本發(fā)明涉及一種適用于半波長輸電線路的距離保護(hù)系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，半波長輸電技術(shù)作為一種高效的遠(yuǎn)距離洲際輸電方式，具有良好的應(yīng)用前景，同時(shí)在我國“西電東送，南北互供，全國聯(lián)網(wǎng)”的電力發(fā)展戰(zhàn)略中，遠(yuǎn)距離、大容量的輸電方式不可避免。例如，一些西部的火電/水電能源基地到沿海負(fù)荷中心距離大約為3000公里，輸電距離恰好接近工頻半波長范圍，因此可以考慮將半波長輸電技術(shù)作為這些大容量電力送出的方案。

特高壓半波長輸電線路輸電距離遠(yuǎn)，電氣特征與現(xiàn)有特高壓線路存在較大差異，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)原理無法滿足半波輸電線路要求。當(dāng)傳統(tǒng)的距離保護(hù)應(yīng)用于半波長輸電線路時(shí)，會(huì)存在線路中段測(cè)量阻抗極大而導(dǎo)致保護(hù)拒動(dòng)，以及線路遠(yuǎn)端區(qū)外故障時(shí)測(cè)量阻抗接近于始端故障并導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的問題。因此，研究適用于半波長線路的距離保護(hù)原理，對(duì)提升半波長輸電線路繼電保護(hù)理論研究水平，以及提升半波長輸電系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種適用于半波長輸電線路的距離保護(hù)系統(tǒng)及其控制方法，用以解決傳統(tǒng)的距離保護(hù)方式無法有效對(duì)長距離輸電線路進(jìn)行繼電保護(hù)的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括一種適用于半波長輸電線路的距離保護(hù)系統(tǒng)，包括綜合距離保護(hù)單元，以及設(shè)置在輸電線路上的分段點(diǎn)處的分段保護(hù)單元，輸電線路上設(shè)置有至少兩個(gè)分段點(diǎn)，所述分段點(diǎn)保護(hù)單元與所述分段點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，所述分段保護(hù)單元用于接收輸電線路上對(duì)應(yīng)分段點(diǎn)的電氣量信息和時(shí)間信息，并計(jì)算對(duì)應(yīng)分段點(diǎn)處的測(cè)量阻抗信息，所有的分段保護(hù)單元輸出連接所述綜合距離保護(hù)單元，所述綜合距離保護(hù)單元用于根據(jù)接收到的分段保護(hù)單元發(fā)送的相關(guān)信息進(jìn)行分析和判斷，并輸出相應(yīng)的信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)輸電線路的保護(hù)。

所述距離保護(hù)系統(tǒng)中的綜合距離保護(hù)單元的個(gè)數(shù)是兩個(gè)，用于分別設(shè)置在輸電線路的始端和末端，所有的分段保護(hù)單元分別輸出連接這兩個(gè)綜合距離保護(hù)單元，且這兩個(gè)綜合距離保護(hù)單元冗余設(shè)置。

所述距離保護(hù)系統(tǒng)還包括用于設(shè)置在輸電線路始端的始端保護(hù)單元和用于設(shè)置在輸電線路末端的末端保護(hù)單元，所述始端保護(hù)單元用于接收輸電線路始端處的電氣量信息和時(shí)間信息，以及計(jì)算始端處的測(cè)量阻抗信息，所述末端保護(hù)單元用于接收輸電線路末端處的電氣量信息和時(shí)間信息，以及計(jì)算末端處的測(cè)量阻抗信息，所述始端保護(hù)單元和末端保護(hù)單元輸出連接所述綜合距離保護(hù)單元。

所述距離保護(hù)系統(tǒng)還包括接口單元，分段保護(hù)單元通過對(duì)應(yīng)的接口單元輸出連接所述綜合距離保護(hù)單元。

所述距離保護(hù)系統(tǒng)還包括光纖通信網(wǎng)絡(luò)單元，所有的分段保護(hù)單元和綜合距離保護(hù)單元均連接所述光纖通信網(wǎng)絡(luò)單元，實(shí)現(xiàn)分段保護(hù)單元與綜合距離保護(hù)單元之間的通信。

一種專用于上述適用于半波長輸電線路的距離保護(hù)系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

(1)分段保護(hù)單元接收輸電線路上對(duì)應(yīng)分段點(diǎn)的電氣量信息，然后計(jì)算對(duì)應(yīng)分段點(diǎn)的測(cè)量阻抗信息，并將測(cè)量阻抗信息輸出給綜合距離保護(hù)單元；

(2)綜合距離保護(hù)單元比較所有分段保護(hù)單元輸出的測(cè)量阻抗的模值的大??；

(3)綜合距離保護(hù)單元找到最小的測(cè)量阻抗模值，該最小的測(cè)量阻抗模值對(duì)應(yīng)的分段點(diǎn)作為疑似故障中心，確定與該分段點(diǎn)相鄰的兩個(gè)分段點(diǎn)，然后認(rèn)定這兩個(gè)分段點(diǎn)之間的區(qū)間為故障區(qū)間；

(4)根據(jù)得到的三個(gè)分段點(diǎn)對(duì)應(yīng)的分段保護(hù)單元中計(jì)算出的對(duì)應(yīng)分段點(diǎn)的測(cè)量阻抗的方向來確定故障位于疑似故障中心與哪一個(gè)相鄰的分段點(diǎn)之間的區(qū)間內(nèi)；

(5)計(jì)算疑似故障中心與故障發(fā)生位置之間的距離，以完成故障點(diǎn)的定位，并控制繼電器進(jìn)行跳閘操作。

所述步驟(2)和步驟(3)之間還包括以下步驟：綜合距離保護(hù)單元在比較所有分段保護(hù)單元輸出的測(cè)量阻抗的模值的大小時(shí)，如果其中有至少一個(gè)阻抗模值小于預(yù)設(shè)的阻抗整定值，則啟動(dòng)步驟(3)。

所述步驟(1)之后、且在步驟(5)之前還有以下步驟：綜合距離保護(hù)單元比較各個(gè)分段保護(hù)單元、始端保護(hù)單元和末端保護(hù)單元在上送阻抗信息時(shí)測(cè)量阻抗模值變化的時(shí)刻，當(dāng)各個(gè)分段保護(hù)單元中有至少一個(gè)分段保護(hù)單元對(duì)應(yīng)的測(cè)量阻抗模值變化的時(shí)刻早于始端保護(hù)單元和末端保護(hù)單元對(duì)應(yīng)的測(cè)量阻抗模值變化的時(shí)刻，那么，故障發(fā)生在輸電線路始末兩端之間，然后繼續(xù)所述控制方法，否則，退出所述控制方法。

實(shí)現(xiàn)所述計(jì)算疑似故障中心與故障發(fā)生位置之間的距離的手段是：根據(jù)基于分布式線路參數(shù)模型的故障測(cè)距算法計(jì)算疑似故障中心到故障發(fā)生位置的距離。

當(dāng)綜合距離保護(hù)單元有兩個(gè)時(shí)，若至少一個(gè)綜合距離保護(hù)單元判定有故障，則控制繼電器進(jìn)行跳閘操作。

本發(fā)明提供的距離保護(hù)系統(tǒng)及其控制方法適用于長距離的輸電系統(tǒng)的繼電保護(hù)，該保護(hù)系統(tǒng)包括綜合距離保護(hù)單元，并且在輸電線路上設(shè)置有若干個(gè)分段點(diǎn)，每個(gè)分段點(diǎn)處設(shè)置有一個(gè)分段保護(hù)單元，分段保護(hù)單元采集對(duì)應(yīng)分段點(diǎn)處的電氣量信息并計(jì)算相應(yīng)的阻抗信息，所有的分段保護(hù)單元輸出連接綜合距離保護(hù)單元，將采集到的或者計(jì)算得到的數(shù)據(jù)信息輸出給綜合距離保護(hù)單元，綜合距離保護(hù)單元根據(jù)接收到的分段保護(hù)單元發(fā)送的相關(guān)信息進(jìn)行分析和判斷，并輸出相應(yīng)的信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)輸電線路的保護(hù)。該保護(hù)系統(tǒng)將長距離的輸電線路化整為零，利用分段保護(hù)單元來檢測(cè)其中一段距離的線路信息，借此實(shí)現(xiàn)對(duì)所有分段線路的檢測(cè)，進(jìn)而對(duì)整個(gè)輸電線路進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，所以，利用該系統(tǒng)進(jìn)行繼電保護(hù)能夠避免因線路中段測(cè)量阻抗極大而導(dǎo)致保護(hù)拒動(dòng)，以及因線路遠(yuǎn)端區(qū)外故障時(shí)測(cè)量阻抗接近于始端故障并導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的問題。因此，該保護(hù)系統(tǒng)能夠極大提升半波長輸電系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，保證輸電線路的可靠安全運(yùn)行。

而且，綜合距離保護(hù)單元根比較所有分段保護(hù)單元輸出的阻抗的模值的大?。黄渲凶钚〉淖杩鼓Ｖ祵?duì)應(yīng)的分段點(diǎn)作為疑似故障中心，并認(rèn)定與該分段點(diǎn)相鄰的兩個(gè)分段點(diǎn)之間的區(qū)間為故障區(qū)間；然后根據(jù)得到的三個(gè)分段點(diǎn)對(duì)應(yīng)的分段保護(hù)單元中計(jì)算出的對(duì)應(yīng)分段點(diǎn)的阻抗的方向來確定故障位于疑似故障中心與哪一個(gè)相鄰的分段點(diǎn)之間的區(qū)間內(nèi)；最后計(jì)算疑似故障中心與故障發(fā)生位置之間的距離，以完成故障點(diǎn)的定位，并控制繼電器進(jìn)行跳閘操作。所以，該控制方法能夠不但能夠?qū)崿F(xiàn)在故障發(fā)生時(shí)及時(shí)進(jìn)行跳閘操作，提升半波長輸電系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，保證輸電線路的可靠安全運(yùn)行；而且，還能夠在長距離輸電線路中準(zhǔn)確地確定故障點(diǎn)的位置，方便后續(xù)的線路維修，保證了維修的工作效率。

附圖說明

圖1是距離保護(hù)系統(tǒng)在輸電線路上的布置示意圖；

圖2是距離保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是距離保護(hù)系統(tǒng)的繼電保護(hù)流程示意圖；

圖4是疑似故障中心與相鄰分段點(diǎn)之間的位置關(guān)系示意圖；

圖5是距離保護(hù)系統(tǒng)的系統(tǒng)功能框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

本發(fā)明提供的距離保護(hù)系統(tǒng)適用于長距離的輸電線路，比如一些西部的火電/水電能源基地到沿海負(fù)荷中心距離大約為3000公里的輸電線路。該距離保護(hù)系統(tǒng)包括綜合距離保護(hù)單元和分段保護(hù)單元。這兩種保護(hù)單元均為控制設(shè)備，比如控制芯片(單片機(jī)等)，或者工控機(jī)等設(shè)備，利用內(nèi)部設(shè)置的控制策略來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。

其中，綜合距離保護(hù)單元是距離保護(hù)系統(tǒng)的核心功能單元。為了更好對(duì)半波長輸電線路全長起保護(hù)作用，需要進(jìn)行雙重化配置，即在半波長輸電線路上設(shè)置兩個(gè)綜合距離保護(hù)單元，這兩個(gè)保護(hù)單元冗余設(shè)置，進(jìn)一步地，可以將這兩個(gè)綜合距離保護(hù)單元分別設(shè)置安裝在輸電線路的始端及末端變電站處，如圖1所示。這兩個(gè)綜合距離保護(hù)單元中只要有一個(gè)判定有故障，那就進(jìn)行相應(yīng)的繼電保護(hù)動(dòng)作。

當(dāng)然，作為其他的實(shí)施例，綜合距離保護(hù)單元冗余個(gè)數(shù)還可以設(shè)置更多個(gè)，或者如果不需要冗余設(shè)置，那么，該距離保護(hù)系統(tǒng)中還可以只設(shè)置1個(gè)綜合距離保護(hù)單元。

分段保護(hù)單元是保護(hù)系統(tǒng)的重要功能單元。在工程實(shí)施中，將根據(jù)實(shí)際需要，把半波長輸電線路劃分為多條線段，并且可以根據(jù)需要進(jìn)行均分或者不均分，當(dāng)不均分時(shí)，線段之間的長度不相同；均分時(shí)，各個(gè)線段的長度相同，但是，不管是否均分，對(duì)應(yīng)的控制策略是相同的。在本實(shí)施例中，以均分為例，如圖1所示。并且，線段的長度也是根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行確定的，如果線段長度較短，那么，控制更加精確，但是，所需的分段保護(hù)單元以及電氣量信息采集設(shè)備就會(huì)增多，投入成本增加；如果線段長度較長，那么，控制精確程度下降，但是，所需的分段保護(hù)單元以及電氣量信息采集設(shè)備就會(huì)降低，投入成本降低。在本實(shí)施例中，為保障故障定位精度，線段的長度可設(shè)置為100km-300km不等。

每兩個(gè)相鄰的線段之間的連接點(diǎn)為分段點(diǎn)，也就是說，利用分段點(diǎn)將輸電線路分為若干份，在每個(gè)分段點(diǎn)處設(shè)置分段保護(hù)單元，每個(gè)分段點(diǎn)處均設(shè)置有不同類型的傳感器諸如CT/PT、光混合傳感器、電子式傳感器等，用于采集相應(yīng)分段點(diǎn)的電氣量信息，并將采集到的電氣量信息輸出給對(duì)應(yīng)的分段保護(hù)單元。分段保護(hù)單元根據(jù)接收到的電氣量信息，比如：電流和電壓等信息能夠計(jì)算出對(duì)應(yīng)分段點(diǎn)處的阻抗信息，比如阻抗的模值及方向等。

而且，在本實(shí)施例中，為了對(duì)輸電線路始端和末端處的電氣進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)行后續(xù)的控制，該距離保護(hù)系統(tǒng)還包括始端保護(hù)單元和末端保護(hù)單元，其中，始端保護(hù)單元設(shè)置在輸電線路始端、且能夠根據(jù)始端處的電氣量信息計(jì)算始端位置的阻抗信息，末端保護(hù)單元設(shè)置在輸電線路末端、且能夠根據(jù)末端處的電氣量信息計(jì)算末端位置的阻抗信息，所以，始端保護(hù)單元和末端保護(hù)單元與上述分段保護(hù)單元的功能相同，可以采用同樣的設(shè)備，也可以說，始端保護(hù)單元、末端保護(hù)單元和分段保護(hù)單元是相同的設(shè)備。

所有的分段保護(hù)單元，以及始端保護(hù)單元和末端保護(hù)單元均輸出連接綜合距離保護(hù)單元。在本實(shí)施例中，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，該保護(hù)系統(tǒng)還包括光纖通信網(wǎng)絡(luò)單元，利用光纖通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)所有的分段保護(hù)單元、以及始端保護(hù)單元和末端保護(hù)單元與綜合距離保護(hù)單元之間的通信。并且，如圖2所示，該保護(hù)系統(tǒng)還包括接口單元，所有的分段保護(hù)單元、以及始端保護(hù)單元和末端保護(hù)單元通過對(duì)應(yīng)的接口單元連接光纖通信網(wǎng)絡(luò)，綜合距離保護(hù)單元也連接光纖通信網(wǎng)絡(luò)。所以，分段保護(hù)單元、始端保護(hù)單元和末端保護(hù)單元的個(gè)數(shù)的綜合與接口單元的個(gè)數(shù)相同。

在本實(shí)施例中，接口單元包括兩部分，一部分連接各分段保護(hù)單元，將測(cè)量到的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)；另一部分連接光纖通信網(wǎng)絡(luò)、繼電器，以及其他沿線接口單元等設(shè)備，用于將分段保護(hù)單元、始端和終端保護(hù)單元的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄C合距離保護(hù)單元以及將綜合距離保護(hù)單元輸出的繼電器控制信號(hào)輸出給繼電器。

光纖網(wǎng)絡(luò)通信單元：該部分作為通信的媒介，連接沿線各測(cè)量點(diǎn)接口單元及綜合距離保護(hù)單元，所用協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。另外，該光纖網(wǎng)絡(luò)上還可連接到其他一些設(shè)備，比如人機(jī)交互單元、GPS時(shí)鐘、與變電站的其他繼電保護(hù)系統(tǒng)連接等，這些屬于現(xiàn)有技術(shù)，并且與本發(fā)明沒有太大的關(guān)系，這里不做具體描述。

綜合距離保護(hù)單元接收所有的分段保護(hù)單元、始端和末端保護(hù)單元發(fā)來的數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)接收到的信息進(jìn)行故障判斷和定位，實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)。

當(dāng)輸電線路上出現(xiàn)故障時(shí)，輸電線路上的每處位置的電氣量信息均會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而每個(gè)位置的阻抗信息也發(fā)生相應(yīng)的變化，有的位置的阻抗發(fā)生的變化幅度較大，有的位置的阻抗發(fā)生的變化幅度較小，所以，通過檢測(cè)阻抗信息的變化是能夠進(jìn)行故障檢測(cè)的。因此，以下對(duì)該保護(hù)系統(tǒng)的工作過程，即該保護(hù)系統(tǒng)的控制方法的步驟進(jìn)行詳細(xì)說明。圖3是控制方法流程示意圖。

(1)分段保護(hù)單元接收輸電線路上對(duì)應(yīng)分段點(diǎn)的電氣量信息，比如：電流、電壓的測(cè)量信息，然后根據(jù)接收到的信息計(jì)算對(duì)應(yīng)分段點(diǎn)的阻抗信息，其中包括阻抗模值和阻抗方向；而且，始端保護(hù)單元也接收輸電線路始端位置的電氣量信息，然后根據(jù)接收到的信息計(jì)算始端位置的阻抗信息，其中包括阻抗模值和阻抗方向；末端保護(hù)單元也接收輸電線路末端位置的電氣量信息，然后根據(jù)接收到的信息計(jì)算末端位置的阻抗信息，其中包括阻抗模值和阻抗方向。所有的分段保護(hù)單元，始端和末端保護(hù)單元將得到的數(shù)據(jù)信息通過接口單元和光纖通信網(wǎng)絡(luò)輸出給綜合距離保護(hù)單元。

(2)綜合距離保護(hù)單元接收到所有的分段保護(hù)單元、始端和末端保護(hù)單元發(fā)來的數(shù)據(jù)信息，并且比較所有的阻抗的模值的大小，其中，如果有至少一個(gè)阻抗模值小于預(yù)設(shè)的阻抗整定值，那么，綜合距離保護(hù)單元立即啟動(dòng)后續(xù)的繼電保護(hù)程序，具體如下：

綜合距離保護(hù)單元在所有的阻抗模值中找到最小的阻抗模值，該最小的阻抗模值對(duì)應(yīng)的分段點(diǎn)作為疑似故障中心，并認(rèn)定與該分段點(diǎn)相鄰的兩個(gè)分段點(diǎn)之間的區(qū)間為故障區(qū)間。比如：如圖4所示，輸電線路上的分段點(diǎn)中有分段點(diǎn)M，分段點(diǎn)M-1和分段點(diǎn)M+1為其兩端相鄰的分段點(diǎn)，如果分段點(diǎn)M為疑似故障中心，那么，認(rèn)定分段點(diǎn)M-1和分段點(diǎn)M+1之間的線路為故障區(qū)間。

(3)由于當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，每處位置的阻抗均發(fā)生變化，尤其體現(xiàn)在阻抗模值上，那么，綜合距離保護(hù)單元比較各個(gè)分段保護(hù)單元、始端保護(hù)單元和末端保護(hù)單元分別上送的阻抗模值開始變化的時(shí)刻，并根據(jù)GPS對(duì)時(shí)模塊的時(shí)間信息，來判斷故障發(fā)生位置是否在輸電線路始末兩端之間的區(qū)域，即判斷是區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障，如果故障發(fā)生在區(qū)外，則閉鎖跳閘并退出保護(hù)程序，返回為無故障；如果故障發(fā)生在保護(hù)區(qū)內(nèi)，則進(jìn)行后續(xù)的操作?？傊鱾€(gè)分段保護(hù)單元、始端保護(hù)單元和末端保護(hù)單元還采集對(duì)應(yīng)位置處的時(shí)間信息，即故障發(fā)生的時(shí)刻，也就是阻抗模值開始變化的時(shí)刻，綜合距離保護(hù)單元接收所有保護(hù)單元的時(shí)間信息，并進(jìn)行區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障的判斷，具體如下：

當(dāng)各個(gè)分段保護(hù)單元中有至少一個(gè)分段保護(hù)單元上送阻抗模值開始變化的時(shí)刻早于始端保護(hù)單元和末端保護(hù)單元上送阻抗模值開始變化的時(shí)刻，那么，判定故障發(fā)生在輸電線路始末兩端之間，即故障為區(qū)內(nèi)故障。

所以，如果始端保護(hù)單元或者末端保護(hù)單元上送阻抗模值開始變化的時(shí)刻，即檢測(cè)出故障的時(shí)刻早于所有的分段保護(hù)單元，那就表示故障為區(qū)外故障。具體如下：在本實(shí)施例中，區(qū)外故障包括兩種情況，分別是故障位于線路始端處和故障位于輸電線路末端之外(輸電線路末端之外還可以稱為遠(yuǎn)端區(qū)外)，當(dāng)故障區(qū)間位于線路始端處或者遠(yuǎn)端區(qū)外時(shí)，由于半波長輸電線路的特性，此時(shí)單純采用測(cè)量到的測(cè)量阻抗模值和方向無法判斷故障處于區(qū)內(nèi)或者區(qū)外。因此結(jié)合GPS對(duì)時(shí)信號(hào)，比較各分段保護(hù)單元、始端保護(hù)單元和末端保護(hù)單元檢測(cè)到故障發(fā)生的時(shí)刻，如果始端保護(hù)單元最先檢測(cè)到故障，則故障發(fā)生在區(qū)內(nèi)始端處；如果末端保護(hù)單元最先檢測(cè)到故障，則故障發(fā)生在遠(yuǎn)端區(qū)外。如果是區(qū)內(nèi)故障，那么，繼續(xù)進(jìn)行該控制方法，如果是區(qū)外故障，則退出該控制方法。

(4)從上述步驟(2)中得到了三個(gè)分段點(diǎn)，分別是疑似故障中心，以及與該疑似故障中心相鄰的兩個(gè)分段點(diǎn)，綜合距離保護(hù)單元根據(jù)這三個(gè)分段點(diǎn)的阻抗信息來進(jìn)一步縮小故障區(qū)間，具體為：根據(jù)這三個(gè)分段點(diǎn)對(duì)應(yīng)的阻抗信息中的阻抗方向來確定故障位于疑似故障中心與哪一個(gè)相鄰的分段點(diǎn)之間的區(qū)間內(nèi)，從而將故障區(qū)間縮小到其中兩個(gè)分段保護(hù)單元所確定的一段線路上。比如：根據(jù)分段點(diǎn)M、分段點(diǎn)M-1和分段點(diǎn)M+1的阻抗方向來進(jìn)一步確定故障位置位于分段點(diǎn)M和分段點(diǎn)M-1之間的區(qū)間還是分段點(diǎn)M和分段點(diǎn)M+1之間的區(qū)間。

(5)在縮小了故障區(qū)間后，計(jì)算疑似故障中心與故障發(fā)生位置之間的距離。在本實(shí)施例中，根據(jù)基于分布式線路參數(shù)模型的故障測(cè)距算法計(jì)算疑似故障中心與故障發(fā)生位置之間的距離，即采用測(cè)距算法根據(jù)故障區(qū)間始末端的分段保護(hù)單元信息進(jìn)一步精確計(jì)算，以疑似故障中心為基準(zhǔn)，計(jì)算故障測(cè)距，從而定位故障實(shí)際發(fā)生位置。當(dāng)然，本發(fā)明并不局限于上述計(jì)算方式。

其中，根據(jù)基于分布式線路參數(shù)模型的故障測(cè)距算法計(jì)算疑似故障中心與故障發(fā)生位置之間的距離具體為：

首先將輸電線路用分布參數(shù)模型進(jìn)行描述，其單位長度線路特征方程為：

因此可得傳輸線上與測(cè)量點(diǎn)距離為x處的任意一點(diǎn)電壓和電流為：

式子中和是測(cè)量點(diǎn)處的電壓、電流相量，Z_c為線路特征阻抗，γ為傳播常數(shù)。

理論上，在線路發(fā)生故障時(shí)，分別采用線路兩端測(cè)量得到的電壓和電流計(jì)算出故障點(diǎn)電壓和電流幅值應(yīng)該相等，將此條件與以上公式聯(lián)立即可求解出故障點(diǎn)與測(cè)量點(diǎn)之間的距離x。

由于基于分布式線路參數(shù)模型的故障測(cè)距算法屬于常規(guī)技術(shù)，這里就不過于詳細(xì)說明。

(6)綜合距離保護(hù)單元在確定了故障位置后，輸出跳閘信號(hào)，使輸電線路兩端的繼電器動(dòng)作，切除整條線路。

由于本實(shí)施例中，兩個(gè)綜合距離保護(hù)單元相互冗余設(shè)置，那么，這兩個(gè)保護(hù)單元之中只要有一個(gè)判定有故障時(shí)，就控制繼電器進(jìn)行相應(yīng)地跳閘操作。

至此完成了故障的檢測(cè)。

另外，由于綜合距離保護(hù)單元為控制設(shè)備，所以，可以將上述控制方法中的各個(gè)步驟看出該保護(hù)單元中對(duì)應(yīng)的軟件模塊，如圖5所示，其中：

故障識(shí)別組件的功能為：判斷比較所有的阻抗模值，當(dāng)其中一旦有值低于預(yù)先設(shè)置的阻抗整定值時(shí)，立即啟動(dòng)保護(hù)程序，并以最低測(cè)量阻抗處的分段保護(hù)單元為疑似故障中心，以該點(diǎn)前后兩段線路作為疑似故障區(qū)間。

區(qū)內(nèi)外故障判定組件的功能為：監(jiān)測(cè)故障識(shí)別組件發(fā)出的保護(hù)啟動(dòng)信號(hào)，同時(shí)根據(jù)GPS對(duì)時(shí)模塊的時(shí)間信息，判斷故障發(fā)生位置是否在半波長輸電線路保護(hù)區(qū)內(nèi)。如果故障發(fā)生在區(qū)外，則閉鎖跳閘并退出保護(hù)程序，返回為無故障；如果故障發(fā)生在區(qū)內(nèi)，則確定故障區(qū)間，并啟動(dòng)故障方向比較組件。

故障方向比較組件的功能是：對(duì)故障區(qū)間所覆蓋的三個(gè)分段保護(hù)單元對(duì)應(yīng)分段點(diǎn)的阻抗方向進(jìn)行比較，從而將故障區(qū)間縮小到兩個(gè)分段保護(hù)單元所確定的一段線路上，此后啟動(dòng)故障定位計(jì)算組件。

故障定位計(jì)算組件的功能是：根據(jù)基于分布式線路參數(shù)模型的故障測(cè)距算法計(jì)算疑似故障中心與故障發(fā)生位置之間的距離，即采用測(cè)距算法根據(jù)故障區(qū)間始末端的分段保護(hù)單元信息進(jìn)一步精確計(jì)算，以疑似故障中心為基準(zhǔn)，計(jì)算故障測(cè)距，從而定位故障實(shí)際發(fā)生位置。

在確定了故障位置后，由跳閘決策邏輯組件判斷并輸出跳閘信號(hào)。

基于以上控制方法，以下給出一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。

如圖1所示，假設(shè)K1點(diǎn)發(fā)生了故障，那么，通過各分段保護(hù)單元采集到的電壓、電流信息將發(fā)生變化，各分段保護(hù)單元計(jì)算得到的測(cè)量阻抗模值也將隨之產(chǎn)生變化，其值將通過接口單元及光纖網(wǎng)絡(luò)通信單元發(fā)送到線路始末端母線安裝的綜合距離保護(hù)單元。

判斷各分段測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量阻抗，如觸及到預(yù)先設(shè)置的阻抗整定值則啟動(dòng)繼電保護(hù)計(jì)算。

比較分段保護(hù)單元、以及線路始末端保護(hù)單元的輸出阻抗模值發(fā)生變化的時(shí)刻，來判定是否為區(qū)外故障，如果為區(qū)外故障，則直接返回。

如果故障發(fā)生在保護(hù)區(qū)內(nèi)，則比較各保護(hù)單元測(cè)量阻抗模值，選擇測(cè)量阻抗最小的點(diǎn)，作為疑似故障中心；選擇該點(diǎn)前后兩段線路作為故障區(qū)間。

比較待判定故障區(qū)間兩端保護(hù)單元以及疑似故障中心點(diǎn)計(jì)算出的阻抗方向，將故障區(qū)間縮小至其中某一分段線路。

通過確定的故障區(qū)間兩端保護(hù)單元所采集到的電氣量數(shù)據(jù)，根據(jù)基于分布式線路參數(shù)模型的故障測(cè)距算法計(jì)算故障測(cè)距，確定故障定位，并輸出跳閘信號(hào)，那么線路始端的繼電器M和線路末端的繼電器N將動(dòng)作，并動(dòng)作于斷路器跳閘，切除整條線路。

跳閘后，程序返回。

上述實(shí)施例的控制方法中還涉及到區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障的判定步驟，該步驟在整個(gè)控制方法實(shí)施過程中的“位置”不唯一，可以根據(jù)具體需要進(jìn)行實(shí)施，比如可以在判定處故障區(qū)間之后再進(jìn)行區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障的判定，當(dāng)然，還可以在綜合距離保護(hù)單元找到最小的阻抗模值之前進(jìn)行區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障的判定，但是不管如何，需要滿足在給綜合距離保護(hù)單元接收所有的阻抗信息之后、且在故障點(diǎn)定位之前這一區(qū)間進(jìn)行判定，因?yàn)橹挥薪邮盏阶杩剐畔⒅蟛趴梢赃M(jìn)行得到各個(gè)故障時(shí)刻。而且，區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障的判定步驟是一種優(yōu)化的實(shí)施方式，作為其他的實(shí)施例，該步驟還可以不設(shè)置。另外，如果不進(jìn)行區(qū)內(nèi)或區(qū)外故障的判斷，該保護(hù)系統(tǒng)中還可以不涉及線路始端保護(hù)單元和末端保護(hù)單元。

以上給出了具體的實(shí)施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。本發(fā)明的基本思路在于上述基本方案，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，設(shè)計(jì)出各種變形的模型、公式、參數(shù)并不需要花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)。在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行的變化、修改、替換和變型仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。