本發(fā)明涉及一種利用線路兩端電流行波與電壓行波的輸電線路故障測距方法，屬于電力系統(tǒng)故障測距技術領域。

背景技術：

輸電線路是電力傳輸?shù)募~帶，作為電力系統(tǒng)重要組成部分的同時也占有非常重要的地位。當輸電線路發(fā)生故障時，快速準確的確定故障位置有助于及時修復故障線路，減輕了巡線壓力并且大大縮短故障時間，如何快速準確的確定故障位置對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟運行都十分重要。

在行波法測距中，如果在線路一段電氣接線方式為單出線，由于線路末端只有一回出線電流行波無法反射，電流行波將會直接被消納，不容易提取，因此僅用電流行波進行故障測距不能很好的保障故障定位的準確性。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是為了避免輸電線路一段電氣接線方式為單出線時對故障測距造成的不良影響，提出一種利用線路兩端電流行波與電壓行波的輸電線路故障測距方法。

本發(fā)明的技術方案是：一種利用線路兩端電流行波與電壓行波的輸電線路故障測距方法是：當輸電線路發(fā)生故障時，從線路兩端量測點分別獲取線路的電流行波與電壓行波。電流行波在故障點的反射波與初始行波極性相同，而電壓行波在故障點的反射波與初始行波極性相反。對線路兩端獲取的電流行波與電壓行波分別通過連續(xù)小波變換進行反射波波頭識別，并根據(jù)初始行行波波頭與發(fā)射波波頭得到四組故障距離數(shù)據(jù)，通過對四組數(shù)據(jù)的采用全局幾何平均最優(yōu)法進行綜合整定得到故障距離，實現(xiàn)輸電線路的故障測距。

具體步驟為：

(1)當輸電線路發(fā)生故障時，從輸電線路兩端量測點分別獲取線路的電流行波與電壓行波。當故障發(fā)生后，量測端m和量測端n測量到的故障電流、電壓值分別為；

式中τm、τn分別表示線路中電流行波和電壓行波從故障點f到達量測端m和量測端n所需要的時間；z表示輸電線路的波阻抗；βm、βn分別表示量測端m和量測端n的發(fā)射系數(shù)。

公式(1)中電流im、in前兩項uf(t-τm)+βmuf(t-τm)與uf(t-τn)+βnuf(t-τn)表示輸電線路發(fā)生故障時，故障點f產(chǎn)生的首個電流行波波頭分量；電流im、in后兩項與表示初始電流行波在發(fā)生全反射后，回到量測端m和量測端n的反射波波頭分量。公式(1)中電壓um、un前兩項-uf(t-τm)-βmuf(t-τm)與-uf(t-τn)-βnuf(t-τn)表示輸電線路發(fā)生故障時，故障點f產(chǎn)生的首個電壓行波波頭分量；電壓um、un后兩項與表示初始電壓行波在發(fā)生全反射后，回到量測端m和量測端n的反射波波頭分量。

(2)采用clarke變換矩陣對獲取的電流行波與電壓行波進行相模變換，clarke變換矩陣如下所示：

式中，a＝e^j120°；

對相模變換后的線模分量分別用連續(xù)小波變換求取其信號的突變點，即奇異點；根據(jù)行波信號隨著小波變換尺度增大其模極大值也隨之增大的原理，確定并分別記錄各組波形的模極大值，并根據(jù)其模極大值確定故障行波初始波頭與反射波波頭；因為連續(xù)小波變換在低尺度上時間定位能力強，進而模極大值出現(xiàn)的最小尺度上確定故障行波初始波頭與反射波波頭對應的時間。連續(xù)小波變換公式如下所示：

式中，a為尺度因子，a∈r且a≠0；b為平移因子；ψ為基小波；

(3)利用故障行波的初始波頭與反射波波頭的對應時間，，分別計算出量測端m、量測端n獲取的電流行波與電壓行波的故障距離，故障距離計算公式如下：

式中，δt＝t1-t2，t1為初始行波到達量測端時間，t2為反射波到達量測端時間；x為故障點f距量測端m(或量測端n)的距離的距離；v為波速；

(4)得到故障距離數(shù)據(jù)xim，xum，(l-xin)，(l-xun)，其中l(wèi)為線路全長，xim為m端電流行波計算得出的故障距離，xum為m端電壓行波計算得出的故障距離，xin為n端電流行波計算得出的故障距離，xun為n端電壓行波計算得出的故障距離；

(5)用全局幾何平均最優(yōu)法對故障距離數(shù)據(jù)進行綜合整定，得出故障距離x，全局幾何平均最優(yōu)法公式如下：

式中，x*為故障距離x的誤差，xi為計算得出的故障距離數(shù)據(jù)，n為故障距離數(shù)據(jù)的個數(shù)。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明在輸電線路一段電氣接線方式為單出線(某些直接連接電廠)時，不受電流行波不容易提取的影響，提高了故障定位的準確性。

2、本發(fā)明同時獲取故障電流行波與故障電壓行波數(shù)據(jù)，大大的提高了故障定位的精確度。

3、本發(fā)明對多組故障數(shù)據(jù)采用了全局幾何平均最優(yōu)法進行優(yōu)化，提高了故障數(shù)據(jù)處理速度與故障定位的精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明故障位于半線長之內(nèi)故障行波網(wǎng)格圖；

圖2是本發(fā)明輸電線路仿真模型示意圖；

圖3是本發(fā)明故障時首端電流波形圖；

圖4是本發(fā)明故障時首端電壓波形圖；

圖5是本發(fā)明故障時末端電流波形圖；

圖6是本發(fā)明故障時末端電壓波形圖；

圖7是本發(fā)明故障時首端電流波形的連續(xù)小波變換結(jié)果圖；

圖8是本發(fā)明故障時首端電壓波形的連續(xù)小波變換結(jié)果圖；

圖9是本發(fā)明故障時末端電流波形的連續(xù)小波變換結(jié)果圖；

圖10是本發(fā)明故障時末端電壓波形的連續(xù)小波變換結(jié)果圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式，對本發(fā)明作進一步說明。

一種利用線路兩端電流行波與電壓行波的輸電線路故障測距方法，當輸電線路發(fā)生故障時，從線路兩端量測點分別獲取線路的電流行波與電壓行波；對線路兩端獲取的電流行波與電壓行波分別通過連續(xù)小波變換進行反射波波頭識別，并根據(jù)初始行行波波頭與發(fā)射波波頭得到四組故障距離數(shù)據(jù)，通過對四組數(shù)據(jù)的采用全局幾何平均最優(yōu)法進行綜合整定得到故障距離，實現(xiàn)輸電線路的故障測距。

具體步驟為：

(1)當輸電線路發(fā)生故障時，從輸電線路兩端量測點分別獲取線路的電流行波與電壓行波；

(2)采用clarke變換矩陣對獲取的電流行波與電壓行波進行相模變換，clarke變換矩陣如下所示：

式中，a＝e^j120°；

對相模變換后的線模分量分別用連續(xù)小波變換求取其信號的突變點，即奇異點；根據(jù)行波信號隨著小波變換尺度增大其模極大值也隨之增大的原理，確定并分別記錄各組波形的模極大值，并根據(jù)其模極大值確定故障行波初始波頭與反射波波頭，連續(xù)小波變換公式如下所示：

式中，a為尺度因子，a∈r且a≠0；b為平移因子；ψ為基小波；

(3)利用故障行波的初始波頭與反射波波頭的對應時間，，分別計算出量測端m、量測端n獲取的電流行波與電壓行波的故障距離，故障距離計算公式如下：

式中，δt＝t1-t2，t1為初始行波到達量測端時間，t2為反射波到達量測端時間；x為故障點f距量測端m(或量測端n)的距離的距離；v為波速；

(4)得到故障距離數(shù)據(jù)xim，xum，(l-xin)，(l-xun)，其中l(wèi)為線路全長，xim為m端電流行波計算得出的故障距離，xum為m端電壓行波計算得出的故障距離，xin為n端電流行波計算得出的故障距離，xun為n端電壓行波計算得出的故障距離；

(5)用全局幾何平均最優(yōu)法對故障距離數(shù)據(jù)進行綜合整定，得出故障距離x，全局幾何平均最優(yōu)法公式如下：

式中，x*為故障距離x的誤差，xi為計算得出的故障距離數(shù)據(jù)，n為故障距離數(shù)據(jù)的個數(shù)，n＝4。

實施例1：如圖2所示220kv輸電線路仿真模型線路全長110km。假設距a點700km處發(fā)生a相接地故障。

從輸電線路兩端量測點獲取電流行波與電壓行波，波形如圖3、圖4、圖5、圖6所示。通過matlab程序?qū)θ缟喜ㄐ芜M行相模變換及連續(xù)小波變換處理，其結(jié)果如圖7、圖8、圖9、圖10所示，根據(jù)連續(xù)小波變換求得故障距離分別為：

xim＝74.712km

xum＝72.519km

(l-xin)＝67.326km

(l-xun)＝68.136km

將故障數(shù)據(jù)帶入全局幾何平均最優(yōu)法公式

得出故障距離x＝70.673，誤差為0.673km。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。