一種基于單回信息的同塔雙回直流線路行波故障定位方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及同塔雙回直流輸電線路的測距方法，具體涉及一種基于單回信息的 同塔雙回直流線路行波故障定位方法，該行波故障定位方法是一種基于同塔雙回直流線路 單回測量數據的兩端量行波測距方法。
【背景技術】
[0002] 與高壓交流輸電相比，高壓直流輸電具有輸送容量大，控制靈活迅速，單極傳輸功 率大，線路成本低等優勢，在長距離大容量電能傳輸、異步電網互聯等領域有著廣泛的應 用。隨著經濟不斷發展，土地資源愈加緊張，同塔雙回直流輸電線路由于具有占用輸電走廊 通道小，節省投資，有利于保護環境，建設速度快等特點，已經被各個國家廣泛關注并得到 了具體的工程應用。可以預見，隨著我國直流工程建設的推進，同塔雙回直流輸電技術必將 成為電能傳輸的主要方式。
[0003] 高壓直流輸電線路傳輸距離長，沿途經過的區域環境、地形等多變，是電力系統中 比較容易發生故障的環節。因此，高壓直流輸電線路的故障測距意義重大。在故障發生后， 快速準確的故障測距能大大減少巡線人員的工作量，迅速恢復供電，減少經濟損失。在直 流線路故障測距方法中，行波法測距通過測量暫態行波在故障點和測量點之間的傳輸距離 進行測距，響應速度快，理論上不受線路類型、過渡電阻、故障類型等因素的影響，測距精度 高，是直流輸電線路故障測距的主要方法。然而，行波測距方法的精確性依賴于對初始行波 達到時刻的準確標定。對于同塔雙回直流線路，各回直流系統的控制保護對直流線路故障 的判別還是基于本回電氣量信息。在傳統的雙極單回直流線路行波故障定位方法中，通常 采用相模變換的方法消去模量疊加對行波波頭的影響。但對于同塔雙回直流輸電線路而 言，由于同時存在線間耦合和相間耦合，且線路不采用對稱換位措施，使得同塔雙回直流輸 電線路的故障電磁耦合特性非常復雜，不能其簡單地作為平衡線路進行處理，
[0004] 因此，現有的傳統的單回直流輸電線路的相模變換方法以及故障測距算法不再適 用同塔雙回直流線路，亟需針對同塔雙回直流輸電線路的特點，研宄新的單回直流輸電線 路變換矩陣并得到其適用的故障測距算法。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于彌補現有同塔雙回直流輸電線路故障測距技術的空白，提供一 種基于單回信息的同塔雙回直流線路行波故障測距方法；該方法考慮到實際工程輸電線路 不采用對稱換位措施，利用兩端量行波法測距，具有響應速度快和測距精度高的特點。
[0006] 本發明的目的通過下述技術方案實現：一種基于單回信息的同塔雙回直流線路行 波故障測距方法，包括以下步驟：
[0007] (1)構造解耦矩陣：由于故障后電壓行波奇異值大于電流行波奇異值，因此根據 電壓行波進行故障測距。同塔雙回輸電線路不可視為對稱線路，因此需要根據實際的線路 阻抗矩陣和導納矩陣構造相模變換矩陣。分別用1P、IN和2P、2N分別表示同塔雙回線路的 單回I正極、負極和單回II正極、負極線路。根據電力系統電磁暫態理論可以得到同塔雙 回的均勻傳輸線方程：
【主權項】
1. 一種基于單回信息的同塔雙回直流線路行波故障定位方法，其特征在于，包括以下 步驟： 步驟1、利用阻抗矩陣和導納矩陣構造電壓相模變換矩陣； 步驟2、根據步驟1得到的電壓解耦矩陣構造變換矩陣，得到消除第三線模分量的單回 線路電壓變換矩陣，得到消除第三線模量的電壓行波分量； 步驟3、對經過單回變換矩陣的故障電壓行波分量進行信號處理，得到單回數據消除第 三線模分量后的故障電壓行波分量波頭到達首末端的時間； 步驟4、構造基于單回電壓變換矩陣的故障測距判據；利用單回變換矩陣得到的電壓 行波穩定，波頭捕捉準確。
2. 如權利要求1所述的基于單回信息的同塔雙回直流線路行波故障定位方法，其特征 在于，在步驟1中，所述電壓相模變換矩陣的構造方法包括以下步驟： 步驟11、分別用1P、1N、2P和2N分別代表同塔架設的I回正極線路、I回負極線路、II 回正極線路和II回負極線路； 步驟 12、設[UphaJ = [U1PU1NU2pU2N]T為極線電壓列向量；[I phase] = 線電流列向量；[ZphasJ為線路的阻抗矩陣；[YphaJ為線路的導納矩陣，因此，得到電壓電流 的二階微分方程為：
步驟13、依據矩陣特征值理論，把兩個矩陣對角化，設[ZphasJ [YphasJ的特征值矩陣為 [Λ]，特征向量矩陣為[Tv]，因此有： [ZphaJ [YphaJ = [TJ [AJtTv]-1, 即：得到電壓解耦矩陣[Tv]。
3. 如權利要求1所述的基于單回信息的同塔雙回直流線路行波故障定位方法，其特征 在于，在步驟2中，包括以下步驟： 擊3娶？1 -講桿所試艇鋰亦拖的變換式如下：
其中，e表示地模分量，f、g和h分別表示第一線模分量、第二線模分量和第三線模分 量； 步驟22 :根據此變換式構造消除第三線模分量的單回變換矩陣，單回變換式為：
其中，Tvl4、Tv24、Tv34、Tv44分別為lP、lN和2P、2N電壓量在[T v]中第三線模分量的系數； Tp T11為單回I、II的變換矩陣，U #卩為單回I或單回II線路電壓消除第三線模量后的電 壓分量。
4. 如權利要求1所述的基于單回信息的同塔雙回直流線路行波故障定位方法，其特征 在于，在步驟3中，所述得到進過單回變換矩陣后故障電壓行波波頭到達首末端的時間，包 括以下步驟： 步驟31、對經過變換后的故障電壓行波分量進行信號處理； 步驟32、得到該故障電壓行波分量波頭到達線路首末端的時間。
5. 如權利要求1所述的基于單回信息的同塔雙回直流線路行波故障定位方法，其特征 在于，在步驟4中，所述構造的故障測距判據包括以下步驟： 步驟41、根據雙端量行波測距法的原理構造故障定位判據如下：
式中，X表示故障點距首端的距離，1表示線路全長，^表示經過單回變換矩陣消除第 三線模分量后的故障電壓行波第一個波頭到達首端的時間，心表示到達末端的時間；ViSi 模下的波速度，i = 1，2 ;上層故障或者上下層同時故障時經過單回變換矩陣得到的電壓分 量波頭為第二線模分量，當i = 2時，采用第二個線模量的波速度；下層故障時經過單回變 換矩陣得到的電壓分量第一個線模分量的奇異值明顯高于第二個線模分量，捕捉到的波頭 為第一個線模分量，當i = 1時，采用第一個線模分量的波速度； 步驟42、根據故障所發生的極線選擇行波波速度，若下層故障，則選擇第一線模分量的 波速度，若上層故障或者上下層同時故障，則選擇第二線模分量的波速度。
【專利摘要】本發明公開了一種基于單回信息的同塔雙回直流線路行波故障定位方法，包括以下步驟：1、利用阻抗矩陣和導納矩陣構造相模變換矩陣，得到電壓解耦矩陣；2、根據得到的電壓解耦矩陣，得到消除第三線模量的單回電壓變換矩陣；3、采用信號處理方法得到單回變換矩陣解耦后的故障電壓行波分量波頭到達首末端的時間；4、構造基于單回信息的故障定位判據。本發明具有提高了故障定位精度、響應速度快、可靠性高、運算量少和易于實現等優點。
【IPC分類】G01R31-08
【公開號】CN104655988
【申請號】CN201510091837
【發明人】李海鋒, 郭履星, 蔡穎倩, 麥國浩, 梁遠升
【申請人】華南理工大學
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月28日