CN106019081B - 一种基于波形反演的输电线路故障电压行波精确检测方法 - Google Patents
一种基于波形反演的输电线路故障电压行波精确检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106019081B CN106019081B CN201610345994.XA CN201610345994A CN106019081B CN 106019081 B CN106019081 B CN 106019081B CN 201610345994 A CN201610345994 A CN 201610345994A CN 106019081 B CN106019081 B CN 106019081B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- traveling wave
- wave signal
- voltage
- high frequency
- travelling wave
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
- G01R31/088—Aspects of digital computing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
- G01R31/081—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors
- G01R31/085—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors in power transmission or distribution lines, e.g. overhead
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Locating Faults (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于波形反演的输电线路故障电压行波精确检测方法。该方法在输电线路两端变电站的电容式电压互感器(CVT)等容性设备地线上安装专用电压行波传感器;利用专用电压行波传感器检测输电线路故障后产生的一次电压行波信号,输出二次电压行波信号;利用专用电压行波传感器的高频传递函数模型建立专用电压行波传感器的高频反演函数模型,根据高频反演函数模型设计随机共振‑反卷积反演算法进行波形反演,输出反演一次电压行波信号,实现二次电压行波信号到一次电压行波信号的精确反演。本发明能有效解决一次电压行波信号经过专用电压行波传感器传变后产生的波形畸变问题,实现一次电压行波信号的准确有效检测。
Description
技术领域
本发明属于电力***继电保护领域,特别涉及一种基于波形反演的输电线路故障电压行波精确检测方法。
背景技术
行波技术由于具有故障定位精度高、保护动作速度快和不受过渡电阻、电流互感器饱和、***振荡及长线分布电容影响等独特优点,成为国内外继电保护领域的研究热点。经国内外众多专家学者的不断努力,行波定位技术逐步实用化,但交流电网的行波保护技术尚无法真正实际应用。随着我国电力***规模的不断扩大和对电网安测要求的不断提高,为促进行波技术实用化而开展的电网故障行波精确检测技术研究,具有重要的科学意义和应用前景。
目前行波检测技术研究表明常规电流互感器能对暂态电流行波具有良好传变能力,电压互感器能够无延时地传输行波波头最高频带信号和极性。但在热备用线路和终端线路故障时,无法有效检测电流行波信号,且需检测每条出线的电流信号,投入较大;从电压互感器二次侧提取电压行波信号的方法可有效检测电压行波信号的波头信息,但不能准确检测完整的电压行波信号。加拿大B.C Hydro采用一小电抗器串联在电容式电压互感器(CVT)的地线上提取电压行波信号,但其安装需要改变一次***接线,不符合中国等国家电力***的运行规程;有文献提出了在CVT地线上套接电压行波传感器检测电压行波的方法,但受电压行波传感器的非线性特性、传输色散等因素影响,一次电压行波信号经过电压行波传感器传变后会产生波形畸变。总之,现有行波检测技术所检测二次行波信号的波形特征不能真实反映电网一次行波信号的波形特征。
发明内容
本发明针对上述存在的问题提出了一种基于波形反演的输电线路故障电压行波精确检测方法,该方法在输电线路两端的电容式电压互感器(CVT)等容性设备地线上安装专用电压行波传感器;利用专用电压行波传感器检测输电线路故障后产生的一次电压行波信号,输出二次电压行波信号;利用专用电压行波传感器的高频传递函数模型建立专用电压行波传感器的高频反演函数模型,根据高频反演函数模型设计随机共振-反卷积反演算法进行波形反演,输出反演一次电压行波信号,实现二次电压行波信号到一次电压行波信号的精确反演。仿真分析表明,本发明能有效解决一次电压行波信号经过专用电压行波传感器传变后产生的波形畸变问题,实现一次电压行波信号的准确有效检测。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案包括以下步骤:
(1)在输电线路两端变电站的电容式电压互感器(CVT)等容性设备地线上安装专用电压行波传感器;
(2)利用专用电压行波传感器检测输电线路故障后产生的一次电压行波信号,输出二次电压行波信号;
(3)专用电压行波传感器的高频传递函数模型,即:
式中U1为一次电压行波信号,U2为二次电压行波信号,M、L、C、R和Rf为专用电压行波传感器的电磁参数,分别表示互感、自感、分布电容、内阻和采样电阻;
根据专用电压行波传感器的高频传递函数模型建立专用电压行波传感器的高频反演函数模型为:
式中Z[G(s)]为对高频传递函数模型G(s)进行Z变换得到的函数G(z),a1、a2、b1和b2表示高频反演函数模型的系数,取值范围分别为:a1=-0.0372~-0.7196、a2=0~9.163×10-14、b1=0.0820~1.585、b2=-0.0820~-1.585;
(4)根据高频反演函数模型设计随机共振-反卷积反演算法对二次电压行波信号进行波形反演,输出反演一次电压行波信号,实现二次电压行波信号到一次电压行波信号的精确反演。具体反演过程如下:
根据专用电压行波传感器的高频反演函数模型设计随机共振-反卷积反演算法对二次电压行波信号s进行波形反演,首先将二次电压行波信号代入随机共振公式得:
式中s为二次电压行波信号,y为随机共振公式的解;
然后根据专用电压行波传感器的高频反演函数模型进行形式变化,可得:
将上式进行差分方程变换,得到反卷积公式:
式中a1、a2、b1和b2为反卷积运算系数,取值与高频反演函数模型的系数相同,取值范围分别为:a1=-0.0372~-0.7196、a2=0~9.163×10-14、b1=0.0820~1.585、b2=-0.0820~-1.585;
最后将随机共振公式的解y代入反卷积公式进行运算,所得反卷积运算的解x即为反演一次电压行波信号。
本发明的技术效果在于:本发明可实现一次电压行波信号的有效准确提取,有效解决一次电压行波信号经过专用电压行波传感器传变后产生的波形畸变问题,实现一次电压行波信号的准确有效检测,有助于进一步提高输电线路故障行波保护技术的可靠性,且实现过程简单易行,具有广阔的应用前景。
下面结合附图和实例对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是实施本发明的仿真***结构图;
图2是本发明的仿真结果波形图;
图3是本发明的流程图。
具体实施方式
参见仿真***结构图如图1所示,图1中输电线路MN为一条长度为100km的110kV高压输电线路,M、N表示输电线路MN两端的变电站,f为故障点位置,d为故障距离(约定为故障点f到变电站M的距离)。
以图1所示***进行仿真分析:
(1)在输电线路MN两端变电站的电容式电压互感器(CVT)等容性设备地线上安装专用电压行波传感器。
(2)利用专用电压行波传感器检测输电线路故障后产生的一次电压行波信号,输出二次电压行波信号。假定输电线路MN上发生接地电阻Rg为500Ω、故障距离d为30km、故障初相角为45°的单相接地故障,以输电线路MN的M变电站检测电压行波信号为例进行分析。在M变电站利用专用电压行波传感器检测一次电压行波信号如图2中曲线1所示,输出二次电压行波信号如图2中曲线2所示。实际专用电压行波传感器的高频传递函数模型的变比较大,导致一次电压行波信号与二次电压行波信号的幅值差距非常大;为明显体现一次电压行波信号与二次电压行波信号的波形特征差异,本仿真所用专用电压行波传感器高频传递函数模型的变比为5:1,其它参数按实际情况设定。
(3)建立专用电压行波传感器的高频传递函数模型为:
利用专用电压行波传感器的高频传递函数模型建立专用电压行波传感器的高频反演函数模型:
式中高频反演函数模型的系数为:a1=-0.7196、a2=9.163×10-14、b1=1.585和b2=-1.585。
(4)根据高频反演函数模型设计随机共振-反卷积反演算法对二次电压行波信号进行波形反演,将二次电压行波信号代入随机共振公式中的s:
求取随机共振公式的解y,然后对所得随机共振的解y进行反卷积运算:
式中反卷积公式的系数分别为:a1=-0.7196、a2=9.163×10-14、b1=1.585和b2=-1.585。
反卷积公式的解x即为反演一次电压行波信号,对应图2中的曲线三。
仿真分析结果表明,本发明在输电线路发生故障后,能通过二次电压行波信号的波形反演实现一次电压行波信号的准确提取,有效解决一次电压行波信号经过专用电压行波传感器传变后产生的波形畸变问题。
Claims (3)
1.一种基于波形反演的输电线路故障电压行波精确检测方法,包括如下步骤:
(1)在输电线路两端变电站的电容式电压互感器(CVT)容性设备地线上安装电压行波传感器;
(2)利用电压行波传感器检测输电线路故障后产生的一次电压行波信号,输出二次电压行波信号;
(3)根据电压行波传感器的高频传递函数模型建立电压行波传感器的高频反演函数模型,其中电压行波传感器的高频传递函数模型为:
式中U1和U2分别表示一次电压行波信号和二次电压行波信号,M、L、C、R和Rf为电压行波传感器的电磁参数,分别表示互感、自感、分布电容、内阻和采样电阻;
(4)根据电压行波传感器的高频反演函数模型设计随机共振-反卷积反演算法对二次电压行波信号进行波形反演,输出反演一次电压行波信号,实现二次电压行波信号到一次电压行波信号的精确反演。
2.根据权利要求1所述的一种基于波形反演的输电线路故障电压行波精确检测方法,所述步骤(3)中根据电压行波传感器的高频传递函数模型建立电压行波传感器的高频反演函数模型为:
式中U1为一次电压行波信号,U2为二次电压行波信号,Z[G(s)]为对高频传递函数模型G(s)进行Z变换得到的函数G(z),a1、a2、b1和b2为高频反演函数模型的系数,取值范围分别为:a1=-0.0372~-0.7196、a2=0~9.163×10-14、b1=0.0820~1.585、b2=-0.0820~-1.585。
3.根据权利要求2所述的一种基于波形反演的输电线路故障电压行波精确检测方法,所述步骤(4)中根据电压行波传感器的高频反演函数模型设计随机共振-反卷积反演算法对二次电压行波信号U2进行波形反演,首先将二次电压行波信号代入随机共振公式得:
式中U2为二次电压行波信号,y为随机共振公式的解;
然后根据电压行波传感器的高频反演函数模型进行形式变化,可得:
U1(z)=b1U2(z)z-1+b2U2(z)z-2-a1U1(z)z-1-a2U1(z)z-2
将上式进行差分方程变换,得到反卷积公式:
x(n)=b1y(n-1)+b2y(n-2)-a1x(n-1)-a2x(n-2)
式中a1、a2、b1和b2为反卷积运算系数,取值与高频反演函数模型的系数相同,取值范围分别为:a1=-0.0372~-0.7196、a2=0~9.163×10-14、b1=0.0820~1.585、b2=-0.0820~-1.585;
最后将随机共振公式的解y代入反卷积公式进行运算,所得反卷积运算的解x即为反演一次电压行波信号。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610345994.XA CN106019081B (zh) | 2016-05-24 | 2016-05-24 | 一种基于波形反演的输电线路故障电压行波精确检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610345994.XA CN106019081B (zh) | 2016-05-24 | 2016-05-24 | 一种基于波形反演的输电线路故障电压行波精确检测方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106019081A CN106019081A (zh) | 2016-10-12 |
CN106019081B true CN106019081B (zh) | 2018-10-23 |
Family
ID=57097070
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610345994.XA Active CN106019081B (zh) | 2016-05-24 | 2016-05-24 | 一种基于波形反演的输电线路故障电压行波精确检测方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106019081B (zh) |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106841923A (zh) * | 2017-02-27 | 2017-06-13 | 广州思泰信息技术有限公司 | 基于差值卷积分析法的配电网线路故障定位方法 |
CN108318783B (zh) * | 2018-02-06 | 2023-11-28 | 国网四川省电力公司电力科学研究院 | 一种电流互感器行波传变模型及其构建方法 |
CN108627793B (zh) * | 2018-04-02 | 2020-07-28 | 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院 | 基于波形反演的电子式电流互感器故障识别方法 |
CN108919166A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-11-30 | 四川大学 | 基于反卷积原理的cvt一次信号恢复新方法 |
CN109031021B (zh) * | 2018-07-18 | 2020-09-01 | 武汉易摩特科技有限公司 | 一种高压单芯电缆短路故障定位方法、装置及*** |
CN109061397B (zh) * | 2018-10-11 | 2020-07-28 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种线路故障区域识别方法 |
CN109270404A (zh) * | 2018-10-17 | 2019-01-25 | 长沙理工大学 | 一种电压行波精确检测方法和装置 |
US11187727B2 (en) | 2019-04-29 | 2021-11-30 | Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. | Capacitance-coupled voltage transformer monitoring |
CN110146756B (zh) * | 2019-05-16 | 2021-07-30 | 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 | 一种事件反演驱动的继电保护测试分析***及方法 |
CN111313932B (zh) * | 2020-02-07 | 2021-07-13 | 西安交通大学 | 一种基于电磁时间反演的传递函数相关性的传输线及网络故障定位方法 |
CN112904108B (zh) * | 2021-01-15 | 2023-03-31 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种电容式电压互感器电磁单元故障诊断方法 |
CN113504467A (zh) * | 2021-07-23 | 2021-10-15 | 国网江苏省电力有限公司宿迁供电分公司 | 一种高精度波形反演*** |
CN113536596A (zh) * | 2021-08-11 | 2021-10-22 | 国网宁夏电力有限公司电力科学研究院 | 一种基于电路仿真模型的直流控制保护反演方法及*** |
CN115113130B (zh) * | 2022-08-26 | 2022-11-11 | 中国电力科学研究院有限公司 | 基于高频矢量阻抗反演的电流互感器状态监测方法及*** |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101373197A (zh) * | 2008-10-20 | 2009-02-25 | 华北电力大学(保定) | 一种过电压在线监测方法及其装置 |
CN101776710A (zh) * | 2010-02-01 | 2010-07-14 | 昆明理工大学 | 一种高压直流输电线路雷电绕击电流波形反演恢复方法 |
CN102288932A (zh) * | 2011-05-10 | 2011-12-21 | 山东电力研究院 | 一种输电线路雷击故障波形精确测量方法 |
CN103618287A (zh) * | 2013-12-06 | 2014-03-05 | 国家电网公司 | 一种防雷方法及*** |
-
2016
- 2016-05-24 CN CN201610345994.XA patent/CN106019081B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101373197A (zh) * | 2008-10-20 | 2009-02-25 | 华北电力大学(保定) | 一种过电压在线监测方法及其装置 |
CN101776710A (zh) * | 2010-02-01 | 2010-07-14 | 昆明理工大学 | 一种高压直流输电线路雷电绕击电流波形反演恢复方法 |
CN102288932A (zh) * | 2011-05-10 | 2011-12-21 | 山东电力研究院 | 一种输电线路雷击故障波形精确测量方法 |
CN103618287A (zh) * | 2013-12-06 | 2014-03-05 | 国家电网公司 | 一种防雷方法及*** |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
基于Rogowski线圈的新型电压行波传感器;李泽文 等;《电力***自动化》;20160510;第40卷(第9期);第94-99页 * |
随机共振***输出的一种新的反演方法;李华锋 等;《力学学报》;20030331;第35卷(第2期);第194-198页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106019081A (zh) | 2016-10-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106019081B (zh) | 一种基于波形反演的输电线路故障电压行波精确检测方法 | |
Song et al. | A fault-location method for VSC-HVDC transmission lines based on natural frequency of current | |
CN101546906B (zh) | 利用s变换能量相对熵的配电网故障选线方法 | |
Gao et al. | Novel pilot protection principle for high‐voltage direct current transmission lines based on fault component current characteristics | |
CN104111393B (zh) | 一种电力变压器抗短路能力的综合评测分析方法 | |
CN102062831B (zh) | 一种超高压交流输电线路单相永久性故障识别方法 | |
CN102253283B (zh) | 一种基于小波包能量谱的分布式微网并网孤岛检测方法 | |
CN101924354B (zh) | 利用s变换能量样本属性的配电网故障的人工神经网络选线方法 | |
CN103941163A (zh) | 利用模糊k均值聚类的谐振接地***故障选线方法 | |
Zou et al. | Novel transient-energy-based directional pilot protection method for HVDC line | |
CN104281736B (zh) | 一种城市轨道交通牵引供配电***供电电缆的选型方法 | |
CN102998556A (zh) | 金属氧化物限压器的特快速暂态过电压仿真装置及其方法 | |
CN106877331B (zh) | 一种交流断路器燃弧故障预警方法 | |
CN106066437A (zh) | 一种金属氧化物避雷器在线监测装置及其监测方法 | |
CN104280644A (zh) | 一种直流输电工程典型暂态故障识别方法 | |
CN103245870A (zh) | 一种变电站暂态行波信号检测方法 | |
Wang et al. | Improved voltage‐based protection scheme for an LVDC distribution network interfaced by a solid state smart transformer | |
Wang et al. | Novel travelling wave directional pilot protection for VSC‐HVDC transmission line | |
Mishra et al. | Intrinsic time decomposition based fault location scheme for unified power flow controller compensated transmission line | |
Xie et al. | Online parameter determination based adaptive single‐phase reclosing scheme for wind‐powered outgoing lines with shunt reactors | |
CN202815149U (zh) | 一种两相不对称电流源 | |
Mahfouz et al. | One-end protection algorithm for offshore wind farm HVDC transmission based on travelling waves and cross-alienation | |
Wang et al. | Adaptive AC autoreclosing scheme in MMC‐based hybrid AC/DC transmission | |
CN113054747B (zh) | 一种配电台区非线性负荷的非侵入式检测方法 | |
CN104820165A (zh) | 一种基于单极信息的同塔双回直流输电线路故障选线方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |