CN110214278B - 在输电方案中定位故障的方法 - Google Patents
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Abstract
在输电方案领域中,提供了一种在多端子输电方案(10)中定位故障的方法,在其中每个端子(T1、T2、T3、T4、T5、T6)经由输电部分(12)与结点(J1、J2、J3、J4)连接,并且所述或每个结点(J1、J2、J3、J4)将多个输电部分(12)互连,该方法包括以下步骤:(a)测量在每个端子(T1、T2、T3、T4、T5、T6)的电压和电流;(b)根据在每个端子(T1、T2、T3、T4、T5、T6)的测量的电压和电流计算对应电压和电流相量(V1、I1,V2、I2);(c)根据计算的电压和电流相量(V1、I1)确定在标示的端子(T1)的测量的电压和电流与在所述或每个其它端子(T2、T3、T4、T5、T6)的测量的电压和电流之间的同步差(Tp1、Tp2、Tp3、Tp4、Tp5);(d)修改计算的电压和电流相量(V1、I1)以补偿所述或每个同步差(Tp1、Tp2、Tp3、Tp4、Tp5);以及(e)根据补偿的电压和电流相量(VTSyn、ITSyn)确定故障的位置。
Description
本发明涉及一种在多端子输电方案中定位故障的方法。
根据本发明的一方面,提供了一种在多端子输电方案中定位故障的方法,在其中每个端子经由输电部分与结点连接,并且所述或每个结点将多个输电部分互连,该方法包括以下步骤:
(a)测量在每个端子的电压和电流;
(b)根据在每个端子的测量的电压和电流计算对应电压和电流相量;
(c)根据计算的电压和电流相量确定在标示的端子的测量的电压和电流与在所述或每个其它端子的测量的电压和电流之间的同步差;
(d)修改计算的电压和电流相量以补偿所述或每个同步差;以及
(e)根据补偿的电压和电流相量确定故障的位置。
在每个端子的电压和电流通常由与每个端子一起***作性地部署的相应中继器(即,相应电路断路器)中的扰动记录器来记录,即测量。更具体地说,电压和电流值通常以提供用于基础数据的通用可读性的瞬态数据交换的通用格式(COMTRADE)格式被记录。
本发明的方法利用此类轻松可用数据以允许在输电方案内故障位置的离线确定。
优选的是,测量在每个端子的电压和电流的步骤(a)包含对来自一个或多个端子的测量的电压和电流重新采样。
例如,如果关联中继器由不同的制造商生产,则例如COMTRADE数据的来自不同端子的电压和电流数据可已经以不同采样率被获得。对来自一个或多个端子的测量的电压和电流数据重新采样合意地允许所有数据在之后具有相同的等效采样率,并且因此有利于在本发明的方法中的所有数据的以后使用。
可选地,输电方案是多相输电方案,以及
测量在每个端子的电压和电流的步骤(a)包含测量在每个端子的每个相的电压和电流,以及
根据在每个端子的测量的电压和电流计算对应电压和电流相量的步骤(b)包含将测量的相位电压和相位电流转换成相应相位相量,并且随后将相位相量变换成相应正和负序电压相量和正和负序电流相量。
方法可进一步包含根据测量的相位电流确定故障是否已发生和如果故障已发生,它是否影响到所有相的步骤。
在本发明的优选实施例中,如果故障影响所有相,则正序电压和电流相量在本发明的随后步骤中被使用,否则负序电压和电流相位被使用。
无论故障的类型如何,正序电压和电流相量始终可用。否则,只要故障不影响所有相,则负序电压和电流相量便在本发明的随后步骤中被使用,因为它们合意地忽略负载分量,并且因此在故障条件下在较小程度上被污染。
根据计算的电压和电流相量确定在标示的端子的测量的电压和电流与在所述或每个其它端子的测量的电压和电流之间的同步差的步骤(c)可包含:
-相对于标示的端子,计算在所述或每个其它端子流动的等效电流;
-对于所述或每个其它端子,根据基尔霍夫第一定律,使测量的电流和计算的等效电流的总和等同为零;以及
-对于所述或每个其它端子,根据电流的对应等同总和提取在标示的端子的测量的电压和电流与在所述相应其它端子的测量的电压和电流之间的同步差。
相对于标示的端子,在所述或每个其它端子流动的等效电流的计算为本发明的方法提供了希望程度的可缩放性,并且因此允许其与具有例如显著不同的数量的端子和/或将那些端子互连的结点的宽范围的不同功率传递方案配置一起使用。
同时,对于所述或每个其它端子,根据基尔霍夫第一定律,使测量的电流和计算的等效电流的总和等同为零轻松且可靠地允许对应同步差的随后提取。
优选地,相对于标示的端子,计算在所述或每个其它端子流动的等效电流包含建立用于输电方案的等效导纳矩阵。
用于输电方案以计算在所述或每个其它端子流动的等效电流的等效导纳矩阵的利用具有对于所述或每个对应等效电流,从此类计算中去除例如关于电流的状态的任何未知数的益处,并且由于电流的关联等同总和能够***纵成只包含一个未知数,即要求的同步差,因此在随后步骤中允许对应同步差的准备提取(ready extraction)。
在本发明的另一优选实施例中,从补偿的电压和电流相量确定故障的位置的步骤(e)包含:
-将在输电方案的第一端的端子标示为第一末端和将在输电方案的第二端的端子标示为第二末端;
-获得电压相量的第一集,其中电压相量的第一集包含在第一末端的补偿的电压相量,并且进一步包含在所述或每个结点和第二末端中的每个的基于补偿的第一末端电压相量确定的相应电压相量;
-获得电压相量的第二集,其中电压相量的第二集包含在第二末端的补偿的电压相量,并且进一步包含在所述或每个结点和第一末端中的每个的基于补偿的第二末端电压相量确定的相应电压相量;以及
-比较电压相量的第一和第二集以标识与故障的位置对应的输电部分或结点,其中将电压相量的第一集的每个电压相量和对应于相同末端或结点的电压相量的第二集的相应电压相量进行比较。
这些步骤不但导致在输电方案中故障的位置的有效确定,而且由于考虑到输电方案的分布式参数而是准确的。另外,这些步骤易于缩放以适应输电方案的不同拓扑。后者对于在诸如多端输电方案的带有复杂布局的输电方案中的使用特别有利。
这些步骤因此允许在输电方案中故障的位置的快速确定,这降低了定位和修复故障所需要的时间,并且由此最小化了输电方案的停机时间。
方法可进一步包含如果给定输电部分被标识为故障的位置,则使用等效两端***的对应电压和电流沿输电部分确定故障的距离的步骤。
此类步骤以甚至更高的准确度标识故障的位置,并且因此降低了查找和处理所述故障所用的时间。
现在接下来是作为非限制性示例的参照以下图形的本发明的优选实施例的简要描述,其中:
图1示出示例多端子输电方案的示意表示;
图2示出根据本发明的第一实施例的方法的总体结构的示意图;
图3示出在图2中示出的第二个框内进行的各种步骤;
图4(a)示出在图2中示出的第四个框内进行的各种步骤;
图4(b)示出形成图4(a)中示出的步骤之一的选择算法;以及
图5(a)示出在图1中示出的输电方案的初始导纳表示;
图5(b)示出在图1中示出的输电方案的等效导纳表示;
图6示出在图2中示出的第七个框内进行的各种步骤;以及
图7示出位于图2中示出的第八个框内的实现结构的示意图。
示例多端子输电方案由标号10概括标示并且在图1中以示意图方式被示出。
输电方案10包含第一、第二、第三、第四、第五和第六端子T1、T2、T3、T4、T5、T6和第一、第二、第三和第四结点J1、J2、J3、J4。端子T1、T2、T3、T4、T5、T6和结点J1、J2、J3、J4通过相应输电部分12被彼此互连,例如相应输电线或诸如地下电缆的其它传送导管。在每个端子T1、T2、T3、T4、T5、T6的电压和电流被测量并且随后以COMTRADE格式被记录。
其它多端子输电方案也是可能的,并且本发明的方法同样有能力在这些其它输电方案中定位故障。
返回示出的示例输电方案10,根据本发明的第一实施例的方法通过传送方案10定位故障。
方法的总体结构在图2中以示意图方式被图示,并且包括以下原理步骤:
(a)测量在每个端子T1、T2、T3、T4、T5、T6的电压和电流;
(b)根据在每个端子T1、T2、T3、T4、T5、T6的测量的电压和电流计算对应电压和电流相量V1、I1、V2、I2;
(c)根据计算的电压和电流相量V1、I1确定在标示的端子T1的测量的电压和电流(即,记录的COMTRADE数据)与在每个其它端子T2、T3、T4、T5、T6的测量的电压和电流(即,记录的COMTRADE数据)之间的同步差Tp1、Tp2、Tp3、Tp4、Tp5;
(d)修改计算的电压和电流相量V1、I1、V2、I2以补偿每个同步差Tp1、Tp2、Tp3、Tp4、Tp5;以及
(e)根据补偿的电压和电流相量VTSyn、ITSyn确定故障的位置。
更具体地说,测量在每个端子T1、T2、T3、T4、T5、T6的电压和电流,即读取在每个端子T1、T2、T3、T4、T5、T6记录的COMTRADE数据的步骤(a)另外包含对来自端子T1、T2、T3、T4、T5、T6中的一个或多个端子的测量的电压和电流重新采样。
作为示例,此类重新采样可包含确定来自所有端子T1、T2、T3、T4、T5、T6的测量的电压和电流的最小采样率,并且根据需要将其它测量的电压和电流下采样到最小采样率。
如果其它测量的电压和电流的一个或多个的原始采样率不是最小采样率的整数倍,则需要插值。一种可能的插值算法(尽管可以使用其它算法)是
xresmp(k)=x(n)+Δn[x(n+1)-x(n)]
其中,
x(n)是要被重新采样的样本系列;
Xresmp是重新采样后的样本系列;
n是floor[kfs/fmin];
Δn是kfs/fmin-n;
fs是原始采样率;以及
fmin是最小采样率
示例输电方案10是三相方案(尽管本发明的方法也适用于具有少于或多于三个相的方案),并且因此上面提及的测量和重新采样步骤在每个端子T1、T2、T3、T4、T5、T6被应用到每个相a、b、c。用于每个端子T1、T2、T3、T4、T5、T6的上面提及的测量和重新采样步骤在图2中示出的总体结构内的第一框14内进行。
之后,根据在每个端子的测量的电压和电流计算对应电压和电流相量的步骤(b)在第二个框16内进行,并且更具体地说包含将测量的相位电压Vabc和相位电流Iabc转换成相应电压相位相量Va、Vb、Vc和电流相位相量Ia、Ib、Ic,并且随后将电压相位相量Va、Vb、Vc变换成相应正和负序电压相量V1、V2和将电流相位相量Ia、Ib、Ic变换成相应正和负序电流相量I1、I2。
将测量的相位电压Vabc转换成相应电压相位相量Va、Vb、Vc和将测量的相位电流Iabc转换成相应电流相位相量Ia、Ib、Ic的一种方式是应用图3中以示意图方式图示的类型的傅立叶变换。
更具体地说,作为示例,用于COS滤波器的算法是
其中每个相量Va、Vb、Vc、Ia、Ib、Ic的实部和虚部为
其中,
K是1/(2sin(2π/N));以及
N是每周期的样本的数量。
三个电压相位相量Va、Vb、Vc随后能够根据下式被变换成相应正和负序电压相量V1、V2:
并且电流相位相量Ia、Ib、Ic能够根据下式被变换成相应正和负序电流相量I1、I2:
除前面所述外,本发明的第一实施例方法也包含根据测量的相位电流Iabc确定故障是否已发生和如果故障已发生则确定它是否影响到所有相a、b、c的步骤。
在图2中示出的第三个框18内进行的确定故障是否已发生可根据本领域技术人员熟知的任何技术被实行,诸如考虑负序电流、零序电流和相位电流的总和,或者通过考虑delta相位电流。
同时,确定故障是否影响到所有相a、b、c的一种方式(如果故障被确定成已发生)是以图4(a)和4(b)中以示意图方式示出的方式考虑相应delta相间电流Δiab、Δibc、Δica。此类考虑在图2中的第四个框20内进行。
更具体地说,一旦已根据下式计算相应delta相间电流Δiab、Δibc、Δica:
其中N是每周期的样本的数量,
则例如使用如下面所示出的半周期傅立叶积分,计算delta相间电流ΔIab、ΔIbc、ΔIca的均方根(RMS)值:
其中N同样地是每周期的样本的数量。
然而,计算delta相间电流ΔIab、ΔIbc、ΔIca的均方根(RMS)值的其它方式也是可能的,诸如一个周期傅立叶方法或通过范数计算。
之后,通过应用在图4(b)中以示意图方式图示的选择算法,可确定所述或每个有故障的相,即,以便标识对接地的单相故障AG、BG、CG;在两个相之间或在两个相与接地之间的双相故障AB/ABG、BC/BCG、CA/CAG;或三相故障ABC。
如果故障影响到所有相a、b、c,则本发明的第一实施例方法确定正序电压和电流相量V1、I1将在方法的随后步骤中被使用。否则,即如果上面标识的那些故障的某一其它故障发生,则本发明的方法确定负序电压和电流相量V2、I2将在方法中随后被使用。是使用正序还是负序相量的此类确定在图2结构中的第五个框22内进行,并且导致在本发明的方法的一些随后步骤中使用与每个端子T1、T2、T3、T4、T5、T6对应的选择的电压相量VT和选择的电流相量IT。
同时,在图2中示出的第六个框24内进行步骤(c),即根据计算的电压和电流相量(例如正序电压和电流相量V1、I1)确定在标示的端子T1的测量的电压和电流与在每个其它端子T2、T3、T4、T5、T6的测量的电压和电流之间的同步差Tp1、Tp2、Tp3、Tp4、Tp5。
步骤(c)内的主要步骤为:
-相对于标示的端子T1,计算在所述或每个其它端子T2、T3、T4、T5、T6流动的等效电流;
-对于所述或每个其它端子T2、T3、T4、T5、T6,根据基尔霍夫第一定律,使测量的电流iJR1、iJR2、iJR3、iJR4、iJR5和该计算的等效电流iJR1_L、iJR2_L、iJR3_L、iJR4_L、iJR5_L的总和等同为零;以及
-对于所述或每个其它端子T2、T3、T4、T5、T6,从电流的对应等同总和提取在标示的端子T1的测量的电压和电流与在所述相应其它端子T2、T3、T4、T5、T6的测量的电压和电流之间的同步差Tp1、Tp2、Tp3、Tp4、Tp5。
为更详细描述步骤(c)的目的,相对于六个端子T1、T2、T3、T4、T5、T6采纳了图1中示出的另外命名法。更具体地说,标示的端子T1,即第一端子T1,被称为本地端子L,并且其它第二、第三、第四、第五和第六端子T2、T3、T4、T5、T6的每个被分别视为第一、第二、第三、第四和第五远程端子R1、R2、R3、R4、R5。
应注意的是,第一端子T1不一定是标示的端子,即,不一定被称为本地端子L,并且在本发明的方法的其它实施例中,其它端子T2、T3、T4、T5、T6之一可转而是标示的端子(并且因此为标识相应同步差的目的而被视为本地端子L)。
相对于标示的端子(T1),计算在每个其它端子T2、T3、T4、T5、T6流动的等效电流,即,计算在第一、第二、第三、第四和第五远程端子R1、R2、R3、R4、R5的每个远程端子的相应第一、第二、第三、第四和第五等效电流iJR1_L、iJR2_L、iJR3_L、iJR4_L、iJR5_L,包含:
为每个远程端子R1、R2、R3、R4、R5建立等效导纳yeR1、yeR2、yeR3、yeR4、yeR5;
相对于所述或每个结点,即在示出的具体示例实施例中的第一、第二、第三和第四结点J1、J2、J3、J4,建立初始导纳矩阵Y0;
将对于每个远程端子R1、R2、R3、R4、R5的该等效导纳yeR1、yeR2、yeR3、yeR4、yeR5与初始导纳矩阵Y0组合以建立等效导纳矩阵YMod;
获得本地等效电流iJL;以及
利用等效导纳矩阵YMod和本地等效电流iJL来为每个远程端子R1、R2、R3、R4、R5计算对应等效电流iJR1_L、iJR2_L、iJR3_L、iJR4_L、iJR5_L。
就为每个远程端子R1、R2、R3、R4、R5建立等效导纳yeR1、yeR2、yeR3、yeR4、yeR5而言,在第二、第三、第四和第五远程端子R2、R3、R4、R5测量的电流iJR2、iJR3、iJR4、iJR5的每个电流能够被转而视为对应等效第二、第三、第四和第五导纳yeR2、yeR3、yeR4、yeR5。
对于每个远程端子R1、R2、R3、R4、R5的等效导纳yeR1、yeR2、yeR3、yeR4、yeR5可通过基于样本的方法或基于傅立叶的方法被建立。
作为示例,本发明的方法利用基于傅立叶的方法,借此
其中,
是在第一远程端子R1的测量的电流iJR1的傅立叶相量,即,是与第一远程端子R1对应的正序电流相量I1,其体现在第一远程端子R1的测量的电压和电流与在本地端子L的测量的电压和电流之间的第一同步差,例如第一时差Tp1;
是在第二远程端子R2的测量的电流iJR2的傅立叶相量,即,是与第二远程端子R2对应的正序电流相量I1,其体现在第二远程端子R2的测量的电压和电流与在本地端子L的测量的电压和电流之间的第二同步差,例如第二时差Tp2;
是在第三远程端子R3的测量的电流iJR3的傅立叶相量,即,是与第三远程端子R3对应的正序电流相量I1,其体现在第三远程端子R3的测量的电压和电流与在本地端子L的测量的电压和电流之间的第三同步差,例如第三时差Tp3;
是在第四远程端子R4的测量的电流iJR4的傅立叶相量,即,是与第四远程端子R4对应的正序电流相量I1,其体现在第四远程端子R4的测量的电压和电流与在本地端子L的测量的电压和电流之间的第四同步差,例如第四时差Tp4;
是在第五远程端子R5的测量的电流iJR5的傅立叶相量,即,是与第五远程端子R5对应的正序电流相量I1,其体现在第五远程端子R5的测量的电压和电流与在本地端子L的测量的电压和电流之间的第五同步差,例如第五时差Tp5;以及
之后,根据图5(a)中示出的输电方案(10)的初始导纳表示44,相对于第一、第二、第三和第四结点J1、J2、J3、J4,即仅相对于在结点的相邻对J1-J2、J2-J3、J3-J4之间的输电部分12,建立初始导纳矩阵Y0以给出:
在进行此类步骤后,将初始导纳矩阵Y0与每个远程端子R1、R2、R3、R4、R5的等效导纳yeR1、yeR2、yeR3、yeR4、yeR5组合,以根据图5(b)中示出的输电方案(10)的等效导纳表示46,建立等效导纳矩阵YMod,即:
同时,通过使用在本地端子L的测量的电流iL来使用在本地端子L与第一结点J1之间的输电部分12的电阻器-电感器模型来计算本地等效电流iJL,来根据在本地端子L的测量的电流iL(从对应COMTRADE数据可得到)获得本地等效电流iJL,即标示的等效电流。
更具体地说,在本地端子L与第一结点J1之间的输电部分12被视为电阻器-电感器串联连接的电路,并且因为该部分是小于大约50km的架空输电线,因此,并联(shunt)导纳能够被忽略,使得本地等效电流iJL通过以下等式给出:
iJL=iL
在被应用到其中在本地端子与第一结点J1之间的传送介质的对应部分由小于大约3km的地下电缆限定的网络时,类似的电阻器-电感器模型能够在方法的其它实施例方法中被使用。
在本发明的方法的其它实施例中,在被应用到其中由长度在大约50km和150km之间的架空输电线、或者由长度在大约3km和20km之间的地下电缆来限定在本地端子与第一结点之间的输电部分的网络时,能够使用传送介质的前述部分的线性电阻器-电感器-电容器模型(即电阻、电感(或电抗)和并联电容(或导纳)的参数被认为沿所述部分是线性变化的),获得本地等效电流iJL。此类线性电阻器-电感器-电容器模型也可以被称为π型等效电路。
在此类实施例中,通过基于样本的方法或通过基于傅里叶相位的方法能够获得本地等效电流iJL。
就基于傅立叶相位的方法而言,本地等效电流iJL由以下等式给出:
其中,
yL是在本地端子L与第一结点J1之间的输电部分12的并联导纳。
关于最后参数,即并联导纳yL,这能够通过将单位长度导纳(其能够从所述输电部分12的运营商获得)乘以该部分的总长度来确定。
在本发明的方法还有的其它实施例中,在被应用到其中由长度超过大约150km的架空输电线、或者由长度超过大约20km的地下电缆来限定在本地端子与第一结点之间的输电部分12的网络时,能够使用前述输电部分12的分布式参数模型,来获得本地等效电流iJL。
在此类实施例中,通过基于样本的方法或者通过基于傅立叶相位的方法,能够获得本地等效电流iJL,其中基于傅立叶相位的方法根据以下等式得出本地节点电流iJL:
其中,
D是在本地端子L与计算节点(即第一结点J1)之间输电部分的长度。
随后,通过以下操作,等效导纳矩阵YMod和本地等效电流iJL被利用以便为每个远程端子R1、R2、R3、R4、R5计算对应等效电流iJR1_L、iJR2_L、iJR3_L、iJR4_L、iJR5_L:首先根据以下等式确定在每个结点J1、J2、J3、J4的等效电压
随后根据以下等式确定每个等效电流iJR1_L、iJR2_L、iJR3_L、iJR4_L、1JR5_L:
其中,
之后,对于每个远程端子R1、R2、R3、R4、R5,根据基尔霍夫第一定律,使测量的电流iJR1、iJR2、iJR3、iJR4、iJR5和计算的等效电流iJR1_L、iJR2_L、iJR3_L、iJR4_L、iJR5_L的总和等同为零的步骤包含:
-对于第一远程端子R1,等同于使第一计算的等效电流iJR1_L和第一测量的电流iJR1的总和归零;
-对于第二远程端子R2,等同于使第二计算的等效电流iJR2_L和第二测量的电流iJR2的总和归零;
-对于第三远程端子R3,等同于使第三计算的等效电流iJR3_L和第三测量的电流iJR3的总和归零;
-对于第四远程端子R4,等同于使第四计算的等效电流iJR4_L和第四测量的电流iJR4的总和归零;以及
-对于第五远程端子R5,等同于使第五计算的等效电流iJR5_L和第五测量的电流iJR5的总和归零。
换而言之,根据基尔霍夫第一定律,流入相同节点,即对应远程端子R1、R2、R3、R4、R5的所有电流的总和必须为零,使得对于第一远程端子R1,
iJR1_L+iJR1=0
对于第二远程端子R2,
iJR2_L+iJR2=0
对于第三远程端子R3,
iJR3_L+iJR3=0
对于第四远程端子R4,
iJR4_L+iJR4=0
以及对于第五远程端子R5,
iJR5_L+iJR5=0
在上面所述之后,对于每个远程端子R1、R2、R3、R4、R5,从电流的对应等同总和(即从上面陈述的总和的对应一个)提取在本地端子L的测量的电压和电流与在所述相应远程端子R1、R2、R3、R4、R5的测量的电压和电流之间的对应同步差的步骤包含考虑所述电流的相位,该同步差在描述的优选实施例中采用时差Tp1、Tp2、Tp3、Tp4、Tp5的形式(但在其它实施例中它可转而是相差)。
相应地,采取傅立叶变换方法以便以相量形式改写上面陈述的总和,以及利用在每个远程端子R1、R2、R3、R4、R5的测量的电流iJR1、iJR2、iJR3、iJR4、iJR5的相应相量来结合对应同步差,即对应时差Tp1、Tp2、Tp3、Tp4、Tp5给出了,对于第一远程端子R1,
其中,
f是电流iJR1_L、iJR1的频率,
对于第二远程端子R2,
其中,
f是电流iJR2_L、iJR2的频率,
对于第三远程端子R3,
其中,
f是电流iJR3_L、iJR3的频率,
对于第四远程端子R4,
其中,
f是电流iJR4_L、iJR4的频率,以及
对于第五远程端子R5,
其中,
f是电流iJR5_L、iJR5的频率。
前述总和的每个随后被重新排列以给出对应时差Tp1、Tp2、Tp3、Tp4、Tp5,即使得第一时差Tp1由以下等式给出:
其中arg给出上面提及的傅立叶相量的角度,
第二时差Tp2由以下等式给出:
第三时差Tp3由以下等式给出:
第四时差Tp4由以下等式给出:
以及使得第五时差Tp5由以下等式给出:
在确定同步差,即在本地端子L(即标示的第一端子T1)测量的电压和电流与在每个远程端子R1、R2、R3、R4、R5(即每个其它端子T2、T3、T4、T5、T6)测量的电压和电流之间的时差Tp1、Tp2、Tp3、Tp4、Tp5后,本发明的方法实行修改计算的电压和电流相量(即修改对于每个端子T1、T2、T3、T4、T5、T6的选择的电压和电流相量VT、IT)以补偿同步差(即时差Tp1、Tp2、Tp3、Tp4、Tp5)的原理步骤(d)。
此类补偿在图2中示出的第七个框34内进行,并且可通过如图6中以示意图方式所图示的来应用补偿因子到对于每个端子T1、T2、T3、T4、T5、T6的选择的电压和电流相量VT、IT(即对于第一端子T1的VT(T1)、IT(T1);对于第二端子T2的VT(T2)、IT(T2);对于第三端子T3的VT(T3)、IT(T3);对于第四端子T4的VT(T4)、IT(T4);对于第五端子T5的VT(T5)、IT(T5);以及对于第六端子T6的VT(T6)、IT(T6))以引发对应补偿的电压和电流相量VTSynn、ITSyn(即对于第一端子T1的VTSyn(T1)、ITSyn(T1);对于第二端子T2的VTSyn(T2)、ITSyn(T2);对于第三端子T3的VTSyn(T3)、ITSynn(T3);对于第四端子T4的VTSynn(T4)、ITSynn(T4);对于第五端子T5的VTSyn(T5)、ITSyn(T5);以及对于第六端子T6的VTSyn(T6)、ITSyn(T6))而被实行。
补偿因子优选采用以下形式:
exp(jω0Tx)
其中,
ω0是输电方案10的基本角频率;以及
Tx,是对应时差,即对于第二端子T2(即第一远程端子R1)的Tp1、对于第三端子R3(即第二远程端子R2)的Tp2、对于第四端子R4(即第三远程端子R3)的Tp3、对于第五端子T5(即第四远程端子R4)的Tp4和对于第六端子T6(即第五远程端子R5)的Tp5。
之后,本发明的方法在图2的第八个框36内实行根据补偿的电压和电流相量VTSyn、ITSyn确定故障的位置的又一原理步骤(e)。
此类确定包含以下的主要步骤:
-将在输电方案10的第一端40的端子(例如第一端子T1)标示为第一末端和将在输电方案10的第二端42的端子(例如第六端子T6)标示为第二末端;
-获得电压相量VJL的第一集,其中电压相量VJL的第一集包含在第一末端的补偿的电压相量,即在第一端子T1的补偿的电压相量VTSyn(T1),并且进一步包含在每个结点J1、J2、J3、J4和第二末端(即第六端子T6)的每个的基于补偿的第一末端电压相量VTSyn(T1)确定的相应电压相量;
-获得电压相量VJR的第二集,其中电压相量VJR的第二集包含在第二末端的补偿的电压相量,即在第六端子T6的补偿的电压相量VTSyn(T6),并且进一步包含在每个结点J1、J2、J3、J4和第一末端(即第一端子T1)的每个的基于补偿的第二末端电压相量VTSyn(T6)确定的相应电压相量;以及
-比较电压相量VJL、VJR的第一和第二集以标识与故障的位置对应的输电部分12或结点J1、J2、J3、J4,其中将电压相量VJL的第一集的每个电压相量与对应于该相同末端T1、T6或结点J1、J2、J3、J4的电压相量VJR的第二集的相应电压相量进行比较。
图7中以示意图方式图示了第二实现结构38的示意图,该结构位于第八个框36内并且确定故障的位置,包括标识与故障的位置对应的输电部分12(或结点J1、J2、J3、J4)和(在描述的实施例方法中)沿给定输电部分12的故障的距离。
更具体地说,确定故障的位置包含将对于每个端子T1、T2、T3、T4、T5、T6的补偿的电压和电流相量VTSyn、ITSyn(即,对于第一端子T1的VTSyn(T1)、ITSyn(T1);对于第二端子T2的VTSyn(T2)、ITSyn(T2);对于第三端子T3的VTSyn(T3)、ITSyn(T3);对于第四端子T4的VTSyn(T4)、ITSyn(T4);对于第五端子T5的VTSyn(T5)、ITSyn(T5);以及对于第六端子T6的VTSyn(T6)、ITSyn(T6))馈送到第二实现结构38内的框A中以计算(即获得):电压相量VJL、VJR的第一和第二集;电流相量IJL、IJR的第一和第二集;以及其它电压相量VJT。
从第一端子T1移到第六端子T6(即图1中从左到右),如下确定电压和电流相量VJL、IJL的第一集。
在电压相量VJL的第一集中,为便于下面的描述,在第一端子T1(其为简化的目的而能够被暂时视为零结点J0)的电压相量被标识为VJ0L,在结点J1的电压相量被标识为VJ1L,在结点J2的电压相量被标识为VJ2L,在结点J3的电压相量被标识为VJ3L,在结点J4的电压相量被标识为VJ4L,以及在第六端子T6(其为简化的目的而能够被暂时视为第五结点J5)的电压相量被标识为VJ5[。
电流相量IJL的第一集包含以下电流相量(其为便于下面的描述被标识为所指示的):在第一端子T1与第一结点J1之间的输电部分中的被标识为IJ0_J1L的电流相量、在结点J1与J2之间的输电部分中的被标识为IJ1_J2L的电流相量、在结点J2与J3之间的输电部分中的被标识为IJ2_J3L的电流相量、在结点J3与J4之间的输电部分中的被标识为IJ3_J4L的电流相量及在结点J4与J5之间的输电部分中的被标识为IJ4_J5L的电流相量。
在第一端子T1的电压相量VJ0L是如上所指示的对于第一端子T1的补偿的电压相量VTsyn(T1),并且类似地,在第一端子T1与第一结点J1之间的输电部分中的电流相量IJ0_J1L是对于第一端子T1的补偿的电流相量ITsyn(T1),即
VJ0L=VTSyn(T1) IJ0_J1L=ITSyn(T1)
基于该前一结点的电压相量和在该前一输电部分中的电流相量,计算在相应结点J1、J2、J3、J4和第二末端,即第六端子T6(其为简化的目的而如上所指示的能够被暂时视为第五结点J5)的其它电压相量VJ1L、VJ2L、VJ3L、VJ4L、VJ5L的每个电压相量。在相应输电部分中的其它电流相量IJ1_J2L、IJ2_J3L、IJ3_J4L、IJ4_J5L中的每个电流相量是基于该前一结点的电压相量、该前一输电部分的电流相量和连接到该前一结点的另外输电部分中的电流相量的。
相应地,前面所述由以下等式给出:
VJkL=AJk-1JkVJk-1L+BJk-1JkIJk-1_JkL;
其中k范围从1到5;
AJk-1Jk=DJk-1Jk=cosh(γJk-1JklJk-1Jk);
BJk-1Jk=-ZCJk-1Jksinh(γJk-1JklJk-1Jk);
CJk-1Jk=-sinh(γJk-1JklJk-1Jk)/ZCJk-1Jk;
zJk-1Jk是将第k-1个结点互连到第k个结点的输电部分的单位长度阻抗;
yJk-1Jk是将第k-1个结点互连到第k个结点的输电部分的单位长度导纳;
lJk-1Jk是将第k-1个结点互连到第k个结点的输电部分的线路长度;
IJk_Tn是在连接到第k个结点的另外输电介质中流动的第n个端子到第k个结点电流。
从第六端子T6移到第一端子T1(即图1中从右到左),如下确定电压和电流相量VJR、IJR的第二集。
在电压相量VJR的第二集中,为便于下面的描述,在第一端子T1(其为简化的目的而能够如上所指示的暂时被视为零结点J0)的电压相量被标识为VJ0R,在结点J1的电压相量被标识为VJ1R,在结点J2的电压相量被标识为VJ2R,在结点J3的电压相量被标识为VJ3R,在结点J4的电压相量被标识为VJ4R,以及在第六端子T6(其为简化的目的而能够暂时被视为第五结点J5)的电压相量被标识为VJ5R。
电流相量IJR的第二集包含以下电流相量(其为便于下面的描述被标识为所指示的):在第六端子T6与第四结点J4之间的输电部分中的被标识为IJ5_J4R的电流相量、在结点J4与J3之间的输电部分中的被标识为IJ4_J3R的电流相量、在结点J3与J2之间的输电部分中的被标识为IJ3_J2R的电流相量、在结点J2与J1之间的输电部分中的被标识为IJ2_J1R的电流相量及在结点J1与第一端子T1之间的输电部分中的被标识为IJ1_J0R的电流相量。
在第六端子T6的电压相量VJ5R是如上所指示的对于第六端子T6的补偿的电压相量VTSyn(T6),并且类似地,在结点J4与第六端子T6之间的输电部分中的电流相量IJ4_J5L是对于第六端子T6的补偿的电流相量ITSyn(T6),即
VJ5R=VTSyn(T6)IJ5_J4R=ITSyn(T6)
基于前一结点的电压相量和前一输电部分的电流相量,计算在相应结点J1、J2、J3、J4和第一末端,即第一端子T1(其为简化的目的而如上所指示的能够被暂时视为零结点J0)的其它电压相量VJ0R、VJ1R、VJ2R、VJ3R、VJ4R中的每个电压相量。在相应输电部分中的其它电流相量IJ1_JOR、IJ2_J1R、IJ3_J2R、IJ4_J3R中的每个电流相量是基于前一结点的电压相量、前一输电部分的电流相量和连接到前一结点的另外输电部分中的电流相量。
相应地,前面所述由以下等式给出:
VJkR=AJk+1JkVJk+1R+BJk+1JkIJk+1_JkR;
其中k范围从0到4;
AJk+1Jk=DJk+1Jk=cosh(γJk+1JklJk+1Jk);
BJk+1Jk=-ZCJk+1Jksinh(γJk+1JklJk+1Jk);
CJk+1Jk=-sinh(γJk+1JklJk+1Jk)/ZCJk+1Jk;
zJk+1Jk是将第k+1个结点互连到第k个结点的输电部分的单位长度阻抗;
yJk+1Jk是将第k+1个结点互连到第k个结点的输电部分的单位长度导纳;
lJk+1Jk是将第k+1个结点互连到第k个结点的输电部分的线路长度;
IJk_Tn是在连接到第k个结点的另外的输电介质中流动的第n个端子到第k个结点电流。
另外的电压相量VJT包含以下其它电压相量(其如为便于下面的描述所指示地被标识):在结点J1被标识为VJ1_T2的另外的电压相量、在结点J2被标识为VJ2_T3的另外的电压相量、在结点J3被标识为VJ3_T4的另外的电压相量及在结点J4被标识为VJ4_T5的另外的电压相量。
也计算了在相应其它输电部分的另外的电流相量。这些其它电流相量IJT包含以下电流相量(其为便于下面的描述被标识为所指示的):在结点J1与端子T2之间的另外的输电部分中的被标识为IJ1_T2的另外的电流相量、在结点J2与端子T3之间的另外的输电部分中的被标识为IJ2_T3的另外的电流相量、在结点J3与端子T4之间的另外的输电部分中的被标识为IJ3_T4的另外的电流相量及在结点J4与端子T5之间的另外的输电部分中的被标识为IJ4_T5的另外的电流相量。
通过以下等式,计算相对于端子T2的对于结点J1的其它电压和电流相量:
其中,
A2=D2=cosh(γ2lT2);
B2=-ZC2sinh(γ2lT2);
C2=-sinh(γ2lT2)/ZC2;
z2是将结点J1互连到端子T2的另外的输电部分的单位长度阻抗;
y2是将结点J1互连到端子T2的另外的输电部分的单位长度导纳;
lT2是将结点J1互连到端子T2的另外的输电部分的线路长度。
通过以下等式,计算相对于端子T3的对于结点J2的另外的电压和电流相量:
其中,
A3=D3=cosh(γ3lT3);
B3=-ZC3sinh(γ3lT3);
C3=-sinh(γ3lT3)/ZC3;
z3是将结点J2互连到端子T3的另外的输电部分的单位长度阻抗;
y3是将结点J2互连到端子T3的另外的输电部分的单位长度导纳;
lT3是将结点J2互连到端子T3的另外的输电部分的线路长度。
通过以下等式,计算相对于端子T4的对于结点J3的其它电压和电流相量:
其中,
A4=D4=cosh(γ4lT4);
B4=-ZC4sinh(γ4lT4);
C4=-sinh(γ4lT4)/ZC4;
z4是将结点J3互连到端子T4的另外的输电部分的单位长度阻抗;
y4是将结点J3互连到端子T4的另外的输电部分的单位长度导纳;
lT4是将结点J3互连到端子T4的另外的输电部分的线路长度。
通过以下等式,计算相对于端子T5的对于结点J4的其它电压和电流相量:
其中,
A5=D5=cosh(γ5lT5);
B5=-ZC5sinh(γ5lT5);
C5=-sinh(γ5lT5)/ZC5;
z5是将结点J4互连到端子T5的另外的输电部分的单位长度阻抗;
y5是将结点J4互连到端子T5的另外的输电部分的导纳;
lT5是将结点J4互连到端子T5的另外的输电部分的线路长度。
电压相量VJL、VVR的第一和第二集和其它电压相量VJT随后被馈送到第二实现结构38内的框B中以比较电压相量,以便标识与故障的位置对应的输电部分或结点,如下所述。
获得用于每个结点的减法电压相量。在此方面,每个结点的减法电压相量等于在电压相量VJL、VJR的第一和第二集的对应电压相量之间的差,如下面的等式中所示出的。
随后,使用如下等式确定多个减法电压相量ΔVJ的最小幅值(模块化)ΔVmin:ΔVmin=min{|ΔVJk|,k=0,1,2,3,4,5}。
随后比较最小幅值ΔVmin与预定义的电压阈值Vthres1以确定ΔVmin是否小于Vthres1。Vthres1示范地被设置为输电方案10的额定电压的0.02倍,因此,例如,如果额定电压为110V,则Vthres1为2.2V。
如果最小幅值ΔVmin小于预定义的电压阈值Vthres1,则它指示故障是在与最小幅值ΔVmin对应的结点上,或者在连接到此结点的输电部分中。例如,如果|ΔVJ3|=ΔVmin,则它指示故障是在结点J3上或者在将结点J3和端子T4互连的输电部分中。
随后,通过使用|VJkL-VJk_Tn|>Vthres2的判别准则,更准确地确定故障的位置,其中ΔVmin=VJkL。因此,例如,如果|ΔVJ3|=ΔVmin,则判别准则是|VJ3L-VJ3_T4|>Vthres2。Vthres1示范地被设置为输电方案的额定电压的0.05倍,因此,例如,如果额定电压为110V,则Vthres1为5.5V。
如果|VJkL-VJk_Tn|>Vthres2,则故障位于将第k个结点和第n个端子互连的另外的输电部分中。如果|VJkL-VJk_Tn|<=Vthres2,则故障位于第k个结点上。如果有连接到所述结点的多个端子正被讨论,则判别准则被依次应用到每个端子。
如果最小幅值ΔVmin大于预定义的电压阈值Vthres1,则它指示故障在将第k个结点和第k+1个结点互连的输电部分中。例如,如果|ΔVJ3|=ΔVmin,则它指示故障在将结点J0、J1、J2、J3、J4、J5互连的输电部分中。
随后,通过比较给定结点的电压相量和相邻结点的电压相量来更准确地确定故障的位置以标识与故障的位置对应的输电部分。不同准则可被应用以确定故障所处在的输电部分。
在第一示范准则中,通过比较给定结点的减法电压相量ΔVJk和相邻结点的减法电压相量ΔVJk+1的相位以检查比较是否满足以下准则来确定故障所处在的输电部分:
如果准则被满足,则故障位于将结点Jk和Jk+1互连的输电部分中。
在第二示范准则中,通过比较给定结点的减法电压相量ΔVJk和相邻结点的减法电压相量ΔVJk+1的相位以检查幅度比较是否满足以下准则来确定故障所处在的输电部分:
其中ε1是带有每单位值的阈值。例如,ε1=-0.01。
如果准则被满足,则故障位于将结点Jk和Jk+1互连的输电部分中。
在第三示范准则中,通过比较给定结点的减法电压相量ΔVJk和相邻结点的减法电压相量ΔVJk+1以检查比较是否满足以下准则来确定故障所处在的输电部分:
|ΔVJk+ΔVJk+1|<|ΔVJk-ΔVJk+1|
如果准则被满足,则故障位于将结点Jk和Jk+1互连的输电部分中。
如果给定输电部分被标识为故障的位置,则第二实现结构内的框C随后从电压和电流相量VJL、VJR、IJL和IJR的第一和第二集中选择适当的电压和电流相量,并且形成带有电压和电流VM、VN、IM、IN的被标识为故障的位置的输电部分的两端***等效物。
如果相关输电部分被连接在结点Jk与Jk+1之间,则电压和电流相量VJkL、IJk_k+1L、VJk+1R、IJk+1,kR被选择以形成两端***等效物,使得:VM=VJkL;IM=IJk_k+1L;VN=VJk+1R;以及IN=IJk+1_kR。也就是说,结点Jk是两端***等效物的等效端M,并且结点Jk+1是两端***等效物的等效N。
如果相关输电部分是将结点Jk和端子Tn互连的另外的输电部分,则框C随后选择在端子Tn的电压和电流相量、在端子Tn连接到的结点的电压相量VJkL、VJkR和电流相量的第一和第二集的对应电流相量的负总和-(IJk,k+1L+IJk,k-1R),使得:VM=VTn;IM=ITn;VN=VJkL;IN=-(IJk,k+1L+IJk_k-1R)。也就是说,端子Tn是两端***等效物的等效端M,并且结点Jk是两端***等效物的等效端N。
基于两端***等效物,在两端***等效物的电压和电流VM、VN、IM、IN的基础上确定沿输电部分的故障的距离。在第二实现结构38中,框C将两端***等效物的电压和电流VM、VN、IM、IN馈送到框D,其使用以下等式确定故障距离:
VMcosh(γx)-ZCIMsinh(γx)=VNcosh(γ(l-x))-ZCINsinh(γ(l-x))
其中
x是到两***等效物的端M的距离;
z是由客户可设置的对应部分的单位长度阻抗;
y是由客户可设置的对应部分的单位长度导纳;
l是对应部分的线路长度。
上述等式能够被简化为:
VM-zxIM=VN-z(l-x)IN
Claims (8)
1.一种在多端子输电方案(10)中定位故障的方法,在所述多端子输电方案(10)中每个端子(T1、T2、T3、T4、T5、T6)经由输电部分(12)与结点(J1、J2、J3、J4)连接,并且所述或每个结点(J1、J2、J3、J4)将多个输电部分(12)互连,所述方法包括以下步骤:
(a)测量在每个端子(T1、T2、T3、T4、T5、T6)的电压和电流;
(b)根据在每个端子(T1、T2、T3、T4、T5、T6)的测量的电压和电流计算对应电压和电流相量(V1、I1,V2、I2);
(c)根据计算的电压和电流相量(V1、I1)确定在标示的端子(T1)的所述测量的电压和电流与在所述或每个其它端子(T2、T3、T4、T5、T6)的所述测量的电压和电流之间的同步差(Tp1、Tp2、Tp3、Tp4、Tp5);
(d)修改所述计算的电压和电流相量(V1、I1)以补偿所述或每个同步差(Tp1、Tp2、Tp3、Tp4、Tp5);以及
(e)根据补偿的电压和电流相量(VTSyn、ITSyn)确定所述故障的位置;
其中所述输电方案(10)是多相(a、b、c)输电方案,
测量在每个端子(T1、T2、T3、T4、T5、T6)的所述电压和电流的步骤(a)包含测量在每个端子(T1、T2、T3、T4、T5、T6)的每个相(a、b、c)的所述电压和电流,以及
根据在每个端子(T1、T2、T3、T4、T5、T6)的所述测量的电压和电流计算对应电压和电流相量(V1、I1,V2、I2)的步骤(b)包含将测量的相位电压(Vabc)和相位电流(Iabc)转换成相应相位相量(Va、Vb、Vc,Ia、Ib、Ic),并且随后将所述相位相量(Va、Vb、Vc,Ia、Ib、Ic)变换成相应正和负序电压相量(V1、V2)以及正和负序电流相量(I1、I2)。
2.根据权利要求1所述的方法,其中测量在每个端子(T1、T2、T3、T4、T5、T6)的所述电压和电流的步骤(a)包含对来自一个或多个端子(T1、T2、T3、T4、T5、T6)的所述测量的电压和电流重新采样。
3.根据权利要求1所述的方法,进一步包含根据所述测量的相位电流(Iabc)确定故障是否已发生和如果故障已发生则所述故障是否影响到所有相(a、b、c)的步骤。
4.根据权利要求3所述的方法,其中如果所述故障影响到所有相(a、b、c),则所述正序电压和电流相量(V1、I1)在本发明的随后步骤中被使用,否则所述负序电压和电流相位(V2、I2)被使用。
5.根据前面权利要求任一项所述的方法,其中根据所述计算的电压和电流相量(V1、I1)确定在标示的端子(T1)的所述测量的电压和电流与在所述或每个其它端子(T2、T3、T4、T5、T6)的所述测量的电压和电流之间的同步差(Tp1、Tp2、Tp3、Tp4、Tp5)的步骤(c)包含:
-相对于所述标示的端子(T1),计算在所述或每个其它端子(T2、T3、T4、T5、T6)流动的等效电流;
-对于所述或每个其它端子(T2、T3、T4、T5、T6),根据基尔霍夫第一定律,使所述测量的电流(iJR1、iJR2、iJR3、iJR4、iJR5)和计算的等效电流(iJR1_L、iJR2_L、iJR3_L、iJR4_L、iJR5_L)的总和等同为零;以及
-对于所述或每个其它端子(T2、T3、T4、T5、T6),根据电流的对应等同总和提取在所述标示的端子(T1)的所述测量的电压和电流与在所述相应其它端子(T2、T3、T4、T5、T6)的所述测量的电压和电流之间的同步差(Tp1、Tp2、Tp3、Tp4、Tp5)。
6.根据权利要求5所述的方法,其中相对于所述标示的端子(T1),计算在所述或每个其它端子(T2、T3、T4、T5、T6)流动的等效电流包含建立用于所述输电方案(10)的等效导纳矩阵(YMod)。
7.根据前面权利要求任一项所述的方法,其中根据所述补偿的电压和电流相量(VTSyn、ITSyn)确定所述故障的所述位置的步骤(e)包含:
-将在所述输电方案(10)的第一端(40)的端子(T1)标示为第一末端和将在所述输电方案(10)的第二端(42)的端子(T6)标示为第二末端;
-获得电压相量(VJL)的第一集,其中电压相量(VJL)的所述第一集包含在所述第一末端(T1)的所述补偿的电压相量(VTSyn(T1)),并且进一步包含在所述或每个结点(J1、J2、J3、J4)和所述第二末端(T6)中的每个的基于所述补偿的第一末端电压相量(VTSyn(T1))确定的相应电压相量;
-获得电压相量(VJR)的第二集,其中电压相量(VJR)的所述第二集包含在所述第二末端(T6)的所述补偿的电压相量(VTSyn(T6)),并且进一步包含在所述或每个结点(J1、J2、J3、J4)和所述第一末端(T1)中的每个的基于所述补偿的第二末端电压相量(VTSyn(T6))确定的相应电压相量;以及
-比较电压相量(VJL、VJR)的所述第一和第二集以标识与所述故障的所述位置对应的所述输电部分(12)或结点(J1、J2、J3、J4),其中将电压相量(VJL)的所述第一集的每个电压相量和对应于所述相同末端(T1、T6)或结点(J1、J2、J3、J4)的电压相量(VJR)的所述第二集的所述相应电压相量进行比较。
8.根据权利要求7所述的方法,进一步包含如果给定输电部分(12)被标识为所述故障的所述位置,则使用等效两端***的对应电压和电流(VM、VN,IM、IN),确定沿所述输电部分(12)的所述故障的距离(x)的步骤。
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