基于行波法的双采样率配网线路故障点定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于行波法的双采样率配网线路故障点精确定位方法，对低采样率测量设备采集的相电流波形进行相位相关度计算，在判定故障发生时启动高采样率测量设备的录波功能，然后对高采样测量装置采集的相电流波形进行处理，根据D型行波法对故障点进行精确定位。本发明专利技术通过对波形数据进行相关度系数计算，解决了传统幅值触发录波的不可靠问题。并仅对低采样率数据进行相关度计算，有效降低了计算量，提高了故障录波触发速度。同时所用的高采样率测量设备采样时窗小，不依赖大存储容量，有效地降低了配网检测设备的成本。

【技术实现步骤摘要】
基于行波法的双采样率配网线路故障点定位方法
本专利技术涉及配电网线路故障诊断方法，具体是一种基于行波法的双采样率配网线路故障点定位方法。
技术介绍
随着经济的不断发展，用户对供电质量的要求日益提高。配电网作为电网中直接与用户交互的部分，对用户的用电体验有着重大影响，配网的故障定位就显得尤为重要。而目前国内配电网多采用中性点非有效接地方式，拓扑结构复杂，分支多；接地故障电流小、故障定位较困难。随着人们对配网自动化水平要求的提高，更加迫切需要从根本上解决配网线路的故障定位问题。当前国内外配网线路故障定位方法主要有故障指示器法、阻抗法与行波法。相较于故障指示器法和阻抗法，行波法受线路参数、系统运行方式、过渡电阻和故障类型的影响小，定位速度快，准确度高，目前是配网线路故障定位研究的热点。但是配电网复杂的线路结构和众多的分支导致故障行波幅值小、衰减畸变大，给配网故障的定位造成了难度。而目前的故障行波检测装置通常以行波幅值作为故障判据，导致故障的误判与漏判，较难得到较好的故障行波录波波形；同时行波法故障精确定位对检测设备采样率要求较高，对设备硬件性能要求较大，在配电网低成本控制的情况下应用不广泛。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提出了一种基于行波法的双采样率配网线路故障点精确定位方法。本专利技术原理如下：电力线路发生故障时，由于故障点电压的突变，在线路上将出现暂态行波过程。电力线路上的行波现象可以用建立在分布参数线路模型基础上的电报方程来描述，沿线电压与电流均包含正向和反向两个行波分量，其频域形式可以表示为：式中，U+(x,ω)和I+(x,ω)分别表示沿x正方向传播的电压与电流行波；U-(x,ω)和I-(x,ω)分别表示沿x正方向传播的电压与电流行波。故障发生的瞬间，故障点处产生初始行波，并向着线路两端传播。如图1所示，设故障初始行波浪涌以相同的传播速度v到达线路M端与N端的时间分别为TM与TN，则两者存在以下关系：式中，LMF与LNF分别为线路M端与N端到故障点的距离；L为线路MN的长度。通过求解上述方程组可以得出故障点至线路两端距离LMF、LNF与TM、TN的关系，如式(1)所示：通过在配网线路的节点处放置测量装置，记录故障初始行波波形；然后使用算法得出行波到达的时间，再配合配网拓扑图，就能计算出故障点的位置，实现故障点的精确定位。本专利技术的技术解决方案如下：一种基于基于行波法的配网线路故障点精确定位方法，其特点在于双采样率结合，降低了测量设备的成本，所述方法包括以下步骤：步骤S1，根据配网各节点低采样率设备采集的相电流波形，依照工频周期P，取一定时间间隔Q，对时间t至时间(t+Q)的相电流波形I1，与时间(t+P)至时间(t+P+Q)的相电流波形I2进行相关度系数计算，计算结果为K；步骤S2，对K的数值大小进行判定：当K大于设定阈值时，判定故障不发生，返回步骤S1，并令t＝t+Q；当K小于或等于设定阈值时，判定故障发生，记录下故障发生的时段：(t+P)至(t+P+Q)，记为T，启动高采样率测量设备，对T时段的故障波形进行记录存储；步骤S3，对启动录波的高采样率测量设备采集的相电流波形进行处理，得出i号节点初始行波的到达时刻Ti与行波极性，并由行波极性与测量设备的装设方向得出初始行波方向mi；步骤S4，统计初始行波方向mi与mj相反的相邻节点i，j，从中计算选出行波到达时刻Ti、Tj之和最小的一组作为故障线路L的两端节点；步骤S5，根据式(2)，计算出故障线路L上故障点的精确位置。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)配网行波幅值小、衰减畸变大，通过运用相位相关度法，解决了传统设备依靠行波幅值触发录波的不可靠问题；(2)仅对低采样率波形数据进行相关度系数计算，有效降低了设备的计算量，提高了故障录波触发速度；(3)不依靠高采样率测量设备实现故障判定，减小了高采样率测量设备的采样时窗，不依赖大存储容量，有效地降低了配网检测设备的成本。附图说明图1为D型行波法故障定位原理示意图图2为仿真配电网系统拓扑图图3为1号节点A相电流波形图图4为1号节点线模行波波形图图5为仿真配电网系统各节点初始行波方向图具体实施方式本专利技术所需的故障波形来自于配网线路分布式测量装置，装置内包含了低、高两种采样率的测量设备。每个故障定位节点安装三组测量装置，实时同步采集线路三相电流。依照专利技术的故障定位方法，在10kV配电网仿真系统中，设置单相接地故障。系统结构图如图2所示，对图中共6个节点分别标记为1号至6号节点。测量设备采用的低采样频率为20KHz，高采样频率为1MHz。故障发生时刻为0.035s，故障类型为金属性接地故障。实施例：步骤S1，根据低采样率测量设备测量到的相电流数据，以图3为例，取工频周期P＝0.02s，时间间隔Q＝0.005s，从t＝0开始计算对应的第一相电流波形I1与第二相电流波形I2的相关度K；步骤S2，对相关度K与设定阈值0.99的大小进行判定。若K>0.99，判定故障不发生，返回步骤S1，并令t＝t+0.005(s)；若K≤0.99，记录下故障发生时段T：(t+0.02)至(t+0.025)，对高采样率测量设备T时段的波形进行录波存储。步骤S3，对启动录波的高采样率测量设备采集的相电流波形进行处理，以图4为例，得出1号至6号节点初始行波的到达时刻T1～T6与行波极性，如表1所示。并由行波极性与测量设备的装设方向得出初始行波方向，如图5中箭头所示；表1各节点的初始行波到达时刻与行波极性节点编号到达时刻(s)行波极性10.035016s负20.035050s正30.035116正40.035033正50.035083正60.035150正步骤S4，统计初始行波方向mi与mj相反的相邻节点i，j，并从中计算选出行波到达时刻Ti、Tj之和最小的一组，其结果为1号节点与2号节点。故将1号节点与2号节点作为故障线路L的两端节点。步骤S5，根据式(2)：将v＝2.95*108m/s，L＝20km，TM＝0.035016s，TN＝0.035050s带入公式(2)，算得LMF＝5.005km，LMF＝14.995km。即故障线路L上故障点位于1号节点右侧5.005km处。实际故障位置位于1号节点右侧5km处，故定位误差为0.005km。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于行波法的双采样率配网线路故障点定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，根据配网线路各节点低采样率测量设备采集的相电流波形，依照工频周期P，取一定时间间隔Q，对时间t至时间(t+Q)的第一相电流波形I1，与时间(t+P)至时间(t+P+Q)的第二相电流波形I2按照公式(1)进行相关度K的计算：

【技术特征摘要】
1.一种基于行波法的双采样率配网线路故障点定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，根据配网线路各节点低采样率测量设备采集的相电流波形，依照工频周期P，取一定时间间隔Q，对时间t至时间(t+Q)的第一相电流波形I1，与时间(t+P)至时间(t+P+Q)的第二相电流波形I2按照公式(1)进行相关度K的计算：其中，Cov(I1，I2)为第一相电流波形I1与第二相电流波形I2的协方差，Var|I1|为第一相电流波形I1的方差，Var|I2|为第二相电流波形I2的方差；步骤S2，对相关度系数K进行判定：当相关度系数K大于设定阈值时，判定故障不发生，返回步骤S1，并令t＝t+Q；当K小于或等于设定...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚东，李科君，罗林根，钱勇，盛戈皞，江秀臣，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31