有限PMU下基于最小二乘法估计的电网故障在线检测方法技术

本发明专利技术公开了有限PMU下基于最小二乘法估计的电网故障在线检测方法，该方法采用区域分散决策结构，由RDS收集本站和相邻变电站的广域保护信息。当发现某线路有保护动作时，启动该线路及其相邻线路的在线检测过程。采集相关PMU的电流电压测量值，计算出各节点的电流电压估计值，得到每条线路的电流残差值，通过排序搜索得到两条疑似线路。针对两条疑似线路，根据其拓扑连接关系，构造单个线路故障、相邻两条线路复故障等判据，利用三组PMU测量值，计算各疑似线路的三组故障点位置，构造故障判据判断与检测出故障元件。本发明专利技术能够区分出单一线路故障、相邻线路复故障、非相邻线路双重故障三种故障情况，且不会对广域通信网络SDH增加过大的通信负荷。

【技术实现步骤摘要】
有限PMU下基于最小二乘法估计的电网故障在线检测方法
本专利技术涉及电力系统继电保护领域，特别涉及一种有限PMU下基于最小二乘法估计的电网故障在线检测方法。
技术介绍
随着电力系统不断发展，电网结构越来越复杂，基于本地信息的传统后备保护的配置和整定越来越困难[1]。同步向量测量单元(PhasorMeasurementUnit，PMU)的发展为广域后备保护的研究提供了重要信号来源，PMU实时测量布点处的母线电压和进出电流向量，并打上时标[2]。PMU量测量的远程传输借助于我国目前较广泛运用的广域通信网络的同步数字体系(SynchronousDigitalHierarchy，SDH)，其更新速度为几十毫秒，完全能够满足电力系统广域后备保护的数据要求[3][4]。但是由于PMU的造价与维护费用很高，目前在我国电网的所有节点上都配置PMU是很不现实的，所以在实际应用中尤其是广域后备保护的在线故障检测，必须考虑在有限PMU配置下的处理方法。文献[5]在分区内部故障发生后，对各子站的母线正序电压进行比幅排序，搜索电压幅值最小的母线，进而确定故障所在的线路或母线元件，但是它的前提是各个子站都布置了PMU，才能获得同步的各子站母线正序电压。文献[6]提出了一种广域继电保护的故障区域自适应识别原则及实现方法。结合电力系统故障时序电压的分布特点，讨论了序电压分布受短线路、复故障和高阻接地等因素的影响。实时监视电网广域范围内各母线的序电压，由专家系统根据排序结果进行疑似故障区域的分析，实现自适应识别故障区域。但文献[5][6]均未考虑PMU的有限布局。文献[7]提出一种利用同步电压相量进行输电网络故障定位的方法，首先运用对称分量法和线性叠加原理建立故障后的附加正序网络，定义了故障点的匹配指标，基于该指标运用遍历搜索方法寻找故障点位置。此方法只需要故障线路两侧的远端各布置有一个PMU，但是在故障后需要实时计算并修改系统的阻抗矩阵，计算量较大。文献[8]采用了分布参数建模，提出一种基于广域信息多端高压输电区域后备保护原理。在有限PMU条件下，推算出参考节点的电流差动量，电流差动量反应的是故障时故障点电流值，根据这一特征进行故障线路的判断。文献[9]提出了一种基于有限PMU测量故障分量信息的故障定位新算法，运用叠加原理获得系统的纯故障等值模型，对纯故障等值模型进行等价变换，获得故障线路两端的系统阻抗等值模型和故障点注入电流源的转移等值模型，由两种等值模型计算与实现对故障点的精确定位。但是已有文献并没有对有限PMU布局下的相邻线路复故障进行研究、没有给出相应的电网故障元件在线检测方法。参考文献：[1]袁季修.防御大停电的广域保护和紧急控制[M].北京：中国电力出版社，2007.[2]鞠平.电力系统广域测量技术[M].北京:机械工业出版社，2008.[3]王英涛，印永华，蒋宜国，等.我国实时动态监测系统的发展现状及实施策略研究[J].电网技术，2005，29(1l)：44-48.[4]毛安家，郭志忠.与SCADA互补的WAMS中PMU的配置及数据处理方法[J].电网技术，2005，29(8)：71-74.[5]曾飞，苗世洪，林湘宁，等.基于序分量的电网广域后备保护算法[J].电力系统自动化，2010，34(23)：57-63.[6]李振兴，尹项根，张哲，等.广域继电保护故障区域的自适应识别方法[J].电力系统自动化，2011，35(16)：15-20.[7]王波，江全元，陈晓刚，等.基于同步电压相量的故障定位新方法[J].电力系统自动化，2009，33(11)：33-37.[8]马静，曾惠敏，林小华.基于广域信息多端高压输电区域后备保护[J].电力系统保护与控制，2012，40(11)：61-69.[9]徐浩，苗世洪，姜臻.基于有限相量测量单元测量故障分量信息的故障定位算法[J].电力系统自动化，2013，37(2)：43-48.
技术实现思路
本专利技术提供了一种有限PMU下基于最小二乘法估计的电网故障在线检测方法，该方法能够对单个线路故障、相邻两条线路复故障、非相邻线路双重故障进行判断和检测。本专利技术的具体方案是：有限PMU下基于最小二乘法估计的电网故障在线检测方法，所述方法采用区域分散决策结构，每个变电站的监控层都配置一台主机，在主机中运行一个区域分散决策子系统RDS；在本方法中，PMU采用间隔母线布置方式。在启动在线检测后，收集有限PMU的电流电压测量值，采用最小二乘法估计出各监控线路的电流电压值，通过从大到小的排序搜索出疑似线路，再计算某线路的三组故障点位置，以多个判据来判断出故障元件。具体检测过程如下：步骤1：根据RDS对所监控线路收集到的广域保护信号进行处理和判断，当发现某线路两侧的主保护至少有一侧未动作、而其两侧保护装置中其它保护有启动信号时，就将该线路、其相邻线路列为监控线路，启动对它们的故障检测。步骤2：收集监控线路所在变电站及其相邻变电站中较近PMU的电流电压测量值，采用最小二乘法，计算出该线路、其相邻各线路的电流电压估计值。步骤3：由步骤2所得到布有PMU侧线路的电流估计值、采集的电流测量值，计算出每条监控线路的电流残差值。步骤4：如果没有一条线路的电流残差值大于0，则认为没有故障线路，结束检测。如果至少有一条线路的电流残差值大于0，则对每条监控线路的电流残差值进行从大到小的排序，把排序中，电流残差值最大的两条线路列为疑似线路，即搜索到疑似线路1、疑似线路2。步骤5：在步骤4中有线路的电流残差值大于0的情况下，针对每条疑似线路，收集与利用相关最近的三组PMU数据，计算出每条疑似线路各自的三组故障点位置(α1，β1)、(α2，β2)、(α3，β3)。步骤6：将计算出的每条疑似线路各自的故障点位置结合线路故障判据进行判断，确定线路属于何种故障。具体的，步骤6包括：如果疑似线路1满足单个线路故障判据、但疑似线路2不满足单个线路故障判据，则判定疑似线路1为故障线路，结束检测。如果疑似线路2满足单个线路故障判据、但疑似线路1不满足单个线路故障判据，则判定疑似线路2为故障线路，结束检测。如果两条疑似线路在拓扑上相邻，它们的三组故障点位置(α1，β1)、(α2，β2)、(α3，β3)满足相邻两条线路复故障判据，则判定它们为相邻两条线路复故障，结束检测。如果两个疑似线路在拓扑上不相邻，且均满足单个线路故障判据，则判定两条疑似线路均是故障线路，即为非相邻线路双重故障，结束检测。更具体的，步骤6中的故障判据包括单个线路故障判据和相邻两条线路复故障判据。如下所示；单个线路故障判据为：若求出某线路的3个故障点位置如α1、α2、α3三个数都在[0，1]之间，且在误差允许范围内相近，而其相邻各线路的3个故障点位置如β1、β2、β3都不在[0，1]之间，则判定该线路为单个故障线路。对于拓扑上相邻的两条线路，相邻两条线路复故障判据为：(1)若求出某线路的3个故障点位置α1、α2、α3不同时在[0，1]之间，且其另一个相邻线路的3个故障点位置β1、β2、β3也不同时在[0，1]之间，则判定α和β所在线路都为故障线路；(2)若求出某线路的3个故障点位置α1、α2、α3三个数都在[0，1]之间，但在误差允许的范围内不接近，而且其另一个相邻线路的3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有限PMU下基于最小二乘法估计的电网故障在线检测方法，其特征在于，所述方法采用区域分散决策结构，在该结构下，每个变电站的监控层配置一台主机，在主机中运行一个RDS；本方法中，PMU采用间隔母线布置方式；具体检测过程如下：步骤1：根据RDS对所监控线路收集到的广域保护信号进行处理和判断，决定是否对该线路及其相邻线路进行故障检测，根据判断结果，如果需要检测，将它们列为监控线路，进而进行步骤2及其后续步骤；步骤2：收集监控线路所在变电站及其相邻变电站中较近PMU的电流电压测量值，采用最小二乘法，计算出该线路、其相邻各线路的电流电压估计值；步骤3：由步骤2所得到布有PMU侧线路的电流估计值、采集的电流测量值，计算出每条监控线路的电流残差值；步骤4：如果没有一条线路的电流残差值大于0，则认为没有故障线路，结束检测；如果至少有一条线路的电流残差值大于0，则对每条监控线路的电流残差值进行从大到小的排序，把排序中电流残差值最大的两条线路列为疑似线路，即搜索到疑似线路1、疑似线路2；步骤5：在步骤4中有线路的电流残差值大于0的情况下，针对每条疑似线路，收集与利用相关最近的三组PMU数据，计算出每条疑似线路各自的三组故障点位置；步骤6：将计算出的每条疑似线路各自的故障点位置结合线路故障判据进行判断，确定线路属于何种故障。...

【技术特征摘要】
1.一种有限PMU下基于最小二乘法估计的电网故障在线检测方法，所述方法采用区域分散决策结构，在该结构下，每个变电站的监控层配置一台主机，在主机中运行一个RDS；本方法中，PMU采用间隔母线布置方式；其特征在于，具体检测过程如下：步骤1：根据RDS对所监控线路收集到的广域保护信号进行处理和判断，决定是否对该线路及其相邻线路进行故障检测，根据判断结果，如果需要检测，将它们列为监控线路，进而进行步骤2及其后续步骤；步骤2：收集监控线路所在变电站及其相邻变电站中较近PMU的电流电压测量值，采用最小二乘法，计算出该线路、其相邻各线路的电流电压估计值；步骤3：由步骤2所得到布有PMU侧线路的电流估计值、采集的电流测量值，计算出每条监控线路的电流残差值；步骤4：如果没有一条线路的电流残差值大于0，则认为没有故障线路，结束检测；如果至少有一条线路的电流残差值大于0，则对每条监控线路的电流残差值进行从大到小的排序，把排序中电流残差值最大的两条线路列为疑似线路，即搜索到疑似线路1、疑似线路2；步骤5：在步骤4中有线路的电流残差值大于0的情况下，针对每条疑似线路，收集与利用相关最近的三组PMU数据，计算出每条疑似线路各自的三组故障点位置；步骤6：将计算出的每条疑似线路各自的故障点位置结合线路故障判据进行判断，确定线路属于何种故障。2.根据权利要求1所述的一种有限PMU下基于最小二乘法估计的电网故障在线检测方法，其特征在于，步骤6具体为：如果疑似线路1满足单个线路故障判据、但疑似线路2...

【专利技术属性】
技术研发人员：童晓阳，王晨，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51