基于遺傳算法參數辨識高壓直流輸電線路故障測距方法

專利名稱：基于遺傳算法參數辨識高壓直流輸電線路故障測距方法
技術領域：
本發明涉及一種高壓直流輸電線路故障測距的方法，尤其是涉及一種利用線路故障錄波數據基于遺傳算法參數辨識高壓直流線路故障測距的方法。

背景技術：
高壓直流輸電線路都裝有基于GPS對時的行波測距裝置，它是通過故障點發出的行波到達高壓直流線路兩端的時間差來計算故障距離。它有如下缺點 1.對采樣率和GPS對時的要求較高，一般的電子裝置難以滿足要求； 2.由于天氣、通訊等原因導致測距裝置無法精確對時，行波測距裝置無法進行故障定位； 3.行波測距裝置受因通訊、設備等干擾無法正常傳輸或接受數據時，行波測距裝置無法進行故障定位； 4.當線路故障發生在線路首末端時，行波測距出現死區，無法進行故障定位； 5.實際的直流線路的電阻、電感和電容等參數是頻率的函數，故波阻抗也是頻率的函數，而且線路參數受天氣、溫度、環境、負荷等影響比較大，因而線路波阻抗也無法精確獲得，就必然影響了行波測距的精度。
以上因素，都極大影響了高壓直流線路行波測距的可靠性和準確性。
在交流輸電系統中利用故障錄波數據的電氣量測距可以解決上述問題，只是因為由于交流輸電系統的故障暫態過程較長，暫態過程中沒有控制系統介入，純粹暫態電氣量自由衰減，相關線路參數計算方法成熟，所以交流輸電系統中故障錄波數據電氣量測距較為成熟。
在高壓直流輸電系統中由于以下原因目前仍無法在實際中成功進行故障錄波數據的電氣量測距 (1)高壓直流線路故障暫態過程較短(只有十多毫秒)，可供利用的數據較少； (2)控制系統在故障初瞬間就已介入，使得故障分量很快衰減，普通的濾波算法難以獲取計算分量； (3)直流輸電線路線路參數計算方法不成熟，目前高壓直流線路為四分裂，不同于交流三相線路參數的計算，其長線電容效應、互感特性都需要重新研究計算； (4)影響實際高壓直流輸電工程中線路參數因素較多，如溫度、環境、土壤、負荷、線路總長等，必須解決這些實際因素的影響才能計算出滿足要求的線路參數。
所以目前高壓直流輸電系統中還沒有解決上述問題適用于工程實際的利用故障錄波數據電氣量測距的方法。


發明內容
本發明的目的，就是提供一種利用暫態故障錄波建立實用準確的直流線路故障測距方法，該方法對采樣率和GPS對時的要求不高，較少受天氣、通訊和設備等干擾影響，無測距死區且同時可保持較高的測距計算精度。
本發明的測距方法步驟如下 1、從連接在被測高壓直流輸電線路極1線m端的故障錄波器極1m獲得m端極1的電壓、電流u1m、i1m； 2、從連接在被測高壓直流輸電線路極2線m端的故障錄波器極2m獲得m端極2的電壓、電流u2m、i2m； 3、從連接在被測高壓直流輸電線路極1線n端的故障錄波器極1n獲得n端極1的電壓、電流u1n、i1n； 4、從連接在被測高壓直流輸電線路極2線n端的故障錄波器極2n獲得n端極2的電壓、電流u2n、i2n； 5、由線路幾何參數導線的半徑、分裂間距、導線間距及對地距離計算得到線路的線模分布參數 式中Rs、Rm分別為線路的自阻和互阻；Ls、Lm分別為線路的自感、互感；Gs＝Gd+Gm，Gd、Gm分別為導線——地和導線間的電導；Cs＝Cd+Cm，Cd、Cm分別為導線——地和導線間的電容；算法中忽略電導，所以不需求電導參數； (1)R1＝Rs-Rm＝ra 式中ra為導線電阻； D為導線間距；Dsb為四分裂導線的自幾何均距 式中Ds為每根多股絞線的自幾何均距，對于本導線Ds＝0.81r，r為多股絞線的計算半徑；d為分裂間距； (3)C1＝Cd+2Cm 式中H1為導線與其鏡像導線之間的距離；req為分裂導線的等值半徑，對于四分裂導線，r為導線半徑；ε≈ε0＝8.854188×10-12F/m；H12為導線1與導線2的鏡像導線之間的距離 線模波阻抗 線模波速 6、對同一換流站內的兩極數據進行對時 以極1m端換流站為例 (1)記m端換流站內極1的故障錄波器記錄的極1電流為i1m，極2的故障錄波器記錄的極1電流為i1m′；(極2的故障錄波器內同時錄有極1電流) (2)尋找電流i1m突變的時刻，根據不同的故障，該突變時刻可能有多個，分別記為T＝{t1、t2……tr}；同理，尋找并記錄i1m′的突變時刻為T′＝{t′1、t′2……t′s}； (3)分別在T和T′中各選取1個時刻，如t1和t′1；取電流i1m在t1時刻后tms時間內的數據，與i1m′在t′1時刻后tms時間內的數據逐點做差，并求其絕對值之和，這樣共有r*s個組合，取絕對值之和最小的一對組合，假設為t1與t′2； (4)保持t1不變，以原t′2為中心改變t′2的值，每次移動一個采樣間隔；每改變一次，按照上面(3)中的方法做差并求絕對值之和，以該絕對值之和最小時的t′2的值作為t′2的最終值，則時間坐標原點需調整的量為 (t′2-t1)； 7、對m端極1、極2的電壓、電流u1m、i1m、u2m、i2m和n端極1、極2的電壓、電流u1n、i1n、u2n、i2n進行解耦，并選取線模分量； 以m端為例， 式中u1m、i1m、u2m、i2m分別為m端極1、極2的電壓、電流； 線模電壓為u1＝u1m-u2m，線模電流為i1＝i1m-i2m； 記m端線模電壓為um，則um＝u1； n端計算與上相同；下文中分別記直流線路兩端的線模分量為um、im、un、in； 8、確定各參數的變化范圍及計算用冗余數據窗起始時刻 本算法中線模波阻抗Zc、波速v、線路單位長度電阻r的范圍取步驟5計算結果的±10％；故障距離x的范圍為0至線路全長l；線路兩端數據的時間校正量Δt的范圍為-l/v到+l/v； 計算用冗余數據窗起始時刻為線路兩端故障起始時刻中較早的一個； 9、初始化各變量，計算其目標值并排序 (1)初始化變量 在滿足步驟8確定的變量范圍內，隨機生成k組初始解P＝{p1，p2，…，pi，…pk}，其中pi＝(ZCi，vi，ri，xi，Δti)；若不需對線路兩端數據對時，則pi＝(ZCi，vi，ri，xi)； (2)計算各組解的目標值w A.當線路兩端數據時鐘準確時，即不需要對線路兩端數據對時，此時采用下面公式計算w B.當需要對線路兩端數據對時時，按下面公式計算w 上面兩式中的t1取線路兩端故障起始時刻中較早的一個，t2＝t1+4ms；式中 (3)按w由小到大的順序對各組解進行排序，并選定前g組解作為優質解； 10、進化過程 (1)交叉 對于每一組非優質解pj(j＝g+1，g+2，…，k)，即后k-g組解，依次從前g組優質解中隨機選取一組解pi(i∈[1，g])，與之進行交叉生成一組新解p′；交叉方法如下 p′＝pi+a·(pj-pi) 式中a為比例因子，按下式產生 a＝-d+R·(1+2d) R為0到1的隨機數，則a的范圍為[-d，1+d]，d可以根據實際情況進行調整，這里取為0.25； 為了盡可能的多產生新解，本算法對每組解中的每個變量都重新生隨機成一個比例因子；最后檢驗生成的新解是否在步驟8確定的范圍內，如果在范圍內則用交叉生成的新解p′代替原來的解pj，否則重新進行交叉； (2)變異 對新產生的解，按0.05的變異概率隨機選擇0.05(k-g)組解，對每一組分別進行隨機變異，變異步長為±10％，即原解隨機加上或減去自身的10％；如果變異后的解不在步驟8確定的范圍內，則重新選擇一組解進行變異；實際變異可按如下方法操作 產生0到1之間的隨機數s， 當s≤0.5時，pi＝0.9pi； 當s＞0.5時，pi＝1.1pi； (3)排序 計算新產生的k-g組解的w值，并將其與優質解一起按w的大小由小到大進行排序； 11、斷進化是否結束 步驟10進行一遍為進化一代完成，進化代數低于50代時重復步驟10，當進化50代以后，判斷后50代解各自對應的最小的w1值的變化量，如果連續50代的w1變化范圍不超過0.1，則判定為進化完成，否則繼續重復步驟10； 用公式表示為 式中i＝gen，gen-1，…，gen-49；gen為當前進化代數；w1(i)為第i代的w1值； 若滿足上式，則判定為進化完成；w1(gen)對應的解p1(gen)為最優解，取其中的變量x1(gen)為故障距離，即 xf1＝x1(gen) 12、動數據窗計算 將步驟9中的t1加上0.5ms，重復步驟9～11； 如此重復2次后得到3個故障距離xf1、xf2、xf3，取其平均值作為最終故障距離xf 本測距算法在模量變換基礎上采用基于遺傳算法的線路參數計算，算法也是基于線路分布參數的時域故障測距算法，具有所需數據窗短、定位精度高、適應范圍廣等優點，數據窗長僅10ms左右；它的一個重要優勢就是在線路參數不精確、對站數據不同步的惡劣環境下，仍能精確的找到故障點的位置。大量的仿真和實際數據計算表明，只要輸入的線路參數與實際的線路參數誤差在10％之內，本算法都能精確找到故障點，故該算法完全克服了線路長度、距地面高度無法得到精確值以及線路沿線地理環境、氣溫、濕度等因素復雜多變對線路固有參數的影響，具有較強的實際意義。這也是遺傳類算法這一分支首次應用到實際的故障測距系統中去，因而也具有開創性意義。
此外，由于采用此種新型算法，也能有效克服行波測距對采樣率、GPS時鐘要求較高、行波波頭檢測失敗導致無法測距的問題，避免了線路兩端的測距死區。
1.本故障測距方法原理 本算法的基本思想是，通過故障錄波數據對時后，由高壓直流線路兩端分別計算故障時的沿線電壓分布，根據在故障點處電壓相等的原則構造遺傳算法參數辨識的測距判據判斷故障位置。
1.1有損線的等值電路 實際線路中R0和G0都不為0，一般情況下G0很小，忽略后引起的誤差不大，而R0則不能忽略。對線路電阻的一種簡便處理方法是將線路總電阻分散在線路兩端和中點三處，即線路兩端各1/4、線路中點處1/2，這種模型稱為線路的小損耗模型。研究工作表明，這種處理方法已具有較高的精度，如果將電阻再做分散，精度不再有明顯提高。
按照線路的小損耗模型，整個線路相當于兩條無損線路和三個電阻的串聯。
如圖1所示，圖中R為線路總電阻。
將其無損線部分分別用貝瑞隆等值電路代替，可以得到小損耗模型的等值電路。不難得出由k端電壓、電流計算得到t時刻m端電壓的公式 由上面中內容可知，已知線路一端的電壓、電流量，可以計算得到某一時刻線路對端電壓、電流量。
同理，也可以得到任一時刻沿線各點的電壓、電流量。式(1)是在單導線模型下推導出來的，而實際線路多是雙極運行的，兩條線路之間必然存在耦合，特別是在故障時耦合更為明顯。所以要利用上述公式必須先進行解耦。
1.2相模解耦 直流線路為雙極運行，其解耦方式與傳統的三相交流線路是不同的。
如圖2所示，m端極1、極2的電壓、電流u1m、i1m、u2m、i2m和n端極1、極2的電壓、電流u1n、i1n、u2n、i2n；；Rs、Rm分別為線路的自阻和互阻；Ls、Lm分別為線路的自感、互感；Gs＝Gd+Gm，Gd、Gm分別為導線與地和導線間的電導； Cs＝Cd+Cm，Cd、Cm分別為導線與地和導線間的電容。
雙導線的解耦矩陣為 電壓、電流及線路參數的解耦公式為 um＝S-1u，im＝S-1i(3) 如果令 稱u1、i1為1模分量(線模分量)，u0、i0為0模分量(地模分量)， 則線路的1模和0模參數分別為 這樣便將兩條線路上的電壓電流分解為互不影響的模分量，便于計算。
結合計算線路分布參數相關公式可以看出，解耦后線路的線模參數和頻率不再相關，通常線模分量較為穩定，因此選用線模分量進行測距。
1.3沿線電壓分布的計算 如圖2所示，對于實際輸電線路，通常情況下電導很小，忽略后所引起的誤差不大，而電阻則不能忽略。可以采用1.1中的線路小損耗模型來進行線路上任意一點的電壓、電流。
如果要計算t時刻，距離m端x處的電壓，由式(1)不難看出，只須將線路長度l用x替換，同時將電阻R換為x長度下線路的阻抗。由一端電氣量(以m端為例)計算得到的t時刻沿線電壓分布為 式中umt(x，t)——由m端數據計算得到的t時刻距離m端x處的電壓 Zc——線路波阻抗 r——線路單位長度電阻 v——線路波速 umt(t)——t時刻線路m端的電壓 imt(t)——t時刻線路m端的電流 同樣，可以得到由n端數據計算得到的t時刻的沿線電壓、電流。
利用模量進行計算時，線路參數需用該模下的參數，同時電壓、電流量也要用該模分量。
公式(6)對線路參數要求比較嚴格，但實際中，線路參數和地理環境、氣溫、濕度等因素都有密切關系，往往難以準確獲得。
本測距方法的創新之處在于利用遺傳算法，將線路參數Zc、r、v和故障距離x都作為待定變量，以兩端計算得到的同一地點電壓差最小為目標函數，建立一個多變量優化模型，通過進化迭代計算出故障距離。只需給出線路參數的大致范圍即可，解決了實際線路參數無法準確獲得的問題。具體模型如下 式中l——線路總長度。[t1，t2]是考慮了計算誤差等因素，為保證計算結果穩定性而取的冗余數據窗。
同樣，本算法的基本原理是也是利用線模量實現的，所以只需給出線路線模參數的范圍即可。
同時，利用遺傳算法還可以克服線路真實長度和計算用線路長度不相等帶來的問題，其給出的故障距離實際是相對于線路長度的百分比。
假設線路真實長度為l1、故障距離為x1，計算用線路長度l2＝k·l1，則故障距離為x2＝k·x1。而線路總的電感、電容、電阻是不變的，因此有 l1·L1＝l2·L2，l1·C1＝l2·C2，l1·r1＝l2·r2 其中L1——線路長度為l1時單位線路長度的電感 L2——線路長度為l2時單位線路長度的電感 C1——線路長度為l1時單位線路長度的電容 C2——線路長度為l2時單位線路長度的電容 r1——線路長度為l1時單位線路長度的電阻 r2——線路長度為l2時單位線路長度的電阻 可以得到如下關系 結合前面的電壓公式可以看出，在不同線路長度下計算得到的線路某一百分比位置的電壓是相同的，即umt(Zc1，r1，v1，x1，t)＝umt(Zc2，r2，v2，x2，t)，因此得到的故障點距離占線路全長的百分比也是相同的。其前提是變量范圍也應隨著線路長度變化而變化，一般情況下線路長度的變化不會很大，這個前提很容易滿足。
2.本發明所采用的對時方法 在雙端量測距中，數據時鐘同步是得到正確測距結果的前提之一。現有故障錄波器都是利用GPS實現對時的，但是在實際中由于各種原因，各個故障錄波器的時鐘可能存在著偏差。
直流系統中各極線路都是單獨配置錄波器的，因此其數據對時除了線路兩端數據對時外，還存在線路同一端兩極故障錄波數據對時的問題。(交流系統一般是三相共用同一個錄波器，所以線路同一端的數據之間不存在時鐘誤差)。
(1)線路同一端兩極數據對時 分析故障錄波器的數據發現，線路同一端的正負兩極錄波器，會對某一極電流量進行交叉記錄，即極二的錄波器同時會記錄極一的電流量，或者兩極同時記錄對極的電流量。線路同一端兩極數據的對時，就是利用這一電流量來實現的。
實際中兩套錄波器對同一電流量的采樣是存在誤差的，對時應選擇誤差較小的一個電流量來實現，以減小誤差。
同時，由于直流量在正常時無任何其他特征可以利用，對時只有在故障時才能實現。對時的基本方法是分別識別兩極故障錄波器記錄的同一電流量的故障時刻，計算同一次故障兩極錄波器記錄的故障時刻之差，該差值即為線路同一端兩極數據時鐘的校正量。
(2)線路兩端數據對時 直流量沒有交流量可利用信息量豐富，正常時電氣量的區分度很小，而故障時故障位置的不同直接影響了線路上的波過程，所以無法利用常規方法實現對時。
為了實現對時，在遺傳算法模型(式(7))的基礎上中引入了一個時鐘差變量Δt，將其和線路參數、故障距離一起作為待求變量，在計算過程中進行尋優求解。
行波到達線路兩端的時間差最大為T＝l/v，若線路兩端感受到的故障起始時刻之間的差超過T時，Δt的值也可能超過T。為了減小Δt的搜索范圍，此時可將兩端數據按故障起始時刻對齊，這樣Δt的搜索范圍便可確定在[-T，+T]內。為了保證連續多次故障時計算結果的準確性，線路兩端錄波器的GPS時鐘誤差應盡可能保證在ms級(GPS對時精度達1μs)。
當線路參數準確時，優化模型如下 (9) 線路參數無法準確獲得時的優化模型如下 本故障測距方法具有以下優點 1、克服了以下情況下行波測距不能正確故障定位的不足(1)由于天氣、通訊等原因導致測距裝置無法精確對時，(2)測距裝置受因通訊干擾無法正常傳輸或接受數據，(3)故障發生在線路首末端使行波測距出現死區，(4)裝置本身故障(如死機、數據采集單元故障)。在上述情況下能夠正確測距。
2、能夠排除線路參數受地理環境、氣溫、濕度、負荷等因素的影響，尤其像冰災等自然災害影響了線路實際長度后，本算法仍能進行直流線路故障測距。
3、當線路兩端雙極故障錄波器數據因為實際運行中的各種原因，造成雙極故障錄波器的時鐘存在著偏差時，本算法仍能進行故障測距。



下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
圖1是線路的小損耗模型圖； 圖2是雙極直流輸電系統示意圖 圖3是本發明的測距方法流程圖。
圖中1-連接在被測高壓直流輸電線路極1線m端的故障錄波器極1m，2-連接在被測高壓直流輸電線路極2線m端的故障錄波器極2m，3-連接在被測高壓直流輸電線路極1線n端的故障錄波器極1n，4-連接在被測高壓直流輸電線路極2線n端的故障錄波器極2n。

具體實施例方式 1、從連接在被測高壓直流輸電線路極1線m端的故障錄波器極1m獲得m端極1的電壓、電流u1m、i1m； 2、從連接在被測高壓直流輸電線路極2線m端的故障錄波器極2m獲得m端極2的電壓、電流u2m、i2m； 3、從連接在被測高壓直流輸電線路極1線n端的故障錄波器極1n獲得n端極1的電壓、電流u1n、i1n； 4、從連接在被測高壓直流輸電線路極2線n端的故障錄波器極2n獲得n端極2的電壓、電流u2n、i2n； 5、由線路幾何參數導線的半徑、分裂間距、導線間距及對地距離計算得到線路的線模分布參數 式中Rs、Rm分別為線路的自阻和互阻；Ls、Lm分別為線路的自感、互感；Gs＝Gd+Gm，Gd、Gm分別為導線——地和導線間的電導；Cs＝Cd+Cm，Cd、Cm分別為導線——地和導線間的電容；算法中忽略電導，所以不需求電導參數； (1)R1＝Rs-Rm＝ra 式中ra為導線電阻； D為導線間距；Dsb為四分裂導線的自幾何均距 式中Ds為每根多股絞線的自幾何均距，對于本導線Ds＝0.81r，r為多股絞線的計算半徑；d為分裂間距； (3)C1＝Cd+2Cm 式中H1為導線與其鏡像導線之間的距離；req為分裂導線的等值半徑，對于四分裂導線，r為導線半徑；ε≈ε0＝8.854188×10-12F/m；H12為導線1與導線2的鏡像導線之間的距離 線模波阻抗線模波速 6、對同一換流站內的兩極數據進行對時 以極1m端換流站為例 (1)記m端換流站內極1的故障錄波器記錄的極1電流為i1m，極2的故障錄波器記錄的極1電流為i1m′；(極2的故障錄波器內同時錄有極1電流) (2)尋找電流i1m突變的時刻，根據不同的故障，該突變時刻可能有多個，分別記為T＝{t1、t2……tr}；同理，尋找并記錄i1m′的突變時刻為T′＝{t′1、t′2……t′s}； (3)分別在T和T′中各選取1個時刻，如t1和t′1；取電流i1m在t1時刻后tms時間內的數據，與i1m′在t′1時刻后tms時間內的數據逐點做差，并求其絕對值之和，這樣共有r*s個組合，取絕對值之和最小的一對組合，假設為t1與t′2； (4)保持t1不變，以原t′2為中心改變t′2的值，每次移動一個采樣間隔；每改變一次，按照上面(3)中的方法做差并求絕對值之和，以該絕對值之和最小時的t′2的值作為t′2的最終值，則時間坐標原點需調整的量為 (′2-t1)； 7、對m端極1、極2的電壓、電流u1m、i1m、u2m、i2m和n端極1、極2的電壓、電流u1n、i1n、u2n、i2n進行解耦，并選取線模分量； 以m端為例， 式中u1m、i1m、u2m、i2m分別為m端極1、極2的電壓、電流； 線模電壓為u1＝u1m-u2m，線模電流為i1＝i1m-i2m； 記m端線模電壓為um，則um＝u1； n端計算與上相同；下文中分別記直流線路兩端的線模分量為um、im、un、in； 8、確定各參數的變化范圍及計算用冗余數據窗起始時刻 本算法中線模波阻抗Zc、波速v、線路單位長度電阻r的范圍取步驟5計算結果的±10％；故障距離x的范圍為0至線路全長l；線路兩端數據的時間校正量Δt的范圍為-l/v到+l/v； 計算用冗余數據窗起始時刻為線路兩端故障起始時刻中較早的一個； 9、初始化各變量，計算其目標值并排序 (1)初始化變量 在滿足步驟8確定的變量范圍內，隨機生成k組(k取1500)初始解P＝{p1，p2，…，pi，…pk}，其中pi＝(ZCi，vi，ri，xi，Δti)；若不需對線路兩端數據對時，則pi＝(ZCi，vi，ri，xi)； (2)計算各組解的目標值w A.當線路兩端數據時鐘準確時，即不需要對線路兩端數據對時，此時采用下面公式計算w B.當需要對線路兩端數據對時時，按下面公式計算w 上面兩式中的t1取線路兩端故障起始時刻中較早的一個，t2＝t1+4ms；式中 (3)按w由小到大的順序對各組解進行排序，并選定前g組(g取200)解作為優質解； 10、進化過程 (1)交叉 對于每一組非優質解pj(j＝g+1，g+2，…，k)，即后k-g組解，依次從前g組優質解中隨機選取一組解pi(i∈[1，g])，與之進行交叉生成一組新解p′；交叉方法如下 p′＝pi+a·(pj-pi) 式中a為比例因子，按下式產生 a＝-d+R·(1+2d) R為0到1的隨機數，則a的范圍為[-d，1+d]，d可以根據實際情況進行調整，這里取為0.25； 為了盡可能的多產生新解，本算法對每組解中的每個變量都重新生隨機成一個比例因子；最后檢驗生成的新解是否在步驟8確定的范圍內，如果在范圍內則用交叉生成的新解p′代替原來的解pj，否則重新進行交叉； (2)變異 對新產生的解，按0.05的變異概率隨機選擇0.05(k-g)組解，對每一組分別進行隨機變異，變異步長為±10％，即原解隨機加上或減去自身的10％；如果變異后的解不在步驟8確定的范圍內，則重新選擇一組解進行變異；實際變異可按如下方法操作 產生0到1之間的隨機數s， 當s≤0.5時，pi＝0.9pi； 當s＞0.5時，pi＝1.1pi； (3)排序 計算新產生的k-g組解的w值，并將其與優質解一起按w的大小由小到大進行排序； 11、判斷進化是否結束 步驟10進行一遍為進化一代完成，進化代數低于50代時重復步驟10，當進化50代以后，判斷后50代解各自對應的最小的w1值的變化量，如果連續50代的w1變化范圍不超過0.1，則判定為進化完成，否則繼續重復步驟10； 用公式表示為 式中i＝gen，gen-1，…，gen-49；gen為當前進化代數；w1(i)為第i代的w1值； 若滿足上式，則判定為進化完成；w1(gen)對應的解p1(gen)為最優解，取其中的變量x1(gen)為故障距離，即 xf1＝x1(gen) 12、移動數據窗計算 將步驟9中的t1加上0.5ms，重復步驟9～11； 如此重復2次后得到3個故障距離xf1、xf2、xf3，取其平均值作為最終故障距離xf
權利要求
1.一種基于遺傳算法參數辨識高壓直流輸電線路故障測距方法，其特征是步驟如下
1)從連接在被測高壓直流輸電線路極1線m端的故障錄波器(極1m)獲得m端極1的電壓、電流u1m、i1m；
2)從連接在被測高壓直流輸電線路極2線m端的故障錄波器(極2m)獲得m端極2的電壓、電流u2m、i2m；
3)從連接在被測高壓直流輸電線路極1線n端的故障錄波器(極1n)獲得n端極1的電壓、電流u1n、i1n；
4)從連接在被測高壓直流輸電線路極2線n端的故障錄波器(極2n)獲得n端極2的電壓、電流u2n、i2n；
5)由線路幾何參數-導線的半徑、分裂間距、導線間距及對地距離計算得到線路的線模分布參數
式中Rs、Rm分別為線路的自阻和互阻；Ls、Lm分別為線路的自感、互感；Gs＝Gd+Gm，Gd、Gm分別為導線——地和導線間的電導；Cs＝Cd+Cm，Cd、Cm分別為導線——地和導線間的電容；算法中忽略電導，所以不需求電導參數；
(1)R1＝Rs-Rm＝ra
式中ra為導線電阻；
D為導線間距；Dsb為四分裂導線的自幾何均距
式中Ds為每根多股絞線的自幾何均距，對于本導線Ds＝0.81r，r為多股絞線的計算半徑；d為分裂間距；
(3)C1＝Cd+2Cm
式中H1為導線與其鏡像導線之間的距離；req為分裂導線的等值半徑，對于四分裂導線，
r為導線半徑；ε≈ε0＝8.854188×10-12F/m；H12為導線1與導線2的鏡像導線之間的距離
線模波阻抗
線模波速
6)對同一換流站內的兩極數據進行對時
以極1m端換流站為例
(1)記m端換流站內極1的故障錄波器記錄的極1電流為i1m，極2的故障錄波器記錄的極1電流為i1m′；
(2)尋找電流i1m突變的時刻，根據不同的故障，該突變時刻可能有多個，分別記為T＝{t1、t2……tr}；同理，尋找并記錄i1m′的突變時刻為T′＝{t1′、t2′……ts′}；
(3)分別在T和T′中各選取1個時刻，如t1和t1′；取電流i1m在t1時刻后tms時間內的數據，與i1m′在t1′時刻后tms時間內的數據逐點做差，并求其絕對值之和，這樣共有r*s個組合，取絕對值之和最小的一對組合，假設為t1與t2′；
(4)保持t1不變，以原t2′為中心改變t2′的值，每次移動一個采樣間隔；每改變一次，按照上面(3)中的方法做差并求絕對值之和，以該絕對值之和最小時的t2′的值作為t2′的最終值，則時間坐標原點需調整的量為
(t2′-t1)；
7)對m端極1、極2的電壓、電流u1m、i1m、u2m、i2m和n端極1、極2的電壓、電流u1n、i1n、u2n、i2n進行解耦，并選取線模分量；
以m端為例，
式中u1m、i1m、u2m、i2m分別為m端極1、極2的電壓、電流；
線模電壓為u1＝u1m-u2m，線模電流為i1＝i1m-i2m；
記m端線模電壓為um，則um＝u1；
n端計算與上相同；下文中分別記直流線路兩端的線模分量為um、im、un、in；
8)確定各參數的變化范圍及計算用冗余數據窗起始時刻
本算法中線模波阻抗Zc、波速v、線路單位長度電阻r的范圍取步驟5計算結果的±10％；故障距離x的范圍為0至線路全長l；線路兩端數據的時間校正量Δt的范圍為-l/v到+l/v；
計算用冗余數據窗起始時刻為線路兩端故障起始時刻中較早的一個；
9)初始化各變量，計算其目標值并排序
(1)初始化變量
在滿足步驟8確定的變量范圍內，隨機生成k組初始解P＝{p1，p2，…，pi，…pk}，其中pi＝(ZCi，vi，ri，xi，Δti)；若不需對線路兩端數據對時，則pi＝(ZCi，vi，ri，xi)；
(2)計算各組解的目標值w
A.當線路兩端數據時鐘準確時，即不需要對線路兩端數據對時，此時采用下面公式計算w
B.當需要對線路兩端數據對時時，按下面公式計算w
上面兩式中的t1取線路兩端故障起始時刻中較早的一個，t2＝t1+4ms；式中
(3)按w由小到大的順序對各組解進行排序，并選定前g組解作為優質解；
10)進化過程
(1)交叉
對于每一組非優質解pj(j＝g+1，g+2，…，k)，即后k-g組解，依次從前g組優質解中隨機選取一組解pi(i∈[1，g])，與之進行交叉生成一組新解p′；交叉方法如下
p′＝pi+a·(pj-pi)
式中a為比例因子，按下式產生
a＝-d+R·(1+2d)
R為0到1的隨機數，則a的范圍為[-d，1+d]，d可以根據實際情況進行調整，這里取為0.25；
為了盡可能的多產生新解，本算法對每組解中的每個變量都重新生隨機成一個比例因子；最后檢驗生成的新解是否在步驟8確定的范圍內，如果在范圍內則用交叉生成的新解p′代替原來的解pj，否則重新進行交叉；
(2)變異
對新產生的解，按0.05的變異概率隨機選擇0.05(k-g)組解，對每一組分別進行隨機變異，變異步長為±10％，即原解隨機加上或減去自身的10％；如果變異后的解不在步驟8確定的范圍內，則重新選擇一組解進行變異；實際變異可按如下方法操作
產生0到1之間的隨機數s，
當s≤0.5時，pi＝0.9pi；
當s＞0.5時，pi＝1.1pi；
(3)排序
計算新產生的k-g組解的w值，并將其與優質解一起按w的大小由小到大進行排序；
11)判斷進化是否結束
步驟10進行一遍為進化一代完成，進化代數低于50代時重復步驟10，當進化50代以后，判斷后50代解各自對應的最小的w1值的變化量，如果連續50代的w1變化范圍不超過0.1，則判定為進化完成，否則繼續重復步驟10；
用公式表示為
式中i＝gen，gen-1，…，gen-49；gen為當前進化代數；w1(i)為第i代的w1值；
若滿足上式，則判定為進化完成；w1(gen)對應的解p1(gen)為最優解，取其中的變量x1(gen)為故障距離，即
xf1＝x1(gen)
12)移動數據窗計算
將步驟9中的t1加上0.5ms，重復步驟9～11；
如此重復2次后得到3個故障距離xf1、xf2、xf3，取其平均值作為最終故障距離xf
全文摘要
一種利用線路故障錄波數據基于遺傳算法參數辨識高壓直流線路故障測距的方法，其在模量變換的基礎上采用了遺傳算法，對線路參數準確性和GPS對時的要求不高，較少受天氣、通訊和設備等干擾影響，無測距死區且同時可保持較高的測距計算精度。
文檔編號G01R31/08GK101762774SQ200910039659
公開日2010年6月30日 申請日期2009年5月20日 優先權日2009年5月20日
發明者翟永昌, 李永麗, 李洪波, 高永強, 李博通 申請人:中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司