基于瞬时相位一致的电力线路故障点定位方法

技术领域

本发明涉及电气工程领域，更具体地讲，涉及一种基于瞬时相位一致的电力线路故障点定位方法。

背景技术

电力线路是电力系统中最重要的元件之一，肩负着传输、分配电能的重任，同时，它又是电力系统中故障发生最集中的环节。随着电力系统结构日益庞杂，电网运行的不确定因素增多，电力线路的故障点定位难度也渐升。现有的电力线路故障点定位方法主要有行波法和故障分析法。但是，行波法对装置采样率要求高，易受网络结构、母线接线方式、故障类型以及过渡电阻等影响。相比于行波法，故障分析法对采样率要求低、适应性强，可采用故障后的任意时段数据而不局限在行波波头，更利于自动化实现。但是现有的常用故障分析法多采用双端或单端的工频故障分量和集中线路参数，无法从根源上避免过渡电阻的影响。另外，由于电网中大量电力电子装置的存在，电网故障暂态过程中，电流大小和相位与电力电子装置控制方式及限流措施相关，传统的故障分析法不易处理短窗内暂态数据。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够有效可靠的确定电力线路故障点的方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于瞬时相位一致的电力线路故障点定位方法，所述定位方法可以包括以下步骤：确定搜索步长，在故障线路上生成多个待确定故障点；基于短路过渡电阻上暂态电压电流瞬时相位一致性，针对不同的线路故障类型，分别建立过渡电阻上电压电流瞬时相位一致性的约束关系；逐一计算各个待确定故障点过渡电阻上电压电流瞬时相位一致性，一致性最高的待确定故障点即为确定故障点。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明的定位方法简便快捷，有效可靠，能够对电力电子化电网简单短路故障准确定位。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明基于瞬时相位一致的电力线路故障点定位方法一个示例性实施例的待确定故障点分布图；

图2示出了本发明基于瞬时相位一致的电力线路故障点定位方法一个示例性实施例的A相单相接地故障示意图；

图3示出了本发明基于瞬时相位一致的电力线路故障点定位方法一个示例性实施例的B、C两相短路故障示意图；

图4示出了本发明基于瞬时相位一致的电力线路故障点定位方法一个示例性实施例的B、C两相接地故障示意图；

图5示出了本发明基于瞬时相位一致的电力线路故障点定位方法一个示例性实施例的A、B、C三相接地故障示意图。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述根据本发明的一种基于瞬时相位一致的电力线路故障点定位方法。

图1示出了本发明基于瞬时相位一致的电力线路故障点定位方法一个示例性实施例的待确定故障点分布图。图2示出了本发明基于瞬时相位一致的电力线路故障点定位方法一个示例性实施例的A相单相接地故障示意图。图3示出了本发明基于瞬时相位一致的电力线路故障点定位方法一个示例性实施例的B、C两相短路故障示意图。图4示出了本发明基于瞬时相位一致的电力线路故障点定位方法一个示例性实施例的B、C两相接地故障示意图。图5示出了本发明基于瞬时相位一致的电力线路故障点定位方法一个示例性实施例的A、B、C三相接地故障示意图。

具体来讲，本发明的定位方法基于短路过渡电阻上暂态电压电流瞬时相位一致性的原理进行定位。加在过渡电阻上的故障暂态电压与电流的相位一致，“相位”指的是随时间不断变化的瞬时相位，“一致”指的是随时间变化仍然保持一致。故障线路的非故障点上则不存在瞬时相位的约束，基于此可确定故障点。

设有一对存在相位约束关系的电压u

式中U

其中，A

对上式两边求正切，瞬时相位一致的关系还可表示为：

本发明提供了一种基于瞬时相位一致的电力线路故障点定位方法。在本发明的基于瞬时相位一致的电力线路故障点定位方法的一个示例性实施例中，所述定位方法可以包括：

S01，确定搜索步长，在故障线路上生成多个待确定故障点；

S02，基于短路过渡电阻上暂态电压电流瞬时相位一致性，针对不同的线路故障类型，分别建立过渡电阻上电压电流瞬时相位一致性的约束关系；

S03，逐一计算各个待确定故障点过渡电阻上电压电流瞬时相位一致性，一致性最高的待确定故障点即为确定故障点。

在本实施例中，针对S01而言，具体地，可以利用枚举法，根据需要确定合适的枚举步长Δs，在故障线路内得到一系列的待确定故障点S

在本实施例中，所述不同的线路故障类型包括单相接地短路故障、两相短路故障、两相接地短路故障以及三相接地短路故障。针对每一种故障类型，可以分别由以下方法对故障点进行确定。

针对单相接地短路故障而言，如图2所示，假设A相接地(当然，任意一相接地均可)。通过M、N端的电气量和线路参数可以得到理论故障点F处三相电压分别为u

其中，U

根据式(4)和(5)，A相过渡电阻R

理论故障点F即为在理论上完全满足故障点F处的过渡电阻上暂态电压电流瞬时相位一致性约束关系。但在实际的应用过程中，一方面，需要考虑各项之间的误差、计算的精度等的影响，另一方面，生成的待确定故障点可能不与实际发生的故障点重合，可能生成的待确定故障点在实际发生故障点的附近，因此，待确定故障点是不可能完全满足式(7)的。基于此，可以根据判据函数来进行故障点的确定，即判据函数可以为：

f(S

其中，S

所述判据函数f(S

f(S

点S

针对两相短路故障而言，如图3所示，假设B、C相短接。理论故障点F处的三相电压为u

将电压u

其中，u

过渡电阻R

根据电压电流瞬时相位一致性的约束关系式(12)，建立判据函数为：

同样的，利用式(13)对每个待确定故障点进行计算，取得的最小值对应的待确定故障点即为确定故障点。

针对两相接地故障而言，如图4所示，假设B、C两相接地。理论故障点F处三相电压为u

将电压u

其中，u

加在故障点F处B相过渡电阻R

并将B相过渡电阻R

其中，u

加在故障点F处C相过渡电阻R

并将C相过渡电阻R

其中，u

根据接地电阻R

因此，在三个电阻接地电阻R

作为故障点的定位判据，接地电阻R

其中，

其中，S

同样的，式(22)求得的最小值对于的待确定故障点为最终的确定故障点。

针对三相接地短路故障，如图5所示，电路的A、B和C三相同时接地，理论故障点F处的三相电压为u

u

求取理论故障点F处A相过渡电阻R

其中，u

求取理论故障点F处B相过渡电阻R

其中，u

求取理论故障点F处C相过渡电阻R

其中，u

根据接地电阻R

根据接地电阻R

作为故障点的定位判据，无需求解共同过渡电阻R

其中，

其中，S

在本实施例中，所述定位方法还可以包括计算线路上暂态电压电流分布，获取线路上任意一点的电压和电流。即为了验证各个待确定故障点是否满足电压电流瞬时相位一致性的约束关系，需要求取各个待确定故障点的电压和电流。例如，求取线路上任意一点的电压和电流可以包括以下步骤：

S100，从线路两端采集故障时暂态电压电流，将暂态电压电流分别表示成瞬变信号正弦表达式，并求取各阶导数；

从线路两端采集电网故障时的暂态电压电流数据i

其中，i

其中，

其中，

其中，

令所述i

B(t)＝H[A(t)] (36)

其中，A(t)为

选定A(t)，确定B(t)，得到暂态电压电流数据i

S200，基于线路分布参数模型，计算线路上暂态电压电流分布。

基于分布参数线路模型，有电路的任意一端作为始段，例如，以线路M端作为始端(以线路的另一端N端作为始端方法一致)，由始端M端测得电压电流，可得到距离M端任意距离x(x≤l)处点S的电压和电流表达式：

其中，

其中，u

当然，本发明的定位方法对于求取线路上任意一点的电压和电流可以使用本发明的求取各个待确定故障点的电压和电流并不限于上述S100～S200的方法，还可以使用本领域的其他方法求取。

在本实施例中，所述定位方法还可以包括确定搜索步长步骤之前，在线路上确定大致的故障区间。在确定的大致故障区间内确定搜索步长以生成待确定故障点。

综上所述，本发明的定位方法能够对电力线路故障点进行逐层定位，定位方法有效可靠，能够对电力电子化电网简单短路故障准确定位。

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。