CN108603911A - 用于确定三相串联补偿输电线中的故障位置的***和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及通过使用描述各种电压和电流关系的基于对称分量的公式来确定三相串联补偿输电线***中的故障位置的***和方法。所述电压和电流关系可以使用在第一串联补偿输电线***的发送端和接收端处同时执行的同步测量程序来导出。此外，根据本公开的某些实施例确定所述故障位置可以消除以下一个或多个需要：计算属于所述三相串联补偿输电线***的一部分的所述串联电容器或所述串联电容器保护元件中任一者的阻抗值；监测所述串联电容器保护元件中的任一者；以及测量跨任何所述串联电容器的电压降。

Description

用于确定三相串联补偿输电线中的故障位置的***和方法
相关申请案的交叉引用
本专利申请案是于2016年2月8日提交的标题为“用于确定三相串联补偿输电线中的故障位置的***和方法(Systems and Methods for Determining a Fault Locationin a Three-Phase Series-Compensated Power Transmission Line)”的第15/018,470号美国专利申请的部分接续申请案，本申请案全文以引用方式并入本说明书中。
技术领域
本公开涉及串联补偿输电线(series-compensated power transmissionlines)，并且更确切地说，涉及用于确定三相(three-phase)串联补偿输电线中的故障位置的***和方法。
背景技术
串联补偿输电线通常包括与所述输电线以串联方式连接的电容器，以用于补偿由所述输电线呈现的分布式串联电感。所述电容补偿用于优化输电线上的输电容量。另外在通常情况下，保护元件例如金属氧化物变阻器(MOV)与所述电容器以并联方式连接，以防止在例如输电线上发生故障例如短路时损坏电容器。
遗憾的是，当MOV在发生故障之后从非导通状态转到导通状态时，串联补偿输电线的总线路阻抗以非线性方式改变。此外，由于各种因素例如故障性质(短路、开路、跨线路桥接短路等)、故障严重性以及MOW的导通特性，总线路阻抗可能以在某种程度上不可预知的方式改变。结果，使用对阻抗特性大体一致的非补偿输电线非常有效的常规故障定位***可能变得不足以识别串联补偿输电线中的故障位置。
解决这个问题的一种常规方法涉及使用不同类型的故障定位***，其中包括确定性程序并且考虑保护元件(例如MOV)的特性以及与故障输电线相关的各种参数。所述程序可以包括例如各种步骤，例如对串联补偿输电线进行建模、对补偿电容器进行建模、对MOV进行建模，以及监测MOV的操作状态。另一种常规方法涉及假设多段输电***中存在故障段并且基于此假设执行故障定位程序。一旦准确识别出故障段，就必须识别出此故障段上故障的确切位置。可以理解的是，所述常规方法可能不仅复杂并且不明确，同时还可能由于假设的存在而导致结果不准确。
发明内容
本公开的实施例大体上涉及用于确定串联补偿输电线中的故障位置的***和方法。在某些实施例中，三相串联补偿输电线***中的故障位置可以通过使用基于对称分量的公式(symmetrical components-based formulas)描述三相串联补偿输电线在故障条件期间存在的各种电压和电流关系来确定。
根据本公开的一个示例性实施例，一种三相串联补偿输电线***包括第一串联补偿输电线、第二串联补偿输电线、第三串联补偿输电线以及线路故障位置检测器。所述第一串联补偿输电线配置成传播具有第一相的电力，并且包括第一补偿电容器***，所述第一补偿电容器***包括第一串联电容器和第一串联电容器保护元件。所述第二串联补偿输电线配置成传播具有第二相的电力，并且包括第二补偿电容器***，所述第二补偿电容器***包括第二串联电容器和第二串联电容器保护元件。所述第三串联补偿输电线配置成传播具有第三相的电力，并且包括第三补偿电容器***，所述第三补偿电容器***包括第三串联电容器和第三串联电容器保护元件。所述线路故障位置检测器包括至少一个处理器，所述至少一个处理器配置成执行用于识别三相串联补偿输电线***中的单相接地故障的位置的第一故障定位程序。所述第一故障定位程序包括部分基于所述第一补偿电容器***在所述单相接地故障期间呈现的第一阻抗、所述第二补偿电容器***在所述单相接地故障期间呈现的第二阻抗、以及所述第三补偿电容器***在所述单相接地故障期间呈现的第三阻抗之间的关系来确定零序电压降，其中所述第一阻抗、所述第二阻抗或所述第三阻抗中的一者是未确定阻抗，所述未确定阻抗可归因于所述第一串联电容器保护元件、所述第二串联电容器保护元件、或者所述第三串联电容器保护元件中的对应一者在所述单相接地故障期间转为工作状态(active)。所述第一故障定位程序还包括：部分基于所述第一阻抗、所述第二阻抗和所述第三阻抗之间的关系来确定正序电压降或负序电压降中的至少一者；以及通过使用所述零序电压降并且所述正序电压降或所述负序电压降中的所述至少一者来至少部分确定所述单相接地故障的位置，从而免除对所述未确定阻抗的确定。
根据本公开的另一示例性实施例，一种线路故障检测器包括多个输入接口，所述多个输入接口配置成接收通过在所述三相串联补偿输电线***的发送端和接收端同时执行的同步测量程序获得的一组电流测量和一组电压测量。所述线路故障检测器进一步包括至少一个处理器，所述至少一个处理器配置成执行第一故障定位程序以识别所述三相串联补偿输电线***中的单相接地故障的位置。所述第一故障定位程序包括部分基于所述第一补偿电容器***在所述单相接地故障期间呈现的第一阻抗、所述第二补偿电容器***在所述单相接地故障期间呈现的第二阻抗以及所述第三补偿电容器***在所述单相接地故障期间呈现的第三阻抗之间的关系来确定零序电压降，其中所述第一阻抗、所述第二阻抗或所述第三阻抗中的一者是未确定阻抗，所述未确定阻抗可归因于所述第一串联电容器保护元件、所述第二串联电容器保护元件或者所述第三串联电容器保护元件中的对应一者在所述单相接地故障期间转为工作状态(active)。所述第一故障定位程序还包括：部分基于所述第一阻抗、所述第二阻抗和所述第三阻抗之间的关系来确定正序电压降或负序电压降中的至少一者；以及通过使用所述零序电压降、并且所述正序电压降或所述负序电压降中的所述至少一者来至少部分确定所述单相接地故障的位置，从而免除对所述未确定阻抗的确定。
根据本公开的又一示例性实施例，一种方法包括在三相串联补偿输电线***的发送端和接收端同时执行同步测量程序以获得一组电流测量以及一组电压测量；在线路故障位置检测器中接收基于所述同步测量程序的所述一组电流测量和所述一组电压测量；以及使用所述线路故障位置检测器中的至少一个处理器来执行第一故障定位程序，以识别所述三相串联补偿输电线***中的单相接地故障的位置。所述第一故障定位程序包括部分基于所述第一补偿电容器***在所述单相接地故障期间呈现的第一阻抗、所述第二补偿电容器***在所述单相接地故障期间呈现的第二阻抗以及所述第三补偿电容器***在所述单相接地故障期间呈现的第三阻抗之间的关系来确定零序电压降，其中所述第一阻抗、所述第二阻抗或所述第三阻抗中的一者是未确定阻抗，所述未确定阻抗可归因于所述第一串联电容器保护元件、所述第二串联电容器保护元件或所述第三串联电容器保护元件中的对应一者在所述单相接地故障期间转为工作状态；部分基于所述第一阻抗、所述第二阻抗和所述第三阻抗之间的关系来确定正序电压降或负序电压降中的至少一者；以及通过使用所述零序电压降、并且所述正序电压降或所述负序电压降中的所述至少一者来至少部分确定所述单相接地故障的位置，从而免除对所述未确定阻抗的确定。
参照附图来阅读以下说明可以显而易见地了解本公开的其他实施例和方面。
附图说明
因此在概括描述本公开之后，现在将参考附图，所述附图并不一定按比例绘制，并且其中：
图1示出根据本公开示例性实施例的包括线路故障位置检测器的三相串联补偿输电线的简化表示。
图2示出当根据本公开示例性实施例的三相串联补偿输电线的串联电容器和发送端之间出现故障时，所述三相串联补偿输电线的示例性电路表示。
图3示出当根据本公开示例性实施例的三相串联补偿输电线的串联电容器和接收端之间出现故障时，所述三相串联补偿输电线的另一个示例性电路表示。
图4示出与图3所示示例性电路表示相关联的示例性正序、负序和零序分量网络。
图5示出根据本公开示例性实施例的包括在线路故障位置检测器中的若干示例性部件。
具体实施方式
下文将参照附图更全面地描述本公开，其中附图中示出了本公开的示例性实施例。但是，本公开可以以许多不同形式来实施，并且不应解释成限于本说明书中所阐述的示例性实施例；相反，这些实施例的提供用于使本公开满足适用的法律要求。全文中类似的数字是指类似元件。应理解，某些词语和术语在本说明书中仅仅出于便利目的使用，并且所述词语和术语应解释成指所属领域中的普通技术人员一般所理解的各种形式和等同程度的各种对象和动作。例如，应理解，本说明书中所使用的短语“输电线”通常是指在两点之间传导电力的电导体，在本说明书中大体上称为输电线***的“发送端”和“接收端”。本说明书中所使用的词语“链路”大体上指用于传输各种类型的信息和/或数据的电导体、通信链路或数据链路中的任何一者或多者。本说明书中所用的词语“流”通常是指电流。本说明书中所用的词语“同时”在一些示例性实施例中可以替换成替代性词语或短语，例如“大体上同时”和“同步”。此外，本说明书中所用的词语“示例”在本质上旨在是非排他性和非限制性的。更确切地说，本说明书中所用的词语“示例性”表示若干示例中的一个示例，并且应理解，对于所描述的特定示例不存在任何过度强调或偏好。
从总体概述而言，本说明书中所述的***和方法的某些实施例涉及通过使用基于对称分量的公式描述三相串联补偿输电线在故障条件期间的各种电压和电流关系来确定三相串联补偿输电线***中的故障位置。此外，根据本公开某些实施例的用于确定故障位置的***和方法可以消除：计算属于所述三相串联补偿输电线***的一部分的串联电容器或串联电容器保护元件中的任一者的阻抗值的需要；监测所述串联电容器保护元件中的任意串联电容器保护元件的需要；以及/或者测量跨所述串联电容器中的任意串联电容器的电压降的需要。
首先注意图1，其中示出根据本公开示例性实施例的包括线路故障位置检测器120的三相串联补偿输电线100的简化表示。尽管仅示出单个输电线，但应理解，所述线路故障位置检测器120连接到三相串联补偿输电线***100的全部三个输电线(两个输电线未示出)。因此，如本示例性实施例中所示，链路126可以表示三个链路，所述三个链路用于传输来自三相串联补偿输电线***100的三个输电线的发送端的电流测量；链路127可以表示三个链路，所述三个链路用于传输来自三相串联补偿输电线***100的三个输电线的发送端的电压测量；链路128可以表示三个链路，所述三个链路用于传输来自三相串联补偿输电线***100的三个输电线的接收端的电流测量；并且链路129可以表示三个链路，所述三个链路用于传输来自三相串联补偿输电线***100的三个输电线的接收端的电压测量。
在此示例性实施例中，所述线路故障位置检测器120在比发送端更靠近三相串联补偿输电线***100的接收端的位置处连接到所有三个输电线。结果，例如，链路126可以是将电流测量以数字通信格式传输到线路故障位置检测器120的第一通信链路。链路127可以是将电压测量同样以数字通信格式传输到线路故障位置检测器120的第二通信链路。链路128和129中的每一者或这两者也可以以通信链路的形式实施，或者由于传输距离较短可以以其他方式实施，例如经由模拟链路。
串联补偿输电线***100的简化表示包括串联电容器105，所述串联电容器向属于输电线的总线路阻抗ZL的一部分的分布式串联电感XL提供补偿电容(XC)(其中ZL＝ZL1+ZL2)。串联电容器105通常使用连接在一起以形成电容器组的若干电容器来实施。所述分布式串联电感XL在图1中以两个串联电感XL1和XL2的形式示意性地示出，分别对应于ZL1和ZL2。确切地说，所述分布式串联电感XL1图示成与从输电线的发送端延伸到串联电容器105的第一输电线段相关联的串联电感110。所述分布式串联电感(XL2)图示成与从串联电容器105延伸到输电线的接收端的第二输电线段相关联的串联电感125。应理解，此示例性实施例中的串联电容器105的布置限定串联补偿输电线***100的各段中的两个输电线段。但是，在另一个示例性实施例中，串联电容器105可以设置成靠近串联补偿输电线***100的接收端，从而限定单个输电线段而不是两个输电线段。
串联电容器保护元件115连接到串联电容器105，以用于当串联补偿输电线***100中发生故障时保护串联电容器105。在一个示例性实施方案中，串联电容器保护元件115可以包括金属氧化物变阻器(metal-oxide varistor，MOV)。所述串联电容器105和串联电容器保护元件115的组合可以称为补偿电容器***130。应理解，其他两个输电线(未示出)中的每个输电线也包括类似的补偿电容器***。
所述串联补偿输电线***100提供可以由以下等式表示的补偿输电容量：
其中δ表示功率角，VS表示串联补偿输电线***100的发送端处的第一电压，并且VR表示串联补偿输电线***100的接收端处的第二电压。
用等式(1)表示的补偿输电容量可以提供相对于未补偿输电线(未示出)的输电容量的改进，其中所述未补偿输电线的输电容量可以由以下等式表示：
现在注意图2，其中示出当位于串联补偿输电线***100的串联电容器105与发送端之间的位置215处发生故障时，串联补偿输电线***100的示例性电路表示。位置215相对于串联电容器105的每单位距离“d”可以使用下文相对于图3所描述的故障定位技术来确定。
图3示出当位于串联补偿输电线***100的串联电容器105与接收端之间的位置315处以及从串联电容器105起的每单位距离“d”处发生故障时，串联补偿输电线***100的第二示例性电路表示。所述故障例如可以是单相接地故障，可导致流动通过串联电容器105的电流显著高于正常电流。串联电容器保护元件115此时转为工作状态，以保护串联电容器105。现在将使用图4来描述可用于确定故障位置315的各种等式和程序，其中图4示出与图3中所示的示例性电路表示相关联的示例性正序、负序和零序。
位置315的每单位距离“d”可以根据本公开的示例性实施例通过使用以下正序、负序和零序来确定：
其中(如图4所示)，V0 S是串联补偿输电线***100的发送端处的零序电压分量，V1 S是串联补偿输电线***100的发送端处的正序电压分量，I0 S是串联补偿输电线***100的发送端处的零序电流分量，I1 S是串联补偿输电线***100的发送端处的正序电流分量，V0 R是串联补偿输电线***100的接收端处的零序电压分量，V1 R是串联补偿输电线***100的接收端处的正序电压分量，I0 R是串联补偿输电线***100的接收端处的零序电流分量，I1 R是串联补偿输电线***100的接收端处的正序电流分量，Z0L是串联补偿输电线***100的零序总阻抗分量，并且Z1L是串联补偿输电线***100的正序总阻抗分量。
位置315处的故障的每单位距离“d”无法直接基于以上等式(3)、(4)和(5)确定，因为序分量ΔV0、ΔV1和ΔV2未知。此时应当指出的是，与下文提供的根据本公开的用于基于求解等式(3)、(4)和(5)来确定“d”的方法相反，一些常规方法使用某些可能导致错误结果的假设。例如，在一种常规方法中，跨串联电容器保护元件(例如串联电容器保护元件115)的电压降的估值是基于MOV模型来估计的。然后针对用于确定每单位距离“d”的不同电流电平执行使用电磁瞬态程序的一个或多个模拟。在此方法中，不仅计算是基于仅使用输电线的一端进行的，而且易于提供错误结果，因为MOV模型可能没有考虑各种条件，例如环境温度和老化效应，这些条件可能会改变MOV的特性。
另一种常规方法中避免使用MOV模型，并且使用从串联补偿输电线的两端执行的测量。在此特定常规方法中，使用故障位置处的估计电压和电流来确定故障位置。但是，在此常规方法中使用来自串联补偿输电线的第一端的测量估计故障位置处的电压，而所述串联补偿输电线在故障位置与第一端之间没有串联电容器***，这可能产生错误结果，因为在某些类型的故障条件下会发生相量估计错误。
因此，与所述常规方法相反，并且根据本公开的实施例，位置315处的故障的每单位距离“d”可以通过将串联电容器105和串联电容器保护元件115的组合解释成表示当串联补偿输电线***100中发生故障时串联电容器105和串联电容器保护元件115的组合阻抗的总阻抗来确定。
此总阻抗的序阻抗矩阵可以定义如下：
ZS＝A-1ZPA 等式(6)
其中α＝1∠120度；ZS是所述总阻抗的序阻抗矩阵；ZP是所述总阻抗的相阻抗矩阵。
等式(6)可以扩展如下：
等式(7)可以改写如下：
其中ZA、ZB和ZC是当应用到三相串联补偿输电线的A、B和C相时，串联电容器105和串联电容器保护元件115的组合的阻抗(即，总阻抗)。跨串联电容器105和串联电容器保护元件115组合的电压降的序分量可以表示如下：
其中I0 M、I1 M和I2 M是流动通过串联电容器105和串联电容器保护元件115组合的阻抗的电流的零序、正序和负序分量。对于故障位置315，I0 M、I1 M和I2 M的值可以通过从串联补偿输电线***100的发送端获得的电压和电流测量来估计。此时应当注意在图3中所示的电流IM。尽管出于某些计算的目的而可以假设IM等于IS，但是在根据本公开的一个示例性实施例中，IM与IS由于各种因素而不同，例如在位于发送端与串联电容器105之间的第一输电线段中存在分路线路电容，但是，IM可以通过从串联补偿输电线***的发送端获得的电压和电流测量来估计。此外，应当指出的是，当三相串联补偿输电线中不存在故障时，ZA＝ZB＝ZC＝-jXcap，其中Xcap是三相串联补偿输电线的A相、B相和C相中的每一相中的串联电容器的电抗。
现在将描述涉及单相接地故障条件和双相接地故障条件的等式和公式。通常，在单相接地故障条件下，只有单个串联电容器保护元件(位于故障相线中的串联电容器保护元件)将根据故障电流幅度来导通。结果，故障相线A中补偿电容器***130的总阻抗ZA是未确定的阻抗参数Z'，而各自具有串联电容器的其余非故障相线B和C的阻抗可以定义成ZB＝-jXcap和ZC＝-jXcap。将这些值代入等式(9)中将提供下式：
从等式(10)中减去等式(12)将提供下式：
ΔV1-ΔV0＝-jXcap(I1 M-I0 M) 等式(13)
此外，从等式(11)中减去等式(12)将提供下式：
(ΔV2-ΔV0)＝-jXcap(I2 M–I0 M) 等式(14)
合并等式(3)和等式(5)并且消除未确定的阻抗参数Z'可得到下式：
将等式(13)中的表达式(ΔV1-ΔV0)代入等式(15)中可得到以下表达式，此表达式可用于确定位置315处故障的每单位距离“d”：
位置315处故障的每单位距离“d”还可以通过使用等式(14)替代等式(13)来确定。出于此目的，可以将等式(4)和等式(5)合并，并且消除未确定的阻抗参数Z'，从而得到下式：
将等式(14)中的表达式(ΔV2-ΔV0)代入等式(17)中可得到以下表达式，此表达式可替代地用于替代等式(16)来确定位置315处故障的每单位距离“d”：
现在将描述涉及双相接地故障条件的等式和公式。在此示例中，在双相接地故障条件下，B相和C相中的每一者均形成故障条件，而A相处于正常条件(即无故障)下。结果，B相和C相中的相应串联电容器保护元件处于工作状态，并且A相中的串联电容器保护元件115处于空闲状态(由此电流流动通过A相中的串联电容器105，并且零(或不显著)电流量流动通过串联电容器保护元件115)。因此，ZA＝-jXcap并且ZB＝ZC＝未确定的阻抗参数Z'。将这些值代入等式(9)中得到下式：
将等式(19)、(20)和(21)相加得到下式：
将等式(3)、(4)和(5)进行合并，并且消除未确定的阻抗参数Z'，得到下式：
将等式(22)中的代入等式(23)得出以下表达式，此表达式可用于确定来自串联电容器保护元件的双相接地故障的每单位距离“d”：
其中Vi S表示三相串联补偿输电线***的发送端处的零序电压分量(i＝0)、三相串联补偿输电线***的发送端处的正序电压分量(i＝1)、以及三相串联补偿输电线***的发送端处的负序电压分量(i＝2)中的每一者；Vi R表示三相串联补偿输电线***的发送端处的零序电压分量(i＝0)、三相串联补偿输电线***的发送端处的正序电压分量(i＝1)、以及三相串联补偿输电线***的发送端处的负序电压分量(i＝2)中的每一者；Ii S表示三相串联补偿输电线***的发送端处的零序电流分量(i＝0)、三相串联补偿输电线***的发送端处的正序电流分量(i＝1)、以及三相串联补偿输电线***的发送端处的负序电流分量(i＝2)中的每一者；Ii R表示三相串联补偿输电线***的接收端处的零序电流分量(i＝0)、三相串联补偿输电线***的接收端处的正序电流分量(i＝1)、以及三相串联补偿输电线***的接收端处的负序电流分量(i＝2)中的每一者；ZiL表示三相串联补偿输电线***的零序总阻抗分量(i＝0)、正序总阻抗分量(i＝1)、以及三相串联补偿输电线***的负序总阻抗分量(i＝2)中的每一者；I0 M是传播通过第一、第二和第三补偿电容器***的估计零序电流分量，I1 M是传播通过第一、第二和第三补偿电容器***的估计正序电流分量，并且I2 M是传播通过第一、第二和第三补偿电容器***的估计负序电流分量。
现在注意图5，其中示出根据本公开的示例性实施例的可包括在线路故障位置检测器120中的若干示例性部件。在此示例性实施例中，线路故障位置检测器120可以包括配置成接收各种输入数据的若干输入接口，并且还可以包括若干输出接口，所述若干输出接口配置成将各种信号例如控制信号和故障位置相关信号发送到其他装置(未示出)，例如报警监测单元、显示单元、用户界面装置和/或报警器。在图示的示例性输入接口中，第一输入接口505可以配置成从串联补偿输电线***100的三相串联补偿输电线中的一个三相串联补偿输电线接收一组电流测量和一组电压测量(经由链路501)。例如，链路501可以表示，连接到串联补偿输电线***100的发送端的链路126和127(如图1中所示)中的每一者的一个线路、以及连接到串联补偿输电线***100的接收端的链路128和129(如图1中所示)中的每一者的一个线路(总共4个线路)可以连接到第一输入接口505中。
应理解，所述连接配置仅为许多示例中的一个示例，并且在其他配置中，第一输入接口505可以具有更小或更大数量的电路，这些电路连接到与串联补偿输电线***100相关联的更小或更大数量的监测元件。因此，第一输入接口505可以包括用于接收和处理各种类型信号的适当电路。例如，对于图1中所示的示例性***配置，第一输入接口505可以包括通信接口，所述通信接口配置成经由线路126和127从串联补偿输电线***100的发送端接收第一数字通信格式的电流测量和电压测量，并且可以进一步包括一个或多个不同类型的接口，以用于经由线路128和129从串联补偿输电线***100的接收端接收第二数字通信格式(或模拟格式)的其他电流测量和电压测量。
第二接口520和第三接口540可以配置成与第一输入接口505类似，以便从串联补偿输电线***100的三相串联补偿输电线中的另外两个串联补偿输电线接收电流测量和电压测量(经由链路502和503)。
线路故障位置检测器120可以包括可以用于经由线路504发送各种状态和/或控制信号的一个或多个输出接口，例如输出接口535。线路故障位置检测器120还可以包括一个或多个模数转换器以及一个或多个数模转换器(未示出)。例如，可以使用模数转换器515将由所述输入接口中的一个输入接口提供的模拟形式的电流测量转换成可以由处理器555处理的数字电流测量值。相反，可以使用数模转换器来将可以由处理器555提供的各种类型的数字信息转换成模拟输出信号，所述模拟输出信号可以经由输出接口504发送到线路故障位置检测器120之外。例如，信号处理模块530可以用于处理数字信号，例如由模数转换器515提供的数字信号。
一个或多个继电器例如继电器560可用于各种类型的切换目的。例如，当串联补偿输电线***100中检测到故障时，继电器560可用于切换各种电流和/或报警信号。可以使用故障类型检测器550来识别串联补偿输电线***100中的故障的性质，例如接地短路。同步模块545可以用于确保各种电流测量和电压测量与在串联补偿输电线***100的发送端和接收端处执行的同步测量确切相关。可以理解，同步故障相关测量通过在串联补偿输电线***100的发送端和接收端这两者处同时执行同步测量程序来获得。在一个示例性实施方案中，各种电流测量和电压测量可以以同步相量的形式提供给线路故障位置检测器120。例如，表示时间同步测量数据的同步相量可以例如经由相量测量单元(PMU)获得，其中时间同步测量数据指示各种电流测量和电压测量的量值信息和相信息这两者。
一个或多个处理器例如处理器555可以配置成与包括在线路故障位置检测器120中的各种元件以通信方式协作，所述各种元件包括存储器525。处理器555可以使用适当硬件、软件、固件或其组合来实施和操作。软件或固件实施方案可以包括以任何适当编程语言编写的计算机可执行指令或机器可执行指令，以执行所描述的各种功能。在一个实施例中，与功能块语言相关联的指令可以存储在存储器525中并且由处理器555执行。
存储器525可以用于存储可由处理器555加载和执行的程序指令，以及存储在执行这些程序期间生成的数据。根据线路故障位置检测器120的配置和类型，存储器525可以是易失性(例如随机存取存储器(RAM))和/或非易失性的(例如只读存储器(ROM)、闪存等)。在一些实施例中，所述存储器装置还可以包括额外的可移动存储器(未示出)和/或不可移动存储器(未示出)，包括但不限于磁存储器、光盘和/或磁带存储器。所述磁盘驱动器及其相关联的计算机可读介质可以提供计算机可读指令、数据结构、程序模块和其他数据的非易失性存储。在一些实施方案中，存储器525可以包括多种不同类型的存储器，例如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)或ROM。
存储器525、可移动存储器和不可移动存储器均为非暂态计算机可读存储介质的示例。所述非暂态计算机可读存储介质可以以用于存储如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的任何方法或技术实施。可以存在的其他类型的非暂态计算机存储介质包括但不限于可编程随机存取存储器(PRAM)、SRAM、DRAM、ROM、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储器、盒式磁带、磁带、磁盘存储器或其他磁性存储装置，或者可用于存储所需信息并且可以由处理器555存取的任何其他介质。上述存储器的任何组合也应包括在非暂态计算机可读介质的范围内。
对于存储器525的内容而言，存储器525可以包括但不限于用于实施本说明书中所公开特征和方面的操作***(OS)以及一个或多个应用程序或服务。所述应用程序或服务可以包括线路故障位置检测器模块(未示出)。在一个实施例中，线路故障位置检测器模块可以由以可配置控制块语言提供并且存储在非易失性存储器中的软件来实施。当由处理器555执行时，线路故障位置检测器模块可以实施本公开中所描述的各种功能和特征。
受益于以上说明及相关附图中提出的教义的人员将了解本说明书中所阐述的示例性描述的与这些描述相关的许多修改以及其他实施例。因此，应理解，本公开可以以许多形式实施，并且不应限于上述示例性实施例。因此，应理解，本发明不限于所公开的具体实施例，并且所述修改和其他实施例旨在包括在随附权利要求书的范围内。尽管本说明书中采用了特定术语，但它们仅在通用和描述性意义上使用，并不用于限制目的。

Claims (20)

1.一种三相串联补偿输电线***，包括：
第一串联补偿输电线，所述第一串联补偿输电线配置成传播具有第一相的电力，所述第一串联补偿输电线包括第一补偿电容器***，所述第一补偿电容器***包括第一串联电容器和第一串联电容器保护元件；
第二串联补偿输电线，所述第二串联补偿输电线配置成传播具有第二相的电力，所述第二串联补偿输电线包括第二补偿电容器***，所述第二补偿电容器***包括第二串联电容器和第二串联电容器保护元件；
第三串联补偿输电线，所述第三串联补偿输电线配置成传播具有第三相的电力，所述第三串联补偿输电线包括第三补偿电容器***，所述第三补偿电容器***包括第三串联电容器和第三串联电容器保护元件；以及
包括至少一个处理器的线路故障位置检测器，所述至少一个处理器配置成执行第一故障定位程序以识别所述三相串联补偿输电线***中的单相接地故障的位置，所述第一故障定位程序包括：
部分基于所述第一补偿电容器***在所述单相接地故障期间呈现的第一阻抗、所述第二补偿电容器***在所述单相接地故障期间呈现的第二阻抗、以及所述第三补偿电容器***在所述单相接地故障期间呈现的第三阻抗之间的关系来确定零序电压降；其中所述第一阻抗、所述第二阻抗或所述第三阻抗中的一者是未确定阻抗，所述未确定阻抗可归因于所述第一串联电容器保护元件、所述第二串联电容器保护元件、或所述第三串联电容器保护元件中在所述单相接地故障期间转为工作状态的对应一者；
部分基于所述第一阻抗、所述第二阻抗和所述第三阻抗之间的关系来确定正序电压降或负序电压降中的至少一者；以及
通过使用所述零序电压降、并且所述正序电压降或所述负序电压降中的所述至少一者来至少部分确定所述单相接地故障的位置，以免除对所述未确定阻抗的确定。
2.根据权利要求1所述的***，其中执行所述第一故障定位程序进一步包括在所述线路故障位置检测器中接收通过使用在所述第一串联补偿输电线的发送端和接收端同时执行的同步测量程序获得的多个电流测量和多个电压测量。
3.根据权利要求2所述的***，其中执行所述第一故障定位程序排除计算所述第一串联电容器保护元件、所述第二串联电容器保护元件或所述第三串联电容器保护元件中的任一者的阻抗值；排除监测所述第一串联电容器保护元件、所述第二串联电容器保护元件或所述第三串联电容器保护元件中的任一者的状态；并且排除测量跨所述第一串联电容器、所述第二串联电容器或所述第三串联电容器中的任一者的电压降。
4.根据权利要求2所述的***，其中所述线路故障位置检测器定位成相对于所述三相串联补偿输电线***的所述发送端而言更靠近所述接收端。
5.根据权利要求1所述的***，其中使用所述零序电压降、并且所述正序电压降或所述负序电压降中的所述至少一者来确定所述单相接地故障的所述位置包括：从所述正序电压降中减去所述零序电压降，并且进一步包括求解以下等式：
其中d1指示与所述单相接地故障位置之间的距离，V0 S是所述三相串联补偿输电线***的发送端处的零序电压分量，V1 S是所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的正序电压分量，I0 S是所述第一串联补偿输电线的所述发送端处的零序电流分量，I1 S是所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的正序电流分量，V0 R是所述三相串联补偿输电线***的接收端处的零序电压分量，V1 R是所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的正序电压分量，I0 R是所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的零序电流分量，I1 R是所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的正序电流分量，Z0L是所述三相串联补偿输电线***的零序总阻抗分量，Z1L是所述三相串联补偿输电线***的正序总阻抗分量，I0 M是传播通过所述第一补偿电容器***、所述第二补偿电容器***和所述第三补偿电容器***的估计零序电流分量，并且I1 M是传播通过所述第一补偿电容器***、所述第二补偿电容器***和所述第三补偿电容器***的估计正序电流分量。
6.根据权利要求1所述的***，其中使用所述零序电压降、并且所述正序电压降或所述负序电压降中的所述至少一者来确定所述单相接地故障的所述位置包括：从所述负序电压降中减去所述零序电压降，并且进一步包括求解以下等式：
其中d1指示与所述单相接地故障位置之间的距离，V0 S是所述三相串联补偿输电线***的发送端处的零序电压分量，V2 S是所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的负序电压分量，I0 S是所述第一串联补偿输电线的所述发送端处的零序电流分量，I2 S是所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的负序电流分量，V0 R是所述三相串联补偿输电线***的接收端处的零序电压分量，V2 R是所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的负序电压分量，I0 R是所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的零序电流分量，I2 R是所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的负序电流分量，Z0L是所述三相串联补偿输电线***的零序总阻抗分量，Z2L是所述三相串联补偿输电线***的负序总阻抗分量，I0 M是传播通过所述第一补偿电容器***、所述第二补偿电容器***和所述第三补偿电容器***的估计零序电流分量，并且I2 M是传播通过所述第一补偿电容器***、所述第二补偿电容器***和所述第三补偿电容器***的估计负序电流分量。
7.根据权利要求1所述的***，其中所述线路故障位置检测器的所述至少一个处理器进一步配置成执行第二故障定位程序以识别所述三相串联补偿输电线***的双相接地故障的位置，所述双相接地故障的特征部分在于：所述第一串联电容器保护元件、所述第二串联电容器保护元件和所述第三串联电容器保护元件中的任意两者转为工作状态。
8.根据权利要求7所述的***，其中执行所述第二故障定位程序包括求解以下等式：
其中d2指示与所述双相接地故障之间的距离，Vi S表示所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的零序电压分量(i＝0)、所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的正序电压分量(i＝1)、以及所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的负序电压分量(i＝2)中的每一者；Vi R表示所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的零序电压分量(i＝0)、所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的正序电压分量(i＝1)、以及所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的负序电压分量(i＝2)中的每一者；Ii S表示所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的零序电流分量(i＝0)、所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的正序电流分量(i＝1)、以及所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的负序电流分量(i＝2)中的每一者；Ii R表示所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的零序电流分量(i＝0)、所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的正序电流分量(i＝1)、以及所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的负序电流分量(i＝2)中的每一者；ZiL表示所述三相串联补偿输电线***的零序总阻抗分量(i＝0)、正序总阻抗分量(i＝1)、以及所述三相串联补偿输电线***的负序总阻抗分量(i＝2)中的每一者；I0 M是传播通过所述第一补偿电容器***、所述第二补偿电容器***和所述第三补偿电容器***的估计零序电流分量，I1 M是传播通过所述第一补偿电容器***、所述第二补偿电容器***和所述第三补偿电容器***的估计正序电流分量，并且I2 M是传播通过所述第一补偿电容器***、所述第二补偿电容器***和所述第三补偿电容器***的估计负序电流分量。
9.根据权利要求8所述的***，其中执行所述第二故障定位程序排除计算所述第一串联电容器保护元件、所述第二串联电容器保护元件或所述第三串联电容器保护元件中的任一者的阻抗值；排除监测所述第一串联电容器保护元件、所述第二串联电容器保护元件或所述第三串联电容器保护元件中的任一者的状态；以及排除测量跨所述第一串联电容器、所述第二串联电容器或所述第三串联电容器中的任一者的电压降。
10.一种连接到三相串联补偿输电线***的线路故障位置检测器，所述线路故障位置检测器包括：
多个输入接口，所述多个输入接口配置成接收经由在所述三相串联补偿输电线***的发送端和接收端处同时执行的同步测量程序获得的一组电流测量和一组电压测量；以及
至少一个处理器，所述至少一个处理器配置成使用所述一组电流测量和所述一组电压测量执行第一故障定位程序以识别所述三相串联补偿输电线***中的单相接地故障的位置，所述第一故障定位程序包括：
部分基于所述第一补偿电容器***在所述单相接地故障期间呈现的第一阻抗、所述第二补偿电容器***在所述单相接地故障期间呈现的第二阻抗、以及所述第三补偿电容器***在所述单相接地故障期间呈现的第三阻抗之间的关系来确定零序电压降；其中所述第一阻抗、所述第二阻抗或所述第三阻抗中的一者是未确定阻抗，所述未确定阻抗可归因于所述第一串联电容器保护元件、所述第二串联电容器保护元件或所述第三串联电容器保护元件中在所述单相接地故障期间转为工作状态的对应一者；
部分基于所述第一阻抗、所述第二阻抗和所述第三阻抗之间的关系来确定正序电压降或负序电压降中的至少一者；以及
通过使用所述零序电压降、并且所述正序电压降或所述负序电压降中的所述至少一者来至少部分确定所述单相接地故障的位置，以免除对所述未确定阻抗的确定。
11.根据权利要求10所述的检测器，其中使用所述零序电压降并且所述正序电压降或所述负序电压降中的所述至少一者来确定所述单相接地故障的所述位置包括：从所述正序电压降中减去所述零序电压降，并且进一步包括求解以下等式：
其中d1指示与所述单相接地故障位置之间的距离，V0 S是所述三相串联补偿输电线***的发送端处的零序电压分量，V1 S是所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的正序电压分量，I0 S是所述第一串联补偿输电线的所述发送端处的零序电流分量，I1 S是所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的正序电流分量，V0 R是所述三相串联补偿输电线***的接收端处的零序电压分量，V1 R是所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的正序电压分量，I0 R是所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的零序电流分量，I1 R是所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的正序电流分量，Z0L是所述三相串联补偿输电线***的零序总阻抗分量，Z1L是所述三相串联补偿输电线***的正序总阻抗分量，I0 M是传播通过所述第一补偿电容器***、所述第二补偿电容器***和所述第三补偿电容器***的估计零序电流分量，并且I1 M是传播通过所述第一补偿电容器***、所述第二补偿电容器***和所述第三补偿电容器***的估计正序电流分量。
12.根据权利要求10所述的检测器，其中使用所述零序电压降并且所述正序电压降或所述负序电压降中的所述至少一者来确定所述单相接地故障的所述位置包括：从所述负序电压降中减去所述零序电压降，并且进一步包括求解以下等式：
其中d1指示与所述单相接地故障位置之间的距离，V0 S是所述三相串联补偿输电线***的发送端处的零序电压分量，V2 S是所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的负序电压分量，I0 S是所述第一串联补偿输电线的所述发送端处的零序电流分量，I2 S是所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的负序电流分量，V0 R是所述三相串联补偿输电线***的接收端处的零序电压分量，V2 R是所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的负序电压分量，I0 R是所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的零序电流分量，I2 R是所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的负序电流分量，Z0L是所述三相串联补偿输电线***的零序总阻抗分量，Z2L是所述三相串联补偿输电线***的负序总阻抗分量，I0 M是传播通过所述第一补偿电容器***、所述第二补偿电容器***和所述第三补偿电容器***的估计零序电流分量，并且I2 M是传播通过所述第一补偿电容器***、所述第二补偿电容器***和所述第三补偿电容器***的估计负序电流分量。
13.根据权利要求10所述的检测器，其中所述至少一个处理器进一步配置成执行第二故障定位程序以识别所述三相串联补偿输电线***的双相接地故障的位置，所述双相接地故障的特征部分在于：所述第一串联电容器保护元件、所述第二串联电容器保护元件和所述第三串联电容器保护元件中的任意两者转为工作状态。
14.根据权利要求13所述的检测器，其中执行所述第二故障定位程序包括求解以下等式：
其中d2指示与所述双相接地故障之间的距离，Vi S表示所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的零序电压分量(i＝0)、所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的正序电压分量(i＝1)、以及所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的负序电压分量(i＝2)中的每一者；Vi R表示所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的零序电压分量(i＝0)、所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的正序电压分量(i＝1)、以及所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的负序电压分量(i＝2)中的每一者；Ii S表示所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的零序电流分量(i＝0)、所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的正序电流分量(i＝1)、以及所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的负序电流分量(i＝2)中的每一者；Ii R表示所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的零序电流分量(i＝0)、所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的正序电流分量(i＝1)、以及所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的负序电流分量(i＝2)中的每一者；ZiL表示所述三相串联补偿输电线***的零序总阻抗分量(i＝0)、正序总阻抗分量(i＝1)、以及所述三相串联补偿输电线***的负序总阻抗分量(i＝2)中的每一者；I0 M是传播通过所述第一补偿电容器***、所述第二补偿电容器***和所述第三补偿电容器***的估计零序电流分量，I1 M是传播通过所述第一补偿电容器***、所述第二补偿电容器***和所述第三补偿电容器***的估计正序电流分量，并且I2 M是传播通过所述第一补偿电容器***、所述第二补偿电容器***和所述第三补偿电容器***的估计负序电流分量。
15.根据权利要求14所述的检测器，其中执行所述第二故障定位程序排除计算所述第一串联电容器保护元件、所述第二串联电容器保护元件或所述第三串联电容器保护元件中的任一者的阻抗值；排除监测所述第一串联电容器保护元件、所述第二串联电容器保护元件或所述第三串联电容器保护元件中的任一者的状态；以及排除测量跨所述第一串联电容器、所述第二串联电容器或所述第三串联电容器中的任一者的电压降。
16.一种方法，所述方法包括：
在三相串联补偿输电线***的发送端和接收端处同时执行同步测量程序，以获得一组电流测量和一组电压测量；
在线路故障位置检测器中接收基于所述同步测量程序的所述一组电流测量和所述一组电压测量；以及
使用所述线路故障位置检测器中的至少一个处理器执行第一故障定位程序以识别所述三相串联补偿输电线***中的单相接地故障的位置，所述第一故障定位程序包括：
部分基于所述第一补偿电容器***在所述单相接地故障期间呈现的第一阻抗、所述第二补偿电容器***在所述单相接地故障期间呈现的第二阻抗、以及所述第三补偿电容器***在所述单相接地故障期间呈现的第三阻抗之间的关系来确定零序电压降；其中所述第一阻抗、所述第二阻抗或所述第三阻抗中的一者是未确定阻抗，所述未确定阻抗可归因于所述第一串联电容器保护元件、所述第二串联电容器保护元件或所述第三串联电容器保护元件中在所述单相接地故障期间转为工作状态的对应一者；
部分基于所述第一阻抗、所述第二阻抗和所述第三阻抗之间的关系来确定正序电压降或负序电压降中的至少一者；以及
通过使用所述零序电压降、并且所述正序电压降或所述负序电压降中的所述至少一者来至少部分确定所述单相接地故障的位置，以免除对所述未确定阻抗的确定。
17.根据权利要求16所述的方法，其中使用所述零序电压降、并且所述正序电压降或所述负序电压降中的所述至少一者来确定所述单相接地故障的所述位置包括：从所述正序电压降中减去所述零序电压降，并且进一步包括求解以下等式：
其中d1指示与所述单相接地故障位置之间的距离，V0 S是所述三相串联补偿输电线***的发送端处的零序电压分量，V1 S是所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的正序电压分量，I0 S是所述第一串联补偿输电线的所述发送端处的零序电流分量，I1 S是所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的正序电流分量，V0 R是所述三相串联补偿输电线***的接收端处的零序电压分量，V1 R是所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的正序电压分量，I0 R是所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的零序电流分量，I1 R是所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的正序电流分量，Z0L是所述三相串联补偿输电线***的零序总阻抗分量，Z1L是所述三相串联补偿输电线***的正序总阻抗分量，I0 M是传播通过所述第一补偿电容器***、所述第二补偿电容器***和所述第三补偿电容器***的估计零序电流分量，并且I1 M是传播通过所述第一补偿电容器***、所述第二补偿电容器***和所述第三补偿电容器***的估计正序电流分量。
18.根据权利要求16所述的方法，其中使用所述零序电压降并且所述正序电压降或所述负序电压降中的所述至少一者来确定所述单相接地故障的所述位置包括：从所述负序电压降中减去所述零序电压降，并且进一步包括求解以下等式：
其中d1指示与所述单相接地故障位置之间的距离，V0 S是所述三相串联补偿输电线***的发送端处的零序电压分量，V2 S是所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的负序电压分量，I0 S是所述第一串联补偿输电线的所述发送端处的零序电流分量，I2 S是所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的负序电流分量，V0 R是所述三相串联补偿输电线***的接收端处的零序电压分量，V2 R是所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的负序电压分量，I0 R是所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的零序电流分量，I2 R是所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的负序电流分量，Z0L是所述三相串联补偿输电线***的零序总阻抗分量，Z2L是所述三相串联补偿输电线***的负序总阻抗分量，I0 M是传播通过所述第一补偿电容器***、所述第二补偿电容器***和所述第三补偿电容器***的估计零序电流分量，并且I2 M是传播通过所述第一补偿电容器***、所述第二补偿电容器***和所述第三补偿电容器***的估计负序电流分量。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述至少一个处理器进一步配置成执行第二故障定位程序以识别所述三相串联补偿输电线***的双相接地故障的位置，所述双相接地故障的特征部分在于：所述第一串联电容器保护元件、所述第二串联电容器保护元件和所述第三串联电容器保护元件中的任意两者转为工作状态。
20.根据权利要求19所述的方法，其中执行所述第二故障定位程序包括求解以下等式：
其中d2指示与所述双相接地故障之间的距离，Vi S表示所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的零序电压分量(i＝0)、所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的正序电压分量(i＝1)、以及所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的负序电压分量(i＝2)中的每一者；Vi R表示所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的零序电压分量(i＝0)、所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的正序电压分量(i＝1)、以及所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的负序电压分量(i＝2)中的每一者；Ii S表示所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的零序电流分量(i＝0)、所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的正序电流分量(i＝1)、以及所述三相串联补偿输电线***的所述发送端处的负序电流分量(i＝2)中的每一者；Ii R表示所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的零序电流分量(i＝0)、所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的正序电流分量(i＝1)、以及所述三相串联补偿输电线***的所述接收端处的负序电流分量(i＝2)中的每一者；ZiL表示所述三相串联补偿输电线***的零序总阻抗分量(i＝0)、正序总阻抗分量(i＝1)、以及所述三相串联补偿输电线***的负序总阻抗分量(i＝2)中的每一者；I0 M是传播通过所述第一补偿电容器***、所述第二补偿电容器***和所述第三补偿电容器***的估计零序电流分量，I1 M是传播通过所述第一补偿电容器***、所述第二补偿电容器***和所述第三补偿电容器***的估计正序电流分量，并且I2 M是传播通过所述第一补偿电容器***、所述第二补偿电容器***和所述第三补偿电容器***的估计负序电流分量。
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