一种基于最优波速的区域电网故障定位方法技术

本发明专利技术涉及电力系统自动化的故障定位方法，具体涉及一种基于最优波速的区域电网故障定位方法。该方法基于遗传算法和信号谱分析，利用电网中与故障线路相关的分支线路折射波进行故障定位，该方法包括：（1）电网网架结构分析并进行数据配对；（2）构建目标函数，生成变量约束条件；（3）分支线路折射波的信号谱分析，确定信号的频率成分及频率修正系数范围；（4）利用遗传算法求解目标函数的最优解，得到最优波速；（5）根据最优波速得到故障点位置，并将结果输出。该方法充分考虑了各分支线路频率、路径的影响，相对于现有区域电网故障定位算法精度明显提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统自动化的故障定位方法，具体涉及一种基于最优波速的区域 电网故障定位方法。
技术介绍
输电线路发生故障后，即使重合成功，也需要巡线人员查找故障点，根据故障造成 的损坏程度判断能否继续运行还是须停电检修，以消除隐患。因此，线路故障后快速寻找故 障点（输电线路故障测距技术也称为故障定位技术）就成为保证电网安全稳定运行的一项 关键技术。 输电线路行波故障测距装置(下文简称为行波测距装置）根据采用电气量的不同， 可分为单端行波法、双端行波法和脉冲法。目前，实用化的行波测距装置主要采用双端行波 法，其原理如下：双端行波法原理是利用故障产生的第一个行波波头信号，通过计算故障初 始行波到达线路两端的时间差来计算故障位置，如图1所示，计算公式如下： 上式中=I1为故障距离A1U2分别为初始行波到达线路两端的时间，L' '为线路全 长，V为行波传播速度，双端行波法计算中仅需要识别信号的初始波头，原理简单可靠，但其 需要线路两侧装置数据，要求通讯及GPS的支持，系统构成相对复杂。 目前，输电线路行波故障测距装置在我国电力系统中已经获得了广泛应用，国内 辽宁、四川等省份已经建成了行波测距装置组网构成的区域性故障定位系统。如前所述，现 有的行波测距装置大多数采用的是双端行波法，涉及采样、GPS授时，通讯多个环节，较多的 中间环节降低了系统整体可靠性，若线路一侧装置故障，则系统就无法正常工作，这就影响 了系统的整体可靠性。 输电线路故障后暂态行波会通过母线折射到分支线路上，分支线路测距装置由于 算法、定值设计上以避免拒动为主，因此多数故障情况下能够启动录波，这就为实现区域电 网故障定位创造了条件。区域电网故障定位在工程上具有以下意义： 1)提高系统可靠性，利用多端数据完成测距，避免一侧装置故障导致故障定位失 败； 2)降低系统建设成本，可适当减少终端配置数量。目前，区域电网故障定位研究已经取得了一定的成果，但总体而言，已有的区域电 网故障定位方法主要是通过网络结构图生成矩阵选取最短路径，或利用权系数参考多组数 据用于故障定位，基本不涉及行波传输过程中的信号衰减及波形畸变，而这是影响故障定 位精度的重要因素。在实际工程应用中，现有的区域电网故障定位的精度低于双端行波法。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种基于最优波速的区域电网故障定 位方法，该方法利用电网中与故障线路相关的分支线路折射波进行故障定位计算，该方法 充分考虑了各分支线路频率、路径的影响，相对于现有区域电网故障定位算法精度明显提 商。 本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的： 本专利技术提供，其改进之处在于，所述 方法基于遗传算法和信号谱分析，利用电网中与故障线路相关的分支线路折射波进行故障 定位，所述方法包括下述步骤： (1)电网网架结构分析并进行数据配对； (2)构建目标函数，生成变量约束条件； (3)分支线路折射波的信号谱分析，确定信号的频率成分及频率修正系数范围； (4)利用遗传算法求解目标函数的最优解，得到最优波速； (5)根据最优波速得到故障点位置，并将结果输出。 进一步地，所述步骤（1)中，输电线路故障后暂态行波通过母线折射到各分支线路 上，对区域电网内各变电站均采集分支线路折射波信号，实际中考虑到暂态行波信号色散 的影响，选择故障线路相邻变电站的数据； 输电线路行波测距装置采用双端行波法：双端行波法原理是利用故障产生的第一 个行波波头信号，通过计算故障初始行波到达线路两端的时间差来计算故障位置，表达式 如下： 上式中=I1为故障距离A1U2分别为初始行波到达线路两端的时间，L' '为线路全 长，V为行波传播速度； 令区域电网包括变电站M、N以及变电站Sp S2-Sn ;所述变电站M通过线路L'与 变电站N连接；所述变电站S1通过分支线路1与变电站M连接；所述变电站S2通过分支线 路2与变电站M连接；所述变电站Sn通过分支线路η与变电站M连接；分支线路1、分支线 路2和分支线路η并联。 进一步地，所述步骤（2)中，当故障线路为丽段时，暂态行波到达变电站M端后， 透过变电站M端母线折射到分支线路1~η上，选取变电站S端的分支线路折射波与变电 站N端初始行波构成双端测距；变电站S端包括变电站Sp S2和Sn端； 变电站S端与变电站N端数据构成的双端测距计算分别公式如下： 其中，t' i、合下式： t，n = V(LnZVn)③； 式②、③中，L、Lp L2、Ln分别为故障线路及分支线路1、2、η的线路长度；tl、t2分 别为初始行波到达M、N端时刻；t' i、t' 2、t' n为分支线路折射波到达Sp S2、Sn端的时刻； C^dydn分别为不同端装置数据双端计算结果；Vl、v2、Vn是分支线路l、2、n上的行波波速； 由于理论上屯、d2、dn相等，即满足以下条件： 式④中，Vtl为假定基准波速；kfl、kf2、kfn分别频率修正系数，用于修正各分支线路 折射波不同频率信号导致的波速差异；ksl、ks2、ksn分别为路径修正系数，用于修正各分支线 路折射波不同传输路径导致的波速差异； 构建目标函数如下式： 目标函数的变量约束条件如下： 公式⑦中，vmax、vmin分别为波速的上下限值；k fmax、kfmin分别为频率修正系数的上下 限值；ksmax、ksmin分别为路径修正系数的上下限值。 进一步地，路径修正系数通过对线路结构的分析获得，频率修正系数通过对信号 谱分析获得，即基于信号谱分析的频率修正系数和基于线路结构的修正系数确定方法； 基于线路结构的修正系数确定方法包括：根据各分支线路导地线间距、杆塔结构、 长度等线路参数，与基准分支线路对比，得到各分支线路的路径修正系数； 具体如下：根据线路参数计算各分支线路的特征阻抗、衰减系数及相移系数，表达 式分别如下： 上式中，α为衰减系数，β为相移系数；Rm、Gm、ω、L m分别对应单位长度线路的模 电阻、电感、电导及电容；在得到线路相移系数情况下，行波传播速度如下： 以基准分支线路为标准，计算由于各分支线路传输路径不同导致的同频率信号传 输波速差异，在实际工程中转为相对值即路径修正系数。 进一步地，所述步骤（3)中，采用希尔伯特-黄HHT变换边际谱对各分支线路折射 波进行频谱分析，计算出折射波高频分量的频率，再与基准分支线路对比，得到各分支线路 的频率修正系数； 希尔伯特-黄HHT变换边际谱基于分解基固有模态函数MF，通过经验模态分解 EMD获取多个分解基固有模态函数IMF，变换最终结果如下： 上式中：s(t)为原始信号，r为残余分量，Ck为分解基固有模态函数MF，希尔伯 特-黄HHT变换边际谱的定义如下： 希尔伯特-黄HHT变换边际谱表征的是频率点上的累积分布，即能量分布，以基准 分支线路为标准，计算各分支线路折射波频率分量的频率差异，并转为相对值即频率修正 系数。 进一步地，所述步骤（4)中，将分支线路长度、波速、频率修正系数和路径修正系数 代入当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于最优波速的区域电网故障定位方法，其特征在于，所述方法基于遗传算法和信号谱分析，利用电网中与故障线路相关的分支线路折射波进行故障定位，所述方法包括下述步骤：（1）电网网架结构分析并进行数据配对；（2）构建目标函数，生成变量约束条件；（3）分支线路折射波的信号谱分析，确定信号的频率成分及频率修正系数范围；（4）利用遗传算法求解目标函数的最优解，得到最优波速；（5）根据最优波速得到故障点位置，并将结果输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宁明，
申请(专利权)人：国家电网公司，南京南瑞集团公司，
类型：发明
国别省市：北京;11