一種輸電線路單端測(cè)距中估計(jì)兩側(cè)系統(tǒng)阻抗的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種輸電線路單端測(cè)距中估計(jì)兩側(cè)系統(tǒng)阻抗的方法,利用戴維南等值電路表達(dá)兩側(cè)系統(tǒng)等值結(jié)構(gòu);采集輸電線路本側(cè)和對(duì)側(cè)母線處故障前多個(gè)周波內(nèi)的工頻電氣量,利用最小二乘原理估算本次故障期間兩側(cè)系統(tǒng)阻抗值;結(jié)合輸電線路的分布參數(shù)模型,由本側(cè)電壓和電流計(jì)算對(duì)側(cè)母線處的電壓和電流;利用單端測(cè)距計(jì)算方法,根據(jù)本側(cè)系統(tǒng)等值阻抗和對(duì)側(cè)系統(tǒng)等值阻抗,計(jì)算故障距離百分比,求得故障距離。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)兩側(cè)系統(tǒng)阻抗的估計(jì),為單端測(cè)距提供準(zhǔn)確的系統(tǒng)阻抗參數(shù),提高測(cè)距精度。
【專利說(shuō)明】
一種輸電線路單端測(cè)距中估計(jì)兩側(cè)系統(tǒng)阻抗的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種輸電線路單端測(cè)距中估計(jì)兩側(cè)系統(tǒng)阻抗的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)基于阻抗的輸電線路單端工頻量測(cè)距算法中,兩端系統(tǒng)阻抗一般認(rèn)為相同并 且是已知的,由于系統(tǒng)阻抗隨系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化而改變,從而造成了原理性誤差。由于實(shí) 際電網(wǎng)十分復(fù)雜,要精確計(jì)算系統(tǒng)等值阻抗是個(gè)龐大的工程,電力部門一般每年會(huì)進(jìn)行一 次阻抗驗(yàn)算,作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)、保護(hù)整定等的依據(jù)。在故障測(cè)距中常使用給定的典型值表示本 側(cè)和對(duì)側(cè)系統(tǒng)阻抗,而系統(tǒng)阻抗是隨運(yùn)行方式的改變而變化的,這種處理方法顯然是簡(jiǎn)單 粗糙的。大量的仿真和實(shí)際錄波數(shù)據(jù)分析表明,兩側(cè)系統(tǒng)阻抗的不確定性是工頻量單端測(cè) 距算法產(chǎn)生誤差的一個(gè)重要原因。
[0003] 基于以上原因,本發(fā)明提出了一種工頻量單端測(cè)距算法中兩側(cè)系統(tǒng)阻抗的計(jì)算方 法??紤]到兩側(cè)系統(tǒng)等值阻抗雖然經(jīng)常變化,但在故障前的一段時(shí)間內(nèi)基本保持不變。利用 戴維南等值電路,可將兩側(cè)等值阻抗表示為電壓源和阻抗的串聯(lián)電路,通過(guò)故障前幾個(gè)周 波的電氣量,可實(shí)現(xiàn)兩側(cè)系統(tǒng)阻抗的估計(jì),為單端測(cè)距提供準(zhǔn)確的系統(tǒng)阻抗參數(shù),提高測(cè)距 精度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題,提出了一種輸電線路單端測(cè)距中估計(jì)兩側(cè)系統(tǒng)阻抗的 方法,該方法對(duì)系統(tǒng)阻抗值進(jìn)行在線估計(jì),以實(shí)時(shí)更改計(jì)算參數(shù),消除系統(tǒng)運(yùn)行方式不確定 性對(duì)測(cè)距結(jié)果的影響。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006] -種輸電線路單端測(cè)距中估計(jì)兩側(cè)系統(tǒng)阻抗的方法,包括以下步驟:
[0007] (1)基于戴維南等值電路表達(dá)兩側(cè)系統(tǒng)等值結(jié)構(gòu);
[0008] (2)采集輸電線路本側(cè)和對(duì)側(cè)母線處故障前多個(gè)周波內(nèi)的工頻電氣量,利用最小 二乘原理估算本次故障期間兩側(cè)系統(tǒng)阻抗值;
[0009] (3)結(jié)合輸電線路的分布參數(shù)模型,由本側(cè)電壓和電流計(jì)算對(duì)側(cè)母線處的電壓和 電流;
[0010] (4)利用單端測(cè)距計(jì)算方法,根據(jù)本側(cè)系統(tǒng)等值阻抗和對(duì)側(cè)系統(tǒng)等值阻抗,計(jì)算故 障距離百分比,求得故障距離。
[0011] 所述步驟(1)中,利用戴維南等值電路表達(dá)兩側(cè)系統(tǒng),分別表示等值電源電動(dòng)勢(shì)和 系統(tǒng)阻抗。
[0012] 所述步驟(1)中,設(shè)單端測(cè)距中兩側(cè)系統(tǒng)的在線路故障時(shí)刻前后幾個(gè)周波內(nèi)不發(fā) 生變化,等值電源電動(dòng)勢(shì)和系統(tǒng)阻抗均為定值。
[0013] 所述步驟(2)中,線路正常運(yùn)行時(shí)測(cè)量端的電壓電流相量是實(shí)時(shí)變化的,故障錄波 裝置記錄系統(tǒng)擾動(dòng)開始前至少兩個(gè)周波的實(shí)時(shí)模擬量數(shù)據(jù)。
[0014] 所述步驟(2)中,利用故障前的波形得到本側(cè)多組電壓和電流相量值,根據(jù)最小二 乘原理計(jì)算本測(cè)系統(tǒng)阻抗。
[0015] 所述步驟(3)中,根據(jù)輸電線路的分布參數(shù)模型,確定線路的傳播時(shí)間常數(shù)、線路 的特性阻抗,根據(jù)本側(cè)電壓和電流計(jì)算對(duì)側(cè)母線處的電壓和電流,。
[0016] 所述步驟(4)中,設(shè)對(duì)側(cè)電動(dòng)勢(shì)與本側(cè)相同,根據(jù)本側(cè)系統(tǒng)等值阻抗和對(duì)側(cè)系統(tǒng)等 值阻抗,計(jì)算對(duì)側(cè)的短路電流,使測(cè)距方程中僅含有兩個(gè)未知數(shù):故障距離百分和過(guò)渡電 阻,消去過(guò)渡電阻得到二元一次方程,求解該方程得到故障距離百分,以確定故障距離。
[0017] 所述步驟(4)中,根據(jù)故障距離百分,將其乘以線路全長(zhǎng),得到實(shí)際故障距離。
[0018]本發(fā)明的有益效果為:
[0019] (1)本發(fā)明對(duì)系統(tǒng)阻抗值進(jìn)行在線估計(jì),以實(shí)時(shí)更改計(jì)算參數(shù),消除對(duì)側(cè)系統(tǒng)運(yùn)行 方式不確定性對(duì)測(cè)距結(jié)果的影響;
[0020] (2)本發(fā)明考慮到兩側(cè)系統(tǒng)等值阻抗雖然經(jīng)常變化,但在故障前的一段時(shí)間內(nèi)基 本保持不變。利用戴維南等值電路,可將兩側(cè)等值阻抗表示為電壓源和阻抗的串聯(lián)電路,通 過(guò)故障前幾個(gè)周波的電氣量,可實(shí)現(xiàn)兩側(cè)系統(tǒng)阻抗的估計(jì),為單端測(cè)距提供準(zhǔn)確的系統(tǒng)阻 抗參數(shù),提尚測(cè)距精度。
【附圖說(shuō)明】
[0021 ]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)等值示意圖;
[0022]圖2是本發(fā)明的輸電線路等值電路圖;
[0023]圖3是本發(fā)明的測(cè)距示意圖;
[0024]圖4是本發(fā)明的具體實(shí)施例的測(cè)試方案示意圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0025]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0026]系統(tǒng)阻抗對(duì)工頻量單端測(cè)距影響較大,因此有必要對(duì)系統(tǒng)阻抗值進(jìn)行在線估計(jì), 以實(shí)時(shí)更改計(jì)算參數(shù),消除系統(tǒng)運(yùn)行方式不確定性對(duì)測(cè)距結(jié)果的影響。
[0027] 本發(fā)明提出了一種系統(tǒng)阻抗計(jì)算方法。利用戴維南等值電路表達(dá)兩側(cè)系統(tǒng)如圖1 所示,其中,與Zx分別為等值電源電動(dòng)勢(shì)和系統(tǒng)阻抗。單端測(cè)距中兩側(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行方式未 知,但其在線路故障時(shí)刻前后幾個(gè)周波內(nèi)發(fā)生變化的可能性幾乎為零,可認(rèn)為該時(shí)間段內(nèi) 與Zx均為定值。而分布參數(shù)法測(cè)距利用的正是該時(shí)間段內(nèi)故障期間的電氣量,因此可由 輸電線路本側(cè)和對(duì)側(cè)母線處故障前幾個(gè)周波內(nèi)的工頻電氣量確定單端測(cè)距算法中的本側(cè) 系統(tǒng)阻抗ZA和對(duì)側(cè)系統(tǒng)阻抗Zb值,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)阻抗參數(shù)的實(shí)時(shí)修正。
[0028] 電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行過(guò)程始終伴隨負(fù)荷波動(dòng)、電壓波動(dòng)等小擾動(dòng)的存在,因此線 路正常運(yùn)行時(shí)測(cè)量端的電壓電流相量是實(shí)時(shí)變化的。故障錄波裝置依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),需記錄 系統(tǒng)擾動(dòng)開始前至少兩個(gè)周波的實(shí)時(shí)模擬量數(shù)據(jù),這為故障前多組工頻穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)的獲取提 供了實(shí)際應(yīng)用基礎(chǔ)。提取故障前多組工頻電氣量,利用最小二乘原理估算本次故障期間兩 側(cè)系統(tǒng)阻抗值。
[0029]側(cè)系統(tǒng)阻抗計(jì)算
[0030]設(shè)利用故障前的波形可得到M側(cè)k組電壓和電流相量值,即和 /M1,/M2,...,/MA.。則根據(jù)最小二乘原理可得M測(cè)系統(tǒng)阻抗如下:根據(jù)
[0032]對(duì)側(cè)系統(tǒng)阻抗計(jì)算
[0033]根據(jù)輸電線路的分布參數(shù)模型公式,可由本側(cè)電壓和電流計(jì)算對(duì)側(cè)母線處的電壓 和電流,公式如下:
[0035]上式是根據(jù)本側(cè)(M側(cè))電壓和電流以及輸電線路的分布參數(shù)模型計(jì)算得到的對(duì)側(cè) (N側(cè))的電壓和電流。其中
為線路的傳播時(shí)間常數(shù),
為線路的特 性阻抗。i為第i組電壓電流,l<i<k。
[0036]由此,對(duì)端阻抗的計(jì)算公式為:
[0038]兩側(cè)阻抗的應(yīng)用
[0039] 計(jì)算出兩側(cè)系統(tǒng)阻抗之后,可以在單端測(cè)距中應(yīng)用計(jì)算的系統(tǒng)阻抗,進(jìn)一步提高 測(cè)距精度。
[0040] 發(fā)生故障后,流過(guò)短路點(diǎn)過(guò)渡電阻的短路電流為本側(cè)短路電流和對(duì)側(cè)短路電流之 和。假設(shè)對(duì)側(cè)電動(dòng)勢(shì)與本側(cè)相同(幅值和相角),本側(cè)系統(tǒng)等值阻抗和對(duì)側(cè)系統(tǒng)等值阻抗已 知,從而可以將對(duì)側(cè)的短路電流計(jì)算出來(lái),使測(cè)距方程中僅含有兩個(gè)未知數(shù):故障距離百分 比P和過(guò)渡電阻Rf。消去過(guò)渡電阻得到二元一次方程,求解該方程可以得到故障距離。
[0041] 以一個(gè)簡(jiǎn)單的單回路雙端電源線路為例,如圖3所示。
[0042]圖中線路全長(zhǎng)為L(zhǎng),在距母線M,Lf處發(fā)生故障,過(guò)渡電阻為Rf,裝置安裝于母線M側(cè), 故障測(cè)距的任務(wù)是通過(guò)已知量(裝置測(cè)量到的故障線路三相電壓和電流),計(jì)算出故障距離 Lf。假設(shè)所測(cè)輸電線路分布電容可以忽略,從故障點(diǎn)到裝置安裝處的線路段可以用電阻一 電感串聯(lián)電路來(lái)表示。
[0043]以A相接地故障為例,設(shè)為A相母線電壓,I為A相測(cè)量電流,&為零序電流, /I為A相測(cè)量電流的故障分量,Rf為過(guò)渡電阻,P為故障距離百分比,ZL為線路全長(zhǎng)的正序 AF.A 阻抗,則故障時(shí)母線和故障點(diǎn)之間的線路阻抗為:ZlP,過(guò)渡電阻上的電壓降為IfRf,有下式 成立:
[0045] 式中l(wèi)、Kn(零序電流補(bǔ)償系數(shù)
^、ZL為已知量,故障距離 百分比P、If、Rf為未知量,關(guān)鍵是要求出故障距離百分比。因?yàn)镮f為本端故障電流和對(duì)端故 障電流之和,所以無(wú)法直接得到,能夠得到的是本端的故障電流,根據(jù)故障后各序網(wǎng)絡(luò) 分析,//: := /l/Di,其中Da為電流分布系數(shù),
;ZA、ZB分別為本端系統(tǒng) 阻抗和對(duì)端系統(tǒng)阻抗。所以故障時(shí)有下式成立:
[0046] Ua=(Ia+KnIo)ZlP+(Ifa/Da)Rf (2)
[0047]其中,Ifa為本端的故障電流分量。
[0048] 式(2)中的未知量有兩個(gè),即故障距離百分比P和過(guò)渡電阻Rf,把Da的表達(dá)式代入 (1)式中,可得到一個(gè)故障距離百分比P的一元二次方程:
[0049] Ua=(Ia+KnIo)ZlP+Ifa(Zl+Za+Zb)Rf/((1-P)Zl+Zb) (3)
[0050] 將式(3)化簡(jiǎn)整理可得下式:
[0051] P2-KiP+K2-K3Rf = 0 (4)
[0052] 方程中系數(shù)K1,K2,K3的表達(dá)式為:
[0054]將方程式按實(shí)部和虛部展開,消去過(guò)渡電阻RF可得:
[0056]解此方程可得兩個(gè)根,大于0小于1的根為真實(shí)的故障距離百分比,將此根乘以線 路全長(zhǎng),得到實(shí)際故障距離。
[0057]對(duì)于相間故障,如AB相間故障,貝lj(1)式中的應(yīng)為,(Ia+KnIq)應(yīng)為Iab,Ifa應(yīng) 為Ifab,(4)式中系數(shù)K1,K2,K3的表達(dá)式為:
[0060]其余求解過(guò)程是一樣的。這樣可得故障距離百分比P的值,P乘以線路全長(zhǎng)后,便得 到實(shí)際故障距離。
[0061 ] 以ATP-EMTP搭建如圖4所示仿真模型,系統(tǒng)電壓等級(jí)為500kV,線路AM、麗、BN、CN長(zhǎng) 度分別為601〇11、3001〇11、1001〇11、2001〇11,線路采用分布參數(shù)模型。
[0062]以M側(cè)為測(cè)量端,設(shè)計(jì)四種對(duì)側(cè)(N側(cè))系統(tǒng)運(yùn)行方式。方式一:增加負(fù)荷S2為120+ j90MVA;方式二:減小負(fù)荷S2為40+j25MVA;方式三:切除線路BN;方式四:切除C側(cè)電源。方式 五為原系統(tǒng)運(yùn)行方式。戴維南等值計(jì)算五種方式下N側(cè)系統(tǒng)正序等值阻抗如表1所示。
[0063] 表1不同運(yùn)行方式的N側(cè)系統(tǒng)阻抗值
[0064]
[0065] 表1中前四種運(yùn)行方式分別代表對(duì)側(cè)系統(tǒng)負(fù)荷增加、負(fù)荷減小、線路退出運(yùn)行、電 源解列四種情況,與方式五對(duì)比,四種變化下對(duì)側(cè)系統(tǒng)阻抗值的幅值與相角均發(fā)生變化,且 變化幅度較小。進(jìn)一步研究該變化對(duì)故障測(cè)距結(jié)果的影響。
[0066] 設(shè)置MN線路距M端200km處單相短路接地故障,過(guò)渡電阻50 Q,分別對(duì)方式一至方 式五仿真,分別以各真實(shí)N側(cè)系統(tǒng)阻抗值和方式五阻抗值作為計(jì)算參數(shù),利用工頻量分布參 數(shù)法計(jì)算故障距離,結(jié)果如表2所示。
[0067]表2系統(tǒng)阻抗值對(duì)測(cè)距結(jié)果的影響
[0068]
[0069] 綜合表1和表2,系統(tǒng)運(yùn)行方式的改變會(huì)引起系統(tǒng)阻抗值的幅相均發(fā)生小幅度變 化,此較小變化將造成測(cè)距結(jié)果的絕對(duì)偏差增大1.2km以上。該偏差對(duì)于故障測(cè)距而言是不 可忽視的,因此有必要對(duì)系統(tǒng)阻抗值進(jìn)行在線估計(jì),以實(shí)時(shí)更改計(jì)算參數(shù),消除對(duì)側(cè)系統(tǒng)運(yùn) 行方式不確定性對(duì)測(cè)距結(jié)果的影響。
[0070] 上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述,但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范 圍的限制,所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白,在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上,本領(lǐng)域技術(shù)人員不 需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種輸電線路單端測(cè)距中估計(jì)兩側(cè)系統(tǒng)阻抗的方法,其特征是:包括以下步驟: (1) 基于戴維南等值電路表達(dá)兩側(cè)系統(tǒng)等值結(jié)構(gòu); (2) 采集輸電線路本側(cè)和對(duì)側(cè)母線處故障前多個(gè)周波內(nèi)的工頻電氣量,利用最小二乘 原理估算本次故障期間兩側(cè)系統(tǒng)阻抗值; (3) 結(jié)合輸電線路的分布參數(shù)模型,由本側(cè)電壓和電流計(jì)算對(duì)側(cè)母線處的電壓和電流; (4) 利用單端測(cè)距計(jì)算方法,根據(jù)本側(cè)系統(tǒng)等值阻抗和對(duì)側(cè)系統(tǒng)等值阻抗,計(jì)算故障距 離百分比,求得故障距離。2. 如權(quán)利要求1所述的一種輸電線路單端測(cè)距中估計(jì)兩側(cè)系統(tǒng)阻抗的方法,其特征是: 所述步驟(1)中,利用戴維南等值電路表達(dá)兩側(cè)系統(tǒng),分別表示等值電源電動(dòng)勢(shì)和系統(tǒng)阻 抗。3. 如權(quán)利要求1所述的一種輸電線路單端測(cè)距中估計(jì)兩側(cè)系統(tǒng)阻抗的方法,其特征是: 所述步驟(1)中,設(shè)單端測(cè)距中兩側(cè)系統(tǒng)的在線路故障時(shí)刻前后幾個(gè)周波內(nèi)不發(fā)生變化,等 值電源電動(dòng)勢(shì)和系統(tǒng)阻抗均為定值。4. 如權(quán)利要求1所述的一種輸電線路單端測(cè)距中估計(jì)兩側(cè)系統(tǒng)阻抗的方法,其特征是: 所述步驟(2)中,線路正常運(yùn)行時(shí)測(cè)量端的電壓電流相量是實(shí)時(shí)變化的,故障錄波裝置記錄 系統(tǒng)擾動(dòng)開始前至少兩個(gè)周波的實(shí)時(shí)模擬量數(shù)據(jù)。5. 如權(quán)利要求1所述的一種輸電線路單端測(cè)距中估計(jì)兩側(cè)系統(tǒng)阻抗的方法,其特征是: 所述步驟(2)中,利用故障前的波形得到本側(cè)多組電壓和電流相量值,根據(jù)最小二乘原理計(jì) 算本測(cè)系統(tǒng)阻抗。6. 如權(quán)利要求1所述的一種輸電線路單端測(cè)距中估計(jì)兩側(cè)系統(tǒng)阻抗的方法,其特征是: 所述步驟(3)中,根據(jù)輸電線路的分布參數(shù)模型,確定線路的傳播時(shí)間常數(shù)、線路的特性阻 抗,根據(jù)本側(cè)電壓和電流計(jì)算對(duì)側(cè)母線處的電壓和電流,。7. 如權(quán)利要求1所述的一種輸電線路單端測(cè)距中估計(jì)兩側(cè)系統(tǒng)阻抗的方法,其特征是: 所述步驟(4)中,設(shè)對(duì)側(cè)電動(dòng)勢(shì)與本側(cè)相同,根據(jù)本側(cè)系統(tǒng)等值阻抗和對(duì)側(cè)系統(tǒng)等值阻抗, 計(jì)算對(duì)側(cè)的短路電流,使測(cè)距方程中僅含有兩個(gè)未知數(shù):故障距離百分和過(guò)渡電阻,消去過(guò) 渡電阻得到二元一次方程,求解該方程得到故障距離百分,以確定故障距離。8. 如權(quán)利要求1所述的一種輸電線路單端測(cè)距中估計(jì)兩側(cè)系統(tǒng)阻抗的方法,其特征是: 所述步驟(4)中,根據(jù)故障距離百分,將其乘以線路全長(zhǎng),得到實(shí)際故障距離。
【文檔編號(hào)】G01R31/08GK106054023SQ201610503954
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月30日
【發(fā)明人】汪建敏, 毛鵬, 賴志剛, 帥玲玲, 周東, 劉曉江, 溫錢明, 黃瑋, 車仁飛
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)江西省電力公司檢修分公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司, 山東大學(xué)