本發(fā)明涉及電氣
技術領域：
，具體涉及含串聯(lián)補償?shù)耐瑮U并架雙回線非同步故障測距方法。
背景技術：
：裝設串聯(lián)電容補償裝置(串補)的超高壓及特高壓線路輸電距離長，且常與大型發(fā)電廠和負荷中心連接，故障若不能及時修復可能導致嚴重損失；串補電容器普遍采用具有非線性伏安特性的金屬氧化物可變電阻(metaloxidevaristor，MOV)進行過電壓保護，由于非線性MOV的存在，使得常規(guī)的故障測距方法不再適用于雙回線串補系統(tǒng)。因此迫切需要對帶串補同桿并架雙回線繼電保護與故障測距的適應性展開研究。隨著電力通信技術的發(fā)展，利用兩端信息測距的算法有所發(fā)展，這類測距算法主要有兩種，一種是利用本端電壓電流和對端電流工頻量，另一種是利用兩側電壓電流工頻量，其中對兩側采樣數(shù)據(jù)沒有同步要求的測距算法將更具應用前景。國內(nèi)外已有許多學者對串聯(lián)補償輸電線路的故障定位進行了研究，對雙回線鮮有研究。技術實現(xiàn)要素：為解決現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明公開了含串聯(lián)補償?shù)耐瑮U并架雙回線非同步故障測距方法，本發(fā)明所公開的算法適用于所有故障類型。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：含串聯(lián)補償?shù)耐瑮U并架雙回線非同步故障測距方法，包括以下步驟：建立帶串補雙回線分布參數(shù)模型，該模型包括M側母線及N側母線；按照故障點相對于串補的位置分為第一子算法及第二子算法，其中第一子算法對應于串補左側故障，第二子算法對應于串補右側故障；對每一個子算法采用六序分量法解耦，根據(jù)從兩側分別推得的故障點處電壓相等、串補裝置兩側電流滿足基爾霍夫電流定律的特點，消去傳輸方程中的近故障一側的串補電壓和串補兩側電流；利用故障處過渡電阻的純電阻性，構造出同桿并架雙回線含串補時的故障定位函數(shù)；雙端數(shù)據(jù)同時輸入第一子算法及第二子算法中進行計算，無需判別故障區(qū)間，直接實現(xiàn)故障精確定位。進一步的，利用六序分量法將雙回線的電流電壓分解為六序分量。進一步的，線路的相阻抗、導納矩陣經(jīng)過矩陣M變換為相應的六序阻抗、導納矩陣，具體變換關系如下：Zs=M-1ZMYs=M-1YM]]>其中，M為轉換矩陣，Z、Y分別是線路的相阻抗、導納矩陣，ZsYs為經(jīng)過矩陣M變換后六序阻抗、導納矩陣。進一步的，在構造出同桿并架雙回線含串補時的故障定位函數(shù)時，根據(jù)故障點處過渡電阻的純電阻性質(zhì)，將故障點處相電壓和相電流的關系，將故障點處相電壓、電流分別表示為六序分量形式，消去接地電阻，可得故障點處用六序電壓、電流分量表示的故障測距方程即故障定位函數(shù)。進一步的，故障點處用六序電壓、電流分量表示的故障測距方程f(x)為：f(x)=Im[U·fT0*I·fT0+U·fT1*I·fT1+U·fT2*I·fT2+U·fT0*I·fT0+U·fT1*I·fT1+U·fT2*I·fT2]=0]]>其中，為故障點處六序電壓量及對應的電流量，上標“*”表示復數(shù)取共軛。進一步的，故障點處用六序電壓、電流分量表示的故障測距方程即故障定位函數(shù)適用于同桿并架雙回線所有短路故障類型。進一步的，構造出同桿并架雙回線含串補時的故障定位函數(shù)之后還需要利用故障前數(shù)據(jù)計算雙端不同步角，利用串補元件兩側電流相等求解雙端不同步角，實現(xiàn)測距的同步化。進一步的，對于第一子算法，故障發(fā)生在M-SC1段，由M側電壓電流推得故障點f處的序電壓、電流，由N端電流可得SC2處序電流，根據(jù)基爾霍夫電流定律，串補左、右兩側電流相等，由SC1段處電流推得故障點f處右側各序電壓、電流，利用從兩側母線推算得到的f點電壓相等這一關系，消去中間量SC1處序電壓，最終得到故障點f處序電流。進一步的，將故障點f處序電流及故障點f處的序電壓帶入故障定位函數(shù)得到關于故障距離x的非線性方程，采用二分法在區(qū)間[0,lc]內(nèi)搜索即可得到測距結果。進一步的，對于第二子算法，故障發(fā)生在SC2-N端，將故障點f處注入電流及故障點f處的序電壓帶入故障定位函數(shù)得到關于故障距離x的非線性方程，解相應的x即為故障距離，該子算法搜索范圍為[lc,l]，l為線路長度，lc為串補安裝位置到M端的距離。在串聯(lián)補償線路故障測距中，由于非線性MOV的存在，串補兩端的電壓較難獲得，對電壓的估計會導致測距誤差。為解決此問題，本文提出了一種基于分布參數(shù)模型的串補雙回線故障定位算法。本發(fā)明的有益效果：(1)本發(fā)明采用六序分量法解耦，利用從兩側推得的故障點處故障電壓相等消去串補兩端電壓。(2)本發(fā)明在消去串補兩端電壓的基礎上，利用故障處過渡電阻的純阻性的特點，構造了適用于串補雙回線的故障定位函數(shù)。(3)本發(fā)明的上述法存在如下優(yōu)點：不依賴串補模型，不受MOV非線性特性的影響，從而避開了MOV導通后串補電容上電壓難以獲得的問題；無需判別故障類型，測距原理簡單；不存在偽根判別問題。(4)本發(fā)明可精確定位含串補雙回線線路全長范圍內(nèi)包括跨線故障在內(nèi)的所有類型故障，受故障位置、負荷電流和過渡電阻等因素的影響較小。附圖說明圖1帶串補雙回線示意圖；圖2同桿并架雙回線故障處短路模型圖；圖3(a)故障發(fā)生在串補左側時的序分量網(wǎng)絡圖；圖3(b)故障發(fā)生在串補右側時的序分量網(wǎng)絡圖；圖4(a1)子算法1距M端100km時故障定位函數(shù)特性曲線；圖4(a2)子算法2距M端100km時故障定位函數(shù)特性曲線；圖4(b1)子算法1距M端150km時故障定位函數(shù)特性曲線；圖4(b2)子算法2距M端150km時故障定位函數(shù)特性曲線；圖4(c1)子算法1距M端200km時故障定位函數(shù)特性曲線；圖4(c2)子算法2距M端200km時故障定位函數(shù)特性曲線；圖5故障測距誤差沿線變化規(guī)律。具體實施方式：下面結合附圖對本發(fā)明進行詳細說明：下面就申請所用到的帶串補雙回線分布參數(shù)模型及其相序變換做如下說明：同桿雙回線存在相間耦合和線間耦合，雙回線上安裝串聯(lián)補償設備時，線路仍可以采用六序分量法解耦?？紤]到串補線路一般較長，本文采用分布參數(shù)線路模型。圖1中，SC為串補裝置，金屬氧化物可變電阻MOV為其主保護；M、N為系統(tǒng)兩側母線，ZM、ZN分別為兩側系統(tǒng)阻抗；和分別為M、N兩側保護所測量到的電壓和Ⅰ、Ⅱ回線電流；l為線路長度。SC1處為M端的串補左側，SC2處為N端的串補右側。利用六序分量法將雙回線的電流電壓分解為六序分量，M為轉換矩陣，且M=1111111a2a1a2a1aa21aa2111-1-1-11a2a-1-a2-a1aa2-1-a-a2]]>其中，a＝ej120°。線路的相阻抗、導納矩陣經(jīng)過矩陣M變換為相應的六序阻抗、導納矩陣，具體變換關系如下：Zs=M-1ZMYs=M-1YM]]>其中，Z、Y分別是線路的相阻抗、導納矩陣，ZsYs為過矩陣M變換后六序阻抗、導納矩陣。本申請中的串聯(lián)補償雙回線故障測距基本原理具體如下：關于雙回線通用測距方程：圖2為雙回線短路故障的一般形式，R1A、R1B、R1C、R2A、R2B、R2C分別為故障點處六相過渡電阻，對于非故障相，電阻值為無窮大；RG為故障點處接地電阻，對于非接地故障，RG值為無窮大。設故障點距線路M端距離為x。故障點處相電壓和相電流的關系為Uf＝ZfIf(1)式(1)中，Uf、If均為x的函數(shù)。其中，Uf=[U·f1A,U·f1B,U·f1C,U·f2A,U·f2B,U·f2C]T;If=[I·f1A,I·f1B,I·f1C,I·f2A,I·f2B,I·f2C]T;]]>為故障點處六序相電壓及對應的電流。Zf為：R1A+RGRGRGRGRGRGRGR1B+RGRGRGRGRGRGRGR1C+RGRGRGRGRGRGRGR2A+RGRGRGRGRGRGRGR2B+RGRGRGRGRGRGRGR2C+RG.]]>根據(jù)故障點處過渡電阻的純電阻性質(zhì)，由式(1)可以推出：Im[(U·f1A-ΣIPG)*I·f1A+(U·f1B-ΣIPG)*I·f1B+(U·f1C-ΣIPG)*I·f1C+(U·f2A-ΣIPG)*I·f2A+(U·f2B-ΣIPG)*I·f2B+(U·f2C-ΣIPG)*I·f2C]=0---(2)]]>式中:上標“*”表示復數(shù)取共軛。將故障點處相電壓、電流分別表示為六序分量形式：式中：為故障點處六序電壓及對應的電流。將式(3)代入式(2)，消去接地電阻RG，可得故障點處用六序電壓、電流分量表示的故障測距方程f(x)為：f(x)=Im[U·fT0*I·fT0+U·fT1*I·fT1+U·fT2*I·fT2+U·fF0*I·fF0+U·fF1*I·fF1+U·fF2*I·fF2]=0---(4)]]>式(4)適用于同桿并架雙回線所有短路故障類型。關于計算雙端不同步角：利用故障前數(shù)據(jù)計算雙端不同步角，δ可以采用正序分量利用任一回線的雙端數(shù)據(jù)代入如下公式得到。I.SC1=I.m1ejδchγ1lc-U.m1ejδshγ1lc/Zc1---(5)]]>I.SC21=I.n1chγ1(l-lc)-U.n1shγ1(l-lc)/Zc1---(6)]]>分別為SC1和SC2處正序電流，為兩端正序電壓電流，γ1、Zc1為正序傳播系數(shù)與波阻抗。利用串補元件兩側電流相等求解雙端不同步角，實現(xiàn)測距的同步化。I.SC11=I.SC21---(7)]]>關于串聯(lián)補償雙回線故障測距算法：故障發(fā)生在串補兩側時，帶串補雙回線解耦后的序分量網(wǎng)絡如圖3(a)-圖3(b)所示。圖3(a)-圖3(b)中，SC1、SC2為串補兩側，f為短路故障點；l為線路長度，lc為串補安裝位置到M端的距離，x為故障點到M端的距離；為M、N兩端序電壓，為故障點處序電壓；為M、N兩端序電流，為故障點處序電流，為故障處兩側序電流，分別為串補左、右側序電流。(1)子算法1：假設故障發(fā)生在M端—串補SC1段電壓電流參考方向如圖3(a)所示。由M側電壓電流推得故障點f處的序電壓、電流如下：I·mfs=I·msejδchγsx-U·msejδshγsx/Zcs---(9)]]>式中，Zcs為序線路波阻抗，γs為序線路傳播系數(shù)，ZsYs為過矩陣M變換后六序阻抗、導納矩陣。由N端電流可得SC2處序電流為：I.SC2s=-U.nsshγs(l-lc)/Zcs+I.nschγs(l-lc)---(10)]]>根據(jù)基爾霍夫電流定律，串補左、右兩側滿足：I.SC1s=I.SC2s---(11)]]>由SC1推得f點處右側各序電壓、電流為U.nfs=U.SC1schγs(lc-x)+ZcsI.SC2sshγs(lc-x)---(12)]]>I.nfs=U.SC1sshγs(x-lc)/Zcs+I.SC2schγs(lc-x)---(13)]]>式中：為f點各序基頻電壓和由串補流向f點的右側電流。利用從兩側母線推算得到的f點電壓相等這一關系，即將式(5)和式(9)聯(lián)立可得的表達式：U.SC1s=U.msejδchγsx+I.SC1sZcschγs(lc-x)-I.msejδZcsshγsxchγs(lc-x)---(14)]]>將式(11)、(14)帶入式(13)中，消去中間量得到只含M、N雙端量的將和式(9)繼續(xù)代入式(15)，得到f處序電流：I·fFs=I·mfFs+I·nfFs---(15)]]>通用故障測距方程為式(4)，在兩側保護處電流和線路參數(shù)已知的情況下，僅為故障距離x的函數(shù)，該方程的解即為故障點。其中故障點處序電壓按式(8)選用故障點處序電流表達式為式(15)，將式(8)、(15)代入式(4)中，得到關于故障距離x的非線性方程，采用二分法在區(qū)間[0,lc]內(nèi)搜索即可得到測距結果。(2)子算法2：假設故障發(fā)生在串補SC2—N端電壓電流參考方向如圖3(b)所示。其中，f點處序電壓及f點右側序電流基于N端量由傳輸方程求得：U·nfs=U·nschγs(l-x)-ZcsI·nsshγs(l-x)---(16)]]>I·nfs=-U·nsshγs(l-x)/Zcs+I·nschγs(l-x)---(17)]]>f點左側序電流為I.mfs=-U.SC2sshγs(x-lc)/Zcs+I.SC2schγs(x-lc)---(18)]]>式(18)中的串補右側電壓量采用與子算法1相同方法獲得：U.SC2s=I.SC2sZcsshγs(x-lc)-I.nsZcsshγs(l-x)+U.nschγs(l-x)chγs(lc-x)I.SC2s=I.CS1s]]>其中，f點處序電流由式(17)和(18)聯(lián)合表示為I·fs=I·mfs+I·nfs---(19)]]>測距方程(4)中f點處序電壓按式(16)選用故障點注入電流由式(19)求得。解相應的x即為故障距離，該子算法搜索范圍為[lc,l]。本文算法表明：串補左側故障時，子算法1有唯一解，而子算法2無解；串補右側故障時子算法1無解，子算法2有唯一解；在串補安裝處故障時，采用任一子算法均可得正確解。故將雙端數(shù)據(jù)同時輸入子算法1和子算法2中進行計算時，無需判別故障區(qū)間，可以直接實現(xiàn)故障精確定位，且所得故障距離并不存在判別偽根的問題。為了更好的證明本申請所能達到的效果，本申請做以下仿真驗證：本申請中首先驗證了故障測距算法無需判別偽根的結論，然后給出了不同故障位置、過渡電阻、負荷電流下的仿真結果。兩部分均采用PSCAD搭建如圖1所示的串聯(lián)補償雙回線分布參數(shù)模型。圖1雙端電源系統(tǒng)電壓等級為500kV，線路長度為300km；串補位于線路中點150km處，補償度為40％[11]，串補電容為C＝98μF；兩端電源相角差δ＝10°，M、N側電源幅值分別為1.05倍標幺值和標幺值。M、N兩側系統(tǒng)參數(shù)為：ZM1＝ZM2＝j63.0Ω，ZM0＝j70.0Ω；ZN1＝ZN2＝j40.0Ω，ZN0＝j60.0Ω。單回線正(負)序參數(shù)為：R1＝0.0347Ω/km；L1＝1.2813mH/km；C1＝0.009121μF/km。單回線零序參數(shù)為：R0＝0.2983Ω/km；L0＝3.7757mH/km；C0＝0.006610μF/km。雙回線零序互阻抗參數(shù)為：Z0m＝0.2636Ω/km；L0m＝2.4944mH/km；C0m＝0.002512μF/km。算法驗證設置Ⅰ回線距M端100、150、200km發(fā)生各種單線故障，分別對應串補左側、串補處、串補右側故障，圖4(a1)-圖4(c2)描繪了子算法1和子算法2在不同情況下的故障定位函數(shù)特性曲線。其中,圖4(a1)子算法1距M端100km時故障定位函數(shù)特性曲線；圖4(a2)子算法2距M端100km時故障定位函數(shù)特性曲線；圖4(b1)子算法1距M端150km時故障定位函數(shù)特性曲線；圖4(b2)子算法2距M端150km時故障定位函數(shù)特性曲線；圖4(c1)子算法1距M端200km時故障定位函數(shù)特性曲線；圖4(c2)子算法2距M端200km時故障定位函數(shù)特性曲線。以串補左側故障為例，子算法2的故障定位函數(shù)在搜索范圍內(nèi)一直為負，而子算法1有唯一零點，如圖4(a1)、圖4(b1)及圖4(c1)所示。本文算法表明：串補左側故障時，子算法1有唯一解，而子算法2無解；串補右側故障時子算法1無解，子算法2有唯一解；在串補安裝處故障時，采用任一子算法均可得正確解。故將雙端數(shù)據(jù)同時輸入子算法1和子算法2中進行計算時，無需判別故障區(qū)間，可以直接實現(xiàn)故障精確定位，且所得故障距離并不存在判別偽根的問題。仿真計算：表1所示為含串補雙回線沿線發(fā)生不同故障時的測距結果，其中IAG故障指雙回線中Ⅰ回線A相經(jīng)過渡電阻接地。其中，相對測距誤差的計算式為表1不同故障類型測距結果表1表明本文算法適用于雙回線所有故障類型，且精度較高。表2給出了過渡電阻和故障位置對IAG故障測距結果的影響情況，測距誤差均不超過0.4％。其中，過渡電阻為50Ω時，誤差沿線變化規(guī)律如圖5所示。表2故障電阻和故障位置對IAG故障測距結果的影響本申請所提出的算法實質(zhì)上為以串補安裝位置為分界點的分段算法，且每段算法采用雙端量。故在子算法中，故障發(fā)生在線路一端和串補安裝處時，誤差較小，而發(fā)生在每段中間附近時，誤差較大，沿線誤差曲線整體呈“駝峰”狀。表3給出了過渡電阻為50Ω時負荷電流和故障位置對IABC故障測距結果的影響情況。對表1-3的仿真結果分析可見，本申請方法不受故障位置、負荷電流和故障電阻等因素的影響，測距精度高，可靠性好。表3故障位置和負荷電流對IABC故障測距結果的影響本申請的該方法適用于所有故障類型，無需同步采樣，不依賴串補裝置的模型，不受MOV非線性的影響，無需預知故障點相對于串補的位置，測距原理簡單，只需對故障距離進行一維搜索，不存在偽根判別問題。理論上不受故障類型、負荷電流和過渡電阻的影響。仿真結果表明，故障定位精度較高。上述雖然結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。當前第1頁1 2 3