和電壓故障暫態(tài)行波中 工頻分量的初始極性Sa， Se， SY相比較。故障方向檢測(cè)的正向判據(jù)如圖5所示，當(dāng)任一模 量電流故障暫態(tài)行波波頭的極性與對(duì)應(yīng)模量電壓故障暫態(tài)行波中工頻分量的極性相反時(shí)， 判定為正向故障。 3. 2)故障方向檢測(cè)的反向判據(jù)如圖6所示，當(dāng)電流模量故障暫態(tài)行波波頭的極性
與對(duì)應(yīng)電壓模量故障暫態(tài)行波中工頻分量的初始極性都相同時(shí)，判定為反向故障。 從而，本發(fā)明能夠在電容式電壓互感器不能有效地將電力系統(tǒng)一次側(cè)的電壓故障
暫態(tài)行波波頭傳變到電容式電壓互感器二次側(cè)的情況下，充分利用電流故障暫態(tài)行波在電
力系統(tǒng)故障檢測(cè)中的作用，利用電容式電壓互感器二次側(cè)可以得到的故障后電壓故障暫態(tài)
行波中的工頻分量來極化電流故障暫態(tài)行波，從而確定故障方向，進(jìn)而構(gòu)成一種可實(shí)用的
輸電線路故障方向判別元件，最終實(shí)現(xiàn)輸電線路行波方向保護(hù)。 雖然電容式電壓互感器不能傳變電壓故障暫態(tài)行波的波頭，但是故障后電壓故障 暫態(tài)行波中，不僅僅包含電壓故障暫態(tài)行波的波頭，同時(shí)還包含了大量的工頻分量，這些工 頻分量是可以傳變到電容式電壓互感器的二次側(cè)的，而且電壓故障暫態(tài)行波的波頭極性和 電壓故障暫態(tài)行波中工頻分量的初始極性是具有一致性的，所以可以用電壓故障暫態(tài)行波的工頻分量初始極性和電流故障暫態(tài)行波的波頭極性構(gòu)成極性比較式故障方向元件，從而
解決了長(zhǎng)期以來由于電容式電壓互感器不能傳變電壓故障暫態(tài)行波的波頭而無法構(gòu)成可
應(yīng)用于實(shí)際電力系統(tǒng)的行波故障方向檢測(cè)元件及行波方向保護(hù)的這一難題。 本發(fā)明首先利用小波變換及其模極大值算法提取故障后各電流模量故障暫態(tài)行
波波頭的極性，然后用故障后的電壓采樣點(diǎn)數(shù)值減去兩倍的故障前一個(gè)工頻周期對(duì)應(yīng)的電
壓采樣點(diǎn)數(shù)值，再加上故障前兩個(gè)工頻周期對(duì)應(yīng)的電壓采樣點(diǎn)數(shù)值，提取出各相電壓故障
暫態(tài)行波中工頻分量，并做相模變換，求得各電壓模量故障暫態(tài)行波中工頻分量，進(jìn)而對(duì)各
電壓模量故障暫態(tài)行波中工頻分量從故障后故障暫態(tài)行波到達(dá)母線電容式電壓互感器處
的時(shí)刻開始的兩毫秒時(shí)間段內(nèi)采樣值求和，并提取出求和結(jié)果的極性作為各電壓模量故障
暫態(tài)行波中工頻分量的初始極性。并比較各電壓模量故障暫態(tài)行波中工頻分量的初始極性
和各電流模量故障暫態(tài)行波波頭的極性判定故障方向是正向還是反向。 本發(fā)明利用了"故障后電壓故障暫態(tài)行波中工頻分量的初始極性和波頭的極性一 致"這一特性，用電壓故障暫態(tài)行波中的工頻分量的初始極性與電流故障暫態(tài)行波的波頭 極性構(gòu)成一種可應(yīng)用于電力系統(tǒng)實(shí)際的行波方向元件，用以構(gòu)成輸電線路行波方向保護(hù)。 克服了傳統(tǒng)的行波方向元件由于電容式電壓互感器不能有效傳變電壓故障暫態(tài)行波波頭 而不能應(yīng)用于實(shí)際電力系統(tǒng)這一難題。該行波方向元件動(dòng)作速度快，不受電流互感器飽和 影響，耐受故障過渡電阻能力強(qiáng)，不受長(zhǎng)線分布電容電流的影響，適合用于構(gòu)成高壓線路特 別是超、特高壓線路的縱聯(lián)行波方向保護(hù)。 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
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權(quán)利要求
一種輸電線路故障方向元件，其特征在于，包括波頭極性獲取單元，分別獲取輸電線路的各電流模量故障暫態(tài)行波的波頭極性MMIα，MMIβ，MMIγ；初始極性獲取單元，分別獲取所述輸電線路的各電壓模量故障暫態(tài)行波中工頻分量的初始極性Sα，Sβ，Sγ；比較單元，將所述各電流模量故障暫態(tài)行波的波頭極性MMIα，MMIβ，MMIγ分別與對(duì)應(yīng)模量的所述電壓故障暫態(tài)行波中工頻分量的初始極性進(jìn)行比較，并根據(jù)判斷結(jié)果確定所述輸電線路的故障方向。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線路故障方向元件，其特征在于，所述波頭極性獲取單元包括電流采樣單元，在輸電線路的正常運(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)所述輸電線路的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣和存儲(chǔ)，采樣率為400kHz，獲得電流的采樣值序列；電流數(shù)據(jù)處理單元首先當(dāng)所述輸電線路發(fā)生故障時(shí)，對(duì)所采集的三相電流值ia(n)，ib(n) ， i。(n)進(jìn)行凱倫貝爾變換，將存在電磁耦合關(guān)系的三相電流解耦為獨(dú)立的三個(gè)模量電流ia (n) ， ie (n) ， iY (n);接著對(duì)所述三個(gè)模量電流ia (n) ， ie (n) ， iY (n)進(jìn)行小波變換，求得對(duì)應(yīng)的小波變換系數(shù)；最后分別求取所述小波變換系數(shù)的模極大值，以及根據(jù)所述模極大值的極性來分別確定所述電流故障暫態(tài)行波的波頭極性。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輸電線路故障方向元件，其特征在于，在所述小波變換處理中，采用三次中心B樣條函數(shù)的導(dǎo)函數(shù)作為小波函數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的輸電線路故障方向元件，其特征在于，所述小波變換系數(shù)的模極大值為對(duì)于任一給定的正數(shù)e，當(dāng)|n-n。| < e滿足時(shí)，對(duì)任意的n^n。，如果<formula>formula see original document page 2</formula>成立，則認(rèn)為lwyz("。)l為所述小波變換系數(shù)的模極大值，其中n為采樣序號(hào)，n。為模極大值所對(duì)應(yīng)的采樣序號(hào)，lw^ "")l為所述小波變換系數(shù)，j表示小波變換的尺度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輸電線路故障方向元件，其特征在于，在所述初始極性獲取單元中包括電壓采樣單元，正常運(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)所述輸電線路的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣和存儲(chǔ)，采樣率為20kHz，獲得所述電壓的采樣值序列；電壓數(shù)據(jù)處理單元，首先當(dāng)所述輸電線路故障時(shí)，提取所述輸電線路的各相電壓故障暫態(tài)行波中工頻分量 Ufttpa賃Ufttpb賃Ufttpc ;接著對(duì)所提取的所述工頻分量 Ufttpa賃Ufttpb賃Ufttpc進(jìn)行凱倫貝爾變換，將存在電磁耦合關(guān)系的三相電壓解耦為獨(dú)立的三個(gè)模量電壓Ufttpa，Ufttpe， UfttpY ;然后分別對(duì)所述三個(gè)模量電壓故障暫態(tài)行波中工頻分量的初始階段值進(jìn)行求和；最后根據(jù)求和結(jié)果確定所述電壓故障暫態(tài)行波中的工頻分量的初始極性。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的輸電線路故障方向元件，其特征在于，所述初始階段為從所述故障后所述故障暫態(tài)行波到達(dá)母線電容式電壓互感器處的時(shí)刻開始到預(yù)定時(shí)間結(jié)束的時(shí)間間隔。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的輸電線路故障方向元件，其特征在于，所述預(yù)定時(shí)間為2毫秒。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的輸電線路故障方向元件，其特征在于，所述初始極性確定單 元使用符號(hào)函數(shù)來確定所述電壓故障暫態(tài)行波中的工頻分量的初始極性。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線路故障方向元件，其特征在于，所述比較單元在確定 所述各電流模量故障暫態(tài)行波的波頭極性中的任一模量的波頭極性與對(duì)應(yīng)模量所述電壓 故障暫態(tài)行波中工頻分量的初始極性相反，則確定所述輸電線路故障為正向故障。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線路故障方向元件，其特征在于，所述比較單元在確定 所述電流故障暫態(tài)行波的各模量波頭極性都與對(duì)應(yīng)模量的所述電壓故障暫態(tài)行波中工頻 分量的初始極性相同時(shí)，則確定所述輸電線路故障為反向故障。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種輸電線路故障方向元件，包括波頭極性獲取單元100，分別獲取輸電線路的三個(gè)電流模量故障暫態(tài)行波的波頭極性MMIα，MMIβ，MMIγ；初始極性獲取單元200，分別獲取所述輸電線路的三個(gè)電壓模量故障暫態(tài)行波中工頻分量的初始極性Sα，Sβ，Sγ；比較單元300，將所述三個(gè)電流模量故障暫態(tài)行波的波頭極性MMIα，MMIβ，MMIγ分別與對(duì)應(yīng)模量的所述電壓故障暫態(tài)行波中工頻分量的初始極性進(jìn)行比較，并根據(jù)判斷結(jié)果確定所述輸電線路的故障方向。從而解決了長(zhǎng)期以來由于電容式電壓互感器不能傳變電壓故障暫態(tài)行波的波頭而無法構(gòu)成可應(yīng)用于實(shí)際電力系統(tǒng)的行波故障方向元件及行波方向保護(hù)的這一難題。
文檔編號(hào)G01R31/08GK101710164SQ20091023823
公開日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月23日
發(fā)明者施慎行, 王世勇, 王賓, 董新洲 申請(qǐng)人:清華大學(xué)