CN111141995A - 一种基于比幅原理的线路双端稳态量测距方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于比幅原理的线路双端稳态量测距方法和***。所述方法和***通过采集故障前后线路两侧的电压值和电流值,计算线路两侧的电压变化量和电流变化量,并根据所述电压变化量和电流变化量确定电压相量值和电流相量值后,通过对短路点电压的迭代计算确定短路点的位置。所述方法原理简单,能够准确识别故障点,实现线路的精确测距。
Description
技术领域
本发明涉及继电保护领域,并且更具体地,涉及一种基于比幅原理的线路双端稳态量测距方法和***。
背景技术
在地形地貌多样复杂的地区,输电线路通过遍布在山峰和河流之间,很多时候都采用架空线路的方式。另外,针对输电线路跨越超宽水道和海峡的特殊情况,还出现了超高压架空线-电缆混合线路。随着输电网络的复杂化,快速、准确地确定高压线路的故障点位置,并及时解决故障、排除安全隐患,对保证电力***的安全具有重大意义。
针对高压输电线故障的检测,国内外提出了众多方法,如基于工频电气量的阻抗法、故障分析法,和基于暂态分量的行波法。但是由于电缆的电气参数相较于架空输电线路存在一定的差异,混合线路的故障特性与常规线路的故障特性有一定的差别,因此会对常规用于架空输电线路的故障测距方法的精度产生相应的影响。因而需要提出一种新的测距方法。
发明内容
为了解决现有技术中在高压架空线-电缆混合线路上基于工频电气量进行故障定位容易受到外界不稳定因素的影响,对故障的定位有较大的误差的技术问题,本发明提供一种基于比幅原理的线路双端稳态量测距方法,所述方法包括:
步骤1、采集架空线-电缆混合输电线路发生故障后的线路两侧电压值和电流值,以及所述线路发生故障前一个周波的线路两侧电压值和电流值,其中,线路两侧分别为M侧和N侧;
步骤2、根据采集的所述线路发生故障前后的线路两侧电压值确定电压值变化量,以及对采集的所述线路发生故障前后的线路两侧电流值确定电流值变化量;
步骤3、将所述线路两侧电压值变化量经过傅立叶变换计算线路两侧电压相量值,将所述线路两侧电流值变化量经过傅立叶变换计算线路两侧电流相量值;
步骤4、根据线路故障后补偿点至线路M侧的距离xi,线路两侧电压相量值和电流相量值,M侧架空线长度L1和N侧架空线长度L3、电缆的长度L2,架空线波阻抗ZcT和传播系数γT,以及电缆波阻抗ZcC和电流传播系数γC计算补偿点电压和其中,i的初始值为1,为三相电路中的任意一相,
步骤6、令i=i+1,当i>N时,确定测距结果为补偿点至线路M侧的距离xN+1,当i≤N时,转回步骤4。
进一步地,所述方法在采集架空线-电缆混合输电线路发生故障后的线路两侧电压值和电流值之前还包括设置测距参数,确定架空线波阻抗ZcT和传播系数γT,以及确定电缆波阻抗ZcC和电流传播系数γC,其中,所述测距参数包括输电线路长度L、侧架空线长度L1和N侧架空线长度L3、电缆的长度L2,迭代次数N和补偿点距离M侧的初始距离x1,所述架空线波阻抗ZcT和传播系数γT,电缆波阻抗ZcC和电流传播系数γC的计算公式分别为:
式中,zT为架空线单位阻抗;yT为架空线单位导纳;zC为电缆单位阻抗;yC为电缆单位导纳。
进一步地,所述根据采集的所述线路发生故障前后的线路两侧电压值计算电压值变化量,以及根据采集的所述线路发生故障前后的线路两侧电流值计算电流值变化量,其计算公式为:
式中,线路两侧分别为M侧和N侧,tqd为测距启动时刻,T为工频周期,0<t<T,k≥1, 和分别为采集的发生故障后相线路M侧和N侧电压值,和分别为采集的发生故障前一个周波的相线路M侧和N侧电压值,和分别为发生故障后相线路M侧和N侧的电压变化值,和分别为采集的发生故障后相线路M侧和N侧电流值,和分别为采集的发生故障前一个周波的相线路M侧和N侧电流值,和分别为发生故障后相线路M侧和N侧的电流变化值。
进一步地,所述根据线路故障后补偿点至线路M侧的距离xi,线路两侧电压相量值和电流相量值,M侧架空线长度L1和N侧架空线长度L3、电缆的长度L2,架空线波阻抗ZcT和传播系数γT,以及电缆波阻抗ZcC和电流传播系数γC计算补偿点电压和其计算公式为:
式中,M1和N1分别为线路M侧架空线和线路N侧与电缆的连接处,和分别为输电线路相M1处和N1处的电压相量值,和分别为输电线路相M侧和N侧的电压相量值,和分别为输电线路相M1处和N1处的电流相量值,和分别为输电线路相M侧和N侧的电流相量值,为根据补偿点近M侧电压相量值和电流相量值计算确定的补偿点电压,为根据补偿点近N侧电压相量值和电流相量值计算确定的补偿点电压。
式中,L为输电线路长度。
根据本发明的另一方面,本发明提供一种基于比幅原理的线路双端稳态量测距***,所述***包括:
数据采集单元,其用于采集架空线-电缆混合输电线路发生故障后的线路两侧电压值和电流值,以及所述线路发生故障前一个周波的线路两侧电压值和电流值,其中,线路两侧分别为M侧和N侧;
第一计算单元,其用于根据采集的所述线路发生故障前后的线路两侧电压值确定电压值变化量,以及对采集的所述线路发生故障前后的线路两侧电流值确定电流值变化量;
第二计算单元,其用于将所述线路两侧电压值变化量经过傅立叶变换计算线路两侧电压相量值,将所述线路两侧电流值变化量经过傅立叶变换计算线路两侧电流相量值;
第三计算单元,其用于根据线路故障后补偿点至线路M侧的距离xi,线路两侧电压相量值和电流相量值,M侧架空线长度L1和N侧架空线长度L3、电缆的长度L2,架空线波阻抗ZcT和传播系数γT,以及电缆波阻抗ZcC和电流传播系数γC计算补偿点电压和其中,i的初始值为1,为三相电路中的任意一相,
进一步地,所述***还包括初始化单元,其用于设置测距参数,确定架空线波阻抗ZcT和传播系数γT,以及确定电缆波阻抗ZcC和电流传播系数γC,其中,所述测距参数包括输电线路长度L、侧架空线长度L1和N侧架空线长度L3、电缆的长度L2,迭代次数N和补偿点距离M侧的初始距离x1,所述架空线波阻抗ZcT和传播系数γT,电缆波阻抗ZcC和电流传播系数γC的计算公式分别为:
式中,zT为架空线单位阻抗;yT为架空线单位导纳;zC为电缆单位阻抗;yC为电缆单位导纳。
进一步地,所述第一计算单元根据采集的所述线路发生故障前后的线路两侧电压值计算电压值变化量,以及根据采集的所述线路发生故障前后的线路两侧电流值计算电流值变化量,其计算公式为:
式中,线路两侧分别为M侧和N侧,tqd为测距启动时刻,T为工频周期,0<t<T,k≥1, 和分别为采集的发生故障后相线路M侧和N侧电压值,和分别为采集的发生故障前一个周波的相线路M侧和N侧电压值,和分别为发生故障后相线路M侧和N侧的电压变化值,和分别为采集的发生故障后相线路M侧和N侧电流值,和分别为采集的发生故障前一个周波的相线路M侧和N侧电流值,和分别为发生故障后相线路M侧和N侧的电流变化值。
进一步地,所述第三计算单元根据线路故障后补偿点至线路M侧的距离xi,线路两侧电压相量值和电流相量值,M侧架空线长度L1和N侧架空线长度L3、电缆的长度L2,架空线波阻抗ZcT和传播系数γT,以及电缆波阻抗ZcC和电流传播系数γC计算补偿点电压和其计算公式为:
式中,M1和N1分别为线路M侧架空线和线路N侧与电缆的连接处,和分别为输电线路相M1处和N1处的电压相量值,和分别为输电线路相M侧和N侧的电压相量值,和分别为输电线路相M1处和N1处的电流相量值,和分别为输电线路相M侧和N侧的电流相量值,为根据补偿点近M侧电压相量值和电流相量值计算确定的补偿点电压,为根据补偿点近N侧电压相量值和电流相量值计算确定的补偿点电压。
式中,L为输电线路长度。
本发明技术方案提供的基于比幅原理的线路双端稳态量测距方法和***通过采集故障前后线路两侧的电压值和电流值,计算线路两侧的电压变化量和电流变化量,并根据所述电压变化量和电流变化量确定电压相量值和电流相量值后,通过对短路点电压的迭代计算确定短路点的位置。所述方法原理简单,能够准确识别故障点,实现线路的精确测距。
附图说明
通过参考下面的附图,可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式:
图1为根据本发明优选实施方式的基于比幅原理的线路双端稳态量测距方法的流程图;
图2为根据本发明优选实施方式的架空线-电缆混合线图的示意图;
图3为根据本发明优选实施方式的基于比幅原理的线路双端稳态量测距***的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式,然而,本发明可以用许多不同的形式来实施,并且不局限于此处描述的实施例,提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明,并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中,相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明,此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外,可以理解的是,以通常使用的词典限定的术语,应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义,而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明优选实施方式的基于比幅原理的线路双端稳态量测距方法的流程图。如图1所示,本优选实施方式所述的基于比幅原理的线路双端稳态量测距方法100从步骤101开始。
在步骤101,设置测距参数,确定架空线波阻抗ZcT和传播系数γT,以及确定电缆波阻抗ZcC和电流传播系数γC。
在步骤102,采集架空线-电缆混合输电线路发生故障后的线路两侧电压值和电流值,以及所述线路发生故障前一个周波的线路两侧电压值和电流值,其中,线路两侧分别为M侧和N侧。
图2为根据本发明优选实施方式的架空线-电缆混合线图的示意图。如图2所示,所述架空线-电缆混合路线一共分为三段,近线路M侧的架空线1段,电缆段和近线路N侧的架空线2段。其中,架空线1段和电缆的连接点为M1,架空线2段和电缆的连接点为N1。
在步骤103,根据采集的所述线路发生故障前后的线路两侧电压值确定电压值变化量,以及对采集的所述线路发生故障前后的线路两侧电流值确定电流值变化量。
在步骤104,将所述线路两侧电压值变化量经过傅立叶变换计算线路两侧电压相量值,将所述线路两侧电流值变化量经过傅立叶变换计算线路两侧电流相量值。
在步骤105,根据线路故障后补偿点至线路M侧的距离xi,线路两侧电压相量值和电流相量值,M侧架空线长度L1和N侧架空线长度L3、电缆的长度L2,架空线波阻抗ZcT和传播系数γT,以及电缆波阻抗ZcC和电流传播系数γC计算补偿点电压和其中,i的初始值为1,为三相电路中的任意一相,
在步骤107,令i=i+1,当i>N时,确定测距结果为补偿点至线路M侧的距离xN+1,当i≤N时,转回步骤105。
优选地,所述方法在采集架空线-电缆混合输电线路发生故障后的线路两侧电压值和电流值之前还包括设置测距参数,确定架空线波阻抗ZcT和传播系数γT,以及确定电缆波阻抗ZcC和电流传播系数γC,其中,所述测距参数包括输电线路长度L、侧架空线长度L1和N侧架空线长度L3、电缆的长度L2,迭代次数N和补偿点距离M侧的初始距离x1,所述架空线波阻抗ZcT和传播系数γT,电缆波阻抗ZcC和电流传播系数γC的计算公式分别为:
式中,zT为架空线单位阻抗;yT为架空线单位导纳;zC为电缆单位阻抗;yC为电缆单位导纳。
优选地,所述根据采集的所述线路发生故障前后的线路两侧电压值计算电压值变化量,以及根据采集的所述线路发生故障前后的线路两侧电流值计算电流值变化量,其计算公式为:
式中,线路两侧分别为M侧和N侧,tqd为测距启动时刻,T为工频周期,0<t<T,k≥1, 和分别为采集的发生故障后相线路M侧和N侧电压值,和分别为采集的发生故障前一个周波的相线路M侧和N侧电压值,和分别为发生故障后相线路M侧和N侧的电压变化值,和分别为采集的发生故障后相线路M侧和N侧电流值,和分别为采集的发生故障前一个周波的相线路M侧和N侧电流值,和分别为发生故障后相线路M侧和N侧的电流变化值。
优选地,所述根据线路故障后补偿点至线路M侧的距离xi,线路两侧电压相量值和电流相量值,M侧架空线长度L1和N侧架空线长度L3、电缆的长度L2,架空线波阻抗ZcT和传播系数γT,以及电缆波阻抗ZcC和电流传播系数γC计算补偿点电压和其计算公式为:
式中,M1和N1分别为线路M侧架空线和线路N侧与电缆的连接处,和分别为输电线路相M1处和N1处的电压相量值,和分别为输电线路相M侧和N侧的电压相量值,和分别为输电线路相M1处和N1处的电流相量值,和分别为输电线路相M侧和N侧的电流相量值,为根据补偿点近M侧电压相量值和电流相量值计算确定的补偿点电压,为根据补偿点近N侧电压相量值和电流相量值计算确定的补偿点电压。
式中,L为输电线路长度。
以图2线路为例搭建仿真***,线路故障点F1、F2、F3、F4、F5分别距离M侧0km、2.3km、10.8km、19.3km、51.35km。在线路不同位置进行A相金属性故障仿真,AB相金属性接地故障仿真,A相经100Ω过渡电阻仿真,测距结果与实际故障位置如表1所示。
表1不同故障类型测距结果与实际故障位置对比
由表1可知,根据本发明所述方法计算得到的故障点测距结果与实际结果相近。
图3为根据本发明优选实施方式的基于比幅原理的线路双端稳态量测距***的结构示意图。如图3所示,本优选实施方式所述的基于比幅原理的线路双端稳态量测距***300包括:
初始化单元301,其用于设置测距参数,确定架空线波阻抗ZcT和传播系数γT,以及确定电缆波阻抗ZcC和电流传播系数γC。
数据采集单元302,其用于采集架空线-电缆混合输电线路发生故障后的线路两侧电压值和电流值,以及所述线路发生故障前一个周波的线路两侧电压值和电流值,其中,线路两侧分别为M侧和N侧。
第一计算单元303,其用于根据采集的所述线路发生故障前后的线路两侧电压值确定电压值变化量,以及对采集的所述线路发生故障前后的线路两侧电流值确定电流值变化量。
第二计算单元304,其用于将所述线路两侧电压值变化量经过傅立叶变换计算线路两侧电压相量值,将所述线路两侧电流值变化量经过傅立叶变换计算线路两侧电流相量值。
第三计算单元305,其用于根据线路故障后补偿点至线路M侧的距离xi,线路两侧电压相量值和电流相量值,M侧架空线长度L1和N侧架空线长度L3、电缆的长度L2,架空线波阻抗ZcT和传播系数γT,以及电缆波阻抗ZcC和电流传播系数γC计算补偿点电压和其中,i的初始值为1,为三相电路中的任意一相,
结果确定单元306,其用于基于设置的测距模型,根据所述补偿点电压和确定补偿点至线路M侧的距离xi+1,令i=i+1,当i>N时,确定测距结果为补偿点至线路M侧的距离xN+1,当i≤N时,转至第三计算单元305。
优选地,所述初始化单元301设置测距参数,确定架空线波阻抗ZcT和传播系数γT,以及确定电缆波阻抗ZcC和电流传播系数γC,其中,所述测距参数包括输电线路长度L、侧架空线长度L1和N侧架空线长度L3、电缆的长度L2,迭代次数N和补偿点距离M侧的初始距离x1,所述架空线波阻抗ZcT和传播系数γT,电缆波阻抗ZcC和电流传播系数γC的计算公式分别为:
式中,zT为架空线单位阻抗;yT为架空线单位导纳;zC为电缆单位阻抗;yC为电缆单位导纳。
优选地,所述第一计算单元303根据采集的所述线路发生故障前后的线路两侧电压值计算电压值变化量,以及根据采集的所述线路发生故障前后的线路两侧电流值计算电流值变化量,其计算公式为:
式中,线路两侧分别为M侧和N侧,tqd为测距启动时刻,T为工频周期,0<t<T,k≥1, 和分别为采集的发生故障后相线路M侧和N侧电压值,和分别为采集的发生故障前一个周波的相线路M侧和N侧电压值,和分别为发生故障后相线路M侧和N侧的电压变化值,和分别为采集的发生故障后相线路M侧和N侧电流值,和分别为采集的发生故障前一个周波的相线路M侧和N侧电流值,和分别为发生故障后相线路M侧和N侧的电流变化值。
优选地,所述第三计算单元305根据线路故障后补偿点至线路M侧的距离xi,线路两侧电压相量值和电流相量值,M侧架空线长度L1和N侧架空线长度L3、电缆的长度L2,架空线波阻抗ZcT和传播系数γT,以及电缆波阻抗ZcC和电流传播系数γC计算补偿点电压和其计算公式为:
式中,M1和N1分别为线路M侧架空线和线路N侧与电缆的连接处,和分别为输电线路相M1处和N1处的电压相量值,和分别为输电线路相M侧和N侧的电压相量值,和分别为输电线路相M1处和N1处的电流相量值,和分别为输电线路相M侧和N侧的电流相量值,为根据补偿点近M侧电压相量值和电流相量值计算确定的补偿点电压,为根据补偿点近N侧电压相量值和电流相量值计算确定的补偿点电压。
式中,L为输电线路长度。
本发明所述基于比幅原理的线路双端稳态量测距***对架空线-电缆混合线路进行测距的步骤与本发明所述基于比幅原理的线路双端稳态量测距采用的步骤相同,并且达到的技术效果也相同,此处不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而,本领域技术人员所公知的,正如附带的专利权利要求所限定的,除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地,在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释,除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例,除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行,除非明确地说明。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于比幅原理的线路双端稳态量测距方法,其特征在于,所述方法包括:
步骤1、采集架空线-电缆混合输电线路发生故障后的线路两侧电压值和电流值,以及所述线路发生故障前一个周波的线路两侧电压值和电流值,其中,线路两侧分别为M侧和N侧;
步骤2、根据采集的所述线路发生故障前后的线路两侧电压值确定电压值变化量,以及对采集的所述线路发生故障前后的线路两侧电流值确定电流值变化量;
步骤3、将所述线路两侧电压值变化量经过傅立叶变换计算线路两侧电压相量值,将所述线路两侧电流值变化量经过傅立叶变换计算线路两侧电流相量值;
步骤4、根据线路故障后补偿点至线路M侧的距离xi,线路两侧电压相量值和电流相量值,M侧架空线长度L1和N侧架空线长度L3、电缆的长度L2,架空线波阻抗ZcT和传播系数γT,以及电缆波阻抗ZcC和电流传播系数γC计算补偿点电压和其中,i的初始值为1,为三相电路中的任意一相,
步骤6、令i=i+1,当i>N时,确定测距结果为补偿点至线路M侧的距离xN+1,当i≤N时,转回步骤4。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述根据线路故障后补偿点至线路M侧的距离xi,线路两侧电压相量值和电流相量值,M侧架空线长度L1和N侧架空线长度L3、电缆的长度L2,架空线波阻抗ZcT和传播系数γT,以及电缆波阻抗ZcC和电流传播系数γC计算补偿点电压和其计算公式为:
6.一种基于比幅原理的线路双端稳态量测距***,其特征在于,所述***包括:
数据采集单元,其用于采集架空线-电缆混合输电线路发生故障后的线路两侧电压值和电流值,以及所述线路发生故障前一个周波的线路两侧电压值和电流值,其中,线路两侧分别为M侧和N侧;
第一计算单元,其用于根据采集的所述线路发生故障前后的线路两侧电压值确定电压值变化量,以及对采集的所述线路发生故障前后的线路两侧电流值确定电流值变化量;
第二计算单元,其用于将所述线路两侧电压值变化量经过傅立叶变换计算线路两侧电压相量值,将所述线路两侧电流值变化量经过傅立叶变换计算线路两侧电流相量值;
第三计算单元,其用于根据线路故障后补偿点至线路M侧的距离xi,线路两侧电压相量值和电流相量值,M侧架空线长度L1和N侧架空线长度L3、电缆的长度L2,架空线波阻抗ZcT和传播系数γT,以及电缆波阻抗ZcC和电流传播系数γC计算补偿点电压和其中,i的初始值为1,为三相电路中的任意一相,
8.根据权利要求6所述的***,其特征在于,所述第一计算单元根据采集的所述线路发生故障前后的线路两侧电压值计算电压值变化量,以及根据采集的所述线路发生故障前后的线路两侧电流值计算电流值变化量,其计算公式为:
9.根据权利要求7所述的***,其特征在于,所述第三计算单元根据线路故障后补偿点至线路M侧的距离xi,线路两侧电压相量值和电流相量值,M侧架空线长度L1和N侧架空线长度L3、电缆的长度L2,架空线波阻抗ZcT和传播系数γT,以及电缆波阻抗ZcC和电流传播系数γC计算补偿点电压和其计算公式为:
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