專利名稱：直流輸電線路故障電壓行波紅綠雙色表示的故障測距方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流輸電線路故障電壓行波紅綠雙色表示的故障測距方法，屬電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
故障測距[1-8] —直以來受到電力工作者的高度關(guān)注，準(zhǔn)確的故障測距可以極大 的縮短巡線時間，加快恢復(fù)供電，對電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟運行具有非常重要的意義。行 波故障測距是根據(jù)行波傳輸理論實現(xiàn)的故障測距方法當(dāng)輸電線路發(fā)生故障時，會產(chǎn)生沿 線傳播的故障行波，在波阻抗不連續(xù)點發(fā)生折、反射，利用故障行波的傳輸時間計算故障距 離。行波法可以分為單端法和雙端法兩種。雙端法需要線路兩端精確對時及信息傳輸通道， 裝置的成本較單端法高。單端法是利用線路一端測量到的故障暫態(tài)行波在故障點與本端或 者對端母線之間往返一次的傳播時間計算故障點到本端或者對端母線間的距離?，F(xiàn)有的行 波單端法故障測距基本上是利用小波分析[7]或是數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)[8]來實現(xiàn)的，故障行波傳 到直流線路的邊界處，反射波在幾個微妙后，極性反轉(zhuǎn)，從而使反射波的識別帶來困難；在 高阻接地故障下，第二個波頭易受噪聲干擾。參考文獻[1]岡薩雷斯.數(shù)字圖像處理[M].北京，電子工業(yè)出版社，2007.[2]束洪春，司大軍，基于多算法的輸電線路故障測距系統(tǒng)[J].電網(wǎng)技術(shù)， 2004，28(7) :49-52，57·[3]許丙垠，李京，陳平，等.現(xiàn)代行波測距技術(shù)及其應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動化， 2001,25(12) 62-65.[4]Fernando H, Magnago, Ali Abur. Fault Location Using Wavelets[J]. IEEE Transactions onPower Del ivery. Vol. 13, No. 4, October 1998.[5]董新洲，葛耀中，許丙垠.利用暫態(tài)電流行波的輸電線路故障測距研究[J].中 國電機工程學(xué)報，1999，19 (4) =76-80.[6]Cansin Y. Evrenosoglu, Ali Abur, Ergun Akleman, Ozan O.Ozener. Bewley DiagramsRevisited via Visualization[J]. IEEE Transactions on Power Systems. Vol. 24，No. 3，August2009.[7]趙妍卉，王少榮.基于小波模極大值理論的HVDC輸電線路行波故障定位方法 的研究[J].繼電器，2007，35(1) 13-17.[8]李學(xué)鵬，全玉生，黃徐，馬彥偉，楊俊偉.數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)用于高壓直流輸電線路行 波保護的探討[J].繼電器，2006，34(5) 5-9.
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種直流輸電線路故障電壓行波紅綠雙色表示的故障測距方法，當(dāng)直流輸電線路發(fā)生故障時，將雙極電壓行波分別映射到紅(R)、綠(G)兩個顏色通 道，在雙極電壓行波的色彩模式圖下實現(xiàn)故障測距。本發(fā)明將直流輸電線路雙極故障電壓行波分別映射到紅(R)通道和綠(G)通道， 形成極電壓行波的色彩模式圖，通過圖像處理的手段，提取色彩模式圖中的故障信息，實現(xiàn) 單端故障測距。本發(fā)明的技術(shù)方案為1)當(dāng)直流線路任一極電壓突變量|u(n+l)-u(n) -1 u (η )-u (n-1) |大于整定值時， 采樣頻率為IMHz的高速數(shù)據(jù)采集與錄波裝置啟動，并記錄故障后3ms的整流側(cè)正極和負極 電壓行波波形，其中η為第η個采樣點，u(n)為兩極中任一極第η個采樣點的電壓采樣值。2)將整流側(cè)正極電壓行波Udri和負極電壓行波Udrt分別按式(1)作歸一化 r ι ττ - ^ -min(^)<formula>formula see original document page 4</formula>
式中x取1或2，分別對應(yīng)正極和負極，Hiin(Uta)為取Uta的最小值運算，max (Uta) 為取Udn的最大值運算，得到歸一化后的正極電壓行波Udrl和負極電壓行波Udr2 ；3)將Udrl和Udr2按式⑵分別映射到紅(R)和綠(G)兩個顏色通道f =Udrx2 - [O, 255]2 (2)式中f表示函數(shù)對應(yīng)關(guān)系，χ的意義同式(1)，Uta2為包含正極電壓行波Udri和負 極電壓行波Udri的二維空間，W，255]2為紅(R)綠(G)顏色空間，得到雙極電壓行波的色彩 模式圖。4)雙極電壓行波的色彩模式圖中的顏色突變處對應(yīng)故障行波到達保護處的時間。 同樣色度的紅色和綠色疊加將得到黃色，如圖1所示，圖中45°線即為黃色線。本發(fā)明中產(chǎn) 生色彩的方式為加色法，當(dāng)選取黃色為基準(zhǔn)時，即R色度-G色度=O為基準(zhǔn)，若顏色在黃色 的基礎(chǔ)上向紅色突變則對應(yīng)在圖1中的區(qū)域1，此時R色度-G色度> O ；若顏色在黃色的基 礎(chǔ)上向綠色突變則對應(yīng)圖1中的區(qū)域2，此時R色度-G色度<0。由此可見，選取黃色基準(zhǔn) 后的電壓色彩模式圖與極電壓的線模分量本質(zhì)上是相同的，紅色突變即對應(yīng)極電壓行波線 模分量的正極性浪涌，綠色突變即對應(yīng)極電壓行波線模分量的負極性浪涌。這樣，故障行波 模量上的結(jié)論就可以直接應(yīng)用在雙極電壓行波的色彩模式圖中?？紤]到直流線路兩端的邊界情況，由于邊界上的平波電抗器的電感值較大，高頻 暫態(tài)行波在邊界處的折射系數(shù)接近于零，這使得利用整流側(cè)直流線路極電壓行波測距時， 不會受到交流線路行波的影響；同時由于平波電抗器的存在，對于直流線路故障高頻行波 相當(dāng)于開路，這就使得直流線路兩端邊界的電壓行波反射系數(shù)接近1，故進行單端測距時， 其故障點反射波和對端母線反射波就可以通過它們的極性來區(qū)分。以圖2的網(wǎng)格圖來說 明電壓故障初始行波uF向直流輸電線路的兩端傳播，在整流側(cè)直流線路的保護處，故障點 反射波為，對端母線反射波為αρβΝ%，βΜ、βΝ* β F分別為邊界Μ、邊界N和故障 點F處的反射系數(shù)，CIf*故障點F的折射系數(shù)，在直流輸電系統(tǒng)中，β Μ和βΝ接近于1，CIf 為正，β F—般在負，所以故障點反射波β 和初始電壓行波uF反極性；對端邊界反射 波和初始電壓行波％同極性。反應(yīng)在雙極電壓行波的色彩模式圖上，故障點反射 波和初始電壓行波的突變顏色不同，即初始電壓行波為紅色突變則故障點反射波為綠色突 變，初始電壓行波為綠色突變則故障點反射波為紅色突變；對端邊界反射波和初始電壓行波的突變顏色相同，即對端邊界反射波和初始電壓行波同為紅色突變或同為綠色突變。準(zhǔn) 確提取雙極電壓行波的色彩模式圖中第一處顏色突變所對應(yīng)的時刻ti和第二處顏色突變 所對應(yīng)時刻t2，得到At = t2_tlt)若前兩處的顏色突變不同，即第一處為紅色突變，第二處 為綠色突變，或第一處為綠色突變，第二處為紅色突變，則第二處突變對應(yīng)故障點反射波， 利用公式(3)計算出故障距離χ r nvAt<formula>formula see original document page 5</formula>(3)式中ν是線模上的波速度，其值由直流線路參數(shù)決定，可采用數(shù)字仿真測量法算 出0時刻在300km的線路首端注入電壓，在線路末端設(shè)立觀測點，精確記錄電流行波到達
觀測點的時刻t，利用公式ν=，，即可得出V。若前兩處的顏色突變相同，即都為紅色突變
或綠色突變，則第二處突變對應(yīng)對端邊界反射波，利用公式(4)計算出故障距離 r vAtX = L----(4)式中L為故障線路長度，其它各物理量意義同前。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點1)直接利用整流側(cè)直流線路保護處的雙極電壓行波進行單端測距，不需要構(gòu)造電 壓行波線模分量；2)利用雙極的故障電壓行波分別映射到紅(R)通道和綠(G)通道，形成故障電壓 行波的色彩模式圖，通過圖像處理的手段，提取色彩模式圖中的故障信息，使得測距更加直 觀，簡單。
圖1為RG色彩疊加原理圖；圖2為行波網(wǎng)格圖；圖中M和N為邊界M和邊界N，F(xiàn)為故障點，uF為初始故障行 波，為故障點反射波，為對端邊界反射波，βΜ、^和β F分別為邊界Μ、邊 界N和故障點F處的反射系數(shù)，α F為故障點F的折射系數(shù)；圖3為直流系統(tǒng)圖；圖4為故障電壓行波圖；圖5為本發(fā)明的故障電壓行波的紅綠色彩模式圖。
具體實施例方式以圖3的士500kV雙極直流系統(tǒng)為例，在長為L = 500km的直流線路首端離保護 安裝處150km處發(fā)生正極接地故障，接地電阻為5 Ω，仿真采樣頻率為1MHz。具體實施步驟 如下1)當(dāng)直流線路任一極電壓突變量|u(n+l)-u(n) -1 u (η)-u (n-1) |大于整定值時， 其中η為第η個采樣點，u(η)為兩極中任一極第η個采樣點的電壓采樣值，采樣頻率為 IMHz的高速數(shù)據(jù)采集與錄波裝置啟動，并記錄故障后3ms的整流側(cè)正極和負極電壓行波波 形圖，如圖4所示；2)將整流側(cè)正極電壓行波Udri和負極電壓行波Udrt分別按式<formula>formula see original document page 6</formula>作歸一化，得到歸一化后的正極電壓行波Udrl和負極電壓行波Udr2 ；3)將 Udrl 和 Udr2 按式f =Udrx2 -
2 (2)分別映射到紅(R)和綠(G)兩個顏色通道，得到雙極電壓行波的色彩模式圖，為便 于觀察，將其分辨率改為256 · 3000，如圖5所示；4)利用圖像處理軟件(例如Photoshop)的邊緣檢測功能準(zhǔn)確提取雙極電壓行波
的色彩模式圖中前兩處顏色突變處所對應(yīng)的時刻，作差得到At = 0.001008s，若前兩處的
顏色突變不同，利用公式 vAt<formula>formula see original document page 6</formula>計算出故障距離χ ；若前兩處的顏色突變相同，則利用計算出故障距離χ ；根據(jù)圖3的直流線路參數(shù)，利用數(shù)字仿真測量法算出線模的波 速度ν為2. 979146X 105km/s，故本例故障距離
<formula>formula see original document page 6</formula>
權(quán)利要求
一種直流輸電線路故障電壓行波紅綠雙色表示的故障測距方法，其特征在于該方法通過以下步驟完成1)當(dāng)直流線路任一極電壓突變量|u(n+1)-u(n)|-|u(n)-u(n-1)|大于整定值時，采樣頻率為1MHz的高速數(shù)據(jù)采集與錄波裝置啟動，并記錄故障后3ms的整流側(cè)正極和負極電壓行波波形，其中n為第n個采樣點，u(n)為兩極中任一極第n個采樣點的電壓采樣值；2)將整流側(cè)正極電壓行波udr1和負極電壓行波udr2分別按式(1)作歸一化 <mrow><msub> <mi>U</mi> <mi>drx</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>u</mi> <mi>drx</mi></msub><mo>-</mo><mi>min</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>u</mi><mi>drx</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><mi>max</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>u</mi><mi>drx</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>min</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>u</mi><mi>drx</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式中x取1或2，分別對應(yīng)正極和負極，min(udrx)為取udrx的最小值運算，max(udrx)為取udrx的最大值運算，得到歸一化后的正極電壓行波Udr1和負極電壓行波Udr2；3)將Udr1和Udr2按式(2)分別映射到紅(R)和綠(G)兩個顏色通道fUdrx2→
2(2)式中f表示函數(shù)對應(yīng)關(guān)系，x的意義同式(1)，Udrx2為包含正極電壓行波Udr1和負極電壓行波Udr1的二維空間，
2為紅(R)綠(G)顏色空間，得到雙極電壓行波的色彩模式圖；4)準(zhǔn)確提取雙極電壓行波的色彩模式圖中第一處顏色突變所對應(yīng)的時刻t1和第二處顏色突變所對應(yīng)的時刻t2，Δt＝t2-t1，若前兩處的顏色突變不同，即第一處為紅色突變，第二處為綠色突變，或第一處為綠色突變，第二次為紅色突變，則第二處突變對應(yīng)故障點反射波，利用公式(3)計算出故障距離x <mrow><mi>x</mi><mo>=</mo><mfrac> <mi>vΔt</mi> <mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式中v是線模上的波速度，其值由直流線路參數(shù)決定；若前兩處的顏色突變相同，即都為紅色突變或綠色突變，則第二處突變對應(yīng)對端邊界反射波，利用公式(4)計算出故障距離 <mrow><mi>x</mi><mo>=</mo><mi>L</mi><mo>-</mo><mfrac> <mi>vΔt</mi> <mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式中L為故障線路長度，其它各物理量意義同前。
全文摘要
本發(fā)明涉及直流輸電線路故障電壓行波紅綠雙色表示的故障測距方法。本方法是當(dāng)直流輸電線路發(fā)生故障時，將整流側(cè)直流線路保護處的雙極電壓行波分別映射到紅(R)通道和綠(G)通道，形成雙極電壓行波的色彩模式圖，選取色彩模式圖中前兩個顏色突變處，若前兩處的突變顏色不同，則第二處突變對應(yīng)故障點反射波；若前兩處突變顏色相同，則第二處突變對應(yīng)對端邊界反射波，利用圖像處理軟件準(zhǔn)確提取突變處所對應(yīng)的時間，代入單端測距公式，實現(xiàn)單端測距。在保證故障測距準(zhǔn)確性的同時，使得測距更加直觀。
文檔編號G01R31/08GK101825676SQ20101015648
公開日2010年9月8日 申請日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者張敏, 彭仕欣, 束洪春 申請人:昆明理工大學(xué)