一种基于单回信息的同塔双回直流线路行波故障定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及同塔双回直流输电线路的测距方法，具体涉及一种基于单回信息的 同塔双回直流线路行波故障定位方法，该行波故障定位方法是一种基于同塔双回直流线路 单回测量数据的两端量行波测距方法。
【背景技术】
[0002] 与高压交流输电相比，高压直流输电具有输送容量大，控制灵活迅速，单极传输功 率大，线路成本低等优势，在长距离大容量电能传输、异步电网互联等领域有着广泛的应 用。随着经济不断发展，土地资源愈加紧张，同塔双回直流输电线路由于具有占用输电走廊 通道小，节省投资，有利于保护环境，建设速度快等特点，已经被各个国家广泛关注并得到 了具体的工程应用。可以预见，随着我国直流工程建设的推进，同塔双回直流输电技术必将 成为电能传输的主要方式。
[0003] 高压直流输电线路传输距离长，沿途经过的区域环境、地形等多变，是电力系统中 比较容易发生故障的环节。因此，高压直流输电线路的故障测距意义重大。在故障发生后， 快速准确的故障测距能大大减少巡线人员的工作量，迅速恢复供电，减少经济损失。在直 流线路故障测距方法中，行波法测距通过测量暂态行波在故障点和测量点之间的传输距离 进行测距，响应速度快，理论上不受线路类型、过渡电阻、故障类型等因素的影响，测距精度 高，是直流输电线路故障测距的主要方法。然而，行波测距方法的精确性依赖于对初始行波 达到时刻的准确标定。对于同塔双回直流线路，各回直流系统的控制保护对直流线路故障 的判别还是基于本回电气量信息。在传统的双极单回直流线路行波故障定位方法中，通常 采用相模变换的方法消去模量叠加对行波波头的影响。但对于同塔双回直流输电线路而 言，由于同时存在线间耦合和相间耦合，且线路不采用对称换位措施，使得同塔双回直流输 电线路的故障电磁耦合特性非常复杂，不能其简单地作为平衡线路进行处理，
[0004] 因此，现有的传统的单回直流输电线路的相模变换方法以及故障测距算法不再适 用同塔双回直流线路，亟需针对同塔双回直流输电线路的特点，研宄新的单回直流输电线 路变换矩阵并得到其适用的故障测距算法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于弥补现有同塔双回直流输电线路故障测距技术的空白，提供一 种基于单回信息的同塔双回直流线路行波故障测距方法；该方法考虑到实际工程输电线路 不采用对称换位措施，利用两端量行波法测距，具有响应速度快和测距精度高的特点。
[0006] 本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于单回信息的同塔双回直流线路行 波故障测距方法，包括以下步骤：
[0007] (1)构造解耦矩阵：由于故障后电压行波奇异值大于电流行波奇异值，因此根据 电压行波进行故障测距。同塔双回输电线路不可视为对称线路，因此需要根据实际的线路 阻抗矩阵和导纳矩阵构造相模变换矩阵。分别用1P、IN和2P、2N分别表示同塔双回线路的 单回I正极、负极和单回II正极、负极线路。根据电力系统电磁暂态理论可以得到同塔双 回的均匀传输线方程：
【主权项】
1. 一种基于单回信息的同塔双回直流线路行波故障定位方法，其特征在于，包括以下 步骤： 步骤1、利用阻抗矩阵和导纳矩阵构造电压相模变换矩阵； 步骤2、根据步骤1得到的电压解耦矩阵构造变换矩阵，得到消除第三线模分量的单回 线路电压变换矩阵，得到消除第三线模量的电压行波分量； 步骤3、对经过单回变换矩阵的故障电压行波分量进行信号处理，得到单回数据消除第 三线模分量后的故障电压行波分量波头到达首末端的时间； 步骤4、构造基于单回电压变换矩阵的故障测距判据；利用单回变换矩阵得到的电压 行波稳定，波头捕捉准确。
2. 如权利要求1所述的基于单回信息的同塔双回直流线路行波故障定位方法，其特征 在于，在步骤1中，所述电压相模变换矩阵的构造方法包括以下步骤： 步骤11、分别用1P、1N、2P和2N分别代表同塔架设的I回正极线路、I回负极线路、II 回正极线路和II回负极线路； 步骤 12、设[UphaJ = [U1PU1NU2pU2N]T为极线电压列向量；[I phase] = 线电流列向量；[ZphasJ为线路的阻抗矩阵；[YphaJ为线路的导纳矩阵，因此，得到电压电流 的二阶微分方程为：
步骤13、依据矩阵特征值理论，把两个矩阵对角化，设[ZphasJ [YphasJ的特征值矩阵为 [Λ]，特征向量矩阵为[Tv]，因此有： [ZphaJ [YphaJ = [TJ [AJtTv]-1, 即：得到电压解耦矩阵[Tv]。
3. 如权利要求1所述的基于单回信息的同塔双回直流线路行波故障定位方法，其特征 在于，在步骤2中，包括以下步骤： 击3娶？1 -讲杆所试艇锂亦拖的变换式如下：
其中，e表示地模分量，f、g和h分别表示第一线模分量、第二线模分量和第三线模分 量； 步骤22 :根据此变换式构造消除第三线模分量的单回变换矩阵，单回变换式为：
其中，Tvl4、Tv24、Tv34、Tv44分别为lP、lN和2P、2N电压量在[T v]中第三线模分量的系数； Tp T11为单回I、II的变换矩阵，U #卩为单回I或单回II线路电压消除第三线模量后的电 压分量。
4. 如权利要求1所述的基于单回信息的同塔双回直流线路行波故障定位方法，其特征 在于，在步骤3中，所述得到进过单回变换矩阵后故障电压行波波头到达首末端的时间，包 括以下步骤： 步骤31、对经过变换后的故障电压行波分量进行信号处理； 步骤32、得到该故障电压行波分量波头到达线路首末端的时间。
5. 如权利要求1所述的基于单回信息的同塔双回直流线路行波故障定位方法，其特征 在于，在步骤4中，所述构造的故障测距判据包括以下步骤： 步骤41、根据双端量行波测距法的原理构造故障定位判据如下：
式中，X表示故障点距首端的距离，1表示线路全长，^表示经过单回变换矩阵消除第 三线模分量后的故障电压行波第一个波头到达首端的时间，心表示到达末端的时间；ViSi 模下的波速度，i = 1，2 ;上层故障或者上下层同时故障时经过单回变换矩阵得到的电压分 量波头为第二线模分量，当i = 2时，采用第二个线模量的波速度；下层故障时经过单回变 换矩阵得到的电压分量第一个线模分量的奇异值明显高于第二个线模分量，捕捉到的波头 为第一个线模分量，当i = 1时，采用第一个线模分量的波速度； 步骤42、根据故障所发生的极线选择行波波速度，若下层故障，则选择第一线模分量的 波速度，若上层故障或者上下层同时故障，则选择第二线模分量的波速度。
【专利摘要】本发明公开了一种基于单回信息的同塔双回直流线路行波故障定位方法，包括以下步骤：1、利用阻抗矩阵和导纳矩阵构造相模变换矩阵，得到电压解耦矩阵；2、根据得到的电压解耦矩阵，得到消除第三线模量的单回电压变换矩阵；3、采用信号处理方法得到单回变换矩阵解耦后的故障电压行波分量波头到达首末端的时间；4、构造基于单回信息的故障定位判据。本发明具有提高了故障定位精度、响应速度快、可靠性高、运算量少和易于实现等优点。
【IPC分类】G01R31-08
【公开号】CN104655988
【申请号】CN201510091837
【发明人】李海锋, 郭履星, 蔡颖倩, 麦国浩, 梁远升
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月28日