一種基于連續(xù)數(shù)據(jù)窗的直流線(xiàn)路時(shí)域故障測(cè)距方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及直流輸電線(xiàn)路的故障測(cè)距方法，具體設(shè)及一種基于連續(xù)數(shù)據(jù)窗的直 流線(xiàn)路時(shí)域故障測(cè)距方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，直流輸電技術(shù)日趨成熟。我 國(guó)能源資源和負(fù)荷需求中屯、分布差異的特點(diǎn)決定了直流輸電技術(shù)在我國(guó)具有廣泛的應(yīng)用。 與交流輸電技術(shù)相比，直流輸電技術(shù)具有輸電距離長(zhǎng)，輸送電能容量大，控制靈活迅速等特 點(diǎn)，是解決電力資源優(yōu)化配置、實(shí)現(xiàn)大規(guī)模新能源接入電網(wǎng)等問(wèn)題的重要措施之一。舟山直 流工程標(biāo)志著我國(guó)第一個(gè)直流工程的建成，近年來(lái)我國(guó)進(jìn)一步加快高壓直流/特高壓直流 輸電工程的發(fā)展速度，一大批的直流工程相繼投入?？梢?jiàn)，在我國(guó)未來(lái)電網(wǎng)的發(fā)展中，直流 輸電技術(shù)將會(huì)得到越來(lái)越多的應(yīng)用。
[0003] 高壓直流輸電線(xiàn)路是電網(wǎng)的重要組成部分。由于直流輸電線(xiàn)路一般比較長(zhǎng)，導(dǎo)致 故障發(fā)生的概率高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，直流系統(tǒng)中50%是輸電線(xiàn)路故障。實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的故障定位 能大大減少電力工作者的工作量，加快恢復(fù)供電的速度，減少經(jīng)濟(jì)損失，為交直流互聯(lián)電網(wǎng) 的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)?？梢?jiàn)，故障定位技術(shù)的發(fā)展具有顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
[0004] 目前實(shí)際工程廣泛采用行波原理進(jìn)行故障定位。行波法定位原理簡(jiǎn)單，在理論上 不受過(guò)渡電阻和系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，但是行波法在實(shí)際工程中仍面對(duì)很多問(wèn)題，如行波 信號(hào)的提取，行波波頭的準(zhǔn)確識(shí)別，波速的確定等。近幾年，不依賴(lài)于波頭準(zhǔn)確獲取的時(shí)域 故障分析法受到廣泛的關(guān)注。在理論上，時(shí)域故障分析法能利用故障后的所有暫態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù) 據(jù)采樣頻率較行波法低，無(wú)需增加額外的設(shè)備，因此故障分析法具有實(shí)用價(jià)值，能作為行波 法的有效補(bǔ)充。但是故障分析法需要計(jì)算準(zhǔn)確的線(xiàn)路參數(shù)，當(dāng)線(xiàn)路參數(shù)不準(zhǔn)確或者線(xiàn)路的 依頻特性明顯時(shí)，故障定位結(jié)果的可靠性和精度會(huì)受到影響。由于直流輸電系統(tǒng)較為明顯 的依頻特性，并且現(xiàn)有時(shí)域故障分析方法存在基于貝瑞龍參數(shù)模型，采用固定的數(shù)據(jù)窗進(jìn) 行計(jì)算等缺點(diǎn)，使故障定位結(jié)果的可靠性和精度得不到保障。因此亟需針對(duì)直流輸電線(xiàn)路， 充分考慮輸電線(xiàn)路的依頻特性，利用故障后的暫態(tài)數(shù)據(jù)，研究一種新的適合于直流輸電系 統(tǒng)的故障測(cè)距方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)現(xiàn)有直流輸電線(xiàn)路采用時(shí)域故障定位技術(shù)的不足，提供一 種基于連續(xù)數(shù)據(jù)窗的直流輸電線(xiàn)路的時(shí)域故障定位算法，該方法基于分布參數(shù)模型，考慮 實(shí)際工程輸電線(xiàn)路的依頻特性W及采用不同數(shù)據(jù)窗進(jìn)行故障定位得到結(jié)果的波動(dòng)性，采用 統(tǒng)計(jì)學(xué)中異常數(shù)據(jù)處理的方法，定位精度和可靠性高。
[0006] 本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)；一種基于連續(xù)數(shù)據(jù)窗的直流線(xiàn)路時(shí)域故障 測(cè)距方法，包括W下步驟：
[0007] (1)構(gòu)造輸電線(xiàn)路解禪矩陣
[000引根據(jù)電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)理論可w得到直流輸電線(xiàn)路的均勻傳輸線(xiàn)方程：
[0009]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于連續(xù)數(shù)據(jù)窗的直流線(xiàn)路時(shí)域故障測(cè)距方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1、構(gòu)造輸電線(xiàn)路的解耦矩陣； 步驟2、根據(jù)步驟1得到的解耦矩陣，對(duì)線(xiàn)路兩端測(cè)得的電壓和電流進(jìn)行解耦變換，求 出雙極直流輸電線(xiàn)路測(cè)量端的各模量電壓和電流瞬時(shí)值，以提取線(xiàn)模電壓分量和線(xiàn)模電流 分量； 步驟3、計(jì)算沿線(xiàn)電壓分布，使用線(xiàn)模電壓分量和線(xiàn)模電流分量以及線(xiàn)模參數(shù)分別從線(xiàn) 路兩端計(jì)算沿線(xiàn)電壓的分布； 步驟4、構(gòu)造基于連續(xù)數(shù)據(jù)窗的故障定位判據(jù)；根據(jù)故障定位函數(shù)，采用數(shù)據(jù)窗平移得 到多個(gè)定位結(jié)果，對(duì)得到的結(jié)果進(jìn)行基于距離的異常點(diǎn)數(shù)據(jù)處理，消除由于輸電線(xiàn)路頻變 特性以及采用固定數(shù)據(jù)窗帶來(lái)的誤差。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于連續(xù)數(shù)據(jù)窗的直流線(xiàn)路時(shí)域故障測(cè)距方法，其特征在于， 在步驟1中，所述的相模變換矩陣的構(gòu)造方法包括以下步驟： 步驟11、分別用P、N分別代表雙極直流輸電系統(tǒng)的正極線(xiàn)路、負(fù)極線(xiàn)路； 步驟12、根據(jù)電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)理論，得到直流輸電線(xiàn)路的均勻傳輸線(xiàn)方程：
式中，[UphasJ = [Up uN]T為極線(xiàn)電壓列向量；[iphasJ = [ip iN]T為極線(xiàn)電流列向量； [R]、[L]、[G]和[C]分別為直流輸電線(xiàn)路單位長(zhǎng)度的電阻、電感、電導(dǎo)和電容； 步驟13、構(gòu)造輸電線(xiàn)路的解耦矩陣，得到了電壓、電流解耦矩陣[S]:
式中，是電壓、電流解耦矩陣的逆矩陣； 上述解耦矩陣，雙極直流輸電線(xiàn)路的均勻傳輸線(xiàn)方程可以寫(xiě)成以下模量的形式：
式中，udP i m分別為模量電壓量和模量電流量；t為模量電壓對(duì)線(xiàn)路距離X的微分； t為模量電流對(duì)線(xiàn)路距離X的微分；f "為模量電壓對(duì)時(shí)間t的微分；^為模量電流對(duì)時(shí) 間t的微分。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于連續(xù)數(shù)據(jù)窗的直流線(xiàn)路時(shí)域故障測(cè)距方法，其特征在于， 在步驟2中，進(jìn)行所述解耦變換的變換式如下：
式中，u(!和i (!分別表不電壓的地模分量和電流的地模分量，u JP i汾別為電壓的線(xiàn)模 分量和電流的線(xiàn)模分量。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于連續(xù)數(shù)據(jù)窗的直流線(xiàn)路時(shí)域故障測(cè)距方法，其特征在于， 在步驟3中，所述計(jì)算沿線(xiàn)電壓分布的方法包括以下步驟： 步驟31、采用貝瑞龍參數(shù)模型，根據(jù)線(xiàn)路兩端得到的電氣量，并利用下式分別計(jì)算兩端 模量沿線(xiàn)電壓的分布：
式中，i = 0, 1為模量標(biāo)號(hào)；IV Vi，Z。#別是在i模下的電阻率，波速，特征阻抗；n = J、 K分別表示直流線(xiàn)路的兩端，uni (t)、ini (t)分別是在t時(shí)刻η端的i模電壓、電流；uin(X，t) 表示利用η端電氣量計(jì)算出的、距離η端X處的i模電壓，X是以η端為基準(zhǔn)的距離。
5. 如權(quán)利要求1所述的基于連續(xù)數(shù)據(jù)窗的直流線(xiàn)路時(shí)域故障測(cè)距方法，其特征在于， 在步驟4中，所述構(gòu)造基于連續(xù)數(shù)據(jù)窗的直流線(xiàn)路故障定位判據(jù)包括以下步驟： 步驟41、采用線(xiàn)模分量進(jìn)行計(jì)算，假定裝置的采樣頻率為f，取故障后的一段時(shí)間Τ，每 隔t時(shí)間取一段冗余數(shù)據(jù)窗Λ t，依據(jù)提出的故障定位算法，在T時(shí)間內(nèi)可以得到（T/t+1) 個(gè)故障定位結(jié)果，對(duì)每一段數(shù)據(jù)窗構(gòu)造故障定位判據(jù)如下式：
式中，％ (X，t)表示利用J端電氣量計(jì)算出的、距離J端X處的線(xiàn)模電壓，X是J端為基 準(zhǔn)的距離；uK(l-x，t)表示利用K端電氣量計(jì)算出的、距離K端X處的線(xiàn)模電壓，X是以J端 為基準(zhǔn)的距離Aft 1為所取冗余數(shù)據(jù)窗的長(zhǎng)度； 步驟42、由步驟41中所述得到的定位結(jié)果作為集合A中的元素，求出A中的任意兩點(diǎn) Xfp、Xfq間的絕對(duì)距離為： d (xfp, xfq) - I xfp-xf(11 , 式中，xfp、xfq表示集合A中的任意兩個(gè)元素；d(xfp, xfq)表示集合A中任意兩個(gè)元素的 絕對(duì)距離； 步驟43、對(duì)于A中的任一點(diǎn)Xfp，給定一個(gè)比較小的正數(shù)D>0,若點(diǎn)集合A中的任一點(diǎn)Xfq 滿(mǎn)足條件：d (xfp, xfq)〈D，則稱(chēng)xfpS X fq的D-鄰近點(diǎn)，稱(chēng)所有D-鄰近點(diǎn)的集合為X &的D-鄰 域，在得到的樣本集合中求出臨界鄰居數(shù)目最多的點(diǎn)的集合； 步驟44、在步驟43中得到的臨界鄰居數(shù)目最多的點(diǎn)的集合中，求出該集合元素平均 值； 步驟45、在步驟44中得到的平均值作為故障定位結(jié)果。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于連續(xù)數(shù)據(jù)窗的直流輸電線(xiàn)路時(shí)域故障測(cè)距方法，包括以下步驟：1、構(gòu)造輸電線(xiàn)路解耦矩陣；2、根據(jù)得到解耦矩陣，對(duì)線(xiàn)路兩端測(cè)得的電壓和電流進(jìn)行解耦變換，求出雙極直流輸電線(xiàn)路測(cè)量端的各模量電壓和模量電流，提取線(xiàn)模電壓分量和線(xiàn)模電流分量；3、計(jì)算線(xiàn)路兩端沿線(xiàn)電壓分布；4、構(gòu)造基于連續(xù)數(shù)據(jù)窗的故障定位判據(jù)。本發(fā)明具有充分利用故障暫態(tài)精度，定位精度和可靠性高，運(yùn)算量少和易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】G01R31-08
【公開(kāi)號(hào)】CN104749488
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510150587
【發(fā)明人】丘映丹, 李海鋒, 蔡穎倩, 劉金平, 梁遠(yuǎn)升
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年3月31日