一种基于故障行波沿线分布特性的含UPFC线路行波测距方法技术

本发明专利技术涉及一种基于故障行波沿线分布特性的含UPFC线路单端行波测距方法，属于电力系统继电保护技术领域。分别由量测端高速采集装置获得量测端故障电流行波数据，并利用相邻健全线路电流行波和波阻抗来构造电压行波；其次，通过含故障相的相模变换运算来获取线模电压行波和线模电流行波；再次，根据线模电流和线模电压，沿线计算步长取0.1m，应用贝杰龙传输方程计算电压和电流行波突变的沿线分布；最后，于量测端在时窗内，对行波突变取绝对值再进行积分可获取测距函数f

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于故障行波沿线分布特性的含UPFC线路单端行波测距方法，属于电力系统继电保护

技术介绍
统一潮流控制器(UPFC)是由两个背靠背的变流器通过一个直流储能大电容连接起来的装置，是一种理想的AC到AC的变流器结构。采用这种结构，有功功率可以在两个变流器的交流侧之间沿任何一个方向流动，同时两个完全相同的变流器也可以在自己的交流输出端独立地吸收或发出无功功率。由图10-103可知，UPFC元件通过变压器1并联接入系统，UPFC元件通过变压器2串联接入系统。UPFC通过串联在线路中的变压器1给输电线路注入了幅值和相角可变的电压，可以看作是线路中串联一个同步交流电压源和电感；UPFC与线路并联，可作为独立地与电网进行无功交换，相当于一个STATCOM，调节节点的电压。由于线路中含有补偿装置就破坏了输电线全线阻抗的均匀性，因此采用基于工频量的单端阻抗法进行测距，往往不能获得正确的故障位置。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提出一种基于故障行波沿线分布特性的含UPFC线路单端行波测距方法，用以解决上述问题。本专利技术的技术方案是：一种基于故障行波沿线分布特性的含UPFC线路单端行波测距方法，当线路发生故障时，首先，分别由量测端M和量测端N高速采集装置获得量测端M和量测端N故障电流行波数据，并利用相邻健全线路电流行波和波阻抗来构造电压行波；其次，通过含故障相的相模变换运算来获取线模电压行波和线模电流行波；再次，根据线模电流和线模电压，沿线计算步长取0.1m，应用贝杰龙传输方程计算电压和电流行波突变的沿线分布；最后，于量测端M和量测端N，在[t0,t0+l1/(2v)]、[t0+l1/(2v),t0+l1/v]、[t0,t0+l2/(2v)]和[t0+l2/(2v),t0+l2/v]时窗内，对行波突变取绝对值再进行积分可获取测距函数fMuI(x)、fMuII(x)、fNuI(x)和fNuII(x)，并根据测距函数沿线突变分布规律实现故障测距。具体步骤为：第一步、读取行波数据：由量测端M和量测端N高速采集装置获得的量测端故障电流行波数据，并截取故障初始行波到达前l/(2v)时窗长度和故障初始行波到达后l/v时窗长度，即总共1.5l/v时窗长度的行波数据；第二步、利用相邻健全线路电流行波和波阻抗来构造电压行波，即：uM＝ik×Zc (1)式(1)中uM为量测端电压，ik为最长健全线路量测端电流，Zc为线路波阻抗；第三步、计算方向行波沿线路分布：根据步骤(1)和步骤(2)得到的电流行波和电压行波，利用贝杰龙公式计算在[t0,t0+l/v]时窗长度电压行波和电流行波沿线分布，其中t0为故障初始行波到达量测端的时刻即：ux,s(x,t)=12(Zc,s+rsx/4Zc,s)2[uM,s(t+xvs)-iM,s(t+xvs)(Zc,s+rsx4)]+12(Zc,s-rsx/4Zc,s)2[uM,s(t-xvs)+iM,s(t-xvs)(Zc,s-rsx)]-(rsx/4Zc,s)2uM,s(t)-rsx4(Zc,s+rsx/4Zc,s)(Zc,s-rsx/4Zc,s)iM,s(t)---(2)]]>ix,s(x,t)=12Zc,s(Zc,s+rsx/4Zc,s)[uM,s(t+x/vs)-iM,s(t+x/vs)·(Zc,s+rsx/4)]-12Zc,s(Zc,s-rsx/4Zc,s)[uM,s(t-x/vs)+iM,s(t-x/vs)·(Zc,s-rsx/4)]-12Zc,s·rsx2Zc,s[uM,s(t)-iM,s(t)(rsx/4)]---(3)]]>式中，下标s表示模量，s＝1,2...，uM,s为量测端线模电压，iM,s为量测端线模电流，x为离开量侧端的距离，rs单位长度的线模电阻，Zc,s为线模波阻抗，vs线模波速度；第四步、计算正向行波与反向行波：正向电压行波为：u+x,s＝(ux,s+Zc,six,s)/2 (4)反向电压行波为:u-x,s＝(ux,s-Zc,six,s)/2 (5)u+x,s为距离量测端x处的正向行波，u-x,s为距离量测端为x处的反向行波，ux,s为距离量测端x处的电压行波，ix,s为距离量测端x处的电流行波；第五步、提取正向行波和反向行波的突变：首先，采用式(6)和(7)差分运算得到和cdif_u+(t)=[ux,s+(t)-ux,s+(t-Δt)]/Δt---(6)]]>cdif_u-(t)=[ux,s-(t)-ux,s-(t-Δt)]/Δt---(7)]]>为正向行波的差分结果，为反向行波的差分结果。Δt为采样间隔；其次，计算差分结果cdif在一段时间的能量S2u(x,t)，即：S2u+(x,t)=Σn=t-NΔt+1t[cdif_u+(t)]3---(8)]]>S2u-(x,t)=Σn=t-NΔt+1t[cdif_u+(t)]3---(9)]]>式(8)中，为正向行波在一段时间内的能量；式(9)中，为反向行波在一段时间内的能量；第六步、构建测距函数：根据式(8)和式(9)得到和于[t0,t0+l/(2v)]和[t0+l/(2v),t0+l/v]时窗长度内，按照式(10)得到量测端M和量测端N测距函数fMuI(x)、fMuII(x)、fNuI(x)和fNuII(x)即：fMuI(x)=∫t0t0+l1/(2v)S2u+(x,t)×S2u-(x,t)dt---(10a)]]>fMuII(x)=∫t0+l1/(2v)t0+l1/vS2u+(x,t)×S2u-(x,t)dt---(10b)]]>fNuI(x)=∫t0t0+l2/(2v)S2u+(x,t)×S2u-(x,t)dt---(10c)]]>fNuII(x)=∫t0+l2/(2v)t0+l2/vS2u+(x,t)×S2u-(x,t)dt---(10d)]]>第七步、故障侧的判别：借助于测后模拟思想，先假设故障位于UPFC元件左侧线路，利用量测端M的暂态数据，计算于行波观测时窗[t0,t0+l1/(2v)]、线长区间[0,l1]内测距函数沿线突变，若测距函数沿线存在有突变点，则可以判定故障位于l1线路段；若测距函数沿线长范围内连续变化，不存在突变点，则判定故障位于l2线路段；第八步、确定故障距离：若根据步骤七，判断出故障位于l1线路段，则利用量测端M的行波数据，分别在时窗[t0,t0+l1/(2v)]和[t0+l1/(2v),t0+l1/v]计算测距函数沿线分布的突变；若在两个相继时窗内，其测距函数只有1个突变点，且当该突变极性为负时，故障距离量测端M：x，当该突变极性为正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于故障行波沿线分布特性的含UPFC线路单端行波测距方法，其特征在于：当线路发生故障时，首先，分别由量测端M和量测端N高速采集装置获得量测端M和量测端N故障电流行波数据，并利用相邻健全线路电流行波和波阻抗来构造电压行波；其次，通过含故障相的相模变换运算来获取线模电压行波和线模电流行波；再次，根据线模电流和线模电压，沿线计算步长取0.1m，应用贝杰龙传输方程计算电压和电流行波突变的沿线分布；最后，于量测端M和量测端N，在[t0,t0+l1/(2v)]、[t0+l1/(2v),t0+l1/v]、[t0,t0+l2/(2v)]和[t0+l2/(2v),t0+l2/v]时窗内，对行波突变取绝对值再进行积分可获取测距函数fMuI(x)、fMuII(x)、fNuI(x)和fNuII(x)，并根据测距函数沿线突变分布规律实现故障测距。

【技术特征摘要】
1.一种基于故障行波沿线分布特性的含UPFC线路单端行波测距方法，其特征在于：当线路发生故障时，首先，分别由量测端M和量测端N高速采集装置获得量测端M和量测端N故障电流行波数据，并利用相邻健全线路电流行波和波阻抗来构造电压行波；其次，通过含故障相的相模变换运算来获取线模电压行波和线模电流行波；再次，根据线模电流和线模电压，沿线计算步长取0.1m，应用贝杰龙传输方程计算电压和电流行波突变的沿线分布；最后，于量测端M和量测端N，在[t0,t0+l1/(2v)]、[t0+l1/(2v),t0+l1/v]、[t0,t0+l2/(2v)]和[t0+l2/(2v),t0+l2/v]时窗内，对行波突变取绝对值再进行积分可获取测距函数fMuI(x)、fMuII(x)、fNuI(x)和fNuII(x)，并根据测距函数沿线突变分布规律实现故障测距。2.根据权利要求1所述的基于故障行波沿线分布特性的含UPFC线路单端行波测距方法，其特征在于具体步骤为：第一步、读取行波数据：由量测端M和量测端N高速采集装置获得的量测端故障电流行波数据，并截取故障初始行波到达前l/(2v)时窗长度和故障初始行波到达后l/v时窗长度，即总共1.5l/v时窗长度的行波数据；第二步、利用相邻健全线路电流行波和波阻抗来构造电压行波，即：uM＝ik×Zc (1)式(1)中uM为量测端电压，ik为最长健全线路量测端电流，Zc为线路波阻抗；第三步、计算方向行波沿线路分布：根据步骤(1)和步骤(2)得到的电流行波和电压行波，利用贝杰龙公式计算在[t0,t0+l/v]时窗长度电压行波和电流行波沿线分布，其中t0为故障初始行波到达量测端的时刻即：ux,s(x,t)=12(Zc,s+rsx/4Zc,s)2[uM,s(t+xvs)-iM,s(t+xvs)(Zc,s+rsx4)]+12(Zc,s-rsx/4Zc,s)2[uM,s(t-xvs)+iM,s(t-xvs)(Zc,s-rsx)]-(rsx/4Zc,s)2uM,s(t)-rsx4(Zc,s+rsx/4Zc,s)(Zc,s-rsx/4Zc,s)iM,s(t)---(2)]]>ix,s(x,t)=12Zc,s(Zc,s+rsx/4Zc,s)[uM,s(t+x/vs)-iM,s(t+x/vs)·(Zc,s+rsx/4)]-12Zc,s(Zc,s-rsx/4Zc,s)[uM,s(t-x/vs)+iM,s(t-x/vs)·(Zc,s-rsx/4)]]]>-12Zc,s·rsx2Zc,s[uM,s(t)-iM,s(t)(rsx/4)]---(3)]]>式中，下标s表示模量，s＝1,2...，uM,s为量测端线模电压，iM,s为量测端线模电流，x为离开量侧端的距离，rs单位长度的线模电阻，Zc,s为线模波阻抗，vs线模波速度；第四步、计算正向行波与反向行波：正向电压行波为：u+x,s＝(ux,s+Zc,six,s)/2 (4)反向电压行波为:u-x,s＝(ux,s-Zc,six,s)/2 (5)u+x,s为距离量测端x处的正向行波，u-x,s为距离量测端为x处的反向行波，ux,s为距离量测端x处的电压行波，ix,s为距离量...

【专利技术属性】
技术研发人员：束洪春，田鑫萃，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53