專利名稱：一種利用六相系統(tǒng)新相模變換的耦合雙回線故障測距方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用六相系統(tǒng)新相模變換的耦合雙回線故障測距方法，屬電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
同塔雙回線路共用桿塔，所需出線走廊窄，具有建設速度快，輸送能力強，節(jié)省投資等優(yōu)勢，能夠很好地滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)對供電可靠性和大容量輸電的要求，所以在國內(nèi)外電力系統(tǒng)中的應用日益廣泛。但同桿雙回線同用一個桿塔，不僅相間存在互感，而且線間也存在互感，現(xiàn)在的解耦方法如六序分量法等并不能反應雙回線所有的故障類型，有時候需要雙模量才能反映某一種故障類型。
比較經(jīng)典的三相系統(tǒng)的相模變換有對稱分量變換、Clarke變換、Karenbauer變換等。其中，對稱分量變換中含有復數(shù)因子，計算起來較復雜，適用于工頻穩(wěn)態(tài)下的相模變換，Clarke變換和Karenbauer變換等變換矩陣中元素全為實數(shù)，適用于頻域分析同時也適用于時域分析，但研究發(fā)現(xiàn)Clarke和Karenbauer變換在故障分析時必須使用雙模量或與選相配合，使計算量大大的增加。本發(fā)明在分析現(xiàn)有的相模變換矩陣的不足的基礎(chǔ)上，構(gòu)造出了一種新的相模變換矩陣，新相模變換能用單一模量就能反映三相系統(tǒng)中所有的故障類型。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，發(fā)明一種依據(jù)三相系統(tǒng)和同塔雙回線系統(tǒng)之間的關(guān)系，導出用單一模量反映所有雙回線故障的相模變換矩陣，并用此相模變換矩陣將雙回線解耦六個獨立的模量，在單一模量下，利用電弧電壓、電流的轉(zhuǎn)移特性來，完成雙耦合回線故障定位測距的方法。
本發(fā)明利用六相系統(tǒng)新相模變換的耦合雙回線故障測距方法是這樣完成的 采集包括雙回線始端六相電流、電壓量，依據(jù)在三相系統(tǒng)中能用單一模量反映所有故障類型的相模變換矩陣M，推導出耦合雙回線的相模變換矩陣S，在某一模量下，在時域中計算出故障點的電壓、電流值，依據(jù)電弧的轉(zhuǎn)移特性利用最小二乘法計算獲得的x為最終的故障距離，最終將獲得的故障距離信息通過輸出端口，輸送到顯示器。
耦合雙回線故障測距完成步驟是 1)、采集包括雙回線始端六相電流、電壓量； 2)、根據(jù)耦合雙回線的相模變換矩陣S，將六相系統(tǒng)的始端電壓、電流量解耦成相互獨立的電壓、電流模量， 其中傳播系數(shù)表示為 模特征阻抗表示為 3)、在任一模量下，已知始端的電壓、電流值，根據(jù)式(a)可以求出故障點的電壓時域表達式為 4)、同理，在任一模量下，根據(jù)式(b)可以求出故障點的電壓時域表達式為 iFj(t)＝iMFj(t)+iNFj(t) (b) 式中

5)、求出任一模量下故障點的電壓和電流后，利用相模反變換得到故障點的相電壓和相電流，并將其離散化得到uF(n)、IF(n)； 6)、利用某一模量下故障線路，當處于電弧轉(zhuǎn)移特性的AB段或CD段時，與之對應的時段內(nèi)uarc(t)及R可保持不變，則過渡電阻R及uarc(n)可用電壓電流采樣值表示為 uarc(n)＝uAF(n)-RiAF(n) (d) 考慮到偶然誤差對測量精度的影響，本發(fā)明利用最小二乘法來減少誤差，求取多個R，并以各個R的均方差Er的平方最小為目標時求得的x為最終的故障距離； 式中N為求取Rj的個數(shù)； 7)將獲得的信息通過輸出端口，輸送到顯示器。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點 1、能用單一模量反映所有的雙回線故障類型，不需要與故障選相等配合 2、故障測距算法在時域中進行，所需要的時間窗小。
本發(fā)明具有如下幾個特點算法在時域中進行，所需的時間窗短，不需要濾波等環(huán)節(jié)；用最小二乘法來提高測距精度，且測距的精度不受過渡電阻、故障類型及對端系統(tǒng)阻抗變化的影響，大量的電磁暫態(tài)仿真結(jié)果表明該算法具有很高的精度。



圖1本發(fā)明雙回線示意圖。
圖2本發(fā)明電弧轉(zhuǎn)移特性及等效模型。
圖3本發(fā)明某一模量下故障線路。
圖4本發(fā)明故障測距流程圖。

具體實施例方式 一、利用單回線與耦合雙回線阻抗矩陣關(guān)系推導出新相模變換矩陣 對于同塔雙回線，其系統(tǒng)線路圖如圖1所示圖中Zs為每回線的自阻抗，Zm為每回線各相之間的互阻抗，Zm′為兩回線之間各相間的互阻抗 其電壓、電流關(guān)系為 [UmnI、II]＝[Z′][ImnI、II] (1) 其中 令式(2)中 則有 令 令式(4)、(5)形成如下形式 [A]＝[A0]|[A1](6) 易得 其中 從式(10)可以看出，ZH已經(jīng)實現(xiàn)了對角化，對于ZG，可以很容易的把它變成對角陣，其模變換矩陣P為 至此，若已知單回線[ZG]和[ZH]的模變換矩陣即可推導出耦合雙回線Z′的模變換矩陣[S] 則有 至此，根據(jù)在三相系統(tǒng)中能用單一模量反映所有故障類型的相模變換矩陣M 推導出耦合雙回線的相模變換矩陣S 本發(fā)明以300km，500kV雙電源系統(tǒng)對線路發(fā)生各種單回線故障和跨線故障進行仿真驗證，具體的參數(shù)如表1所示 表1 300km，500kV雙電源系統(tǒng)參數(shù) 二、測距算法具體步驟如下 a、采集包括雙回線始端六相電流、電壓量，根據(jù)耦合雙回線的相模變換矩陣S，將六相系統(tǒng)的始端電壓、電流量解耦成相互獨立的電壓、電流模量， b、在任一模量下，已知始端的電壓、電流值，根據(jù)式(a)可以求出故障點的電壓時域表達式為 c、同理，在任一模量下，根據(jù)式(b)可以求出故障點的電壓時域表達式為 iFj(t)＝iMFj(t)+iNFj(t) (b) 式中

d、求出任一模量下故障點的電壓和電流后，利用相模反變換得到故障點的相電壓和相電流，并將其離散化得到uF(n)、IF(n)； e、利用某一模量下故障線路，當處于電弧轉(zhuǎn)移特性的AB段或CD段時，與之對應的時段內(nèi)uarc(t)及R可保持不變，則過渡電阻R及uarc(n)可用電壓電流采樣值表示為 uarc(n)＝uAF(n)-RiAF(n) (d) 考慮到偶然誤差對測量精度的影響，本發(fā)明利用最小二乘法來減少誤差，求取多個R，并以各個R的均方差Er的平方最小為目標時求得的x為最終的故障距離； 式中N為求取Rj的個數(shù)； f、將獲得的信息通過輸出端口，輸送到顯示器。
三、仿真結(jié)果分析 利用上述方法，在電磁暫態(tài)程序中進行了各種故障類型和不同過渡電阻的仿真，部分結(jié)果見表2和表3 表2 IAIIBCG故障時不同接地電阻的仿真結(jié)果
表3 當對端系統(tǒng)阻抗變化IA故障時的仿真結(jié)果
從表1可以看出，對于IAIIBCG故障時不同的接地電阻，該算法的測距最大絕對誤差為0.8533km，能滿足超高壓線路對測距精度的要求；從表2中可以看出，對端系統(tǒng)阻抗的變化對本算法的測距精度沒有影響，從上面的測距結(jié)果可以看出該測距法對于雙回線測距是有效的。
權(quán)利要求
1、一種利用六相系統(tǒng)新相模變換的耦合雙回線故障測距方法，其特征在于采集包括雙回線始端六相電流、電壓量，依據(jù)在三相系統(tǒng)中能用單一模量反映所有故障類型的相模變換矩陣M，推導出耦合雙回線的相模變換矩陣S，在某一模量下，在時域中計算出故障點的電壓、電流值，依據(jù)電弧的轉(zhuǎn)移特性利用最小二乘法計算獲得的x為最終的故障距離，最終將獲得的故障距離信息通過輸出端口，輸送到顯示器。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用六相系統(tǒng)新相模變換的耦合雙回線故障測距方法，其特征在于耦合雙回線故障測距完成步驟是
1)、采集包括雙回線始端六相電流、電壓量；
2)、根據(jù)耦合雙回線的相模變換矩陣S，將六相系統(tǒng)的始端電壓、電流量解耦成相互獨立的電壓、電流模量，
其中傳播系數(shù)表示為
模特征阻抗表示為
3)、在任一模量下，已知始端的電壓、電流值，根據(jù)式(a)可以求出故障點的電壓時域表達式為
4)、同理，在任一模量下，根據(jù)式(b)可以求出故障點的電壓時域表達式為
iFj(t)＝iMFj(t)+iNFj(t) (b)
式中
5)、求出任一模量下故障點的電壓和電流后，利用相模反變換得到故障點的相電壓和相電流，并將其離散化得到uF(n)、IF(n)；
6)、利用某一模量下故障線路，當處于電弧轉(zhuǎn)移特性的AB段或CD段時，與之對應的時段內(nèi)uarc(t)及R可保持不變，則過渡電阻R及uarc(n)可用電壓電流采樣值表示為
uarc(n)＝uAF(n)-RiAF(n)(d)
考慮到偶然誤差對測量精度的影響，本發(fā)明利用最小二乘法來減少誤差，求取多個R，并以各個R的均方差Er的平方最小為目標時求得的x為最終的故障距離；
式中N為求取Rj的個數(shù)；
7)將獲得的信息通過輸出端口，輸送到顯示器。
全文摘要
一種利用六相系統(tǒng)新相模變換的耦合雙回線故障測距方法，屬電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)領(lǐng)域。本方法是根據(jù)普通三相系統(tǒng)和同塔雙回線系統(tǒng)的阻抗矩陣關(guān)系，從能用單一模量反映所有普通三相系統(tǒng)故障的新相模變換矩陣出發(fā)，推導出適用于雙回線的相模變換矩陣。提出了一種基于新模量變換的雙回線故障定位時域算法。該算法利用在某一模量下電弧電壓、電流的轉(zhuǎn)移特性來構(gòu)造測距判據(jù)。它具有如下幾個特點算法在時域中進行，所需的時間窗短，不需要濾波等環(huán)節(jié)；用最小二乘法來提高測距精度，且測距的精度不受過渡電阻、故障類型及對端系統(tǒng)阻抗變化的影響，大量的電磁暫態(tài)仿真結(jié)果表明該算法具有很高的精度。
文檔編號G01R31/08GK101252275SQ20081005826
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者束洪春, 劉振松, 俊 董, 孫士云, 劉可真, 嵐 唐, 劉志堅, 孫向飛, 毅 楊, 勇 常, 單節(jié)杉, 劉永泰 申請人:昆明理工大學