本發(fā)明涉及適應(yīng)于電網(wǎng)下故障暫態(tài)行波衰減分量的故障區(qū)段定位方法研究。

背景技術(shù)：

電力能源已經(jīng)成為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展命脈，近年來(lái)智能電網(wǎng)發(fā)展迅速，對(duì)供電的可靠性提出了更高的要求。如果故障不能得到快速準(zhǔn)確的定位及排除將會(huì)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成難以估計(jì)的損失，同時(shí)也會(huì)對(duì)人民的生活帶來(lái)極大的不便。因此，故障定位問(wèn)題一直都是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。

現(xiàn)有故障定位方法主要可以分為基于穩(wěn)態(tài)量和基于暫態(tài)量?jī)深悾呵罢呷菀资艿椒植茧娙莺瓦^(guò)渡電阻的影響，適用性較差；后者定位精度較高并獲得了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，基于PMU等測(cè)量裝置實(shí)時(shí)獲取電網(wǎng)全局的暫態(tài)信息的廣域量測(cè)系統(tǒng)發(fā)展迅速，為電網(wǎng)的暫態(tài)分析提供了新的手段。在現(xiàn)代行波測(cè)距原理的基礎(chǔ)上，專家和學(xué)者們基于WAMS提出了廣域信息故障定位方法。陳羽等擴(kuò)展了雙端測(cè)距原理，利用廣域行波信息實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)擾動(dòng)線路的識(shí)別和擾動(dòng)點(diǎn)的定位^[1]，但仿真模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，此算法在更加復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)中的適用性有待進(jìn)一步驗(yàn)證；文獻(xiàn)^[2]提出一種在所有線路兩端安裝測(cè)量裝置同步獲取故障信息的故障定位方法，并以IEEE 118-母線System分析驗(yàn)證了所提方法的正確性，但此方法的設(shè)備成本高、難以獲得實(shí)際應(yīng)用；文獻(xiàn)^[3]通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，利用在電網(wǎng)部分節(jié)點(diǎn)安裝的測(cè)量裝置同步獲取的行波到達(dá)時(shí)間，計(jì)算出故障發(fā)生時(shí)刻的同時(shí)實(shí)現(xiàn)故障的精確定位。以上方法的故障定位手段要求測(cè)量裝置的嚴(yán)格同步，同步精度的高低會(huì)嚴(yán)重影響定位的精度，所以研究基于非同步暫態(tài)信號(hào)的電網(wǎng)故障區(qū)段定位方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

[1]陳羽,劉東,徐丙垠.基于廣域網(wǎng)絡(luò)信息的行波測(cè)距算法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2011,35(11):65-70.

[2]Dutta P,Esmaeilian A,Kezunovic M.Transmission-line fault analysis using synchronized sampling[J].IEEE Transactions on Power Delivery,2014,29(2):942-950.

[3]Korkali M,Abur A.Optimal deployment of wide-area synchronized measurements for fault-location observability[J].IEEE Transactions on Power Systems,2013,28(1):482-489.

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提出一種基于故障暫態(tài)行波衰減分量的電網(wǎng)故障區(qū)段定位方法。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于故障暫態(tài)行波衰減分量的電網(wǎng)故障區(qū)段定位方法，包括如下步驟：

1)對(duì)于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)確定的電網(wǎng)，假設(shè)共有N個(gè)測(cè)量點(diǎn)，分別標(biāo)記為m₁,m₂,…,m_N，并構(gòu)成集合M＝{m₁,m₂,…,m_N}，根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得到每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的相鄰測(cè)量點(diǎn)數(shù)目分別為j₁,j₂,…,j_N，并構(gòu)成集合J＝{j₁,j₂,…,j_N}；

2)故障發(fā)生后，對(duì)各測(cè)量點(diǎn)獲取的線模電壓分別進(jìn)行小波變換，提取小波系數(shù)模極大值表征該測(cè)量點(diǎn)的行波幅值，各測(cè)量點(diǎn)的行波幅值分別為f₁,f₂,…f_N，并構(gòu)成集合F＝{f₁,f₂,…f_N}；測(cè)量點(diǎn)m_a的相鄰測(cè)量點(diǎn)行波幅值記為集合{f_a1,f_a2,...f_aja}，a∈{1,2,...N}，得到各測(cè)量點(diǎn)的相鄰測(cè)量點(diǎn)行波幅值矩陣L表示為：

其中，Z為集合J中的最大值，L中的空元素用數(shù)值零來(lái)替代；

3)步驟2)所獲得最大行波幅值對(duì)應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)確定為故障的一端，該測(cè)量點(diǎn)記為m_i，并得到測(cè)量點(diǎn)m_i的P個(gè)相鄰測(cè)量點(diǎn)分別記為b₁,b₂,…b_P，并構(gòu)成集合B＝{b₁,b₂,…b_P}；

4)選擇集合B中一個(gè)相鄰測(cè)量點(diǎn)b_j，相鄰測(cè)量點(diǎn)b_j對(duì)應(yīng)的行波幅值記為f_bj，j∈{1,2,...P}；獲取b_j到一個(gè)測(cè)量點(diǎn)m_n的最短路徑所經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)，所經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)根據(jù)b_j到測(cè)量點(diǎn)m_n依次經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)的序號(hào)排列為集合D＝{m_x,…m_y}，其中m_x為所經(jīng)過(guò)的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的序號(hào)，m_y為所經(jīng)過(guò)的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的序號(hào)，n∈{1,2,...N}；若所述集合D中沒(méi)有測(cè)量點(diǎn)m_i，集合D中各節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相鄰測(cè)量點(diǎn)數(shù)目集合為JD＝{j_x,…j_y}，則集合D中每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的折射系數(shù)為d＝{d_mx,…d_my}＝{2/(j_x+1),…2/(j_y+1)}，由b_j折算到測(cè)量點(diǎn)m_n的行波幅值為f_nj’＝f_bj×d_mx×…×d_my；若所述集合D中包含有測(cè)量點(diǎn)m_i，刪除集合D中m_i之前的節(jié)點(diǎn)，所述集合D更新為D＝{m_i,…m_y}，則由b_j折算到測(cè)量點(diǎn)m_i的行波幅值為f_nj’＝f_mi×…×d_my，f_mi為測(cè)量點(diǎn)m_i對(duì)應(yīng)的行波幅值；初始n＝1，j＝1，遍歷集合B中所有相鄰測(cè)量點(diǎn)，得到由P個(gè)相鄰測(cè)量點(diǎn)折算到所有測(cè)量點(diǎn)的行波幅值矩陣為G為：

5)將測(cè)量m_a的行波幅值分別與其每一個(gè)相鄰測(cè)量點(diǎn)行波幅值作差，得到集合{f_a-f_a1,f_a-f_a2,...f_a-f_aja}，a∈{1,2,...N}，遍歷所述集合F中每個(gè)測(cè)量點(diǎn)得到矩陣△F：

根據(jù)行波幅值在傳播過(guò)程中的衰減特性，矩陣ΔF中各元素作差后數(shù)值的正負(fù)表示行波的傳播方向；

6)對(duì)折算出來(lái)的行波幅值矩陣G中的第一列做如下處理，得到折算出來(lái)的傳播方向矩陣△G₁為：

用符號(hào)函數(shù)sgn(x)對(duì)矩陣△G₁和△F進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

其相同元素個(gè)數(shù)表征兩個(gè)矩陣的相似程度，并記相同元素個(gè)數(shù)為s₁，依次對(duì)G中的各列做上述處理，得到相同元素個(gè)數(shù)集合為S＝{s₁,s₂,…s_p}，集合S中的最大值對(duì)應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)即為故障線路的另一端，最終確定故障區(qū)段。

有益效果：本方法在電網(wǎng)已配置測(cè)量裝置情況下，通過(guò)對(duì)故障后信號(hào)的小波變換獲取小波系數(shù)模極大值作為表征初始行波幅值的特征量；特征量最大的測(cè)量點(diǎn)對(duì)應(yīng)于故障線路的一端，再利用故障行波經(jīng)最短路徑傳播時(shí)特征量的衰減特性確定故障線路的另一端，判斷故障區(qū)段。本方法對(duì)測(cè)量裝置的同步性沒(méi)有特殊要求，具有較強(qiáng)地實(shí)用價(jià)值和較好地經(jīng)濟(jì)性；采用行波幅值衰減特性，克服了電網(wǎng)傳統(tǒng)故障定位暫態(tài)方法中由于波頭辨識(shí)錯(cuò)誤造成誤差較大的問(wèn)題；該方法適用于復(fù)雜電網(wǎng)，并且只需獲得配置測(cè)量點(diǎn)處的故障后線模電壓信號(hào)，在結(jié)合電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上即可準(zhǔn)確地判斷出故障區(qū)段。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明方法的流程圖；

圖2為多線路分支行波折射模型；

圖3為IEEE-30標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

本方法具體實(shí)現(xiàn)流程圖如圖1所示，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

1)對(duì)于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)確定的電網(wǎng)，假設(shè)共有N個(gè)測(cè)量點(diǎn)，分別標(biāo)記為m₁,m₂,…,m_N，并構(gòu)成集合M＝{m₁,m₂,…,m_N}，根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得到每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的相鄰測(cè)量點(diǎn)數(shù)目分別為j₁,j₂,…,j_N，并構(gòu)成集合J＝{j₁,j₂,…,j_N}。

2)故障發(fā)生后，對(duì)各測(cè)量點(diǎn)獲取的線模電壓分別進(jìn)行小波變換，提取小波系數(shù)模極大值表征該測(cè)量點(diǎn)的行波幅值，各測(cè)量點(diǎn)的行波幅值分別為f₁,f₂,…f_N，并構(gòu)成集合F＝{f₁,f₂,…f_N}。測(cè)量點(diǎn)m_a的相鄰測(cè)量點(diǎn)行波幅值記為集合{f_a1,f_a2,...f_aja}，a∈{1,2,...N}，得到各測(cè)量點(diǎn)的相鄰測(cè)量點(diǎn)行波幅值矩陣L表示為：

其中，Z為集合J中的最大值，L中的空元素用數(shù)值零來(lái)替代。

3)步驟2)所獲得最大行波幅值對(duì)應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)確定為故障的一端，該測(cè)量點(diǎn)記為m_i，為了方便表述，將得到測(cè)量點(diǎn)m_i的P個(gè)相鄰測(cè)量點(diǎn)分別記為b₁,b₂,…b_P，并構(gòu)成集合B＝{b₁,b₂,…b_P}；其中，P＝j(luò)_i。

4)選擇集合B中一個(gè)相鄰測(cè)量點(diǎn)b_j，相鄰測(cè)量點(diǎn)b_j對(duì)應(yīng)的行波幅值記為f_bj，j∈{1,2,...P}；獲取b_j到一個(gè)測(cè)量點(diǎn)m_n的最短路徑所經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)，所經(jīng)過(guò)的節(jié)點(diǎn)根據(jù)b_j到測(cè)量點(diǎn)m_n依次經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)的序號(hào)排列為集合D＝{m_x,…m_y}，其中m_x為所經(jīng)過(guò)的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的序號(hào)，m_y為所經(jīng)過(guò)的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)的序號(hào)，n∈{1,2,...N}。若集合D中沒(méi)有測(cè)量點(diǎn)m_i，集合D中各節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相鄰測(cè)量點(diǎn)數(shù)目集合為JD＝{j_x,…j_y}，則集合D中每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的折射系數(shù)為d＝{d_mx,…d_my}＝{2/(j_x+1),…2/(j_y+1)}，由b_j折算到測(cè)量點(diǎn)m_n的行波幅值為f_nj’＝f_bj×d_mx×…×d_my。若集合D中包含有測(cè)量點(diǎn)m_i，刪除集合D中m_i之前的節(jié)點(diǎn)，所述集合D更新為D＝{m_i,…m_y}，則由b_j折算到測(cè)量點(diǎn)m_i的行波幅值為f_nj’＝f_mi×…×d_my，f_mi為測(cè)量點(diǎn)m_i對(duì)應(yīng)的行波幅值。初始n＝1，j＝1，遍歷集合B中所有相鄰測(cè)量點(diǎn)，得到由P個(gè)相鄰測(cè)量點(diǎn)折算到所有測(cè)量點(diǎn)的行波幅值矩陣為G為：

5)將測(cè)量m_a的行波幅值分別與其每一個(gè)相鄰測(cè)量點(diǎn)行波幅值作差，得到集合{f_a-f_a1,f_a-f_a2,...f_a-f_aja}，a∈{1,2,...N}，遍歷集合F中每個(gè)測(cè)量點(diǎn)得到矩陣△F：

根據(jù)行波幅值在傳播過(guò)程中的衰減特性，矩陣ΔF中各元素作差后數(shù)值的正負(fù)表示行波的傳播方向。

6)對(duì)折算出來(lái)的行波幅值矩陣G中的第一列做如下處理，得到折算出來(lái)的傳播方向矩陣△G₁為：

用符號(hào)函數(shù)sgn(x)對(duì)矩陣△G₁和△F進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

其相同元素個(gè)數(shù)表征兩個(gè)矩陣的相似程度，并記相同元素個(gè)數(shù)為s₁，依次對(duì)G中的各列做上述處理，得到相同元素個(gè)數(shù)集合為S＝{s₁,s₂,…s_p}，集合S中的最大值對(duì)應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)即為故障線路的另一端，最終確定故障區(qū)段。

本發(fā)明在復(fù)雜電網(wǎng)具有很高的準(zhǔn)確性，對(duì)測(cè)量裝置的同步性沒(méi)有特殊要求，提高了故障區(qū)段定位的可行性和經(jīng)濟(jì)性?，F(xiàn)以一個(gè)模型為例：

利用PSCAD/EMTDC軟件工具建立IEEE-30標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的仿真模型，如圖3所示。線路模型采用Frequency Dependent Phase Model，采樣頻率為1MHz。電源側(cè)接Δ-Y型變壓器，變比為500/220kV，負(fù)載側(cè)接Y-Δ型變壓器，變比為220/110kV。測(cè)量點(diǎn)配置母線位置為:2,3,4,5,6,8,9,10,11,12,13,14,15,21,22,24,25,26,27,28,29,30。

在母線10和母線17之間的線路上發(fā)生單相接地故障，故障點(diǎn)和母線10的距離為56km。故障發(fā)生后，各測(cè)量點(diǎn)提取的線模電壓小波細(xì)節(jié)系數(shù)d1模極大值如下表1所示：

表1各測(cè)量點(diǎn)提取的特征量

從特征量數(shù)據(jù)可知，最大值在母線10處測(cè)量點(diǎn)取得，即故障線路的一個(gè)端點(diǎn)為母線10。母線10的鄰接測(cè)量點(diǎn)有：母線6、母線9、母線12、母線15、母線21和母線22。分別以各鄰接測(cè)量點(diǎn)出的特征量作為初始值，折算到各測(cè)量點(diǎn)結(jié)果如下表2所示。

表2母線10鄰接測(cè)量點(diǎn)特征量折算值

找出各個(gè)測(cè)量點(diǎn)處的折算值與實(shí)際測(cè)量值之間的相似度最大的一組數(shù)據(jù)，其對(duì)應(yīng)測(cè)量點(diǎn)即為故障線路的另一端。標(biāo)準(zhǔn)化的折算值比較結(jié)果如下表3所示，顯然，此算例中鄰接測(cè)量點(diǎn)3(母線12)處折算值相同元素個(gè)數(shù)最多，因此故障線路為線路10-12，實(shí)際故障線路10-17包含在線路10-12中，區(qū)段定位結(jié)果正確。

表3標(biāo)準(zhǔn)化的各測(cè)量點(diǎn)處特征量與實(shí)測(cè)值相同元素個(gè)數(shù)

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。