一种基于多端数据的配电网行波故障定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于多端数据的配电网行波故障定位方法。
【背景技术】
[0002] 3~66kV的中低压配电网大多采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式 (统称小电流接地系统）。小电流接地系统具有较高的供电可靠性，故障电流幅值低，可在故 障后继续运行一定时间;但由于故障电流微弱，且线路结构复杂，配电网故障后定位难度较 大。
[0003] 目前，在配电网故障定位领域主要研究方向是故障区段定位，按照原理的不同可 分为:主动故障定位与被动故障定位两大类。
[0004] 主动故障定位方法基本原理是在故障发生后，通过电压互感器(或其他设备）向接 地线路注入特定频率信号，用信号探测器探测注入信号流过的路径确定故障线路。
[0005] 主动故障定位方法主要用于故障分支的定位，而无法做到故障点的精确定位，并 且设备复杂、成本较高，不适合长距离线路，特别是信号发生设备在运行中还存在一定的安 全隐患。
[0006] 被动故障定位方法包括:利用FTU或故障指示器等方法，但存在以下问题:系统成 本较高，需要逐级杆塔布设;且受故障类型、故障过渡电阻影响大。
[0007] 目前，基于行波原理的输电线路故障定位装置(也称为行波故障测距装置）已经在 国内高电压等级线路上获得了广泛应用，取得了良好效果，降低了故障后巡线工作量，缩短 了停电时间。
[0008] 实际运行经验表明，行波故障定位基本不受系统运行方式、过渡电阻等因素影响， 上述特点使其适用于配电网精确故障定位。近年来，国内外多个研究单位开展了配电网行 波故障定位研究，普遍应用双端行波法，但也发现以下限制因素：
[0009] (1)配电网复杂的线路结构，存在数量众多的T接线。若采用传统双端法，要求大量 布设采样终端，且多在线路主干上配置采样终端，则无法对分支线路故障进行定位。同时， 数量众多的T接线还导致行波信号衰减及波形畸变严重，降低了波头识别精度，导致坏数据 出现概率增大。
[0010] (2)受装置成本、现场安装条件限制，就地安装的终端装置可靠性相对较低，GPS丢 星、采样异常等情况出现概率较高。
[0011] 总体而言，上述因素影响了配电网行波故障定位系统的精度及可靠性，限制了其 实用化应用。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的在于提供一种基于多端数据的配电网行波故障定位方法，以提升行 波定位的精度及可靠性。
[0013] 为此，本发明提供了一种基于多端数据的配电网行波故障定位方法，使用测量终 端，其特征在于，测量终端的终端节点位于配电网的所有支线的末端位置，方法包括:计算 各终端节点的故障初始波头时刻的步骤一;根据各终端节点的故障初始波头时刻和线路长 度数据计算主干线上与各终端节点对应的各虚拟节点的故障初始波头时刻的步骤二;根据 各终端节点的小波变换模值、各虚拟节点的故障初始波头时刻、以及线路长度数据来确定 主干线上的基准节点的步骤三;根据基准节点相邻的两虚拟节点的故障初始波头时刻、以 及线路长度数据判断故障点在主干线上还是在基准节点所在的支线上的步骤四；以及计算 出故障点位置的步骤五。
[0014] 进一步地，上述线路长度数据包括配电网的各支线的线路长度和主干线上各节点 之间的线路长度。
[0015] 进一步地，上述步骤一包括:采用克拉克变换将各终端节点的三相电压变换获得 α、β、0模量的相模变换步骤；以及选取α模量利用小波变换检测暂态电压信号突变点、作为 故障初始波头时刻的步骤。
[0016] 进一步地，上述步骤二包括:基于各终端节点的初始波头时刻和终端节点所在支 线的线路长度计算该终端节点所在的支线的主干虚拟节点的故障初始波头时刻。
[0017] 进一步地，上述步骤三包括:对小波变换模值的幅度最大的终端节点和故障初始 波头时刻最早的终端节点是否重合的判断步骤；当判断终端节点重合时，则判定该终端节 点对应的虚拟节点为基准节点的步骤；当判断终端节点不重合时，则对幅值最大的终端节 点和故障初始波头时刻最早的终端节点进行约束条件一的校验以判定基准节点的步骤。
[0018] 上述步骤三中的进行约束条件一的校验包括:对比幅度最大的终端节点和初始波 头时刻最早的终端节点满足下列表达式的终端节点总数，数量较多者则为基准节点 :tQ-lo/ ν+Σ ζη/ν-σ < t'n < to+Σ Ζη/ν+σ，其中，t'n为第η个虚拟节点的故障初始波头时刻，to为各终 端节点测量到的最早故障时刻，1〇为最早故障时刻的终端节点所在的支线的线路长度，V为 波速，Σ Zn为各虚拟节点η与基准节点间距离之和，σ为测量标准误差。
[0019] 进一步地，上述步骤四包括:根据基准节点相邻的两虚拟节点的故障初始波头时 刻完成初始故障定位，并估算故障发生时刻;根据初始故障定位和故障发生时刻进行约束 条件二的校验，以判定故障点在主干线上还是支线上。
[0020] 进一步地，上述步骤四中的约束条件二的校验包括：当初始故障定位获得的故障 点距离两虚拟节点中的第一虚拟节点的距离和故障发生时刻满足下列表达式时则判定故 障点在支线上，否则判定故障点在主干线上：
[0021]
，其中，cU为故障点距离第一虚拟节点的距离，t为故障发生时刻，to为 最早故障初始波头时刻，1〇为最早故障初始波头时刻对应的支线的线路长度，V为线路波 速。
[0022] 进一步地，上述步骤五包括:若判定故障点在主干线上，将初始故障定位获得的故 障点作为实际故障点的步骤；以及若判定故障点在支线上，则包括:故障点初始计算的步 骤；以及在判定故障点距离支线末端距离dh 2 lkm时，辅助单端行波法进行二次故障定位 的步骤。
[0023] 进一步地，上述步骤五中辅助单端行波法进行二次故障定位的步骤包括:利用单 端行波法中故障点反射波识别出故障点反射波到达支路末端时刻，结合以下表达式三 进行二次故障定位:d ' 1 = (t ' ι-t" 1 )*v/2，其中d ' 1为故障点到支路末端距离，t ' 1为第一虚拟 节点的故障初始波头时刻，v为线路波速。
[0024] 上述方法利用配电网支线终端数据推算主干线上初始波头时刻，利用主干初始波 头时刻完成初始故障定位，在此基础上综合多个终端数据进一步完成精确故障定位，与现 有基于双端行波原理或D型行波法的配电网故障定位算法相比较，本发明根据分支线路末 端的初始波头时刻推算主干线路上初始波头时刻，扩大了系统监测范围，不仅可实现对主 干线路故障精确定位，也可实现对分支线路上的故障精确定位。基于多端数据完成故障定 位，系统具有较高的可靠性。
[0025] 除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。 下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
【附图说明】
[0026] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示 意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0027] 图1是根据本发明的基于多端数据的配电网行波故障定位方法的流程图。
[0028] 图2是根据本发明优选实施例的基于多端数据的配电网行波故障定位方法的原理 图；
[0029] 图3是根据本发明优选实施例的基于多端数据的配电网行波故障定位方法的流程 图；
【具体实施方式】
[0030] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详