一種波速修正的同塔雙回直流輸電線路雙端故障測距方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種波速修正的同塔雙回直流輸電線路雙端故障測距方法，屬于電力系統(tǒng)保護技術領域。首先獲取線路整流側、逆變側電壓故障分量，采用相模變換矩陣對其解耦求出線模故障分量電壓行波；計算出線模故障分量電壓行波小波變換模極大值，得出第一個與第二個模極大值點對應時刻t″M、t″N；沿同塔雙回直流輸電全線長范圍內每間隔10km設置接地故障并求出其波速，對所求得波速擬合出線模波速曲線，采用迭代法求出線模故障電壓波速v；其次將線模故障電壓波速v與小波變換模極大值點對應時刻t″M、t″N代入故障測距公式求得x；根據首波頭對齊后整流側M端線模故障分量電壓行波前兩個模極大值點的極性，可判斷故障點在距整流側M端半線長之內或半線長之外發(fā)生故障。
【專利說明】
一種波速修正的同塔雙回直流輸電線路雙端故障測距方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種波速修正的同塔雙回直流輸電線路雙端故障測距方法，屬于電力 系統(tǒng)保護技術領域。
【背景技術】
[0002 ]同塔雙回直流輸電技術因其節(jié)約輸電走廊、提高土地利用率，具有較好的經濟效 益，已在直流輸電工程中使用，但其各極線間存在電磁耦合，任一條極線發(fā)生故障，在非故 障極線上均耦合出相應的電氣變化量，對準確故障定位造成一定影響。傳統(tǒng)雙端測距法測 量精度高，但其需要線路全長、波速以及兩端測量量測端檢測到的故障初始行波波到時刻， 而這些參數測定精確與否是影響雙端行波測距精度的重要因素。直流輸電線路長度指桿塔 間的水平地理距離之和，即設計長度，而故障行波沿導線傳播，雙端行波測距采用的線路長 度應為導線實際長度，若仍采用設計長度進行測距計算，勢必產生較大誤差。在工程實際 中，直流輸電線路實際運行狀態(tài)（比如檔距、負荷電流等）、氣象因素（比如溫度、覆冰、風速 等)均會對實際線路長度產生影響。當實際線路長度與工程設計線路長度出現偏差時，雙端 行波測距的測距結果誤差就會引入二分之一線路偏差。由此可見，線路長度對傳統(tǒng)雙端行 波測距精度影響不容忽視。不依賴線路全長的雙端測距方法只利用波速及量測端檢測到的 故障行波的波到時刻，不引入輸電線路長度，能有效提高故障測距精度。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種波速修正的同塔雙回直流輸電線路雙端故 障測距方法，用以解決傳統(tǒng)雙端測距法依賴輸電線路全長，實際線路長度與工程設計線路 長度出現偏差而影響測距精度問題
[0004] 本發(fā)明的技術方案是：一種波速修正的同塔雙回直流輸電線路雙端故障測距方 法，首先獲取同塔雙回直流輸電線路整流側、逆變側電壓故障分量，采用相模變換矩陣對其 解耦求出線模故障分量電壓行波;計算出線模故障分量電壓行波小波變換模極大值，得出 第一個與第二個模極大值點對應時刻t〃M、t〃 N;沿同塔雙回直流輸電全線長范圍內每間隔 l〇km設置接地故障并求出其波速，對所求得波速擬合出線模波速曲線，采用迭代法求出線 模故障電壓波速v;其次將線模故障電壓波速v與小波變換模極大值點對應時刻代入 故障測距公式求得X;根據首波頭對齊后整流側Μ端線模故障分量電壓行波前兩個模極大值 點的極性，可判斷故障點在距整流側Μ端半線長之內或半線長之外發(fā)生故障;若在半線長之 內故障，則故障距離 Xf = x，若在半線長之外故障，則故障距離Xf = L-x。
[0005] 具體步驟為：
[0006] 第一步、獲取同塔雙回直流輸電線路整流側、逆變側線模故障分量電壓行波波到 時刻：
[0007] 利用相模變換矩陣對輸電線路發(fā)生單極接地故障后整流側、逆變側電壓故障分量 進行解親，求出線模故障分量電壓行波UM, mode與UN, mode，將它們的首波頭對齊;分別計算整流 側、逆變側線模故障分量電壓行波UM,mc)de與UN.nmde的小波變換模極大值，得其模極大值點波 到時刻 對應，令第一個與第二個模極大值點對應時刻依次為t〃M與t% ;
[0008] 第二步、求出線模故障電壓行波波速V:
[0009] 沿同塔雙回直流輸電線路全線長范圍內間隔10km設置接地故障并求出其波速，擬 合線模故障電壓行波波速曲線，當極線上某點發(fā)生接地故障時，求取線模故障電壓行波小 波變換模極大值，標定反映故障初始行波波頭的第一個極大值點及反映故障點反射波波頭 (或反映對端反射波波頭第二個模極大值點）令其對應時刻分別為^與^，取線模波速初值 為^，通過線模故障電壓行波波速曲線可以唯一確定與波速 V1相對應的距離求出距
，若I Y ? I滿足設定要求，則選取波速V1為本次線模故障電壓波速;若 ，^不滿足設定要求，則引入上一次計算得到的距離，在擬合曲線中找到與之對應的 波速ν2;由"求出距離
_，若I X2-Y : I滿足設定要求，則選取波速v2作為本次線 模故障電壓波速。若I X2-Y i I不滿足設定要求，繼續(xù)迭代，直至距離誤差滿足設定要求或超 出最大迭代次數為止；
[0010] 第三步、根據線模故障分量電壓行波波到時刻波速及線模故障電壓行波波速v測 距：
[0011] 由第一個與第二個模極大值點對應時刻t〃 Μ與t%，將線模故障電壓行波波速V代入 故障測距公式：
[0013] 若首波頭對齊后整流側Μ端線模故障分量電壓行波前兩個模極大值點極性相反， 判斷故障點在距整流側Μ端半線長之內，則故障距離為x f:
[0014] xf = x (2)
[0015] 若首波頭對齊后整流側Μ端線模故障分量電壓行波前兩個模極大值點極性相同， 判斷故障點在距整流側Μ端半線長之外，則故障距離為x f:
[0016] xf = L-χ (3)〇
[0017] 本發(fā)明的原理是：
[0018] 1、同塔雙回直流輸電線路與線模故障電壓行波波速曲線建立
[0019] 同塔雙回直流輸電線路采用不換位措施，兩回線路呈梯形排列（如圖7所示），由于 雙回線路各極線間存在電磁耦合，使求解各極線暫態(tài)行波電壓、電流過程較為復雜，需采用 相模變換矩陣將其電氣量變換為彼此獨立的模型，再進行故障分析。
[0020] 同塔雙回直流輸電線路的解耦：
[0021] KmQde = C^ptase ⑴
[0022] /_=礦/_ (2)
[0023] 式中，Uphase= [UIP UIN UIIP UIIN] biphase: [ilP ilN illP illN] 1 分別為同塔雙回輸 電線路四條極線的電壓電流，其下標IP、IN與IIP、IIN分別表示I回極線正極、負極與II會極 線正極、負極;Umode=[U() U1 U2 U3]-il i2 i3]-1分別表示相模變換后模量電壓、 模量電流;Sv、Si分別為電壓、電流的相模變換矩陣。結合實際工程算例，得到電壓相模變換 矩陣為：
[0026]將沿同塔雙回直流輸電全線長范圍內間隔10km設置接地故障，故障發(fā)生時刻固定 為to。經電磁暫態(tài)仿真獲得沿線不同故障距離下量測端線模電壓行波，并記下其初始行波 的波到時刻tn，根據式(5)能夠得出每個故障距離下線模電壓行波傳播速度;對所得波速進 行擬合，即得線模故障電壓行波波速曲線。
[0028]其中，為沿線設置的不同故障距離;tn為線模故障電壓初始行波的波到時刻;to 為故障發(fā)生時刻;^為不同位置故障的線模故障電壓行波波速。
[0029] 2、不依賴線路全長的雙端故障測距方法
[0030]設同塔雙回直流某極線上F點距整流側Μ端Xf處出現接地故障時，半線長之內和半 線長之外故障下的行波傳播過程如圖8所示。
[0031]半線長之內故障(xf<L/2)時，整流側Μ的量測端所獲得前兩個行波波頭依次為向 Μ端傳播的故障初始行波、故障點反射波，并令其到達時刻依次為tMQ與tM1。設行波傳播速度 為V，線路全長為L，則有：
[0035]逆變側N的量測端所獲故障行波中前兩個行波波頭依次為向N端傳播的故障初始 行波、Μ段第一次反射波經故障點的投射波，令其到達時刻依次為tNQ與tN1，則有：
[0039] 由此可知，利用直流線路量測端故障行波的前兩個行波波頭到達時刻，并根據式 (6)、（8)均可計算出故障距離xf。整流側半線長之外故障(xf>L/2)故障時也成立。
[0040] 由上述理論分析，當某極線發(fā)生接地故障時，計算整流側與逆變側線模故障分量 電壓行波U〃M,s(t)與U%,s(t)的小波變換模極大值，得到兩端模極大值點波到時刻一一對 應，令第一個與第二個模極大值點對應時刻依次為t〃 Μ與t%，并將故障線模波速V代入故障 測距公式：
[0042] 故障點反射波與故障初始行波具有相反的極性，對端邊界反射波與故障初始行波 具有相同的極性。通過檢測第二個故障行波波頭的極性可識別出故障點反射波或者對端邊 界反射波，亦可比較第二個故障行波波頭與故障初始行波波頭的極性是否一致，對故障發(fā) 生于半線長之內或半線長之外進行判斷。
[0043] 若首波頭對齊后，整流側Μ端線模故障分量電壓行波的前兩個模極大值點極性相 反，判斷為在距整流側Μ端半線長之內故障，則故障距離為x f:
[0044] xf = x (11)
[0045] 若首波頭對齊后，整流側Μ端線模故障分量電壓行波的前兩個模極大值點極性相 同，判斷為在距整流側Μ端半線長之外故障，則故障距離為x f:
[0046] xf = L-x (12)。
[0047] 本發(fā)明的有益效果是:不需要雙端同步，不引入經驗波速和線路全長，可以緩解波 速變化和線路全長不準確帶來的測距誤差。
【附圖說明】
[0048]圖1是本發(fā)明實施例溪洛渡-廣東±500kV同塔雙回直流輸電系統(tǒng)結構圖；
[0049] 圖2是本發(fā)明實施例中線模故障電壓行波波速隨故障距離變化曲線圖；
[0050] 圖3是本發(fā)明實施例中仿真的半線長之內兩端線模行波時域分布圖；
[0051]圖4是本發(fā)明實施例中仿真的半線長之內兩端線模行波小波變換模極大值圖；
[0052] 圖5是本發(fā)明實施例中仿真的半線長之外兩端線模行波時域分布圖；
[0053] 圖6是本發(fā)明實施例中仿真的半線長之外兩端線模行波小波變換模極大值圖；
[0054] 圖7是本發(fā)明同塔雙回直流輸電線路極線放置方式示意圖；
[0055]圖8是本發(fā)明故障行波網格圖。
【具體實施方式】
[0056]下面結合附圖和【具體實施方式】，對本發(fā)明作進一步說明。
[0057] 一種波速修正的同塔雙回直流輸電線路雙端故障測距方法，首先獲取同塔雙回直 流輸電線路整流側、逆變側電壓故障分量，采用相模變換矩陣對其解耦求出線模故障分量 電壓行波;計算出線模故障分量電壓行波小波變換模極大值，得出第一個與第二個模極大 值點對應時刻沿同塔雙回直流輸電全線長范圍內每間隔10km設置接地故障并求出 其波速，對所求得波速擬合出線模波速曲線，采用迭代法求出線模故障電壓波速v;其次將 線模故障電壓波速v與小波變換模極大值點對應時刻代入故障測距公式求得X;根據 首波頭對齊后整流側Μ端線模故障分量電壓行波前兩個模極大值點的極性，可判斷故障點 在距整流側Μ端半線長之內或半線長之外發(fā)生故障;若在半線長之內故障，則故障距離x f = X，若在半線長之外故障，則故障距離xf = L-x。
[0058] 具體步驟為：
[0059] 第一步、獲取同塔雙回直流輸電線路整流側、逆變側線模故障分量電壓行波波到 時刻：
[0060] 利用相模變換矩陣對輸電線路發(fā)生單極接地故障后整流側、逆變側電壓故障分量 進行解親，求出線模故障分量電壓行波UM, mode與UN, mode，將它們的首波頭對齊;分別計算整流 側、逆變側線模故障分量電壓行波UM,mc)de與UN.nmde的小波變換模極大值，得其模極大值點波 到時刻 對應，令第一個與第二個模極大值點對應時刻依次為t〃M與t% ;
[0061 ]第二步、求出線模故障電壓行波波速V :
[0062] 沿同塔雙回直流輸電線路全線長范圍內間隔10km設置接地故障并求出其波速，擬 合線模故障電壓行波波速曲線，當極線上某點發(fā)生接地故障時，求取線模故障電壓行波小 波變換模極大值，標定反映故障初始行波波頭的第一個極大值點及反映故障點反射波波頭 (或反映對端反射波波頭第二個模極大值點）令其對應時刻分別為^與^，取線模波速初值 為^，通過線模故障電壓行波波速曲線可以唯一確定與波速 V1相對應的距離求出距
，若I Y m I滿足設定要求，則選取波速V1為本次線模故障電壓波速;若 ，^不滿足設定要求，則引入上一次計算得到的距離，在擬合曲線中找到與之對應的 波速V2;由"求出距離
，若滿足設定要求，則選取波速v2作為本次線 模故障電壓波速。若I X2-Y i I不滿足設定要求，繼續(xù)迭代，直至距離誤差滿足設定要求或超 出最大迭代次數為止；
[0063] 第三步、根據線模故障分量電壓行波波到時刻波速及線模故障電壓行波波速v測 距：
[0064] 由第一個與第二個模極大值點對應時刻t〃M與t%，將線模故障電壓行波波速v代入 故障測距公式：
[0066] 若首波頭對齊后整流側Μ端線模故障分量電壓行波前兩個模極大值點極性相反， 判斷故障點在距整流側Μ端半線長之內，則故障距離為x f:
[0067] xf = x (2)
[0068] 若首波頭對齊后整流側Μ端線模故障分量電壓行波前兩個模極大值點極性相同， 判斷故障點在距整流側Μ端半線長之外，則故障距離為x f:
[0069] xf = L-χ (3) 〇
[0070] 實施例1:建立如附圖1所示的以溪洛渡-廣東± 500kV同塔雙回直流輸電系統(tǒng)作為 仿真模型。該系統(tǒng)每極換流單元由2個12脈動換流器串聯組成，直流輸電線路全長為 1286km。線路兩側裝有0.3H的平波電抗器。現假設二回負極線路IIN距整流側Μ端400km發(fā)生 接地故障，過渡電阻為〇 Ω。
[0071 ]根據第一步獲取整流側、逆變側線模故障分量電壓行波波到時刻：利用相模變換 矩陣對輸電線路發(fā)生單極接地故障后整流側與逆變側故障分量電壓進行解耦，獲取線模故 障分量電壓行波UM, nmde與UN, mode，將它們的首個行波波頭對齊;再分別計算整流側與逆變側 線模故障分量電壓行波UM,Mde與UN,Mde的小波變換模極大值，得到兩端模極大值點波到時刻 --對應，得第一個與第二個模極大值點對應時刻依次為t〃M=0.843ms與t% = 3.535ms。根 據第二步取波速為v = 297.6km/ms。根據第三步計算得x = 400.5km，而Μ端的前兩個模極大 值點極性相反，故判斷故障點距離整流側Xf = 400.5km，與實際故障距離相差500m。
[0072] 實施例2:建立如附圖1所示的以溪洛渡-廣東± 500kV同塔雙回直流輸電系統(tǒng)作為 仿真模型。該系統(tǒng)每極換流單元由2個12脈動換流器串聯組成，直流輸電線路全長為 1286km。線路兩側裝有0.3H的平波電抗器?，F假設一回正極線路IP距整流側Μ端860km發(fā)生 接地故障，過渡電阻為200 Ω。
[0073] 根據第一步獲取整流側與逆變側線模故障分量電壓行波波到時刻:利用解耦變換 矩陣對輸電線路發(fā)生單極接地故障后整流側與逆變側故障分量電壓進行解耦，獲取線模故 障分量電壓行波UM, nmde與UN, mode，將它們的首個行波波頭對齊;再分別計算整流側與逆變側 線模故障分量電壓行波UM,Mde與 UN,Mde的小波變換模極大值，得到兩端模極大值點波到時刻 --對應，令第一個與第二個模極大值點對應時刻依次為t〃M=0.886ms與t% = 3.750ms。根 據第二步得波速為v = 297.5km/ms。根據第三步計算得x = 426. lkm，而Μ端的前兩個模極大 值點極性相同，由xf = 1286-426.1 = 859.9km，故判斷故障點距離整流側xf = 859.9km，與實 際故障距離相差l〇〇m。
[0074] 以上結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述 實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前 提下作出各種變化。
【主權項】
1. 一種波速修正的同塔雙回直流輸電線路雙端故障測距方法，其特征在于:首先獲取 同塔雙回直流輸電線路整流側、逆變側電壓故障分量，采用相模變換矩陣對其解禪求出線 模故障分量電壓行波;計算出線模故障分量電壓行波小波變換模極大值，得出第一個與第 二個模極大值點對應時刻沿同塔雙回直流輸電全線長范圍內每間隔10km設置接地 故障并求出其波速，對所求得波速擬合出線模波速曲線，采用迭代法求出線模故障電壓波 速V;其次將線模故障電壓波速V與小波變換模極大值點對應時刻代入故障測距公式 求得X;根據首波頭對齊后整流側Μ端線模故障分量電壓行波前兩個模極大值點的極性，可 判斷故障點在距整流側Μ端半線長之內或半線長之外發(fā)生故障;若在半線長之內故障，則故 障距離Xf = X，若在半線長之外故障，則故障距離Xf = kx。2. 根據權利要求1所述的波速修正的同塔雙回直流輸電線路雙端故障測距方法，其特 征在于具體步驟為： 第一步、獲取同塔雙回直流輸電線路整流側、逆變側線模故障分量電壓行波波到時刻： 利用相模變換矩陣對輸電線路發(fā)生單極接地故障后整流側、逆變側電壓故障分量進行 解禪，求出線模故障分量電壓行波UM,"Dde與UN,"Dde，將它們的首波頭對齊;分別計算整流側、 逆變側線模故障分量電壓行波咖,mode與UN,mode的小波變換模極大值，得其模極大值點波到時 刻--對應，令第一個與第二個模極大值點對應時刻依次為t"Μ與t"N; 第二步、求出線模故障電壓行波波速V : 沿同塔雙回直流輸電線路全線長范圍內間隔10km設置接地故障并求出其波速，擬合線 模故障電壓行波波速曲線，當極線上某點發(fā)生接地故障時，求取線模故障電壓行波小波變 換模極大值，標定反映故障初始行波波頭的第一個極大值點及反映故障點反射波波頭令其 對應時刻分別為tl與t2,取線模波速初值為VI，通過線模故障電壓行波波速曲線可W唯一確 定與波速VI相對應的距離XI ;由VI求出距I若I X'廣XII滿足設定要求，則選 取波速VI為本次線模故障電壓波速;若I χ/ 1-X1 I不滿足設定要求，則引入上一次計算得到的 距離χ/ 1，在擬合曲線中找到與之對應的波速V2;由V2求出距離淳I 1 滿足設定要求，則選取波速V2作為本次線模故障電壓波速。若I 1 I不滿足設定要求，繼 續(xù)迭代，直至距離誤差滿足設定要求或超出最大迭代次數為止； 第Ξ步、根據線模故障分量電壓行波波到時刻波速及線模故障電壓行波波速V測距： 由第一個與第二個模極大值點對應時刻t"M與t%，將線模故障電壓行波波速V代入故障 測距公式：(I) 若首波頭對齊后整流側Μ端線模故障分量電壓行波前兩個模極大值點極性相反，判斷 故障點在距整流側Μ端半線長之內，則故障距離為xf: xf = x (2) 若首波頭對齊后整流側Μ端線模故障分量電壓行波前兩個模極大值點極性相同，判斷 故障點在距整流側Μ端半線長之外，則故障距離為xf: xf = L-x (3)。
【文檔編號】G01R31/08GK106093708SQ201610624072
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月2日 公開號201610624072.2, CN 106093708 A, CN 106093708A, CN 201610624072, CN-A-106093708, CN106093708 A, CN106093708A, CN201610624072, CN201610624072.2
【發(fā)明人】束洪春, 鐘通運, 田鑫萃
【申請人】昆明理工大學