一种高压输电线路的时域故障测距方法及系统与流程

本发明涉及高压输电线路的故障测距领域，尤其涉及一种高压输电线路的时域故障测距方法及系统。

背景技术：

1、高压输电线路是电力系统的命脉，同时也是电力系统中发生故障最多的地方，并且极难查找故障。故障测距是对于高压输电线路的检查，输电线路故障测距又称为故障定位，是指测定故障点位置。在线路故障后迅速准确地把故障点找到，不仅对及时修复线路和保证可靠供电，而且对电力系统的安全稳定和经济运行都有十分重要的作用，输电线路故障快速准确的测距方法一直是电力系统的研究热点之一。

2、输电线路的故障测距方法目前主要有频域法、行波法和时域法，其中，频域法虽然简单可靠，但易受到过渡电阻、采样频率和线路对称性等因素的影响，测量精度难以保证。行波法不受过渡电阻的影响，测距精度也较高，但波头难以准确提取、波速也难以准确确定，加之设备昂贵，应用受到限制；时域法则是利用线路故障时的暂态信息，根据电路理论建立包含故障信息的时域内的微积分方程，通过对时域内的微积分方程进行差分计算，从而求得输电线路的故障位置，但是计算其精度和稳定性受差分格式和步长的影响很大，受计算条件影响，不具有稳定性，精确度无法得到保证。

技术实现思路

1、本发明提供了一种高压输电线路的时域故障测距方法及系统，实现高效测定故障点位置，不受差分格式和步长等计算条件的影响，测距精度高。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种高压输电线路的时域故障测距方法，包括：

3、获取并根据高压输电线路的线路结构和输电线参数，建立输电线电报方程；

4、在时域内将输电线电报方程进行差分离散，建立一阶微分方程；

5、将一阶微分方程进行矩阵转化，得到矩阵形式方程，并对矩阵形式方程进行空间积分转换，获得空间积分方程；

6、通过输电线沿线电压连续性原理，根据故障线路两端的同步测量信息和空间积分方程，测量出高压输电线路的故障点位置。

7、实施本发明实施例，获取并根据高压输电线路的线路结构和输电线参数，根据输电线分布参数模型，建立输电线电报方程；在时域内将输电线电报方程进行差分离散，建立一阶微分方程；将一阶微分方程进行矩阵转化，得到矩阵形式方程，并对矩阵形式方程进行空间积分转换，获得空间积分方程；通过输电线沿线电压连续性原理，根据故障线路两端的同步测量信息和空间积分方程，求出高压输电线路的的故障点位置。通过将差分离散后的一阶微分方程进行矩阵转化和空间积分转换，并根据故障线路两端的同步测量信息，求出高压输电线路的的故障点位置，不受差分格式和步长等计算条件的影响，算法无条件稳定，具有稳定性，测距精度高，计算效率高，高效测定故障点位置。

8、作为优选方案，获取并根据高压输电线路的线路结构和输电线参数，建立输电线电报方程，具体为：

9、获取高压输电线路的输电线分布参数模型，根据输电线分布参数模型，确定线路结构和输电线参数；其中，输电线参数包括输电线长度、电阻、电感、电导和电容；

10、根据线路结构和输电线参数，建立输电线电报方程，公式为：

11、

12、

13、其中，u(x,t)为位置x在时间t时刻的输电线电压，i(x,t)为位置x在时间t时刻的输电线电流，r为输电线单位长度的电阻，l为输电线单位长度的电感，g为输电线单位长度的电导，c为输电线单位长度的电容，l为输电线长度。

14、作为优选方案，在时域内将输电线电报方程进行差分离散，建立一阶微分方程，具体为：

15、根据已知参数条件，在时域内将输电线电报方程进行差分离散，建立一阶微分方程，公式为：

16、

17、

18、其中，δt为时间步长，uk＝u(x,kδt)，ik＝i(x,kδt)，k为计算步数，k＝0,1,2,…m；

19、已知参数条件为：

20、u(x,0)＝h1(x)

21、i(x,0)＝h2(x)

22、u(0,t)＝us(t)

23、i(l,t)＝f2[u(l,t)]

24、其中，h1(x)为位置x在t＝0时刻的输电线电压，h2(x)为位置x在t＝0时刻的输电线电流，us(t)为位置x＝0的输入电压，f2[u(l,t)]为在位置x＝l在t时刻的输电线电流，l为输电线的线路末端。

25、作为优选方案，将一阶微分方程进行矩阵转化，得到矩阵形式方程，具体为：

26、将输电线电压和输电线电流进行矩阵转化，获得第一矩阵，公式为：

27、x＝(u1，…um，i1，…im)t

28、其中，x为第一矩阵；

29、将输电线单位长度的电感、输电线电流、输电线单位长度的电容和输电线电压进行矩阵转化，获得第二矩阵，公式为：

30、

31、其中，f为第二矩阵；

32、将输电线参数进行矩阵转化，获得第三矩阵，公式为：

33、

34、其中，h为第三矩阵；

35、根据第一矩阵、第二矩阵和第三矩阵，将一阶微分方程转化为矩阵形式，得到矩阵形式方程，具体为：

36、

37、作为优选方案，对矩阵形式方程进行空间积分转换，获得空间积分方程，具体为：

38、根据微分方程理论，对矩阵形式方程进行积分转化，得到第一方程；其中，第一方程，具体为：

39、

40、其中，h为第三矩阵，x为第一矩阵；

41、根据输电线长度和等分数，计算空间步长，公式为：

42、λ＝l/m

43、其中，λ为空间步长，m为等分数，l为输电线长度；

44、根据空间步长，得到等步长空间点，具体为：

45、xj＝jλ,j＝0,1,2,l

46、根据等步长空间点，将第一方程进行空间转化，得到第二方程；其中，第二方程，具体为：

47、

48、当满足预设条件时，对第二方程进行等式转化，得到空间积分方程；其中，空间积分方程，具体为：

49、

50、作为优选方案，通过输电线沿线电压连续性原理，根据故障线路两端的同步测量信息和空间积分方程，测量出高压输电线路的故障点位置，具体为：

51、同步采集故障线路的起始端测量值和故障线路的末端测量值，代入并求解空间积分方程，分别计算第一沿线电压和第二沿线电压；其中，起始端测量值包括起始端的电压值和起始端的电流值，末端测量值包括末端的电压值和末端的电流值；

52、根据输电线沿线电压连续性原理、第一沿线电压和第二沿线电压，测量出高压输电线路的故障点位置。

53、作为优选方案，根据输电线沿线电压连续性原理、第一沿线电压和第二沿线电压，测量出高压输电线路的故障点位置，具体为：

54、根据故障点上电压相等的特性，计算第一沿线电压值和第二沿线电压相等时的位置函数，公式为：

55、δ＝|umn(x,t)-unm(x1,t)|

56、其中，δ为位置x位置函数，umn(x,t)为第一沿线电压，unm(x1,t)为第二沿线电压；

57、将位置函数进行求导，计算位置函数的最小值时的位置点，得到高压输电线路的故障点位置。

58、为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供了一种高压输电线路的时域故障测距系统，包括：电报方程模块、微分方程模块、空间积分方程模块和求解位置模块；

59、其中，电报方程模块用于获取并根据高压输电线路的线路结构和输电线参数，建立输电线电报方程；

60、微分方程模块用于在时域内将输电线电报方程进行差分离散，建立一阶微分方程；

61、空间积分方程模块用于将一阶微分方程进行矩阵转化，得到矩阵形式方程，并对矩阵形式方程进行空间积分转换，获得空间积分方程；

62、求解位置模块用于通过输电线沿线电压连续性原理，根据故障线路两端的同步测量信息和空间积分方程，测量出高压输电线路的故障点位置。

63、作为优选方案，空间积分方程模块包括矩阵转化单元和空间积分转换单元；

64、其中，矩阵转化单元用于将一阶微分方程进行矩阵转化，得到矩阵形式方程，具体为：

65、将输电线电压和输电线电流进行矩阵转化，获得第一矩阵，公式为：

66、x＝(u1，…um，i1，…im)t

67、其中，x为第一矩阵；

68、将输电线单位长度的电感、输电线电流、输电线单位长度的电容和输电线电压进行矩阵转化，获得第二矩阵，公式为：

69、

70、其中，f为第二矩阵；

71、将输电线参数进行矩阵转化，获得第三矩阵，公式为：

72、

73、其中，h为第三矩阵；

74、根据第一矩阵、第二矩阵和第三矩阵，将一阶微分方程转化为矩阵形式，得到矩阵形式方程，具体为：

75、

76、空间积分转换单元用于根据微分方程理论，对矩阵形式方程进行积分转化，得到第一方程；其中，第一方程，具体为：

77、

78、其中，h为所述第三矩阵，x为所述第一矩阵；

79、根据输电线长度和等分数，计算空间步长，公式为：

80、λ＝l/m

81、其中，λ为空间步长，m为等分数，l为输电线长度；

82、根据空间步长，得到等步长空间点，具体为：

83、xj＝jλ,j＝0,1,2,ls

84、根据等步长空间点，将第一方程进行空间转化，得到第二方程；其中，第二方程，具体为：

85、

86、当满足预设条件时，对第二方程进行等式转化，得到空间积分方程；其中，空间积分方程，具体为：

87、

88、作为优选方案，求解位置模块包括同步测量单元和故障点确定单元；

89、其中，同步测量单元用于同步采集故障线路的起始端测量值和故障线路的末端测量值，代入并求解空间积分方程，分别计算第一沿线电压和第二沿线电压；其中，起始端测量值包括起始端的电压值和起始端的电流值，末端测量值包括末端的电压值和末端的电流值；

90、故障点确定单元用于根据故障点上电压相等的特性，计算第一沿线电压值和第二沿线电压相等时的位置函数，公式为：

91、δ＝|umn(x,t)-unm(x1,t)|

92、其中，δ为位置x位置函数，umn(x,t)为第一沿线电压，unm(x1,t)为第二沿线电压；

93、将位置函数进行求导，计算位置函数的最小值时的位置点，得到高压输电线路的的故障点位置。