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      一種配網(wǎng)故障測距方法與流程

      文檔序號:11261394閱讀:619來源:國知局
      一種配網(wǎng)故障測距方法與流程

      本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)保護(hù)與控制技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種配網(wǎng)故障測距方法。



      背景技術(shù):

      在電力系統(tǒng)中,快速和精確的故障定位對于迅速恢復(fù)供電和提高電力系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要,快速準(zhǔn)確的故障定位能夠減小故障對整個電力系統(tǒng)的影響范圍,從而提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

      目前,電力系統(tǒng)中故障定位方法主要包括阻抗法、行波法和廣域法。其中:

      阻抗法是利用故障后測量點獲得的電氣量信息計算到故障點線路阻抗實現(xiàn)故障定位,該方法易受電源參數(shù)、負(fù)荷參數(shù)等變化的影響,當(dāng)配網(wǎng)分支較多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜時,可能會出現(xiàn)偽故障點的情況,導(dǎo)致無法正確定位。

      行波法是利用行波在故障點和線路之間往返的時間差來確定故障距離。由于配網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,行波的波形變得更加復(fù)雜,識別故障點反射波的難度更高,很難實現(xiàn)多端行波信號的精確同步獲取。因此,行波法在配網(wǎng)故障定位,尤其是在含分布式電源配網(wǎng)中的應(yīng)用受到了很大的限制。

      廣域法大都需要廣域同步測量信息。所以,其不足是信號的延遲或者通信的丟失會導(dǎo)致錯誤定位結(jié)果的出現(xiàn)。

      因此,目前亟需一種可以在電力系統(tǒng)中實現(xiàn)準(zhǔn)確故障定位的技術(shù)手段。



      技術(shù)實現(xiàn)要素:

      本發(fā)明的目的是提供一種配網(wǎng)故障測距方法,從而可以準(zhǔn)確地定位電力系統(tǒng)中出現(xiàn)故障的位置,克服現(xiàn)有技術(shù)中各故障定位方法存在的問題。

      本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:

      一種配網(wǎng)故障測距方法,包括:

      在故障發(fā)生后,對線路始端斷路器執(zhí)行重合閘操作,并測量永久性故障狀態(tài)后預(yù)定高頻下的電壓值和電流值;

      根據(jù)所述電壓值和電流值計算出所述高頻下對應(yīng)的故障點到測量點之間線路的高頻阻抗值;

      根據(jù)所述故障點到測量點之間線路的高頻阻抗值,以及所述高頻下對應(yīng)的線路單位長度的高頻阻抗值計算確定故障距離。

      所述測量永久性故障狀態(tài)后預(yù)定高頻下的電壓值和電流值的步驟包括:

      測量永久性故障狀態(tài)下的電壓電流暫態(tài)量,并對測量到的所述電壓電流暫態(tài)量進(jìn)行連續(xù)小波變換cwt,提取出預(yù)定高頻下的電壓值和電流值。

      所述連續(xù)小波變換cwt過程中使用的母小波函數(shù)為:其中,fc為母小波中心頻率,fb為量測帶寬,x為時域采樣數(shù)據(jù),y為頻域幅值灰度。

      所述線路單位長度的高頻阻抗值的計算公式為:

      zn=r+j2πfnl

      其中,r表示線路單位長度的電感,l表示線路單位長度的電感,fn為高頻阻抗對應(yīng)的計算頻率,j表示測阻抗虛部。

      所述計算確定故障距離的步驟包括:

      對不同頻點分別進(jìn)行故障距離的計算,并對不同頻點的故障距離值進(jìn)行擬合處理獲得最終的故障測量結(jié)果。

      所述對不同頻點分別進(jìn)行故障距離的計算的步驟包括:

      選取一定的頻率范圍和頻率間隔,利用連續(xù)小波變換cwt將每一個對應(yīng)頻率點下的電壓幅值最大時刻的電壓和電流提取出來,計算得出一組不同頻點對應(yīng)的高頻阻抗值;

      根據(jù)所述一組不同頻點的高頻阻抗值及單位長度的阻抗值,計算出包含一組不同頻點對應(yīng)的故障距離的故障距離矩陣。

      所述選取一定的頻率范圍和頻率間隔的步驟包括:

      所述頻率范圍選擇在3000hz以內(nèi),所述頻率間隔選擇100hz。

      所述計算得出一組不同頻點對應(yīng)的高頻阻抗值的步驟包括:根據(jù)經(jīng)過連續(xù)小波變換cwt之后的各相電壓值和電流值,計算得出一組不同頻點對應(yīng)的各相高頻阻抗值;

      所述單位長度的阻抗值包括:線路單位長度自阻抗和線路單位長度的互阻抗。

      由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出,本發(fā)明實施例提供的一種配網(wǎng)故障測距方法可以在保證定位故障位置精度的同時,有效縮減故障定位時間,具有很高的效率和實用性,并且在整個故障測距過程中不需要引入額外的設(shè)備和信號通道。

      附圖說明

      為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案,下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例,對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。

      圖1為配網(wǎng)仿真系統(tǒng)示意圖;

      圖2為本發(fā)明實施例提供的重合閘后ied1測到的電壓波形;

      圖3為本發(fā)明實施例提供的重合閘后ied1測到的電流波形;

      圖4(a)和圖4(b)分別為本發(fā)明實施例提供的測量阻抗和故障距離示意圖。

      具體實施方式

      下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖,對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例,而不是全部的實施例?;诒景l(fā)明的實施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

      本發(fā)明實施例提供的配網(wǎng)故障測距方法是基于出現(xiàn)故障的系統(tǒng)重合閘之后產(chǎn)生的高頻信息進(jìn)行配網(wǎng)故障測距。具體是在故障發(fā)生后對故障區(qū)域始端的斷路器進(jìn)行快速重合閘,利用重合閘后的暫態(tài)信息計算出其高頻阻抗值,再利用該高頻阻抗值除以對應(yīng)頻率的單位長度線路高頻阻抗值,從而計算出故障距離,以便于確定故障的準(zhǔn)確位置進(jìn)而快速恢復(fù)系統(tǒng)正常供電。本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案可以在保證定位故障位置精度的同時,縮減了故障定位時間,具有很高的效率和實用性,并且整個故障測距過程中不需要引入額外的設(shè)備和信號通道。

      下面將對本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案的實現(xiàn)方式進(jìn)行詳細(xì)描述。

      本發(fā)明實施例提供的一種配網(wǎng)故障測距方法,其具體實現(xiàn)過程可以包括以下步驟:

      (1)在故障發(fā)生后,對線路始端斷路器執(zhí)行重合閘操作,并測量永久性故障狀態(tài)后預(yù)定高頻下的電壓值和電流值;

      其中,所述測量永久性故障狀態(tài)后預(yù)定高頻下的電壓值和電流值的步驟可以包括:

      測量永久性故障狀態(tài)下的電壓電流暫態(tài)量,并對測量到的所述電壓電流暫態(tài)量進(jìn)行連續(xù)小波變換cwt,提取出預(yù)定高頻下的電壓值和電流值。

      具體地,在故障發(fā)生后,對線路始端斷路器執(zhí)行重合閘,重合到永久性故障后會產(chǎn)生電壓電流暫態(tài)量;之后,可以通過智能測量裝置(ied)進(jìn)行電壓電流暫態(tài)量進(jìn)行測量,并對智能測量裝置(ied)測到的電壓電流暫態(tài)量進(jìn)行連續(xù)小波變換(cwt)提取出各頻率下的電壓值和電流值;

      在上述處理過程中,所述連續(xù)小波變換cwt的時-頻變換過程中使用的改進(jìn)morlet連續(xù)小波變換的母小波函數(shù)可以為:其中,fc為母小波中心頻率,fb為量測帶寬,x為時域采樣數(shù)據(jù),y為頻域幅值灰度。

      (2)根據(jù)所述電壓值和電流值計算出所述高頻下對應(yīng)的故障點到測量點之間線路的高頻阻抗值;

      具體地,可以利用阻抗與電壓電流的關(guān)系計算出故障點到測量點之間線路的高頻阻抗值,相應(yīng)的計算公式如下:

      zfn=unin-1;

      (3)根據(jù)所述故障點到測量點之間線路的高頻阻抗值,以及所述高頻下對應(yīng)的線路單位長度的高頻阻抗值計算確定故障距離。

      其中,相應(yīng)的高頻下對應(yīng)的線路單位長度的高頻阻抗值是已知量,所述線路單位長度的高頻阻抗值的計算公式為:

      zn=r+j2πfnl

      其中,r表示線路單位長度的電感,l表示線路單位長度的電感,fn為高頻阻抗對應(yīng)的計算頻率,j表示量測阻抗虛部。

      該步驟中計算確定故障距離的方式為利用故障點到測量點之間線路的高頻阻抗值除以線路單位長度的高頻阻抗值確定故障距離,相應(yīng)的計算公式如下:

      在該步驟(3)中,所述計算確定故障距離的過程中為提高故障距離測量的準(zhǔn)確性,具體可以獲得不同頻點的故障距離,即該步驟可以包括:

      對不同頻點分別進(jìn)行故障距離的計算,并對不同頻點的故障距離值進(jìn)行擬合處理獲得最終的故障測量結(jié)果。

      進(jìn)一步地,所述對不同頻點分別進(jìn)行故障距離的計算的步驟包括:

      根據(jù)測距精度符合預(yù)定要求的頻段,通常量測頻帶在在3000hz以內(nèi),主要取決于互感器量測精度和線性程度、數(shù)據(jù)處理裝置計算高頻能力以及高頻信號的衰減程度和高頻下系統(tǒng)參數(shù)的頻變程度,根據(jù)量測頻帶設(shè)置母小波的中心頻率fc和最小頻帶帶寬fb,并在該頻段下對不同頻點分別進(jìn)行故障距離的計算,以便之后對不同頻點的故障距離值進(jìn)行擬合得到最終故障距離,實現(xiàn)故障測距。

      具體地,所述對不同頻點分別進(jìn)行故障距離的計算的步驟包括:

      選取一定的頻率范圍和頻率間隔,頻率范圍一般如上述,可以選擇在3000hz以內(nèi),頻率間隔一般可以選100hz,利用連續(xù)小波變換cwt將每一個對應(yīng)頻率點下的電壓幅值最大時刻的電壓和電流提取出來,計算得出一組不同頻點對應(yīng)的高頻阻抗值;

      根據(jù)所述一組不同頻點的高頻阻抗值及單位長度的阻抗值,計算出包含一組不同頻點對應(yīng)的故障距離的故障距離矩陣。

      其中,

      所述計算得出一組不同頻點對應(yīng)的高頻阻抗值的步驟包括:根據(jù)經(jīng)過連續(xù)小波變換cwt之后的各相電壓值和電流值,計算得出一組不同頻點對應(yīng)的各相高頻阻抗值;

      所述單位長度的阻抗值包括:線路單位長度自阻抗和線路單位長度的互阻抗。

      需要說明的是,在電力系統(tǒng)中對暫態(tài)信號進(jìn)行處理的方法有很多,其中傅里葉變換和小波變換被廣泛使用。相比于傅里葉變換(fft),小波變換擁有可調(diào)節(jié)的時域、頻域窗口。當(dāng)聚焦到高頻率信號時利用小窗;當(dāng)聚焦到低頻信號時,窗口會自動增大,變換焦距,在處理暫態(tài)信號時有更好的精確度,而且抗干擾能力也要優(yōu)于傅里葉變換,故本發(fā)明實施例中提供的故障測距方法中優(yōu)先使用連續(xù)小波變換(cwt)作為高頻阻抗值的計算處理方法。當(dāng)然,本發(fā)明實施例中也可以采用其他處理方法對暫態(tài)信號進(jìn)行處理,如傅立葉變換等。

      為便于理解,下面將對本發(fā)明實施例的具體實現(xiàn)方式進(jìn)行詳細(xì)說明。

      當(dāng)電力系統(tǒng)的配網(wǎng)發(fā)生短路故障之后,如果是永久性故障,則斷路器進(jìn)行重合閘之后,會產(chǎn)生暫態(tài)電壓電流信號,其中包含了電壓電流的高頻分量。本發(fā)明實施例在實現(xiàn)過程中便可以使用cwt對電壓的暫態(tài)量u和電流的暫態(tài)量i進(jìn)行進(jìn)一步的處理,先選取一定的頻率范圍和頻率間隔,頻率范圍一般如上述,可以選擇在3000hz以內(nèi),頻率間隔一般可以選100hz然后利用cwt將每一個對應(yīng)頻率點fn下的電壓幅值最大時刻的電壓u和電流i提取出來。

      對于每一個特定的頻率fn,滿足表達(dá)式:

      變形后得到:

      zfn=unin-1;

      通過計算得出一組各頻率下的高頻阻抗值,構(gòu)成矩陣z。

      由于線路單位長度的阻抗值z=r+jωl是已知的,將ω=2πf代入即可確定每一頻率下線路單位長度的阻抗值:

      zn=r+j2πfnl;

      其中,r為線路單位長度的電阻值,l為線路單位長度的電感值,j為量測阻抗虛部。

      之后,利用下述公式:

      即可計算出故障距離矩陣hn,然后利用數(shù)據(jù)擬合的方法將故障距離的最終值h算出,作為故障定位的最終結(jié)果。

      具體地計算最終值h的實現(xiàn)方式可以包括:

      考慮到實際線路中的三相互感,可以有如下公式:

      其中,h為故障點距離,zmm為線路單位長度自阻抗,其余阻抗z為線路單位長度的互阻抗,分別為經(jīng)過連續(xù)小波變換之后的各相電壓值和電流值。

      其中,以發(fā)生a相單相接地故障為例,則有如下公式:

      ua=h(zaaia+zabib+zacic);

      換算則可以確定故障距離為:

      利用同樣的方法計算出不同頻點下的不同的多個故障距離值,之后,對多個不同的故障距離值進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合處理即可確定最終的故障位置。

      通常,在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時,可以由故障選相元件選出故障相(即確定發(fā)生故障所在的相),之后便可以對應(yīng)的用上述計算方式計算該故障相的阻抗。仍以a相故障為例,在計算其阻抗時,由于系統(tǒng)三相是耦合的,因而在計算過程中也需要量測其相的電流求算故障線路高頻阻抗。

      下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例的具體可用性作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

      具體地,可以將本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案應(yīng)用于如圖1所示的配電網(wǎng)進(jìn)行驗證,以確定本發(fā)明實施例的可行性。

      在圖1中,負(fù)荷采用恒阻抗模型,參數(shù)為sload=18mva,黑色框表示各線路始端安裝的斷路器;數(shù)字1表示ied測量元件;f表示線路發(fā)生接地故障。

      假設(shè)故障發(fā)生在f1處,距離該線路(即線路line5)始端5km的位置。對該線路(即線路line5)始端的斷路器進(jìn)行一次重合,存在永久性故障,產(chǎn)生了暫態(tài)電壓電流量。利用本發(fā)明實施例中提出的故障測距方法來計算故障距離。ied1測到的故障相電壓電流波形如圖2和圖3所示。

      由于重合后測到的高頻阻抗值是測量點到故障點的線路阻抗,選取計算精度最高的頻段來計算故障距離。

      通過計算得到100hz-1khz(頻率間隔為20hz)頻段內(nèi)線路阻抗計算值,并將其與理論值進(jìn)行了比較,結(jié)果如圖4(a)所示(該圖中阻抗計算值和阻抗理論值基本重合為一條線),在此頻段內(nèi)計算獲得的故障距離如圖4(b)所示。

      從圖3可以看出,在400hz-800hz的頻段范圍內(nèi)測量精度較高。參照圖4(b)所示,相應(yīng)的擬合后得到的結(jié)果為:故障距離為4.954km,而故障點距斷路器測量點的實際距離為5km,可見測距誤差只有0.91%,因而本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案能夠滿足配網(wǎng)故障測距的應(yīng)用要求。

      綜上所述,使用本發(fā)明實施例所提供的故障測距方法能夠快速精確地定位電力系統(tǒng)配網(wǎng)的故障位置。在保證定位精度的同時,縮減了定位時間,具有很高的效率和實用性,并且不需要引入額外的設(shè)備和信號通道。

      以上所述,僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式,但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此,任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi),可輕易想到的變化或替換,都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此,本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。

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