考虑输电线端点非同步测量值的故障定位方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑输电线端点非同步测量值的故障定位方法，定位方法通过数值方法求解输电线分布参数模型(偏微分方程)得到基于非同步测量值的全线电压分布以实现定位。对于所提出的数值格式，通过数学推导进行了严格的稳定性以及误差分析。基于稳定性和误差分析，本发明专利技术给出了详细的数值求解过程中各参数的选取方式。本发明专利技术针对非同步测量值，基于输电线分布参数模型求解输电线全线电压分布以实现故障定位，提高定位方法对非同步测量值的鲁棒性。鲁棒性。鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
考虑输电线端点非同步测量值的故障定位方法


[0001]本专利技术涉及一种考虑分布参数输电线模型及非同步测量值的时域输电线故障定位方法。

技术介绍

[0002]高压输电技术可以很好地解决我国能源分布与需求分布不均的问题。对于输电线中出现的故障，精确的故障定位可以减少维护人员对于故障的搜寻时间以及系统停运时间，并降低电力系统的运行成本。故障定位方法可分为基于模型的方法以及基于测量值的方法。传统的基于模型的故障定位方法利用同步的输电线端点测量值进行故障定位。当测量装置未装备同步装置或同步不精确时，会产生定位误差。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是：解决电力系统中利用非同步测量值进行输电线故障定位的问题。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供了一种考虑输电线端点非同步测量值的故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0005]输电线两端为端点k以及端点m，将从端点m出发计算得到的基于本端未经同步的电压电流测量值的电压分布在时间轴上进行平移后，与从端点k出发计算得到的基于本端未经同步的电压电流测量值的电压分布进行比较，使故障定位函数值最小的与端点k间的距离x所对应的τ为非同步时间差，距离x为故障所在位置，表示为下式：
[0006][0007]式中，u
(k)
(x,t)和u
(m)
(x,t)分别为从输电线路两个端点k和m出发计算出的各时刻全线电压分布，τ为非同步时间差变量，T
s
为最大非同步时间差，(t1,t2)为求和窗，其中，采用如下方法计算出为从输电线路的端点k或m出发的各时刻全线电压分布：
[0008]由以下矩阵形式偏微分方程描述任意M相输电线的物理规律：
[0009][0010][0011]式中，u(x,t)＝[u1(x,t)
…
u
M
(x,t)]T
、i(x,t)＝[i1(x,t)
…
i
M
(x,t)]T
，u
m
(x,t)、i
m
(x,t)分别表示相电压和相电流，m＝1,2,
…
,M；R、L、G、C分别为线路的串联电阻、串联电感、并联电导、并联电容矩阵；
[0012]在矩阵形式偏微分方程的求解区域内划分网格，有M个平面对应M相方程以及M相电压，对于每个平面而言：横轴为与端点之间的距离x，共计被划分为N
x
个网格，每个网格被称之为一个距离节点，每个网格的距离步长为Δx，称之为距离间隔；纵轴为时间t，共计被划分为N
t
个网格，每个网格被称之为一个时间节点，每个网格的时间步长为Δt，称之为时间间隔；
[0013]将矩阵形式偏微分方程的微分项用一阶/二阶中心差分展开，直接得到关于电压分布以及电流分布的解，对于距离节点j+1处的未知量求解需要距离节点j和j
‑
1的已知量，采用两步的leap
‑
frog格式来求解矩阵形式偏微分方程，进而在各个距离节点上一步一步求得M相的各时刻全线电压分布u
m
(x,t)，m＝1,2,
…
,M，则最终的各时刻全线电压分布表示为
[0014]优选地，所述将矩阵形式偏微分方程的微分项用一阶/二阶中心差分展开后，有下式：
[0015][0016][0017]式中：分别电压分布以及电流分布的近似的数值解，下标j代表距离节点x
j
，上标n代表时间节点t
n
，其中，x
j
＝jΔx，t
n
＝nΔt，j＝0,1,2,
…
,N
x
，n＝0,1,2,
…
,N
t
；B1＝LC、B2＝RC+LG、B3＝RG；D1＝CL、D2＝CR+GL、D3＝GR。
[0018]优选地，数值间隔的选取满足稳定性条件：式中，B
1pq
表示B1矩阵中位于第p行第q列的元素。
[0019]优选地，采用两步的leap
‑
frog格式来求解矩阵形式偏微分方程时，由稳定的单步法数值格式求解获得启动条件：在距离节点1上的各时间节点电压
[0020]本专利技术针对非同步测量值，基于输电线分布参数模型求解输电线全线电压分布以实现故障定位，提高定位方法对非同步测量值的鲁棒性。
附图说明
[0021]图1为考虑分布参数输电线模型及非同步测量值的时域输电线故障定位流程图；
[0022]图2示意了考虑完全分布参数的输电线模型等效电路；
[0023]图3示意了偏微分方程数值解网格划分；
[0024]图4示意了双端电压电流测量值，100km故障；
[0025]图5示意了不同的距离x以及时间差τ下的非同步故障定位函数值。
具体实施方式
[0026]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0027]本专利技术提供的一种考虑输电线端点非同步测量值的故障定位方法包括以下内容：
[0028]1)无需同步故障定位问题构建
[0029]如图1所示，基于电压法的原理，从输电线双端出发，基于本端未经同步的电压电流测量值，分别计算全线电压分布，故障位置可通过如下函数求解得到：
[0030][0031]式(1)中，u
(k)
(x,t)和u
(m)
(x,t)分别为从输电线路两个端点k和m出发计算出的各时刻全线电压分布，τ为非同步时间差变量，T
s
为最大非同步时间差，(t1,t2)为求和窗。
[0032]式(1)本质上将从输电线端点m出发计算的电压分布在时间轴上进行平移后，与从输电线端点k出发计算的电压分布进行比较。基于电压法的原理以及真实(完全准确)电压分布，当u
(m)
(x,t+τ)平移至与u
(k)
(x,t)同步时，求解出的故障位置电压差在任意时刻为0，从而式(1)取到最小值0。因此，为了实现无需同步的故障定位，关键在于准确地求解全线电压分布。
[0033]2)求解输电线全线电压分布
[0034]基于本端点未经同步的电压电流测量值，全线电压分布可由各种输电线模型求解：对于短线可使用集中参数RL模型、单段Pi模型、多段Pi模型；对于长线可使用分布参数贝杰龙模型、完全分布参数模型等。本专利技术以完全分布参数模型数值解为例，求解全线电压分布。
[0035]对于一条任意M相输电线，考虑完全分布参数的输电线模型等效电路如图2所示。图中，k和m是输电线的两个端点，输电线全长为l，图2所示为一段长度为dx、位置在距离端点k为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑输电线端点非同步测量值的故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：输电线两端为端点k以及端点m，将从端点m出发计算得到的基于本端未经同步的电压电流测量值的电压分布在时间轴上进行平移后，与从端点k出发计算得到的基于本端未经同步的电压电流测量值的电压分布进行比较，使故障定位函数值最小的与端点k间的距离x所对应的τ为非同步时间差，距离x为故障所在位置，表示为下式：式中，u
(k)
(x,t)和u
(m)
(x,t)分别为从输电线路两个端点k和m出发计算出的各时刻全线电压分布，τ为非同步时间差变量，T
s
为最大非同步时间差，(t1,t2)为求和窗，其中，采用如下方法计算出为从输电线路的端点k或m出发的各时刻全线电压分布：由以下矩阵形式偏微分方程描述任意M相输电线的物理规律：由以下矩阵形式偏微分方程描述任意M相输电线的物理规律：式中，u(x,t)＝[u1(x,t)
…
u
M
(x,t)]
T
、i(x,t)＝[i1(x,t)
…
i
M
(x,t)]
T
，u
m
(x,t)、i
m
(x,t)分别表示相电压和相电流，m＝1,2,
…
,M；R、L、G、C分别为线路的串联电阻、串联电感、并联电导、并联电容矩阵；在矩阵形式偏微分方程的求解区域内划分网格，有M个平面对应M相方程以及M相电压，对于每个平面而言：横轴为与端点之间的距离x，共计被划分为N
x
个网格，每个网格被称之为一个距离节点，每个网格的距离步长为Δx，称之为距离间隔；纵轴为时间t，共计被划分为N
t
个网格，每个网格被称之为一个时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇，芦大有，聂源，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：