基于沿线电压分布和行波特性的配电网故障定位方法

技术领域

本发明属于配电网故障技术领域，更具体地，涉及一种基于沿线电压分布和行波特性的配电网故障定位方法。

背景技术

随着我国社会的发展进步，安全可靠的电力供应成为关乎国民生活、工业生产的重要环节。同时，由停电造成的经济损失和负面影响越发明显，对持续供配高质量电能的需求也越发迫切。输电线路作为配电网的基本组成部分，由于分布范围广、长期暴露于自然环境、线路老化、人为破坏等多方面因素，导致线路故障发生率极高。因此，故障发生后准确快速找到故障原因和故障位置，对提高电力系统安全运行水平、保证运行可靠性都十分重要。

常用的故障定位方法根据原理不同分为阻抗法(电压分布)和行波法。阻抗法是结合故障工频量信息，通过故障电压电流中的工频相量及线路参数定位故障点，但在实际工程运用中计算误差较大，精准定位效果不理想。行波法在考虑线路分布参数情况下，对故障时的暂态行波进行分析计算来测量故障位置，相比于阻抗法具有更精确的定位结果。但在实际工程中采集的故障行波含有较高噪声成分，波头辨识模糊，定位结果精度不足且可靠性较低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于沿线电压分布和行波特性的配电网故障定位方法，其目的在于提高故障定位精度。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于沿线电压分布和行波特性的配电网故障定位方法，包括：

S1.利用沿线电压分布的故障定位方法，获取初始故障定位区间；

S2.采集零模、线模波头到达时刻并利用初始故障定位区间进行筛选后，基于行波检测的故障定位方法，获取最终的故障定位点。

进一步地，步骤S2所述采集零模、线模波头到达时刻并利用初始故障定位区间进行筛选，具体为，

若采集到的零模、线模波头到达时刻差值满足(t

(x

进一步地，S2中所述基于行波检测的故障定位方法，获取最终的故障定位点，具体为利用以下公式获得最终的故障定位点d

d

进一步地，S2中所述基于行波检测的故障定位方法，获取最终的故障定位点，具体为利用以下公式获得最终的故障定位点d

d

进一步地，零模、线模波头到达时刻采用S变换获取。

进一步地，步骤S1具体为，

01.当配电主站检测到故障发生时，采集故障线路两端的实时电压、电流信号，并分别求取正序分量；

02.列写沿线电压分布方程为：

l为线路全长；L端为线路首端，R端为线路末端，u

03.求解满足u

04.利用u

05.将故障定位区间门槛值u

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果。

(1)基于沿线电压分布的故障定位结果，能够得到包含真实故障点的故障定位区间，但该区间范围较大，难以得到精确的故障定位点；而基于行波检测的故障定位方法，能够得到多个故障定位点，但其中包含多个噪声结果，难以分辨出真实的故障发生点；本发明综合运用沿线电压分布-行波两种定位原理，利用沿线分布下的故障定位区间，对行波检测中采集到零模、线模波头到达时间进行筛选，剔除受噪声干扰影响的波头检测结果，实现了两种定位原理优势互补，提高了故障定位可靠性和准确率。

(2)在组合应用两种定位原理提高故障定位准确率的基础上，本发明还提出基于模量传输时间差的故障定位方法，只捕捉初始的行波波头，无需检测反行波、折射波等后续复杂的波过程，过程较为简单。此外，本发明不需要获取故障发生的时刻，只需检测零模分量和线模分量波头到达时间差值，捕捉和获取精确的故障发生的时刻，在技术上实现较难，而采用时间差值可以简化故障定位过程。

(3)本发明还考虑了频率对波速的影响，对行波检测中基于模量传输时间差的故障定位法进行改进，消除波速影响，进一步提升了行波定位精度。

附图说明

图1为本发明实施方法提供的一种基于沿线电压分布和行波特性的配电网故障定位方法流程示意图；

图2为本发明所适用的故障线路正序等效电路；

图3为本发明对故障发生时双端线路沿线电压图；

图4为本发明采用的线路双端行波测距模型；

图5为本发明采用的行波模量传输特性图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参见图1，本发明提供的一种基于沿线电压分布和行波特性的配电网故障定位方法，实时采集数据、监测行波暂态信号，提供有效准确的电气量信息，有助于复现配电线路电压分布并精准捕捉故障行波波头。

具体实施方案如下：

步骤1：当配电主站检测到故障发生，采集故障线路两端的实时电压、电流信号，分别求取其正序分量；实时监测由故障点产生的暂态行波信号达到线路首末端时间。

根据故障定位原理不同，本发明提出的定位方法可划分为基于沿线电压分布的故障区间定位和精准定位两部分。其中，基于沿线电压分布的故障区间定位方法具体步骤如下：

步骤2：在图2所示正序等效模型内基于均匀传输线模型列写沿线电压分布方程：

式中，定义线路全长为l，以L端为起始端，R端为终端；u

在实际工程中受限于环境干扰严重、数据传输不稳定、信息台账遗漏等不利因素，故障定位计算结果往往存在较大误差，传统测距方法无法反映真实故障点位置。为叙述方便，定义此类具有较大误差的定位结果为初始故障点x

其中：A＝z

B＝-z

进一步，将x

综合上述情况考虑，当双端推算电压低于某事先整定的门槛值，即判别为故障定位区间。在此范围内虽然存在真实故障点，但仅仅依靠推算沿线电压已无法准确识别结果。

鉴于配电网电压等级、网络拓扑、项目要求各异，整定出的定位区间门槛值也有差别，为便于分析，统一表示为：

u

其中：u

将u

精准定位部分具体步骤如下：

步骤3：采用S变换获取线模波头到达时间，变换公式如下：

其中：f为频率；t为时间轴；τ为时移因子；w(τ-t,f)为高斯窗函数。

S变换是本发明实施例比较优选的精确提取波头时间的方法，本发明对提取波头时间的具体方法不作限制。

进一步地，处理离散采样信号时需结合快速傅里叶变换改写S变换式：

其中，T为采样周期，N为采样点数，k,m,n∈[0,N-1]且均为整数。可知S变换结果为二维复数矩阵，定义行元素为采样时刻T,2T,3T…(N-1)T，列元素为离散频率

式中，S

由于实际工程中存在噪声干扰影响，行波信息混乱，提取到的波头时刻可能有多个，难以分辨。故将步骤S2沿线电压分布下的定位区间(x

若采集到的零模线模波头时刻差值(t

步骤4：针对如图4所示的故障线路行波模量传输模型，其线模零模分量具有如图5所示的衰减特性和波速变化。在此基础上成立的基于模量传输时间差的故障定位公式为：

式中，d

本发明提出的基于模量传输时间差的故障定位方法，只捕捉初始的行波波头，无需检测反行波、折射波等后续复杂的波过程，过程较为简单。此外，本发明不需要获取故障发生的时刻，只需检测零模分量和线模分量波头到达时间差值。捕捉和获取精确的故障发生的时刻，在技术上实现较难，而采用时间差值可以简化故障定位过程。

由图5可知，线模和零模行波高频分量均有衰减效果，高频分量会随着行波沿线传输距离增加而减少。配电网各测点由于与故障点距离不同，因此采集到的频率成分也不同。进一步，结合图5可知行波波速随频率变化而波动，故各测点的行波波速也不相同，若采用同一波速进行定位将存在较大误差；若各测点采用同一频率成分行波，则具有相同行波波速，不会对定位精度有严重影响。

因此，考虑对线路双端测点采用同一频率成分行波，具体地，可先采用小波变换并选择某一频带，再通过S变换提取其零模分量和线模分量波头时间差，相同频率的行波对应相同波速：

将此波速关系代入模量传输时间差公式中，可定义如下方式抵消波速的影响：

由于全线长度l＝d

本发明提出的采用同一频率成分行波提取模量传输时间差的方法，能够消去行波波速，从而消除由于行波速度测算偏差带来的误差，简化故障定位过程。此外，相比于未采用同一频率成分行波提取模量传输时间差的方法，本发明提出的方法能够在原理上消除行波色散效应带来的误差，使得定位精度更高。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。